کنترل تهویه و هایپرپنه ورزشی

هایپرپنه ورزشی افزایش تهویه ریوی است که فعالیت بدنی را همراهی می‌کند و تقریباً متناسب با تولید دی‌اکسید کربن بدن افزایش می‌یابد، به طوری که گازهای خون شریانی و pH تقریباً در طول ورزش متوسط ثابت نگه داشته می‌شوند. درک اینکه چگونه سیستم کنترل تنفسی این تطابق دقیق را انجام می‌دهد و چه محرک‌های اضافی در طول کار سنگین ظاهر می‌شوند، مسئله اصلی کنترل تهویه در ورزش است.

Definition

هایپرپنه ورزشی افزایش تهویه دقیقه‌ای در طول ورزش است که توسط عملکرد یکپارچه سیگنال‌های کنترل تنفسی مرکزی (پیش‌خور) و محیطی (بازخوردی) تولید می‌شود و به طور معمول تهویه آلوئولی را با تولید دی‌اکسید کربن متابولیک تطبیق می‌دهد.

Scope

این موضوع به بررسی سیر زمانی و بزرگی پاسخ تهویه‌ای به ورزش دینامیک، سیگنال‌های عصبی پیش‌خور و بازخوردی که برای تحریک آن پیشنهاد شده‌اند، رابطه بین تهویه و خروجی دی‌اکسید کربن، و محرک تهویه‌ای اضافی که در شدت‌های بالاتر ظاهر می‌شود، می‌پردازد. این یک مرجع و بررسی آموزشی کنترل تنفس است، نه ارزیابی بالینی ریوی.

Core questions

• چه سیگنال‌هایی افزایش سریع تهویه را در همان ابتدای ورزش آغاز می‌کنند؟
• چگونه تهویه در طول ورزش متوسط متناسب با خروجی دی‌اکسید کربن حفظ می‌شود؟
• چرا تهویه در طول ورزش سنگین نامتناسب با مصرف اکسیژن افزایش می‌یابد؟
• نقش‌های نسبی فرمان مرکزی در مقابل بازخورد آوران چیست؟

Key concepts

• فرمان مرکزی (محرک پیش‌خور)
• بازخورد آوران عضلانی (گروه‌های III و IV)
• گیرنده‌های شیمیایی محیطی و مرکزی
• پاسخ تهویه‌ای فاز I، II و III
• بافرینگ ایزوکاپنیک
• نقطه جبران تنفسی
• معادل تهویه‌ای برای دی‌اکسید کربن

Mechanisms

در شروع ورزش، تهویه به طور ناگهانی افزایش می‌یابد (یک فاز اولیه و با واسطه عصبی) قبل از اینکه هرگونه تغییری در گازهای خون حس شود، سپس به آرامی‌تر به یک حالت پایدار افزایش می‌یابد که در آن تهویه آلوئولی با تولید دی‌اکسید کربن مطابقت دارد، به طوری که فشار دی‌اکسید کربن شریانی نزدیک به مقدار استراحت خود باقی می‌ماند. محرک‌های پیشنهادی شامل فرمان مرکزی پیش‌خور که به موازات سیگنال حرکتی به عضلات ایجاد می‌شود، بازخورد از آوران‌های گروه III و IV در عضله در حال کار، و تعدیل توسط جسم کاروتید و گیرنده‌های شیمیایی مرکزی است؛ دیدگاه غالب این است که هیچ مکانیسم واحدی به تنهایی عمل نمی‌کند و پاسخ منعکس‌کننده یکپارچگی آنهاست (Forster 2012). در طول ورزش سنگین، تجمع لاکتات و اسیدوز متابولیک مرتبط با آن، یک محرک تهویه‌ای اضافی ایجاد می‌کند، به طوری که تهویه نامتناسب با مصرف اکسیژن افزایش می‌یابد و دی‌اکسید کربن شریانی شروع به کاهش می‌کند (Wasserman 1973; Haouzi 2012).

Clinical relevance

پاسخ تهویه‌ای به ورزش، شامل معادل‌های تهویه‌ای و نقطه جبران تنفسی، یک خروجی اصلی از تست ورزش قلبی ریوی است و نحوه تفسیر عدم تحمل ورزش را شکل می‌دهد. این مدخل فیزیولوژی طبیعی را برای مرجع توصیف می‌کند؛ این یک پروتکل تشخیصی یا مبنایی برای درمان فردی نیست.

Evidence & guidelines

درک کنترل تهویه در ورزش بر اساس مطالعات انسانی و حیوانی تنفس در شروع ورزش و حالت پایدار و بر روی کارهای کلاسیک آستانه تبادل گاز استوار است که در بررسی‌های جامع و کتاب‌های درسی فیزیولوژی تنفس (Forster 2012; Wasserman 1973; West textbook) سنتز شده است. شواهد مکانیکی و مشاهده‌ای هستند تا مبتنی بر آزمایش.

History

معمای اینکه چرا تهویه در ورزش با متابولیسم به این دقت مطابقت دارد، از اوایل قرن بیستم در فیزیولوژی تنفس مورد مطالعه قرار گرفته است. کارهای میانه قرن، فازهای پاسخ تهویه‌ای و آستانه تبادل گاز را مشخص کردند (Wasserman 1973)، و بررسی‌های یکپارچه بعدی، فرضیه‌های رقیب فرمان مرکزی و بازخورد را مورد بررسی قرار دادند (Forster 2012).

Debates

فرمان مرکزی در مقابل بازخورد محیطی در تحریک هایپرپنه ورزشی

اینکه آیا افزایش تهویه عمدتاً توسط فرمان مرکزی پیش‌خور، توسط بازخورد آوران از عضلات در حال ورزش و گیرنده‌های شیمیایی، یا توسط یک یکپارچگی آموخته شده از هر دو کنترل می‌شود، برای دهه‌ها مورد بحث بوده و به طور کامل حل نشده است.

آیا اسیدیته شریانی مستقیماً تهویه اضافی ورزش سنگین را تحریک می‌کند؟

میزان تأثیر اسیدوز متابولیک ورزش سنگین از طریق گیرنده‌های شیمیایی برای تولید محرک تهویه‌ای اضافی، در مقابل سایر سیگنال‌های همزمان، همچنان در ادبیات کنترل تنفس مورد بحث است.

Key figures

• Hubert V. Forster
• Jerome A. Dempsey
• Karlman Wasserman
• Brian J. Whipp
• Philippe Haouzi

Seminal works

• forster-2012
• wasserman-1973

Frequently asked questions

چرا تهویه به محض شروع ورزش، قبل از تغییر گازهای خون، افزایش می‌یابد؟

تصور می‌شود که اولین افزایش به صورت عصبی هدایت می‌شود، که به موازات فرمان حرکتی به عضلات و از بازخورد مربوط به حرکت ناشی می‌شود، نه از هرگونه تغییر حس شده در اکسیژن یا دی‌اکسید کربن خون.

نقطه جبران تنفسی چیست؟

این میزان کار در طول ورزش افزایشی است که در آن تهویه حتی نامتناسب با خروجی دی‌اکسید کربن افزایش می‌یابد، که نشان‌دهنده یک محرک اضافی برای جبران اسیدوز متابولیک در حال توسعه ورزش سنگین است.