व्यायाम के दौरान गैस विनिमय और विसरण

व्यायाम के दौरान फेफड़ों को रक्त में कहीं अधिक ऑक्सीजन स्थानांतरित करनी होती है और उससे कहीं अधिक कार्बन डाइऑक्साइड को साफ करना होता है, भले ही फुफ्फुसीय रक्त प्रवाह कई गुना बढ़ जाए और लाल रक्त कोशिकाएं फुफ्फुसीय केशिकाओं में कम समय बिताएं। गैस विनिमय बताता है कि कैसे वायुकोशीय वेंटिलेशन, वेंटिलेशन का परफ्यूजन से मिलान, और वायुकोशीय-केशिका झिल्ली के पार विसरण इस भार के तहत धमनी ऑक्सीजनकरण को काफी हद तक संरक्षित रखने के लिए संयुक्त होते हैं।

Definition

व्यायाम के दौरान फुफ्फुसीय गैस विनिमय वायुकोशीय गैस से फुफ्फुसीय केशिका रक्त में ऑक्सीजन का स्थानांतरण और विपरीत दिशा में कार्बन डाइऑक्साइड का स्थानांतरण है, जो वायुकोशीय वेंटिलेशन, वेंटिलेशन-परफ्यूजन मिलान, और व्यायाम के उच्च प्रवाह के तहत वायुकोशीय-केशिका झिल्ली के पार विसरण द्वारा निर्धारित होता है।

Scope

यह विषय व्यायाम के दौरान फुफ्फुसीय गैस विनिमय के निर्धारकों को शामिल करता है: वायुकोशीय वेंटिलेशन और वायुकोशीय गैस समीकरण, वेंटिलेशन और परफ्यूजन का वितरण और मिलान, रक्त-गैस अवरोध के पार ऑक्सीजन विसरण और केशिका पारगमन समय की भूमिका, और वे परिस्थितियाँ जिनमें वायुकोशीय-धमनी ऑक्सीजन अंतर बढ़ जाता है। यह एक संदर्भ और शैक्षिक प्रविष्टि है, न कि नैदानिक गैस-विनिमय मूल्यांकन।

Core questions

• जब फुफ्फुसीय रक्त प्रवाह और लाल रक्त कोशिका वेग तेजी से बढ़ता है तो फेफड़े धमनी ऑक्सीजन तनाव को कैसे बनाए रखते हैं?
• व्यायाम के दौरान फेफड़ों में वेंटिलेशन और परफ्यूजन का मिलान कैसे होता है?
• वायुकोशीय-केशिका झिल्ली के पार विसरण कब सीमित हो जाता है?
• उच्च कार्य दरों पर वायुकोशीय-धमनी ऑक्सीजन अंतर क्यों बढ़ सकता है?

Key concepts

• वायुकोशीय गैस समीकरण
• वेंटिलेशन-परफ्यूजन (V/Q) मिलान
• वायुकोशीय-धमनी ऑक्सीजन अंतर
• विसरण सीमा
• फुफ्फुसीय केशिका पारगमन समय
• फेफड़े की विसरण क्षमता
• व्यायाम-प्रेरित धमनी हाइपोक्सिमिया

Mechanisms

जैसे-जैसे व्यायाम तेज होता है, बढ़ा हुआ वायुकोशीय वेंटिलेशन और अधिक समान परफ्यूजन वेंटिलेशन के रक्त प्रवाह के समग्र मिलान में सुधार करते हैं, जबकि फेफड़े की विसरण क्षमता बढ़ जाती है क्योंकि अधिक फुफ्फुसीय केशिकाओं की भर्ती होती है और वे फैलती हैं। ऑक्सीजन स्थानांतरण रक्त-गैस अवरोध के पार दबाव प्रवणता और फुफ्फुसीय केशिका में लाल रक्त कोशिका द्वारा बिताए गए समय पर निर्भर करता है; बहुत अधिक कार्डियक आउटपुट पर यह पारगमन समय कम हो जाता है, और कुछ व्यक्तियों में ऑक्सीजन संतुलन अपूर्ण हो जाता है, जिससे विसरण सीमा उत्पन्न होती है। वेंटिलेशन-परफ्यूजन असमानता की एक डिग्री के साथ, यह वायुकोशीय-धमनी ऑक्सीजन अंतर को बढ़ा सकता है और, कुछ अत्यधिक फिट एथलीटों में, भारी व्यायाम के दौरान धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति में एक मापने योग्य गिरावट का कारण बन सकता है (Dempsey 1999)। फुफ्फुसीय गैस विनिमय की दक्षता फेफड़ों से मांसपेशियों तक व्यापक ऑक्सीजन परिवहन मार्ग में एक कड़ी है (Wagner 1996), और कार्य की शुरुआत में ऑक्सीजन ग्रहण की गतिशीलता यह दर्शाती है कि यह प्रणाली कितनी जल्दी प्रतिक्रिया करती है (Whipp 1972)।

