التحكم في التهوية وفرط التنفس أثناء التمرين
فرط التنفس أثناء التمرين هو الزيادة في التهوية الرئوية التي تصاحب النشاط البدني، وترتفع بتناسب وثيق مع إنتاج الجسم لثاني أكسيد الكربون بحيث تظل غازات الدم الشرياني ودرجة الحموضة ثابتة تقريبًا خلال التمرين المعتدل. إن فهم كيفية تحقيق نظام التحكم التنفسي لهذا التوافق الدقيق، وما هي الدوافع الإضافية التي تظهر أثناء العمل الشاق، هو المشكلة المحورية للتحكم في التهوية أثناء التمرين.
Definition
فرط التنفس أثناء التمرين هو الزيادة في التهوية الدقيقة أثناء التمرين، والتي تنتج عن العمل المتكامل لإشارات التحكم التنفسي المركزية (الأمامية) والمحيطية (الخلفية)، والتي عادةً ما تتوافق مع التهوية السنخية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون الأيضي.
Scope
يغطي هذا الموضوع المسار الزمني وحجم الاستجابة التهوية للتمرين الديناميكي، والإشارات العصبية الأمامية والخلفية المقترحة لدفعها، والعلاقة بين التهوية وإنتاج ثاني أكسيد الكربون، والدفع التهوي الإضافي الذي يظهر عند الشدائد الأعلى. وهو مرجع ومعالجة تعليمية للتحكم في التنفس، وليس تقييمًا سريريًا للرئة.
Core questions
- ما هي الإشارات التي تبدأ الارتفاع السريع في التهوية في بداية التمرين؟
- كيف يتم الحفاظ على تناسب التهوية مع إنتاج ثاني أكسيد الكربون خلال التمرين المعتدل؟
- لماذا ترتفع التهوية بشكل غير متناسب مع امتصاص الأكسجين أثناء التمرين الشاق؟
- ما هي الأدوار النسبية للأوامر المركزية مقابل التغذية الراجعة الواردة؟
Key concepts
- الأوامر المركزية (الدافع الأمامي)
- التغذية الراجعة الحسية العضلية (المجموعتان الثالثة والرابعة)
- المستقبلات الكيميائية الطرفية والمركزية
- استجابة التهوية في المراحل الأولى والثانية والثالثة
- التخزين المؤقت متساوي ثاني أكسيد الكربون
- نقطة التعويض التنفسي
- المكافئ التهوي لثاني أكسيد الكربون
Mechanisms
عند بدء التمرين، ترتفع التهوية فجأة (مرحلة مبكرة بوساطة عصبية) قبل أن يتم استشعار أي تغيير في غازات الدم، ثم تزداد ببطء أكبر لتصل إلى حالة ثابتة تتوافق فيها التهوية السنخية مع إنتاج ثاني أكسيد الكربون بحيث يظل توتر ثاني أكسيد الكربون الشرياني قريبًا من قيمته أثناء الراحة. تشمل الدوافع المقترحة الأوامر المركزية الأمامية التي تنشأ بالتوازي مع الإشارة الحركية للعضلات، والتغذية الراجعة من الألياف الواردة من المجموعتين الثالثة والرابعة في العضلات العاملة، والتعديل بواسطة الجسم السباتي والمستقبلات الكيميائية المركزية؛ والرأي السائد هو أنه لا توجد آلية واحدة تعمل بمفردها وأن الاستجابة تعكس تكاملها (Forster 2012). أثناء التمرين الشاق، يضيف تراكم اللاكتات والحماض الأيضي المرتبط به دافعًا تهويًا إضافيًا، بحيث ترتفع التهوية بشكل غير متناسب مع امتصاص الأكسجين ويبدأ ثاني أكسيد الكربون الشرياني في الانخفاض (Wasserman 1973; Haouzi 2012).
Clinical relevance
تعد الاستجابة التهوية للتمرين، بما في ذلك المكافئات التهوية ونقطة التعويض التنفسي، ناتجًا أساسيًا لاختبار الجهد القلبي الرئوي وتشكل كيفية تفسير عدم تحمل الجهد. يصف هذا المدخل الفسيولوجيا الطبيعية كمرجع؛ وهو ليس بروتوكولًا تشخيصيًا أو أساسًا للعلاج الفردي.
Evidence & guidelines
يعتمد فهم التحكم في التهوية أثناء التمرين على دراسات بشرية وحيوانية للتنفس عند بدء التمرين وفي الحالة المستقرة وعلى عمل عتبة تبادل الغازات الكلاسيكي، والتي تم تجميعها في مراجعات شاملة وكتب فسيولوجيا الجهاز التنفسي (Forster 2012; Wasserman 1973; West textbook). الأدلة ميكانيكية وملاحظة وليست قائمة على التجارب.
History
لقد تمت دراسة لغز سبب توافق التهوية مع الأيض بدقة شديدة أثناء التمرين منذ فسيولوجيا الجهاز التنفسي في أوائل القرن العشرين. وقد وصف عمل منتصف القرن مراحل الاستجابة التهوية وعتبة تبادل الغازات (Wasserman 1973)، وراجعت المراجعات التكاملية اللاحقة الفرضيات المتنافسة للأوامر المركزية والتغذية الراجعة (Forster 2012).
Debates
- الأوامر المركزية مقابل التغذية الراجعة الطرفية في دفع فرط التنفس أثناء التمرين
- لقد نوقش لعقود من الزمن ما إذا كانت الزيادة في التهوية تحكمها بشكل رئيسي الأوامر المركزية الأمامية، أو التغذية الراجعة الواردة من العضلات والمستقبلات الكيميائية أثناء التمرين، أو التكامل المتعلم لكليهما، ولم يتم حلها بالكامل.
- هل الحموضة الشريانية تدفع مباشرة التهوية الإضافية للتمرين الشاق؟
- لا يزال مدى تأثير الحماض الأيضي للتمرين الشاق من خلال المستقبلات الكيميائية لإنتاج الدافع التهوي الإضافي، مقابل الإشارات المتزامنة الأخرى، محل نقاش في أدبيات التحكم في التنفس.
Key figures
- Hubert V. Forster
- Jerome A. Dempsey
- Karlman Wasserman
- Brian J. Whipp
- Philippe Haouzi
Related topics
Seminal works
- forster-2012
- wasserman-1973
Frequently asked questions
- لماذا ترتفع التهوية لحظة بدء التمرين، قبل أن تتغير غازات الدم؟
- يُعتقد أن الارتفاع المبكر مدفوع عصبيًا، وينشأ بالتوازي مع الأوامر الحركية للعضلات ومن التغذية الراجعة المتعلقة بالحركة، بدلاً من أي تغيير محسوس في أكسجين الدم أو ثاني أكسيد الكربون.
- ما هي نقطة التعويض التنفسي؟
- إنها معدل العمل أثناء التمرين التدريجي الذي تزداد فيه التهوية بشكل غير متناسب حتى مع إنتاج ثاني أكسيد الكربون، مما يعكس دافعًا إضافيًا لتعويض الحماض الأيضي المتطور للتمرين الشاق.