การควบคุมระบบประสาทอัตโนมัติและรีเฟล็กซ์จากการออกกำลังกาย

ระบบประสาทอัตโนมัติทำหน้าที่ควบคุมการตอบสนองของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการออกกำลังกาย สัญญาณส่งต่อจากศูนย์ควบคุมในสมองส่วนบนที่เรียกว่า central command และรีเฟล็กซ์ป้อนกลับที่เกิดขึ้นในกล้ามเนื้อที่กำลังทำงานและจากตัวรับความดันหลอดเลือดแดง ทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดอัตราการเต้นของหัวใจ ความสามารถในการบีบตัวของหัวใจ และความตึงตัวของหลอดเลือด กลไกเหล่านี้ช่วยเพิ่มปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดออกไป ปรับการกระจายของเลือด และรักษาระดับความดันโลหิตแดงเมื่อกิจกรรมเพิ่มขึ้น

Definition

การควบคุมระบบประสาทอัตโนมัติในการออกกำลังกายคือการควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจ ความสามารถในการบีบตัวของหัวใจ และความตึงตัวของหลอดเลือดโดยการส่งสัญญาณจากระบบประสาทพาราซิมพาเทติกและซิมพาเทติก ซึ่งประสานงานโดย central command และโดยรีเฟล็กซ์ที่เกิดจากกล้ามเนื้อโครงร่าง (exercise pressor reflex) และจากบาร์โอรีเซพเตอร์ในหลอดเลือดแดง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการควบคุมหัวใจและหลอดเลือดโดยระบบประสาทพาราซิมพาเทติกและซิมพาเทติกในระหว่างการออกกำลังกาย สัญญาณส่งต่อ central command รีเฟล็กซ์กดดันจากการออกกำลังกาย (exercise pressor reflex) ที่เกิดจากเส้นประสาทนำเข้าจากกล้ามเนื้อ และการปรับตั้งใหม่ของบาร์โอรีเฟล็กซ์หลอดเลือดแดง เนื้อหานี้เป็นสรีรวิทยาอ้างอิงและไม่ได้ให้คำแนะนำในการทดสอบทางคลินิกหรือการรักษา

Core questions

• การลดลงของระบบประสาทพาราซิมพาเทติกและการกระตุ้นระบบประสาทซิมพาเทติกเปลี่ยนแปลงหัวใจและหลอดเลือดอย่างไรในระหว่างการออกกำลังกาย?
• central command คืออะไร และเริ่มต้นการตอบสนองของระบบหัวใจและหลอดเลือดได้อย่างไร?
• exercise pressor reflex จากกล้ามเนื้อที่กำลังทำงานปรับการไหลเวียนโลหิตอย่างไร?
• บาร์โอรีเฟล็กซ์หลอดเลือดแดงถูกปรับตั้งใหม่ในระหว่างการออกกำลังกายได้อย่างไรและทำไม?

Key concepts

• การลดลงของระบบประสาทพาราซิมพาเทติก
• การกระตุ้นระบบประสาทซิมพาเทติก
• Central command
• Exercise pressor reflex (รีเฟล็กซ์จากตัวรับกลไกและตัวรับเมแทบอลิซึมในกล้ามเนื้อ)
• การปรับตั้งใหม่ของบาร์โอรีเฟล็กซ์หลอดเลือดแดง
• Functional sympatholysis

Mechanisms

เมื่อเริ่มออกกำลังกาย การลดลงของโทนระบบประสาทพาราซิมพาเทติกที่หัวใจจะทำให้อัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หลังจากนั้นการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมระบบประสาทซิมพาเทติกจะทำให้อัตราการเต้นของหัวใจและความสามารถในการบีบตัวของหัวใจเพิ่มขึ้นอีก และทำให้หลอดเลือดในบริเวณที่ไม่ทำงานหดตัว (Rowell, 1974) สัญญาณส่งต่อจากศูนย์สั่งการการเคลื่อนไหวและศูนย์ควบคุมในสมองส่วนบน (central command) จะกำหนดรูปแบบเริ่มต้นของการส่งสัญญาณจากระบบประสาทอัตโนมัติควบคู่ไปกับการสั่งการการเคลื่อนไหวไปยังกล้ามเนื้อ (Fadel & Raven, 2013) การป้อนกลับจากกล้ามเนื้อที่หดตัวผ่านเส้นประสาทนำเข้าที่ไวต่อกลไกและเมแทบอลิซึม (exercise pressor reflex) จะเสริมการกระตุ้นระบบประสาทซิมพาเทติกและช่วยรักษาระดับความดันโลหิตแดง (Mitchell, Kaufman, & Iwamoto, 1983; Smith, Mitchell, & Garry, 2006) บาร์โอรีเฟล็กซ์หลอดเลือดแดงจะถูกปรับตั้งใหม่เพื่อควบคุมความดันโลหิตให้อยู่ในระดับที่สูงขึ้นในระหว่างการออกกำลังกาย ดังนั้นจึงยังคงทำหน้าที่ปรับความดันโลหิตในขณะที่อนุญาตให้ความดันโลหิตเพิ่มขึ้นจากการออกกำลังกาย (Raven, Fadel, & Ogoh, 2012)

