การปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการฝึก

การปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการฝึก คือชุดของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการทำงานที่ยั่งยืนของหัวใจและระบบไหลเวียนโลหิตที่เกิดขึ้นเมื่อมีการออกกำลังกายซ้ำๆ อย่างสม่ำเสมอ ในช่วงหลายสัปดาห์ถึงหลายปี หัวใจจะขยายใหญ่ขึ้นและเติมเลือดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อัตราการเต้นของหัวใจขณะพักจะลดลง ปริมาตรพลาสมาจะเพิ่มขึ้น และหลอดเลือดจะมีการปรับโครงสร้างใหม่ เพื่อให้สามารถทำงานภายนอกได้เท่าเดิมด้วยระบบไหลเวียนโลหิตที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีความสามารถสูงสุดที่สูงขึ้น

Definition

การปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการฝึก คือการปรับโครงสร้างเรื้อรังของโครงสร้างและการทำงานของหัวใจ ปริมาตรเลือด และหลอดเลือดส่วนปลายที่เกิดจากการออกกำลังกายซ้ำๆ ซึ่งช่วยเพิ่มการนำส่งออกซิเจนสูงสุดและลดภาระของระบบหัวใจและหลอดเลือดในการทำงานในระดับต่ำกว่าสูงสุดที่กำหนด

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมการปรับตัวเรื้อรังที่แตกต่างจากการตอบสนองเฉียบพลันต่อการออกกำลังกายเพียงครั้งเดียว: การขยายตัวของห้องหัวใจและรูปแบบที่แตกต่างกันที่พบในการฝึกความทนทานเทียบกับการฝึกความแข็งแรง, การลดลงของอัตราการเต้นของหัวใจขณะพักและขณะออกกำลังกายในระดับต่ำกว่าสูงสุด, การเพิ่มขึ้นของปริมาตรเลือด, และการเปลี่ยนแปลงของหลอดเลือดส่วนปลายและหลอดเลือดฝอย เนื้อหาเหล่านี้ถือเป็นการปรับตัวทางสรีรวิทยาและไม่ได้ให้คำแนะนำในการฝึก

Core questions

• หัวใจมีการปรับโครงสร้างอย่างไรเพื่อตอบสนองต่อการออกกำลังกายซ้ำๆ?
• เหตุใดการฝึกความทนทานและการฝึกความแข็งแรงจึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของหัวใจที่แตกต่างกัน?
• เหตุใดอัตราการเต้นของหัวใจขณะพักจึงลดลงเมื่อมีการฝึก?
• ปริมาตรเลือดและหลอดเลือดส่วนปลายมีการปรับตัวอย่างไร?

Key concepts

• ภาวะหัวใจนักกีฬา
• การปรับโครงสร้างหัวใจห้องล่างแบบประหลาดเทียบกับแบบร่วมศูนย์
• ปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกไปในแต่ละครั้งและปริมาตรเลือดในหัวใจห้องล่างซ้ายช่วงคลายตัวตอนปลายที่เพิ่มขึ้น
• ภาวะหัวใจเต้นช้าจากการฝึก
• การเพิ่มขึ้นของปริมาตรพลาสมาและปริมาตรเลือด
• การปรับตัวของหลอดเลือดฝอยและหลอดเลือดส่วนปลาย
• การใช้ออกซิเจนสูงสุดที่เพิ่มขึ้น

Mechanisms

การออกกำลังกายซ้ำๆ ทำให้เกิดภาระทางโลหิตพลศาสตร์ซ้ำๆ ซึ่งกระตุ้นการปรับโครงสร้าง การฝึกความทนทาน (แบบไดนามิก) ทำให้เกิดภาระปริมาตรเรื้อรัง ซึ่งส่งเสริมการปรับโครงสร้างแบบประหลาด (eccentric remodelling) โดยมีการขยายตัวของห้องหัวใจและปริมาตรเลือดในหัวใจห้องล่างซ้ายช่วงคลายตัวตอนปลาย (end-diastolic volume) ที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกไปในแต่ละครั้ง (stroke volume) การฝึกความแข็งแรง (แบบสถิต) ทำให้เกิดภาระความดันเรื้อรัง ซึ่งส่งเสริมการปรับโครงสร้างแบบร่วมศูนย์ (concentric remodelling) โดยมีความหนาของผนังที่สัมพันธ์กันมากขึ้น หลักฐานจากการวิเคราะห์อภิมาน (meta-analytic evidence) แสดงให้เห็นรูปแบบที่แตกต่างกันเหล่านี้ ในขณะที่การทำงานของหัวใจห้องล่างซ้ายช่วงบีบตัวและคลายตัวยังคงเป็นปกติ การฝึกยังช่วยเพิ่มปริมาตรพลาสมาและปริมาตรรวมของเลือด ซึ่งช่วยเพิ่มการไหลกลับของเลือดดำและปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกไปในแต่ละครั้ง และเพิ่มอิทธิพลของเส้นประสาทเวกัสต่อหัวใจ ซึ่งช่วยลดอัตราการเต้นของหัวใจขณะพักและขณะออกกำลังกายในระดับต่ำกว่าสูงสุด ที่ส่วนปลาย ความหนาแน่นของหลอดเลือดฝอยและการนำไฟฟ้าของหลอดเลือดจะเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการนำส่งและสกัดออกซิเจน การปรับตัวเหล่านี้ร่วมกันช่วยเพิ่มปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดออกไปสูงสุด (maximal cardiac output) และการใช้ออกซิเจนสูงสุด (maximal oxygen uptake) และลดอัตราการเต้นของหัวใจที่ต้องใช้ในการทำงานในระดับต่ำกว่าสูงสุดที่กำหนด

