वेंटिलेटरी नियंत्रण और व्यायाम हाइपरपनिया

व्यायाम हाइपरपनिया फुफ्फुसीय वेंटिलेशन में वृद्धि है जो शारीरिक गतिविधि के साथ होती है, शरीर के कार्बन डाइऑक्साइड उत्पादन के अनुपात में बढ़ती है ताकि मध्यम व्यायाम के दौरान धमनी रक्त गैसें और पीएच लगभग स्थिर रहें। श्वसन नियंत्रण प्रणाली इस सटीक मिलान को कैसे प्राप्त करती है, और भारी काम के दौरान कौन से अतिरिक्त ड्राइव दिखाई देते हैं, यह समझना व्यायाम में वेंटिलेटरी नियंत्रण की केंद्रीय समस्या है।

Definition

व्यायाम हाइपरपनिया व्यायाम के दौरान मिनट वेंटिलेशन में वृद्धि है, जो केंद्रीय (फीड-फॉरवर्ड) और परिधीय (फीडबैक) श्वसन नियंत्रण संकेतों की एकीकृत क्रिया द्वारा उत्पन्न होती है, जो सामान्यतः एल्वियोलर वेंटिलेशन को चयापचय कार्बन डाइऑक्साइड उत्पादन से मेल खाती है।

Scope

यह विषय गतिशील व्यायाम के प्रति वेंटिलेटरी प्रतिक्रिया के समय-क्रम और परिमाण, इसे चलाने के लिए प्रस्तावित तंत्रिका फीड-फॉरवर्ड और फीडबैक संकेतों, वेंटिलेशन और कार्बन डाइऑक्साइड आउटपुट के बीच संबंध, और उच्च तीव्रता पर उभरने वाले अतिरिक्त वेंटिलेटरी ड्राइव को शामिल करता है। यह श्वास नियंत्रण का एक संदर्भ और शैक्षिक उपचार है, न कि नैदानिक फुफ्फुसीय मूल्यांकन।

Core questions

• व्यायाम की शुरुआत में वेंटिलेशन में तेजी से वृद्धि को कौन से संकेत शुरू करते हैं?
• मध्यम व्यायाम के दौरान वेंटिलेशन को कार्बन डाइऑक्साइड आउटपुट के आनुपातिक कैसे रखा जाता है?
• भारी व्यायाम के दौरान वेंटिलेशन ऑक्सीजन ग्रहण के अनुपात से बाहर क्यों बढ़ता है?
• केंद्रीय कमांड बनाम अभिवाही प्रतिक्रिया की सापेक्ष भूमिकाएँ क्या हैं?

Key concepts

• केंद्रीय कमांड (फीड-फॉरवर्ड ड्राइव)
• मांसपेशी अभिवाही प्रतिक्रिया (समूह III और IV)
• परिधीय और केंद्रीय केमोरेसेप्टर्स
• चरण I, II, और III वेंटिलेटरी प्रतिक्रिया
• आइसोकैपनिक बफरिंग
• श्वसन क्षतिपूर्ति बिंदु
• कार्बन डाइऑक्साइड के लिए वेंटिलेटरी समतुल्य

Mechanisms

व्यायाम की शुरुआत में वेंटिलेशन अचानक बढ़ जाता है (एक प्रारंभिक, तंत्रिका-मध्यस्थता चरण) इससे पहले कि रक्त गैसों में कोई बदलाव महसूस किया जा सके, फिर धीरे-धीरे एक स्थिर अवस्था में बढ़ जाता है जिसमें एल्वियोलर वेंटिलेशन कार्बन डाइऑक्साइड उत्पादन से मेल खाता है ताकि धमनी कार्बन डाइऑक्साइड तनाव अपने आराम मूल्य के करीब रहे। प्रस्तावित चालकों में मांसपेशियों को मोटर सिग्नल के समानांतर उत्पन्न होने वाली फीड-फॉरवर्ड केंद्रीय कमांड, काम करने वाली मांसपेशियों में समूह III और IV अभिवाही से प्रतिक्रिया, और कैरोटिड बॉडी और केंद्रीय केमोरेसेप्टर्स द्वारा मॉड्यूलेशन शामिल हैं; प्रचलित दृष्टिकोण यह है कि कोई भी एक तंत्र अकेले काम नहीं करता है और प्रतिक्रिया उनके एकीकरण को दर्शाती है (फॉरस्टर 2012)। भारी व्यायाम के दौरान लैक्टेट का संचय और इससे जुड़ा चयापचय अम्लरक्तता एक अतिरिक्त वेंटिलेटरी ड्राइव जोड़ता है, जिससे वेंटिलेशन ऑक्सीजन ग्रहण के अनुपात से बाहर बढ़ जाता है और धमनी कार्बन डाइऑक्साइड गिरने लगता है (वासरमैन 1973; हाउज़ी 2012)।