Clinical relevance

กลไกทางระบบประสาทเหล่านี้อธิบายว่าอัตราการเต้นของหัวใจและความดันโลหิตตอบสนองต่อการออกแรงได้อย่างไร และให้พื้นฐานทางสรีรวิทยาสำหรับการทำความเข้าใจการตอบสนองของ exercise pressor reflex ที่ผิดปกติ เนื้อหานี้เป็นสรีรวิทยาอ้างอิงเชิงพรรณนา และไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นแนวทางในการวินิจฉัย การประเมินความเสี่ยง หรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

หลักฐานที่ใช้อ้างอิงเป็นข้อมูลทางสรีรวิทยาที่ได้จากการศึกษาในสัตว์และมนุษย์ รวมถึงการทบทวนวรรณกรรมแบบบูรณาการ ไม่ใช่จากแนวทางปฏิบัติทางคลินิก มิทเชลล์และคณะได้อธิบายลักษณะของ exercise pressor reflex และการทบทวนวรรณกรรมโดยฟาเดลและเรเวน รวมถึงโดยสมิธและคณะ ได้สังเคราะห์การควบคุมระบบไหลเวียนโลหิตโดยระบบประสาททั้งในภาวะปกติและภาวะเจ็บป่วย

History

งานวิจัยในศตวรรษที่ 20 ได้แยกแยะระหว่างคำสั่งจากส่วนกลางแบบส่งต่อ (central, feed-forward command) กับการป้อนกลับแบบรีเฟล็กซ์จากส่วนปลาย (peripheral reflex feedback) ในการขับเคลื่อนการตอบสนองของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการออกกำลังกาย การทบทวนวรรณกรรมของมิทเชลล์ คอฟแมน และอิวาโมโตในปี 1983 ได้รวบรวมแนวคิด exercise pressor reflex และงานวิจัยในภายหลังได้ยืนยันว่าบาร์โอรีเฟล็กซ์หลอดเลือดแดงถูกปรับตั้งใหม่ (reset) ไม่ได้ถูกปิด (switched off) ในระหว่างการออกกำลังกาย

Debates

central command และ exercise pressor reflex ทำงานร่วมกันอย่างไร?

การมีส่วนร่วมเชิงสัมพัทธ์ของ central command แบบส่งต่อและรีเฟล็กซ์กล้ามเนื้อแบบป้อนกลับต่อการตอบสนองของระบบประสาทอัตโนมัติ และวิธีที่บาร์โอรีเฟล็กซ์หลอดเลือดแดงรวมกลไกเหล่านี้เข้าด้วยกัน ยังคงเป็นคำถามที่กำลังมีการศึกษา โดยหลักฐานส่วนใหญ่สนับสนุนการควบคุมที่เสริมกันและซ้ำซ้อนกันมากกว่าการมีกลไกขับเคลื่อนหลักเพียงอย่างเดียว

Key figures

• Jere Mitchell
• Marc Kaufman
• Peter Raven
• Paul Fadel
• Loring Rowell

Seminal works

• mitchell-1983
• raven-2012
• fadel-raven-2013

Frequently asked questions

central command ในการออกกำลังกายคืออะไร?

central command คือสัญญาณส่งต่อจากศูนย์สั่งการการเคลื่อนไหวและศูนย์ควบคุมในสมองส่วนบนที่กระตุ้นการส่งสัญญาณจากระบบประสาทอัตโนมัติควบคู่ไปกับการสั่งการไปยังกล้ามเนื้อ ซึ่งเป็นการเริ่มต้นการเพิ่มขึ้นของอัตราการเต้นของหัวใจและการปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการออกกำลังกาย

exercise pressor reflex คืออะไร?

เป็นรีเฟล็กซ์ที่เกิดจากปลายประสาทที่ไวต่อกลไกและเมแทบอลิซึมในกล้ามเนื้อที่กำลังหดตัว ซึ่งจะเสริมการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติกและช่วยเพิ่มและรักษาระดับความดันโลหิตแดงในระหว่างการออกกำลังกาย