การควบคุมอุณหภูมิและสมดุลของเหลวระหว่างการออกกำลังกาย
การออกกำลังกายเปลี่ยนพลังงานเคมีส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจากกล้ามเนื้อที่ทำงานให้เป็นความร้อนมากกว่าการทำงานเชิงกล ดังนั้นกิจกรรมที่ต่อเนื่องจึงทำให้ร่างกายได้รับความร้อนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งต้องถูกถ่ายเทออกสู่สิ่งแวดล้อมเพื่อรักษาอุณหภูมิแกนกลางให้อยู่ในระดับที่ทนได้ หัวข้อนี้จะสำรวจว่ามนุษย์ที่ออกกำลังกายรักษาสมดุลระหว่างการผลิตความร้อนกับการสูญเสียความร้อนได้อย่างไร และการสูญเสียน้ำจากการระเหยที่เกิดขึ้นมีปฏิสัมพันธ์กับการควบคุมปริมาตรของเหลวในร่างกายอย่างไร
Definition
การควบคุมอุณหภูมิระหว่างการออกกำลังกายคือชุดของกระบวนการอัตโนมัติและพฤติกรรมที่รักษาอุณหภูมิแกนกลางของร่างกายให้อยู่ในขอบเขตที่แคบในขณะที่การผลิตความร้อนจากการเผาผลาญเพิ่มขึ้น และสมดุลของเหลวคือการรักษาน้ำและอิเล็กโทรไลต์ในร่างกายให้คงที่จากการสูญเสียเหงื่อที่เกิดจากการระบายความร้อนด้วยการระเหย
Scope
หัวข้อนี้จะนำผู้อ่านไปสู่สี่ประเด็นที่เชื่อมโยงกัน ได้แก่ การผลิตและการกระจายความร้อนจากการเผาผลาญระหว่างการออกกำลังกาย, การควบคุมอุณหภูมิโดยระบบประสาทและการไหลเวียนของเลือดที่ผิวหนัง, การตอบสนองของการขับเหงื่อและการระบายความร้อนด้วยการระเหย, และการสูญเสีย การขาดแคลน และการทดแทนน้ำในร่างกาย โดยนำเสนอในรูปแบบของสรีรวิทยาแบบบูรณาการ ซึ่งเป็นการทำงานร่วมกันของการเผาผลาญ ระบบหัวใจและหลอดเลือด ผิวหนัง และไต มากกว่าที่จะเป็นคำแนะนำทางการแพทย์หรือการฝึกซ้อม
Sub-topics
Core questions
- ร่างกายระบายความร้อนจำนวนมากที่เกิดจากกล้ามเนื้อที่ออกกำลังกายได้อย่างไร?
- อุณหภูมิแกนกลางถูกรับรู้และควบคุมอย่างไร และการไหลเวียนของเลือดไปยังผิวหนังถูกควบคุมอย่างไร?
- การขับเหงื่อทำให้เกิดการระบายความร้อนด้วยการระเหยได้อย่างไร และอะไรเป็นข้อจำกัด?
- การสูญเสียของเหลวและอิเล็กโทรไลต์ที่เกิดจากเหงื่อส่งผลต่อการทำงานทางสรีรวิทยาอย่างไร และน้ำในร่างกายถูกฟื้นฟูได้อย่างไร?
Key concepts
- การผลิตความร้อนจากการเผาผลาญและสมการสมดุลความร้อน
- ช่องทางการสูญเสียความร้อน: การแผ่รังสี, การพาความร้อน, การนำความร้อน, การระเหย
- อุณหภูมิแกนกลางและอุณหภูมิผิวหนัง
- จุดตั้งค่าการควบคุมอุณหภูมิและการควบคุมแบบป้อนกลับ
- การไหลเวียนของเลือดที่ผิวหนัง (cutaneous) และการขยายหลอดเลือดแบบแอคทีฟ
- การขับเหงื่อและการระบายความร้อนด้วยการระเหย
- ภาวะหัวใจเต้นเร็วขึ้น (cardiovascular drift) และการแข่งขันเพื่อปริมาตรเลือด
- ภาวะขาดน้ำ, ภาวะขาดน้ำในร่างกาย (hypohydration), และการทดแทนของเหลว
- การปรับตัวเข้ากับความร้อน
Mechanisms
ระหว่างการออกกำลังกาย กล้ามเนื้อที่ทำงานจะปล่อยความร้อนที่ถูกพาโดยการไหลเวียนของเลือดไปยังผิวหนังส่วนนอก; สมองส่วนไฮโปทาลามัสจะรวมสัญญาณอุณหภูมิแกนกลางและผิวหนัง และกระตุ้นตัวกระตุ้นหลักสองตัว ได้แก่ การขยายหลอดเลือดที่ผิวหนัง ซึ่งเพิ่มการไหลเวเวียนของเลือดที่ผิวหนังและการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนไปยังพื้นผิว และการขับเหงื่อ ซึ่งกำจัดความร้อนด้วยการระเหย การตอบสนองเหล่านี้ใช้ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดออกและปริมาตรเลือดที่จำกัดร่วมกับกล้ามเนื้อที่ออกกำลังกาย ดังนั้นความเครียดจากความร้อนและการสูญเสียของเหลวจากการขับเหงื่อที่เพิ่มขึ้นจึงส่งผลกระทบต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด: ปริมาตรพลาสมาลดลง ผิวหนังและกล้ามเนื้อแข่งขันกันเพื่อรับเลือด และอัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้นเพื่อรักษาระดับการสูบฉีดเลือดของหัวใจ เมื่อการระบายความร้อนด้วยการระเหยไม่สามารถตามทันการผลิตความร้อนได้ อุณหภูมิแกนกลางจะสูงขึ้น และการสะสมของการขาดน้ำ (hypohydration) จะเพิ่มความเครียดต่อระบบหัวใจและหลอดเลือดและอุณหภูมิ การทดแทนของเหลว และการปรับตัวเข้ากับความร้อนในระยะเวลาหลายวัน จะช่วยฟื้นฟูความสามารถในการควบคุมส่วนใหญ่
