การบูรณาการระบบหัวใจและหลอดเลือดระหว่างการออกกำลังกาย
การบูรณาการระบบหัวใจและหลอดเลือดระหว่างการออกกำลังกายอธิบายถึงการทำงานร่วมกันของหัวใจ หลอดเลือด และระบบประสาทอัตโนมัติ เพื่อให้การส่งเลือดที่อุดมด้วยออกซิเจนเป็นไปตามความต้องการทางเมแทบอลิซึมที่เพิ่มขึ้นของกล้ามเนื้อที่ทำงาน เมื่อเริ่มออกกำลังกาย ปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจจะเพิ่มขึ้น การไหลเวียนของเลือดจะถูกจัดสรรใหม่ไปยังกล้ามเนื้อที่ทำงาน การขยายตัวของหลอดเลือดเฉพาะที่ช่วยลดแรงต้านทานในบริเวณนั้น และปฏิกิริยาสะท้อนของระบบประสาทจะปรับอัตราการเต้นของหัวใจและโทนของหลอดเลือด เพื่อรักษาระดับความดันโลหิตแดงในขณะที่ยังคงการไหลเวียนของเลือดไว้
Definition
การบูรณาการระบบหัวใจและหลอดเลือดระหว่างการออกกำลังกายคือการปรับตัวที่ประสานกันของปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจ การกระจายการไหลเวียนของเลือดเฉพาะที่ แรงต้านทานของหลอดเลือด และการทำงานของระบบประสาทอัตโนมัติ ซึ่งเชื่อมโยงการส่งออกซิเจนและสารตั้งต้นเข้ากับความต้องการทางเมแทบอลิซึมของกล้ามเนื้อโครงร่างที่หดตัว ในขณะที่ยังคงรักษาระดับความดันโลหิตแดงไว้
Scope
ส่วนนี้จะช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจถึงการตอบสนองของระบบไหลเวียนโลหิตแบบบูรณาการต่อการออกกำลังกายแบบไดนามิก โดยเชื่อมโยงสี่หัวข้อหลัก: ปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจซึ่งเกิดจากอัตราการเต้นของหัวใจและปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกในแต่ละครั้ง; การกระจายและการควบคุมการไหลเวียนของเลือดเฉพาะที่; กลไกของหลอดเลือดและเยื่อบุผนังหลอดเลือดที่กำหนดขนาดของหลอดเลือด; และการควบคุมของระบบประสาทอัตโนมัติและปฏิกิริยาสะท้อนที่ประสานการตอบสนองทั้งหมด โดยจะนำเสนอเนื้อหาในฐานะสรีรวิทยาอ้างอิง ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิกหรือการฝึกอบรม
Sub-topics
Core questions
- ปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจเพิ่มขึ้นได้อย่างไรเพื่อตอบสนองความต้องการออกซิเจนของกล้ามเนื้อที่ออกกำลังกาย?
- การไหลเวียนของเลือดถูกเปลี่ยนทิศทางไปยังกล้ามเนื้อที่ทำงานและออกจากอวัยวะที่ทำงานน้อยลงได้อย่างไร?
- กลไกเฉพาะที่และกลไกของเยื่อบุผนังหลอดเลือดใดที่ทำให้การไหลเวียนของเลือดสอดคล้องกับอัตราเมแทบอลิซึมภายในเนื้อเยื่อ?
- คำสั่งจากส่วนกลางและส่วนโค้งรีเฟล็กซ์จากกล้ามเนื้อและบาโรรีเซพเตอร์ควบคุมอัตราการเต้นของหัวใจ โทนของหลอดเลือด และความดันโลหิตแดงได้อย่างไร?
Key concepts
- การส่งออกซิเจนและหลักการของ Fick
- ปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจเท่ากับอัตราการเต้นของหัวใจคูณด้วยปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกในแต่ละครั้ง
- การจัดสรรการไหลเวียนของเลือดใหม่
- ภาวะ sympatholysis เชิงหน้าที่ (Functional sympatholysis)
- ภาวะเลือดคั่งจากการออกกำลังกาย (Exercise hyperemia)
- คำสั่งจากส่วนกลางและรีเฟล็กซ์ความดันจากการออกกำลังกาย (exercise pressor reflex)
- การปรับตั้งค่าบาโรรีเฟล็กซ์ของหลอดเลือดแดงใหม่
Mechanisms
เมื่อเริ่มออกกำลังกาย การลดลงของโทนประสาทพาราซิมพาเทติกของหัวใจและการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมประสาทซิมพาเทติกจะทำให้อัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้น ในขณะที่การกลับของเลือดดำและการหดตัวของหัวใจที่เพิ่มขึ้นจะช่วยเพิ่มปริมาตรเลือดที่ถูกสูบฉีดออกในแต่ละครั้ง ซึ่งรวมกันแล้วจะเพิ่มปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจ (Rowell, 1974) การหดตัวของหลอดเลือดโดยระบบประสาทซิมพาเทติกจะจำกัดการไหลเวียนของเลือดไปยังอวัยวะที่ไม่ทำงาน ในขณะที่ภายในกล้ามเนื้อที่ทำงาน การขยายตัวของหลอดเลือดเฉพาะที่จากเมแทบอลิซึมและเยื่อบุผนังหลอดเลือดจะเอาชนะการหดตัว (functional sympatholysis) ซึ่งช่วยลดแรงต้านทานในบริเวณนั้นและทำให้เกิดภาวะเลือดคั่งจากการออกกำลังกาย (exercise hyperemia) (Joyner & Casey, 2015) บาโรรีเฟล็กซ์ของหลอดเลือดแดงจะถูกปรับใหม่ให้ทำงานที่ความดันที่สูงขึ้นระหว่างการออกกำลังกาย ทำให้ความดันเพิ่มขึ้นในขณะที่การควบคุมแบบรีเฟล็กซ์ยังคงอยู่ (Raven, Fadel, & Ogoh, 2012) ผลลัพธ์สุทธิคือการเพิ่มขึ้นอย่างมากของการไหลเวียนของเลือดไปยังกล้ามเนื้อ โดยมีความดันโลหิตแดงเฉลี่ยที่ได้รับการป้องกันและเพิ่มขึ้นเล็กน้อย
Clinical relevance
การทำความเข้าใจการตอบสนองของระบบหัวใจและหลอดเลือดแบบบูรณาการเป็นพื้นฐานทางสรีรวิทยาสำหรับการตีความผลการทดสอบการออกกำลังกาย และสำหรับการทำความเข้าใจว่าโรคสามารถลดการเพิ่มขึ้นตามปกติของปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจหรือทำให้การกระจายการไหลเวียนของเลือดบกพร่องได้อย่างไร บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาแบบบูรณาการตามปกติเพื่อการอ้างอิงและการศึกษา ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยรายบุคคล การกำหนดโปรแกรมการออกกำลังกาย หรือการตัดสินใจในการรักษา
Evidence & guidelines
การตอบสนองแบบบูรณาการส่วนใหญ่ได้รับการบันทึกไว้ในบทความทบทวนและเอกสารทางสรีรวิทยามากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก บทความทบทวนและเอกสารของ Rowell สังเคราะห์การปรับตัวของระบบไหลเวียนโลหิตของมนุษย์ต่อการออกกำลังกาย และบทความทบทวนของ Joyner และ Casey ได้กำหนดลำดับชั้นของความต้องการที่แข่งขันกันซึ่งควบคุมการไหลเวียนของเลือดไปยังกล้ามเนื้อ
History
การศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับการตอบสนองของระบบหัวใจและหลอดเลือดของมนุษย์ต่อการออกกำลังกายมีความก้าวหน้าผ่านงานวิจัยในศตวรรษที่ 20 เกี่ยวกับการวัดปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจและการไหลเวียนของเลือดเฉพาะที่ บทความทบทวนของ Rowell ในปี 1974 ได้รวบรวมว่าระบบไหลเวียนโลหิตปรับตัวอย่างไรต่อความต้องการที่แข่งขันกันของการออกกำลังกายและความเครียดจากความร้อน และเอกสารของเขาในปี 1993 ได้วางกรอบของสาขาวิชานี้โดยเน้นการควบคุมแบบรีเฟล็กซ์แบบบูรณาการ บทความทบทวนในภายหลังได้จัดให้การขยายตัวของหลอดเลือดในกล้ามเนื้อเฉพาะที่อยู่ในลำดับชั้นของความต้องการทางสรีรวิทยาที่แข่งขันกัน
Debates
- อะไรเป็นตัวจำกัดการใช้ออกซิเจนสูงสุด?
- ไม่ว่าขีดจำกัดสูงสุดของการใช้ออกซิเจนระหว่างการออกกำลังกายทั้งร่างกายจะถูกกำหนดโดยปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจส่วนกลาง (การส่งออกซิเจน) หรือโดยการสกัดออกซิเจนของกล้ามเนื้อส่วนปลาย ยังคงเป็นคำถามเชิงบูรณาการที่มีมานาน โดยหลักฐานส่วนใหญ่เน้นว่าการส่งออกซิเจนเป็นข้อจำกัดหลัก
Key figures
- Loring Rowell
- Michael Joyner
- Peter Raven
- Bengt Saltin
Related topics
Seminal works
- rowell-1974
- joyner-casey-2015
- rowell-1993
Frequently asked questions
- การบูรณาการระบบหัวใจและหลอดเลือดระหว่างการออกกำลังกายหมายถึงอะไร?
- หมายถึงการทำงานร่วมกันอย่างประสานงานของหัวใจ หลอดเลือด และระบบประสาทอัตโนมัติ เพื่อเพิ่มและเปลี่ยนทิศทางการไหลเวียนของเลือด เพื่อให้กล้ามเนื้อที่ทำงานได้รับออกซิเจนเพียงพอในขณะที่ยังคงรักษาระดับความดันโลหิตแดงไว้
- ทำไมความดันโลหิตจึงไม่ลดลงเมื่อหลอดเลือดในกล้ามเนื้อขยายตัวระหว่างการออกกำลังกาย?
- การขยายตัวของหลอดเลือดอย่างมากในกล้ามเนื้อที่ทำงานจะถูกชดเชยด้วยปริมาณเลือดที่ออกจากหัวใจที่เพิ่มขึ้น และการหดตัวของหลอดเลือดโดยระบบประสาทซิมพาเทติกในบริเวณหลอดเลือดอื่นๆ และบาโรรีเฟล็กซ์ของหลอดเลือดแดงจะถูกปรับตั้งค่าใหม่ไปยังจุดทำงานที่สูงขึ้น ดังนั้นความดันโลหิตแดงเฉลี่ยจึงได้รับการป้องกันไม่ให้ลดลง