การตอบสนองและการบูรณาการของระบบหัวใจและหลอดเลือด

การตอบสนองและการบูรณาการของระบบหัวใจและหลอดเลือดคือการศึกษาว่าหัวใจ หลอดเลือด และกลไกควบคุมทางระบบประสาทและสารน้ำทำงานร่วมกันอย่างไรเพื่อปรับการไหลเวียนโลหิตให้เข้ากับความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไป แทนที่จะตรวจสอบส่วนประกอบแต่ละส่วนแยกกัน สาขาวิชานี้จะศึกษาว่าระบบไหลเวียนโลหิตทำงานอย่างไรในฐานะระบบที่บูรณาการเมื่อร่างกายออกกำลังกาย เปลี่ยนท่าทาง ฝึกฝนเป็นระยะเวลานาน หรือเปลี่ยนผ่านจากชีวิตในครรภ์ไปสู่ชีวิตอิสระ

Definition

การตอบสนองและการบูรณาการของระบบหัวใจและหลอดเลือดหมายถึงการปรับตัวที่ประสานกันของปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีด โทนของหลอดเลือด และการกระจายตัวของเลือดในแต่ละภูมิภาค ซึ่งถูกควบคุมโดยสัญญาณจากระบบประสาทอัตโนมัติ เมตาบอลิซึมเฉพาะที่ และสารน้ำ โดยที่ระบบไหลเวียนโลหิตจะรักษาการไหลเวียนโลหิตที่เพียงพอในสภาวะทางสรีรวิทยาและความต้องการที่แตกต่างกันไป

Scope

สาขาวิชานี้รวบรวมความท้าทายหลักที่ระบบไหลเวียนโลหิตต้องแก้ไข: การเพิ่มขึ้นของปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดและการกระจายตัวของเลือดใหม่ในระหว่างการออกกำลังกาย การปรับตัวเชิงโครงสร้างและการทำงานที่เกิดขึ้นหลังจากการฝึกซ้ำๆ การป้องกันความดันโลหิตแดงแบบนาทีต่อนาทีจากแรงโน้มถ่วงเมื่อเปลี่ยนท่าทาง และการจัดระเบียบระบบไหลเวียนโลหิตใหม่ในช่วงการพัฒนาเมื่อแรกเกิด สาขาวิชานี้ถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นหัวข้อทางสรีรวิทยาที่ต่อยอดจากกลไกการควบคุมหัวใจ หลอดเลือด และระบบประสาทอัตโนมัติที่กล่าวถึงในส่วนอื่นของสรีรวิทยาหัวใจและหลอดเลือด และไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

Sub-topics

• การปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการฝึก
• การตอบสนองของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการออกกำลังกาย
• การไหลเวียนโลหิตของทารกในครรภ์และทารกแรกเกิด
• การควบคุมการทรงตัว

Core questions

• ระบบไหลเวียนโลหิตเพิ่มและกระจายการไหลเวียนของเลือดใหม่เพื่อตอบสนองต่อความต้องการทางเมตาบอลิซึมที่เพิ่มขึ้นอย่างมากได้อย่างไร?
• การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการทำงานใดบ้างที่เกิดขึ้นหลังจากการฝึกออกกำลังกายซ้ำๆ?
• ความดันโลหิตแดงถูกป้องกันได้อย่างไรเมื่อแรงโน้มถ่วงดึงเลือดออกจากหัวใจและสมอง?
• ระบบไหลเวียนโลหิตจัดระเบียบตัวเองใหม่เมื่อแรกเกิดจากรูปแบบของทารกในครรภ์ไปสู่รูปแบบของผู้ใหญ่ได้อย่างไร?

Key concepts

• ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดและการกระจายตัว
• คำสั่งจากส่วนกลางและรีเฟล็กซ์การกดดันจากการออกกำลังกาย
• ภาวะ Sympatholysis เชิงหน้าที่และการขยายหลอดเลือดเฉพาะที่จากเมตาบอลิซึม
• การป้องกันความดันโลหิตแดงด้วย Baroreflex
• การปรับโครงสร้างระบบหัวใจและหลอดเลือดด้วยการฝึก
• การเปลี่ยนผ่านด้านพัฒนาการของระบบไหลเวียนโลหิต

