Hiperpnea Olahraga

Hiperpnea olahraga adalah peningkatan ventilasi paru yang menyertai aktivitas fisik. Ciri yang paling menonjol adalah presisinya: di berbagai tingkat kerja submaksimal, ventilasi meningkat sebanding dengan produksi karbon dioksida dan pengambilan oksigen, sehingga karbon dioksida arteri dan pH hampir dipertahankan meskipun kebutuhan metabolisme berlipat ganda. Bagaimana pengontrol mencapai kesesuaian ini, meskipun tidak ada satu sinyal pun yang cukup, tetap menjadi masalah klasik fisiologi pernapasan.

Definition

Hiperpnea olahraga adalah peningkatan ventilasi semenit selama olahraga yang meningkat kira-kira sebanding dengan produksi karbon dioksida metabolik, biasanya mempertahankan tekanan karbon dioksida arteri dan pH mendekati nilai istirahat sepanjang olahraga sedang.

Scope

Entri ini mencakup rentang waktu dan fase respons ventilasi olahraga, sinyal umpan maju dan umpan balik kandidat yang diusulkan untuk menggerakkannya, dan perilaku ventilasi pada tingkat kerja yang lebih tinggi di mana asidosis laktat menambah kompensasi pernapasan. Ini memperlakukan hiperpnea olahraga sebagai masalah kontrol dalam fisiologi integratif.

Core questions

• Sinyal apa yang mengaitkan ventilasi begitu erat dengan laju metabolisme selama olahraga?
• Mengapa karbon dioksida arteri tetap hampir konstan meskipun ada perubahan besar dalam produksinya?
• Apa saja fase-fase berbeda dari respons ventilasi pada permulaan dan penghentian olahraga?
• Bagaimana perilaku ventilasi pada tingkat kerja tinggi setelah asidosis metabolik muncul?

Key concepts

• Dorongan umpan maju (perintah sentral)
• Umpan balik dari aferen otot (refleks presor olahraga)
• Fase I, II, dan III dari respons ventilasi
• Penyangga isokapnik dan titik kompensasi pernapasan
• Ekuivalen ventilasi untuk oksigen dan karbon dioksida
• Aliran karbon dioksida ke paru-paru sebagai variabel yang diatur

Mechanisms

Respons ventilasi dimulai hampir segera setelah permulaan olahraga (Fase I), terlalu cepat untuk dijelaskan oleh perubahan kimia arteri, menyiratkan dorongan umpan maju dari pusat motorik yang lebih tinggi (perintah sentral) dan umpan balik saraf cepat dari otot yang berkontraksi. Peningkatan eksponensial yang lebih lambat (Fase II) membawa ventilasi menuju keadaan stabil (Fase III) di mana ia mengikuti produksi karbon dioksida. Sinyal kandidat meliputi perintah sentral, aferen otot kelompok III dan IV yang merasakan keadaan metabolik dan mekanis otot, dan informasi aferen yang terkait dengan laju pengiriman karbon dioksida ke paru-paru; penelitian eksperimental telah menunjukkan stimulus intramuskular berkontribusi pada respons dan bahwa ventilasi sensitif terhadap manipulasi aliran udara dan kepadatan gas. Tidak ada satu mekanisme pun yang sepenuhnya menjelaskan presisi kesesuaian, dan pengontrol dianggap mengintegrasikan beberapa sinyal redundan. Pada tingkat kerja di atas ambang laktat, penyangga asam laktat menghasilkan karbon dioksida ekstra dan, di luar titik kompensasi pernapasan, pH yang menurun mendorong ventilasi lebih cepat daripada produksi karbon dioksida, menurunkan karbon dioksida arteri.

Clinical relevance

Fase dan ambang batas respons ventilasi olahraga mendasari pengujian latihan kardiopulmoner, di mana ekuivalen ventilasi dan titik kompensasi pernapasan dibaca untuk mengkarakterisasi kapasitas latihan dan efisiensi pertukaran gas. Ini adalah fisiologi referensi yang menjelaskan interpretasi tes; ini bukan saran klinis yang diindividualisasikan.

Evidence & guidelines

Mekanisme yang dirangkum di sini diambil dari tinjauan fisiologis komprehensif dan eksperimen manusia klasik daripada dari uji klinis; tinjauan komprehensif oleh Forster dan rekan (2012) mensintesis sinyal kontrol kandidat dan ketidakpastian yang tersisa.

History

Kontrol pernapasan selama olahraga telah diperdebatkan sejak awal abad kedua puluh, ketika hipotesis humoral dan saraf bersaing untuk menjelaskan peningkatan ventilasi yang cepat namun tepat. Karya abad kedua puluh membedakan permulaan saraf yang cepat dari fase humoral yang lebih lambat dan memperkenalkan konsep perintah sentral dan umpan balik aferen otot, sementara fisiologi pengujian olahraga memformalkan ambang ventilasi. Masalah bagaimana ventilasi disesuaikan secara tepat dengan metabolisme masih dianggap belum sepenuhnya terpecahkan.

Debates

Apa yang mendorong kesesuaian yang tepat antara ventilasi dan metabolisme?

Hipotesis umpan maju (perintah sentral) dan umpan balik (aferen otot dan aliran karbon dioksida) masing-masing menjelaskan sebagian dari respons, dan pengontrol dianggap menggabungkan sinyal redundan daripada bergantung pada satu; pembobotan relatif masih diperdebatkan.

Key figures

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

Seminal works

• forster-2012
• ward-1982
• williamson-1993

Frequently asked questions

Mengapa karbon dioksida arteri tidak meningkat selama olahraga sedang meskipun tubuh memproduksinya lebih banyak?

Ventilasi meningkat sebanding dengan produksi karbon dioksida, sehingga gas dibersihkan secepat ia dihasilkan, menjaga tekanan karbon dioksida arteri mendekati nilai istirahatnya.

Apakah hiperpnea olahraga didorong oleh perubahan gas darah?

Tidak terutama selama olahraga sedang; gas darah arteri sedikit berubah, sehingga sinyal umpan maju dan umpan balik saraf dianggap mendominasi respons, dengan asidosis metabolik memberikan dorongan tambahan hanya pada tingkat kerja tinggi.