Clinical relevance
ความเข้าใจเกี่ยวกับการควบคุมความร้อนและของเหลวในการออกกำลังกายเป็นพื้นฐานในการรับรู้ภาวะเจ็บป่วยจากความร้อนจากการออกแรงและความผิดปกติของน้ำและโซเดียมในร่างกายที่เกี่ยวข้องกับการออกกำลังกาย และให้ข้อมูลว่าสรีรวิทยาเบื้องหลังการให้ความชุ่มชื้นและความทนทานต่อความร้อนถูกอธิบายอย่างไร บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับสรีรวิทยาแบบบูรณาการ โดยอธิบายกลไกและไม่ใช่แหล่งที่มาของคำแนะนำเฉพาะบุคคลเกี่ยวกับการให้ความชุ่มชื้น การระบายความร้อน หรือการรักษา
Evidence & guidelines
สรีรวิทยาแบบบูรณาการที่สรุปไว้ที่นี่อ้างอิงจากการทบทวนวรรณกรรมทั้งแบบคลาสสิกและร่วมสมัยเกี่ยวกับการปรับตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือดต่อความร้อนและการออกกำลังกาย (Rowell, 1974), การควบคุมการไหลเวียนของเลือดที่ผิวหนัง (Charkoudian, 2003), ภาวะขาดน้ำและประสิทธิภาพ (Cheuvront & Kenefick, 2014), และความเหนื่อยล้าที่เกิดจากภาวะอุณหภูมิสูงเกิน (Nybo et al., 2014) องค์กรวิชาชีพได้ออกแถลงการณ์เกี่ยวกับเรื่องการออกกำลังกายและการทดแทนของเหลว (Sawka et al., 2007); เอกสารดังกล่าวอธิบายแนวปฏิบัติที่เป็นที่ยอมรับร่วมกันและถูกอ้างอิงในที่นี้ในฐานะข้อมูลอ้างอิงมากกว่าคำสั่ง
History
การศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับการควบคุมอุณหภูมิในการออกกำลังกายเติบโตมาจากการศึกษาทางสรีรวิทยาด้านสิ่งแวดล้อมและหัวใจและหลอดเลือดในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โดยงานสังเคราะห์ของ Rowell ในปี 1974 ได้กำหนดว่าระบบไหลเวียนโลหิตจะปรับความต้องการที่แข่งขันกันของการไหลเวียนของเลือดไปยังกล้ามเนื้อและการกระจายความร้อนได้อย่างไร ทศวรรษต่อมาได้ปรับปรุงภาพรวมของการควบคุมหลอดเลือดที่ผิวหนัง การทำงานของต่อมเหงื่อ และผลที่ตามมาของการสูญเสียของเหลว และรวมสิ่งเหล่านี้เข้ากับคำอธิบายสมัยใหม่ว่ามนุษย์ทนทานและปรับตัวเข้ากับการออกกำลังกายในสภาพอากาศร้อนได้อย่างไร
Key figures
- Loring B. Rowell
- Nina Charkoudian
- Michael N. Sawka
- Samuel N. Cheuvront
- Lars Nybo
Related topics
Seminal works
- rowell-1974
- charkoudian-2003
- cheuvront-2014
Frequently asked questions
- ทำไมการออกกำลังกายจึงสร้างความร้อนได้มาก?
- การหดตัวของกล้ามเนื้อมีประสิทธิภาพค่อนข้างน้อย ดังนั้นพลังงานส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจากการเผาผลาญจึงปรากฏในรูปของความร้อนมากกว่าการทำงานเชิงกล; ในระหว่างการออกกำลังกายอย่างหนัก ภาระความร้อนนี้อาจสูงกว่าอัตราการพักผ่อนหลายเท่าและต้องถูกระบายออกเพื่อรักษาอุณหภูมิแกนกลางให้คงที่
- การควบคุมอุณหภูมิและสมดุลของเหลวเชื่อมโยงกันอย่างไร?
- วิธีหลักที่ร่างกายที่ออกกำลังกายระบายความร้อนคือการระเหยเหงื่อ และการขับเหงื่อดึงน้ำในร่างกายออกมา; ดังนั้นการสูญเสียความร้อนอย่างต่อเนื่องจึงทำให้เกิดการสูญเสียของเหลวและอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเชื่อมโยงการควบคุมอุณหภูมิโดยตรงกับการควบคุมปริมาตรของเหลวในร่างกาย