Clinical relevance

व्यायाम के दौरान गैस विनिमय के उपाय, जैसे कि वायुकोशीय-धमनी ऑक्सीजन अंतर और धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति, कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण की व्याख्या और फेफड़ों की बीमारी व्यायाम को कैसे सीमित करती है, इसके अध्ययन को सूचित करते हैं। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए सामान्य शरीर विज्ञान का वर्णन करती है और यह एक नैदानिक या उपचार मार्गदर्शिका नहीं है।

Evidence & guidelines

व्यायाम गैस विनिमय का विवरण मल्टीपल इनर्ट गैस एलिमिनेशन तकनीक और धमनी रक्त गैस माप का उपयोग करके मानव अध्ययनों के साथ-साथ एकीकृत समीक्षाओं और श्वसन शरीर विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों (Dempsey 1999; Wagner 1996; West textbook) पर आधारित है। साक्ष्य यांत्रिक और अवलोकन संबंधी हैं।

History

व्यायाम में फुफ्फुसीय गैस विनिमय को बीसवीं सदी के मध्य से अंत तक के कार्य द्वारा स्पष्ट किया गया था, जिसमें वायुकोशीय-धमनी ऑक्सीजन अंतर, वेंटिलेशन-परफ्यूजन वितरण को हल करने के लिए मल्टीपल इनर्ट गैस एलिमिनेशन तकनीक, और फिट विषयों में विसरण सीमा और धमनी हाइपोक्सिमिया के अध्ययन शामिल थे (Wagner 1996; Dempsey 1999)।

Debates

कुछ एथलीटों में व्यायाम-प्रेरित धमनी हाइपोक्सिमिया क्यों होता है जबकि दूसरों में नहीं?

भारी व्यायाम के दौरान कुछ फिट व्यक्तियों में देखी गई धमनी ऑक्सीजनकरण में गिरावट में विसरण सीमा, वेंटिलेशन-परफ्यूजन असमानता, और सापेक्ष हाइपोवेंटिलेशन के सापेक्ष योगदान सक्रिय चर्चा का विषय बने हुए हैं।

Key figures

• Jerome A. Dempsey
• Peter D. Wagner
• John B. West
• Brian J. Whipp
• Susan R. Hopkins

Seminal works

• dempsey-1999
• wagner-1996

Frequently asked questions

फेफड़े आमतौर पर व्यायाम के दौरान धमनी ऑक्सीजन के स्तर को स्थिर क्यों रखते हैं?

बढ़ा हुआ और अधिक समान वेंटिलेशन और परफ्यूजन, फुफ्फुसीय केशिकाओं की भर्ती जो विसरण क्षमता को बढ़ाती है, और झिल्ली के पार बड़ा ऑक्सीजन दबाव प्रवणता मिलकर रक्त को उच्च प्रवाह पर भी लगभग पूरी तरह से ऑक्सीजन लोड करने की अनुमति देते हैं।

व्यायाम-प्रेरित धमनी हाइपोक्सिमिया क्या है?

यह भारी व्यायाम के दौरान धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति में एक मापने योग्य गिरावट है, जो कुछ अत्यधिक प्रशिक्षित एथलीटों में देखी जाती है, जिसका श्रेय कम लाल रक्त कोशिका पारगमन समय से विसरण सीमा और कुछ वेंटिलेशन-परफ्यूजन असमानता के संयोजन को दिया जाता है।