การใช้ออกซิเจนและความสามารถในการใช้ออกซิเจนแบบแอโรบิก

การใช้ออกซิเจน (VO2) คืออัตราที่ร่างกายรับและใช้ออกซิเจน ซึ่งในระหว่างการออกกำลังกายจะเพิ่มขึ้นตามความต้องการพลังงานของกล้ามเนื้อที่ทำงาน อัตราสูงสุดที่บุคคลสามารถทำได้ หรือการรับออกซิเจนสูงสุด (VO2max) เป็นตัววัดสำคัญของความสามารถในการใช้ออกซิเจนแบบแอโรบิก และสะท้อนถึงการทำงานร่วมกันของปอด หัวใจ เลือด และกล้ามเนื้อ

Definition

การใช้ออกซิเจนคืออัตราการรับออกซิเจนของร่างกายโดยรวม และความสามารถในการใช้ออกซิเจนแบบแอโรบิก (การรับออกซิเจนสูงสุด, VO2max) คืออัตราการรับออกซิเจนสูงสุดที่สามารถทำได้ในระหว่างการออกกำลังกาย ซึ่งกำหนดโดยความสามารถแบบบูรณาการในการส่งออกซิเจนไปยังและสกัดออกซิเจนภายในกล้ามเนื้อที่ทำงาน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการใช้ออกซิเจนในฐานะตัวบ่งชี้การหมุนเวียนพลังงานแบบแอโรบิก ปัจจัยกำหนดการรับออกซิเจนสูงสุด ห่วงโซ่การขนส่งและการใช้ออกซิเจนที่แสดงโดยหลักการของฟิก (Fick principle) และการใช้การแลกเปลี่ยนก๊าซเพื่อบ่งชี้ความสามารถในการใช้ออกซิเจนแบบแอโรบิก เป็นการอ้างอิงทางวิชาการและไม่ได้ให้การทดสอบสมรรถภาพหรือการกำหนดโปรแกรมการฝึกเฉพาะบุคคล

Core questions

• เหตุใดการใช้ออกซิเจนจึงเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของการออกกำลังกาย?
• อะไรเป็นตัวกำหนดการรับออกซิเจนสูงสุด และถูกจำกัดโดยหลักจากการส่งออกซิเจนหรือการสกัดออกซิเจน?
• ห่วงโซ่การขนส่งออกซิเจนสรุปโดยหลักการของฟิก (Fick principle) ได้อย่างไร?

Key concepts

• การใช้ออกซิเจน (VO2)
• การรับออกซิเจนสูงสุด (VO2max)
• หลักการของฟิก (Fick principle) (ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีด x ความแตกต่างของออกซิเจนระหว่างหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำ)
• การส่งออกซิเจนส่วนกลางเทียบกับการสกัดออกซิเจนส่วนปลาย
• ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดและความสามารถในการนำพาออกซิเจน
• การวัดความสามารถในการใช้ออกซิเจนแบบแอโรบิกด้วยการแลกเปลี่ยนก๊าซ

Mechanisms

การใช้ออกซิเจนเพิ่มขึ้นเมื่อออกกำลังกายเนื่องจากการเกิดออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชัน (oxidative phosphorylation) ในไมโทคอนเดรียของกล้ามเนื้อ ซึ่งเป็นแหล่ง ATP หลักสำหรับการทำงานที่ยั่งยืน โดยจะใช้ออกซิเจนตามสัดส่วนของความต้องการพลังงาน อัตราการรับออกซิเจนสามารถแสดงได้ด้วยหลักการของฟิก (Fick principle) ซึ่งเป็นผลคูณของปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีด (cardiac output) และความแตกต่างของออกซิเจนระหว่างหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำ (arteriovenous oxygen difference) ซึ่งเชื่อมโยงการส่งออกซิเจนกับการสกัดออกซิเจน การรับออกซิเจนสูงสุดแสดงถึงขีดจำกัดสูงสุดของระบบนี้ หลักฐานส่วนใหญ่บ่งชี้ว่าถูกจำกัดโดยหลักจากการส่งออกซิเจน ซึ่งเป็นผลคูณของปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดสูงสุดและปริมาณออกซิเจนในหลอดเลือดแดง มากกว่าความสามารถของกล้ามเนื้อในการสกัดออกซิเจน (Bassett, 2000) เนื่องจากการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตและไขมันต่างก็ใช้ออกซิเจน การรับออกซิเจนจึงรวมการใช้เชื้อเพลิงที่อธิบายไว้ในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง (Romijn, 1993) การวัดการแลกเปลี่ยนก๊าซในระหว่างการออกกำลังกายแบบเพิ่มความหนักจะวัดปริมาณการรับออกซิเจนและระบุเกณฑ์การตอบสนอง (Beaver, 1986; McArdle, 2015)