Mechanisms

การบูรณาการขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันของกลไกการควบคุมสามระดับ การควบคุมระบบประสาทอย่างรวดเร็วผ่านระบบประสาทอัตโนมัติจะกำหนดอัตราการเต้นของหัวใจ ความสามารถในการหดตัว และโทนของหลอดเลือดทั่วร่างกาย โดยมีคำสั่งจากส่วนกลางและรีเฟล็กซ์ (บารอรีเซพเตอร์, คีโมรีเซพเตอร์, และเมตาบอรีเฟล็กซ์ของกล้ามเนื้อ) ที่ปรับผลลัพธ์ให้เข้ากับความต้องการ สัญญาณเมตาบอลิซึมเฉพาะที่และเอนโดทีเลียมจะทำให้หลอดเลือดในเนื้อเยื่อที่ทำงานอยู่ขยายตัว เพื่อให้เลือดไหลไปยังบริเวณที่มีความต้องการมากที่สุด แม้ว่ากิจกรรมของระบบประสาทซิมพาเทติกทั่วร่างกายจะเพิ่มขึ้นก็ตาม กระบวนการทางสารน้ำและโครงสร้างที่ช้ากว่าจะปรับปริมาณเลือดและปรับโครงสร้างหัวใจและหลอดเลือดในช่วงหลายวันถึงหลายปี ผลลัพธ์ที่บูรณาการคือปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดและการกระจายตัวในแต่ละภูมิภาคจะถูกปรับให้เข้ากับความต้องการทางเมตาบอลิซึมและแรงโน้มถ่วงอย่างต่อเนื่อง

Clinical relevance

ความเข้าใจเกี่ยวกับการตอบสนองของระบบหัวใจและหลอดเลือดแบบบูรณาการเป็นพื้นฐานที่แพทย์ใช้ในการตีความผลการทดสอบการออกกำลังกาย การทดสอบการเปลี่ยนแปลงท่าทาง และการเปลี่ยนแปลงของหัวใจที่พบในผู้ที่ได้รับการฝึกฝน รวมถึงการประเมินระบบไหลเวียนโลหิตของทารกแรกเกิดหลังคลอด สาขาวิชานี้อธิบายพฤติกรรมทางสรีรวิทยาปกติและหลักการเบื้องหลังการประเมินดังกล่าว เป็นกรอบอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กรอบการบูรณาการนี้อ้างอิงจากการสังเคราะห์ทางสรีรวิทยาแบบคลาสสิก — คำอธิบายของ Rowell เกี่ยวกับการปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อการออกกำลังกายและความเครียดจากความร้อน และบทวิจารณ์ของ Joyner และ Casey เกี่ยวกับภาวะเลือดคั่งเกินจากการออกกำลังกาย — ควบคู่ไปกับงานวิจัยด้านพัฒนาการของ Rudolph และ Heymann เกี่ยวกับระบบไหลเวียนโลหิตของทารกในครรภ์และทารกแรกเกิด สิ่งเหล่านี้เป็นการสังเคราะห์เชิงบรรยายและบทวิจารณ์ของสรีรวิทยาเชิงทดลองมากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก

History

สรีรวิทยาหัวใจและหลอดเลือดแบบบูรณาการเติบโตขึ้นจากงานวิจัยในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ที่ก้าวข้ามการศึกษาอวัยวะแยกส่วนไปสู่การตั้งคำถามว่าระบบไหลเวียนโลหิตทั้งหมดตอบสนองต่อความเครียดอย่างไร การสังเคราะห์ของ Rowell ในปี 1974 เกี่ยวกับการปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดของมนุษย์ต่อการออกกำลังกายและความร้อนเป็นจุดสำคัญของแนวทางบูรณาการนี้ และการศึกษาด้านพัฒนาการคู่ขนานโดย Rudolph และคณะได้สร้างความเข้าใจว่าระบบไหลเวียนโลหิตมีการจัดระเบียบอย่างไรก่อนและหลังคลอด

Key figures

• Loring Rowell
• Michael Joyner
• Abraham Rudolph
• Benjamin Levine

Seminal works

• rowell-1974
• joyner-casey-2015
• rudolph-heymann-1974

Frequently asked questions

สาขาวิชานี้แตกต่างจากการศึกษาหัวใจหรือหลอดเลือดเพียงอย่างเดียวอย่างไร?

สาขาวิชานี้มุ่งเน้นไปที่การทำงานร่วมกันของส่วนประกอบต่างๆ ในฐานะระบบ คำถามไม่ใช่ว่าหลอดเลือดเดี่ยวหรือหัวใจทำงานอย่างไรอย่างโดดเดี่ยว แต่เป็นการประสานงานของปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีด โทนของหลอดเลือด และการกระจายตัวของเลือดเพื่อตอบสนองความต้องการของร่างกายทั้งหมด เช่น การออกกำลังกายหรือการเปลี่ยนท่าทาง

ทำไมจึงจัดกลุ่มการออกกำลังกาย การฝึก ท่าทาง และระบบไหลเวียนโลหิตของทารกในครรภ์เข้าด้วยกัน?

แต่ละอย่างเป็นความท้าทายหลักที่ระบบไหลเวียนโลหิตต้องแก้ไขโดยการประสานงานกลไกควบคุมหลายอย่างพร้อมกัน ซึ่งทำให้เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนว่าการควบคุมระบบหัวใจและหลอดเลือดทำงานอย่างไรโดยรวม