Egzersiz Hiperpnesi
Egzersiz hiperpnesi, fiziksel egzersize eşlik eden pulmoner ventilasyondaki artıştır. En çarpıcı özelliği hassasiyetidir: geniş bir submaksimal iş yükü aralığında, ventilasyon, karbondioksit üretimi ve oksijen alımına yakın oranda artış göstermektedir; bu sayede, metabolik talep katlanarak artsa bile arteriyel karbondioksit ve pH neredeyse korunmaktadır. Kontrol mekanizmasının, tek bir sinyalin yeterli olmamasına rağmen bu eşleşmeyi nasıl sağladığı, solunum fizyolojisinin klasik bir problemi olmaya devam etmektedir.
Tanım
Egzersiz hiperpnesi, egzersiz sırasında dakika ventilasyonunda meydana gelen ve metabolik karbondioksit üretimiyle yaklaşık olarak orantılı bir şekilde artan, orta şiddetli egzersiz boyunca arteriyel karbondioksit basıncını ve pH'ı dinlenme değerlerine yakın tutan bir yükseliştir.
Kapsam
Bu madde, egzersiz ventilasyon yanıtının zaman seyrini ve fazlarını, bu yanıtı tetiklediği öne sürülen aday ileri beslemeli (feedforward) ve geri beslemeli (feedback) sinyalleri ve laktik asidozun solunumsal bir kompanzasyon (telafi) eklediği daha yüksek iş yüklerindeki ventilasyon davranışını kapsamaktadır. Egzersiz hiperpnesini, bütünleyici fizyolojide bir kontrol problemi olarak ele almaktadır.
Temel sorular
- Egzersiz sırasında hangi sinyaller ventilasyonu metabolik hıza bu kadar sıkı bir şekilde bağlamaktadır?
- Arteriyel karbondioksit, üretimindeki büyük değişikliklere rağmen neden neredeyse sabit kalmaktadır?
- Egzersiz başlangıcında ve bitiminde ventilasyon yanıtının belirgin fazları nelerdir?
- Metabolik asidoz ortaya çıktıktan sonra yüksek iş yüklerinde ventilasyon nasıl bir davranış sergilemektedir?
Anahtar kavramlar
- İleri beslemeli (merkezi komut) sürüş
- Kas afferentlerinden gelen geri besleme (egzersiz presör refleksi)
- Ventilasyon yanıtının Faz I, II ve III'ü
- İzokapnik tamponlama ve solunumsal kompanzasyon noktası
- Oksijen ve karbondioksit için ventilasyon eşdeğerleri
- Akciğerlere karbondioksit akışı, düzenlenmiş bir değişken olarak
Mekanizmalar
Ventilasyon yanıtı, egzersiz başlangıcında (Faz I) neredeyse anında başlamaktadır; bu hız, arteriyel kimyadaki değişikliklerle açıklanamayacak kadar hızlıdır ve bu durum, daha yüksek motor merkezlerden gelen ileri beslemeli (feedforward) sürüşü (merkezi komut) ve kasılan kaslardan gelen hızlı nöral geri beslemeyi işaret etmektedir. Daha yavaş bir üstel artış (Faz II), ventilasyonu, karbondioksit üretimini takip ettiği bir kararlı duruma (Faz III) getirmektedir. Aday sinyaller arasında merkezi komut, kasın metabolik ve mekanik durumunu algılayan grup III ve IV kas afferentleri ile akciğerlere karbondioksit iletim hızıyla ilişkili afferent bilgiler bulunmaktadır; deneysel çalışmalar, intramüsküler bir uyarının yanıta katkıda bulunduğunu ve ventilasyonun hava akışı ve gaz yoğunluğu manipülasyonlarına duyarlı olduğunu göstermiştir. Tek bir mekanizma, eşleşmenin hassasiyetini tam olarak açıklayamamaktadır ve kontrol mekanizmasının, birden fazla yedekli sinyali entegre ettiği düşünülmektedir. Laktat eşiğinin üzerindeki iş yüklerinde, laktik asidin tamponlanması ek karbondioksit üretmekte ve solunumsal kompanzasyon noktasının ötesinde, düşen pH, ventilasyonu karbondioksit üretiminden daha hızlı artırarak arteriyel karbondioksiti düşürmektedir.
Klinik önem
Egzersiz ventilasyon yanıtının fazları ve eşikleri, kardiyopulmoner egzersiz testinin temelini oluşturmaktadır; bu testte, ventilasyon eşdeğerleri ve solunumsal kompanzasyon noktası, egzersiz kapasitesini ve gaz değişim verimliliğini karakterize etmek için okunmaktadır. Bu, test yorumlamasını açıklayan referans fizyolojisidir; kişiselleştirilmiş klinik bir tavsiye değildir.
Kanıt ve kılavuzlar
Burada özetlenen mekanizmalar, klinik çalışmalardan ziyade kapsamlı fizyolojik derlemelerden ve klasik insan deneylerinden elde edilmiştir; Forster ve arkadaşları (2012) tarafından yapılan kapsamlı derleme, aday kontrol sinyallerini ve kalan belirsizlikleri sentezlemektedir.
Tarihçe
Egzersiz sırasında solunumun kontrolü, yirminci yüzyılın başlarından itibaren tartışılmaktadır; bu dönemde, hümoral ve nöral hipotezler, hızlı ancak hassas ventilasyon artışını açıklamak için rekabet etmiştir. Yirminci yüzyıl çalışmaları, hızlı nöral başlangıcı daha yavaş hümoral fazlardan ayırmış ve merkezi komut ile kas-afferent geri beslemesi kavramlarını tanıtırken, egzersiz testi fizyolojisi ventilasyon eşiklerini resmileştirmiştir. Ventilasyonun metabolizmaya bu kadar kesin bir şekilde nasıl eşleştiği sorunu, hala tam olarak çözülmemiş bir problem olarak kabul edilmektedir.
Tartışmalar
- Ventilasyonun metabolizmaya hassas eşleşmesini ne tetiklemektedir?
- İleri beslemeli (merkezi komut) ve geri beslemeli (kas afferenti ve karbondioksit akışı) hipotezlerin her biri yanıtın bir kısmını açıklamakta olup, kontrol mekanizmasının tek bir sinyale dayanmak yerine yedekli sinyalleri birleştirdiği düşünülmektedir; göreceli ağırlıklandırma hala tartışılmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Hubert V. Forster
- Jerome A. Dempsey
- Brian J. Whipp
- Karlman Wasserman
İlgili konular
Temel eserler
- forster-2012
- ward-1982
- williamson-1993
Sıkça sorulan sorular
- Vücut çok daha fazla karbondioksit üretmesine rağmen, orta şiddetli egzersiz sırasında arteriyel karbondioksit neden yükselmemektedir?
- Ventilasyon, karbondioksit üretimiyle yakın oranda artış gösterdiğinden, gaz üretildiği hızda temizlenmekte ve arteriyel karbondioksit basıncını dinlenme değerine yakın tutmaktadır.
- Egzersiz hiperpnesi kan gazlarındaki değişiklikler tarafından mı tetiklenmektedir?
- Orta şiddetli egzersiz sırasında birincil olarak değil; arteriyel kan gazları çok az değiştiğinden, nöral ileri beslemeli ve geri beslemeli sinyallerin yanıta hakim olduğu düşünülmektedir; metabolik asidoz ise yalnızca yüksek iş yüklerinde ek bir sürüş sağlamaktadır.