Clinical relevance

การรับออกซิเจนและค่าสูงสุดของมันเป็นมาตรวัดสำคัญในการทดสอบสมรรถภาพหัวใจและปอด และในการอธิบายความสามารถในการใช้ออกซิเจนแบบแอโรบิกทั้งในภาวะสุขภาพและโรค บทความนี้อธิบายสรีรวิทยาพื้นฐานเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยเฉพาะบุคคล การกำหนดโปรแกรมการออกกำลังกาย หรือการตัดสินใจในการรักษา

Evidence & guidelines

คำอธิบายอ้างอิงจากการทบทวนทางสรีรวิทยาของปัจจัยกำหนดการรับออกซิเจนสูงสุดและระเบียบวิธีวิจัยหลักของการแลกเปลี่ยนก๊าซ มากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก แนวทางการวัดได้มาจากผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุม (Bassett, 2000; Beaver, 1986)

History

แนวคิดของการรับออกซิเจนสูงสุดมีมาตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดย A. V. Hill และคณะ ทศวรรษต่อมาได้ปรับปรุงการวัดและมีการถกเถียงกันมานานว่าการส่งออกซิเจนส่วนกลางหรือการสกัดออกซิเจนส่วนปลายเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดสูงสุด โดยการส่งออกซิเจนกลายเป็นปัจจัยจำกัดหลักในสภาวะส่วนใหญ่ (Bassett, 2000; McArdle, 2015)

Debates

VO2max ถูกจำกัดโดยการส่งออกซิเจนหรือการสกัดออกซิเจนของกล้ามเนื้อ?

มีการถกเถียงกันมานานหลายทศวรรษว่าการรับออกซิเจนสูงสุดถูกกำหนดโดยหลักจากการส่งออกซิเจนส่วนกลาง (ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดสูงสุดและความสามารถในการนำพาออกซิเจน) หรือความสามารถของกล้ามเนื้อที่ทำงานในการสกัดออกซิเจน โดยหลักฐานส่วนใหญ่สนับสนุนการส่งออกซิเจนในสถานการณ์ส่วนใหญ่

Key figures

• David R. Bassett
• Edward T. Howley
• Karlman Wasserman
• A. V. Hill

Seminal works

• bassett-2000
• beaver-1986

Frequently asked questions

VO2max คืออะไร?

คืออัตราสูงสุดที่ร่างกายสามารถรับและใช้ออกซิเจนในระหว่างการออกกำลังกาย ซึ่งเป็นตัววัดสำคัญของความสามารถในการใช้ออกซิเจนแบบแอโรบิกที่สะท้อนถึงการทำงานร่วมกันของปอด หัวใจ เลือด และกล้ามเนื้อ

อะไรเป็นปัจจัยหลักที่จำกัดการรับออกซิเจนสูงสุด?

หลักฐานส่วนใหญ่บ่งชี้ว่าถูกจำกัดโดยหลักจากการส่งออกซิเจนไปยังกล้ามเนื้อ ซึ่งเป็นผลคูณของปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดสูงสุดและปริมาณออกซิเจนในเลือดแดง มากกว่าความสามารถของกล้ามเนื้อในการสกัดออกซิเจน