Clinical relevance

व्यायाम के प्रति वेंटिलेटरी प्रतिक्रिया, जिसमें वेंटिलेटरी समतुल्य और श्वसन क्षतिपूर्ति का बिंदु शामिल है, कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण का एक मुख्य परिणाम है और यह निर्धारित करता है कि व्यायाम असहिष्णुता की व्याख्या कैसे की जाती है। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए सामान्य शरीर विज्ञान का वर्णन करती है; यह एक नैदानिक प्रोटोकॉल या व्यक्तिगत उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

व्यायाम में वेंटिलेटरी नियंत्रण की समझ व्यायाम की शुरुआत और स्थिर अवस्था में श्वास के मानव और पशु अध्ययनों और क्लासिक गैस-विनिमय सीमा कार्य पर आधारित है, जिसे व्यापक समीक्षाओं और श्वसन शरीर विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों में संश्लेषित किया गया है (फॉरस्टर 2012; वासरमैन 1973; वेस्ट पाठ्यपुस्तक)। साक्ष्य परीक्षण-आधारित होने के बजाय यांत्रिक और अवलोकन संबंधी है।

History

व्यायाम में वेंटिलेशन चयापचय से इतनी सटीक रूप से क्यों मेल खाता है, इस पहेली का अध्ययन बीसवीं सदी के शुरुआती श्वसन शरीर विज्ञान से किया गया है। मध्य-सदी के काम ने वेंटिलेटरी प्रतिक्रिया के चरणों और गैस-विनिमय सीमा (वासरमैन 1973) को चित्रित किया, और बाद की एकीकृत समीक्षाओं ने प्रतिस्पर्धी केंद्रीय-कमांड और प्रतिक्रिया परिकल्पनाओं (फॉरस्टर 2012) का वजन किया।

Debates

व्यायाम हाइपरपनिया को चलाने में केंद्रीय कमांड बनाम परिधीय प्रतिक्रिया

क्या वेंटिलेशन में वृद्धि मुख्य रूप से फीड-फॉरवर्ड केंद्रीय कमांड द्वारा, व्यायाम करने वाली मांसपेशियों और केमोरेसेप्टर्स से अभिवाही प्रतिक्रिया द्वारा, या दोनों के एक सीखे हुए एकीकरण द्वारा नियंत्रित होती है, इस पर दशकों से बहस चल रही है और यह पूरी तरह से हल नहीं हुआ है।

क्या धमनी अम्लता सीधे भारी व्यायाम के अतिरिक्त वेंटिलेशन को चलाती है?

भारी व्यायाम की चयापचय अम्लरक्तता किस हद तक केमोरेसेप्टर्स के माध्यम से अतिरिक्त वेंटिलेटरी ड्राइव उत्पन्न करने के लिए कार्य करती है, बनाम अन्य संयोगी संकेत, श्वास-नियंत्रण साहित्य में चर्चा का विषय बना हुआ है।

Key figures

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

Seminal works

• forster-2012
• wasserman-1973

Frequently asked questions

रक्त गैसों में परिवर्तन से पहले व्यायाम शुरू होते ही वेंटिलेशन क्यों बढ़ता है?

सबसे शुरुआती वृद्धि को तंत्रिका-प्रेरित माना जाता है, जो मांसपेशियों को मोटर कमांड के समानांतर और आंदोलन-संबंधी प्रतिक्रिया से उत्पन्न होती है, न कि रक्त ऑक्सीजन या कार्बन डाइऑक्साइड में किसी भी महसूस किए गए परिवर्तन से।

श्वसन क्षतिपूर्ति बिंदु क्या है?

यह वृद्धिशील व्यायाम के दौरान वह कार्य दर है जिस पर वेंटिलेशन कार्बन डाइऑक्साइड आउटपुट के भी अनुपात से बाहर बढ़ जाता है, जो भारी व्यायाम के विकसित हो रहे चयापचय अम्लरक्तता को ऑफसेट करने के लिए एक अतिरिक्त ड्राइव को दर्शाता है।