Clinical relevance

การตระหนักถึงภาวะหัวใจนักกีฬาทางสรีรวิทยาเป็นสิ่งสำคัญเมื่อตีความขนาดหัวใจและภาวะหัวใจเต้นช้าขณะพักในบุคคลที่ได้รับการฝึกฝน ซึ่งการปรับตัวปกติอาจคล้ายกับโรค เนื้อหานี้อธิบายรูปแบบการปรับตัวปกติเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง การแยกแยะการปรับตัวทางสรีรวิทยาออกจากพยาธิสภาพในแต่ละบุคคลเป็นการตัดสินใจทางคลินิกและไม่ได้กล่าวถึงในที่นี้

Evidence & guidelines

ภาพรวมของโครงสร้างอ้างอิงจากการสังเคราะห์อภิมาน (meta-analytic synthesis)—Pluim และคณะได้รวบรวมข้อมูลโครงสร้างและการทำงานของหัวใจในนักกีฬาและบันทึกรูปแบบความทนทานและความแข็งแรงที่แตกต่างกัน—ควบคู่ไปกับสรีรวิทยาเชิงบูรณาการจาก Rowell และจาก Joyner และ Casey เกี่ยวกับปัจจัยกำหนดการนำส่งออกซิเจนและการเพิ่มขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการฝึก สิ่งเหล่านี้เป็นการสังเคราะห์งานวิจัยมากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

หัวใจที่ขยายใหญ่ขึ้นของนักกีฬาความทนทานถูกบันทึกไว้ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และมีการถกเถียงกันมานานว่าเป็นภาวะที่ปรับตัวได้หรือเป็นพยาธิสภาพ การศึกษาภาพถ่ายที่สะสมมา ซึ่งสังเคราะห์ในการวิเคราะห์อภิมานของ Pluim และคณะในปี 2000 ได้ยืนยันว่าการฝึกทำให้เกิดการปรับโครงสร้างที่สอดคล้องกันและขึ้นอยู่กับประเภทของการออกกำลังกาย โดยมีการทำงานที่ยังคงรักษาไว้ ซึ่งเป็นกรอบแนวคิดสมัยใหม่ของภาวะหัวใจนักกีฬา

Debates

การฝึกความทนทานและการฝึกความแข็งแรงมีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนเพียงใดในผลกระทบต่อหัวใจ?

การวิเคราะห์อภิมานแสดงให้เห็นว่าการฝึกความทนทานส่งเสริมการขยายตัวของห้องหัวใจ และการฝึกความแข็งแรงส่งเสริมการหนาตัวของผนัง แต่มีนักกีฬาจำนวนมากที่รวมการฝึกทั้งสองแบบ และระดับที่รูปแบบทั้งสองมีความแตกต่างกันอย่างแท้จริงมากกว่าที่จะทับซ้อนกันยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

Key figures

• Babette Pluim
• Loring Rowell
• Michael Joyner

Seminal works

• pluim-2000
• rowell-1974

Frequently asked questions

เหตุใดอัตราการเต้นของหัวใจขณะพักจึงลดลงเมื่อมีการฝึกอย่างสม่ำเสมอ?

การฝึกจะเพิ่มอิทธิพลของเส้นประสาทเวกัส (พาราซิมพาเทติก) ต่อหัวใจและเพิ่มปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกไปในแต่ละครั้ง ดังนั้นปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดออกไปขณะพักเท่าเดิมจึงทำได้ด้วยอัตราการเต้นของหัวใจที่ต่ำลง ซึ่งเป็นการปรับตัวปกติที่มักเรียกว่าภาวะหัวใจเต้นช้าจากการฝึก

การฝึกความทนทานและการฝึกความแข็งแรงทำให้หัวใจเปลี่ยนแปลงไปในทางเดียวกันหรือไม่?

ไม่ การฝึกความทนทานมักจะทำให้ห้องหัวใจขยายใหญ่ขึ้น (รูปแบบภาระปริมาตร) ในขณะที่การฝึกความแข็งแรงมักจะทำให้ผนังหนาขึ้น (รูปแบบภาระความดัน) โดยที่การทำงานของการสูบฉีดเลือดยังคงเป็นปกติในทั้งสองกรณี