Sinh lý học thể dục và sự thích nghi của tim mạch

Tập thể dục đặt ra một trong những yêu cầu lớn nhất đối với hệ thống tim mạch, đòi hỏi lưu lượng máu đến cơ hoạt động phải tăng lên nhiều lần trong khi huyết áp động mạch được duy trì. Phản ứng cấp tính—tăng cung lượng tim, tái phân phối lưu lượng máu và giãn mạch cục bộ—cùng với những thích nghi dài hạn đối với việc luyện tập lặp đi lặp lại, minh họa cách kiểm soát tim mạch tích hợp đáp ứng các nhu cầu trao đổi chất đang thay đổi.

Definition

Sinh lý học tim mạch trong tập thể dục là nghiên cứu về cách hệ tuần hoàn phản ứng cấp tính với hoạt động cơ bắp—đáp ứng nhu cầu cung cấp oxy bằng cách tăng cung lượng tim và tái phân phối lưu lượng máu—và cách việc luyện tập lặp đi lặp lại tạo ra những thích nghi về cấu trúc và chức năng trong tim và mạch máu.

Scope

Chủ đề này bao gồm phản ứng tim mạch cấp tính đối với một buổi tập thể dục đơn lẻ (thay đổi nhịp tim, thể tích nhát bóp, cung lượng tim và phân bố lưu lượng máu theo vùng) và những thích nghi mãn tính được tạo ra bởi luyện tập sức bền. Đây là một mục tham khảo về sinh lý học mô tả các cơ chế, không phải là đơn thuốc tập thể dục hay lời khuyên lâm sàng.

Core questions

• Hệ thống tim mạch tăng cường cung cấp oxy cho cơ bắp trong quá trình tập thể dục như thế nào?
• Lưu lượng máu được tái phân phối đến cơ hoạt động như thế nào trong khi huyết áp được duy trì?
• Những tín hiệu cục bộ và thần kinh nào kiểm soát sự tăng lưu lượng máu do tập thể dục?
• Tim và hệ mạch thích nghi như thế nào với việc luyện tập sức bền lặp đi lặp lại?

Key concepts

• Tăng lưu lượng máu do tập thể dục (Exercise hyperemia)
• Dự trữ cung lượng tim và thể tích nhát bóp
• Giảm hoạt động giao cảm chức năng (Functional sympatholysis)
• Tái phân phối lưu lượng máu
• Điều khiển trung ương và phản xạ áp lực do tập thể dục
• Thích nghi với luyện tập sức bền
• Tim vận động viên (tái cấu trúc tim sinh lý)

Mechanisms

Khi bắt đầu tập thể dục, sự điều khiển trung ương và các phản xạ từ cơ đang hoạt động làm tăng lưu lượng giao cảm, làm tăng nhịp tim và sức co bóp, trong khi lưu lượng máu tĩnh mạch trở về và cơ chế Frank-Starling hỗ trợ thể tích nhát bóp, cùng nhau làm tăng cung lượng tim. Trong cơ hoạt động, các tín hiệu trao đổi chất cục bộ thúc đẩy giãn mạch (tăng lưu lượng máu do tập thể dục) và có thể làm giảm tác dụng co mạch của hoạt động giao cảm cục bộ—giảm hoạt động giao cảm chức năng (functional sympatholysis)—để lưu lượng máu được hướng đến nơi có quá trình trao đổi chất cao nhất, một hệ thống phân cấp các nhu cầu cạnh tranh được phân tích bởi Joyner và Casey. Lưu lượng máu đồng thời bị hạn chế ở các vùng ít hoạt động hơn để bảo vệ huyết áp động mạch. Với việc luyện tập sức bền lặp đi lặp lại, những thích nghi được mô tả bởi Hellsten và Nyberg bao gồm tăng thể tích máu, tăng cường đổ đầy tim và thể tích nhát bóp, tăng trưởng mao mạch và cải thiện chức năng mạch máu, làm tăng cung lượng tim tối đa và cung cấp oxy.

Clinical relevance

Hiểu biết về phản ứng tim mạch đối với tập thể dục là cơ sở cho việc kiểm tra tập thể dục và giải thích các thay đổi do luyện tập gây ra như tái cấu trúc tim sinh lý, và nó phân biệt tái cấu trúc thích nghi với thay đổi bệnh lý. Mục này mang tính mô tả và dùng để tham khảo, giáo dục; nó không phải là đơn thuốc tập thể dục hay lời khuyên lâm sàng cá nhân hóa.

History

Nghiên cứu có hệ thống về tuần hoàn trong quá trình tập thể dục đã phát triển thông qua công trình nghiên cứu trong thế kỷ XX đo cung lượng tim, lưu lượng máu cơ và hấp thụ oxy trong quá trình gắng sức theo cấp độ. Các đánh giá sau này đã tích hợp những phát hiện này vào một cái nhìn phân cấp về các nhu cầu cạnh tranh và một mô tả chi tiết về cách luyện tập mãn tính tái cấu trúc tim và hệ mạch.

Debates

Điều gì kiểm soát sự tăng lưu lượng máu do tập thể dục?

Những đóng góp tương đối của các tín hiệu trao đổi chất, nội mô, cơ học và thần kinh đối với sự gia tăng nhanh chóng và bền vững của lưu lượng máu cơ trong quá trình tập thể dục vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn, không có một yếu tố trung gian nào giải thích đầy đủ cho phản ứng này.

Key figures

• Michael J. Joyner
• Ylva Hellsten
• J. Rodney Levick

Seminal works

• joyner-casey-2015
• hellsten-nyberg-2015

Frequently asked questions

Cơ thể cung cấp nhiều máu hơn cho cơ bắp trong quá trình tập thể dục mà không làm giảm huyết áp như thế nào?

Cung lượng tim tăng trong khi lưu lượng máu được tái phân phối—các cơ hoạt động giãn mạch thông qua các tín hiệu trao đổi chất cục bộ, và các mô ít hoạt động hơn co lại—do đó tổng sức cản giảm một cách có kiểm soát và huyết áp động mạch được duy trì.

Giảm hoạt động giao cảm chức năng (functional sympatholysis) là gì?

Đó là sự giảm bớt cục bộ, trong cơ co, của sự co mạch giao cảm, cho phép cơ đang tập thể dục nhận được lưu lượng máu cao ngay cả khi hoạt động giao cảm tăng lên đối với toàn bộ cơ thể.