Tăng thông khí khi gắng sức

Tăng thông khí khi gắng sức là sự gia tăng thông khí phổi đi kèm với hoạt động thể chất. Đặc điểm nổi bật nhất của nó là sự chính xác: trên một phạm vi rộng các mức độ gắng sức dưới tối đa, thông khí tăng tỷ lệ thuận với sản xuất carbon dioxide và hấp thu oxy, do đó carbon dioxide và pH động mạch gần như được duy trì ngay cả khi nhu cầu trao đổi chất tăng lên. Việc bộ điều khiển đạt được sự phù hợp này như thế nào, mặc dù không có một tín hiệu duy nhất nào là đủ, vẫn là một vấn đề kinh điển của sinh lý học hô hấp.

Definition

Tăng thông khí khi gắng sức là sự gia tăng thông khí phút trong quá trình tập luyện, tăng gần như tỷ lệ thuận với sản xuất carbon dioxide chuyển hóa, thường duy trì áp lực riêng phần carbon dioxide động mạch và pH gần với giá trị nghỉ ngơi trong suốt quá trình tập luyện vừa phải.

Scope

Mục này bao gồm diễn biến thời gian và các pha của đáp ứng thông khí khi gắng sức, các tín hiệu tiền cấp và phản hồi được đề xuất để điều khiển nó, và hành vi của thông khí ở các mức độ gắng sức cao hơn khi nhiễm toan lactic bổ sung sự bù trừ hô hấp. Nó coi tăng thông khí khi gắng sức là một vấn đề kiểm soát trong sinh lý học tích hợp.

Core questions

• Những tín hiệu nào liên kết thông khí chặt chẽ với tốc độ trao đổi chất trong quá trình tập luyện?
• Tại sao carbon dioxide động mạch vẫn gần như không đổi mặc dù có những thay đổi lớn trong quá trình sản xuất của nó?
• Các pha riêng biệt của đáp ứng thông khí khi bắt đầu và kết thúc tập luyện là gì?
• Thông khí hoạt động như thế nào ở mức độ gắng sức cao khi nhiễm toan chuyển hóa xuất hiện?

Key concepts

• Điều khiển tiền cấp (lệnh trung ương)
• Phản hồi từ các sợi thần kinh hướng tâm cơ (phản xạ tăng áp lực khi gắng sức)
• Pha I, II và III của đáp ứng thông khí
• Đệm đẳng capnic và điểm bù trừ hô hấp
• Tương đương thông khí cho oxy và carbon dioxide
• Lưu lượng carbon dioxide đến phổi như một biến được điều hòa

Mechanisms

Đáp ứng thông khí bắt đầu gần như ngay lập tức khi bắt đầu tập luyện (Pha I), quá nhanh để được giải thích bằng những thay đổi trong hóa học động mạch, ngụ ý sự điều khiển tiền cấp từ các trung tâm vận động cao hơn (lệnh trung ương) và phản hồi thần kinh nhanh từ các cơ co. Sự gia tăng theo hàm mũ chậm hơn (Pha II) đưa thông khí về trạng thái ổn định (Pha III) trong đó nó theo dõi sản xuất carbon dioxide. Các tín hiệu ứng cử viên bao gồm lệnh trung ương, các sợi thần kinh hướng tâm cơ nhóm III và IV cảm nhận trạng thái chuyển hóa và cơ học của cơ, và thông tin hướng tâm liên quan đến tốc độ cung cấp carbon dioxide đến phổi; công trình thực nghiệm đã chỉ ra rằng một kích thích nội cơ góp phần vào đáp ứng và thông khí nhạy cảm với các thao tác về lưu lượng khí và mật độ khí. Không có cơ chế đơn lẻ nào giải thích đầy đủ sự chính xác của sự phù hợp, và bộ điều khiển được cho là tích hợp một số tín hiệu dự phòng. Ở các mức độ gắng sức trên ngưỡng lactate, sự đệm axit lactic tạo ra carbon dioxide bổ sung và, vượt quá điểm bù trừ hô hấp, pH giảm làm thông khí nhanh hơn sản xuất carbon dioxide, làm giảm carbon dioxide động mạch.

Clinical relevance

Các pha và ngưỡng của đáp ứng thông khí khi gắng sức là cơ sở của xét nghiệm gắng sức tim phổi, nơi các tương đương thông khí và điểm bù trừ hô hấp được đọc để đặc trưng hóa khả năng gắng sức và hiệu quả trao đổi khí. Đây là sinh lý học tham chiếu giải thích việc giải thích xét nghiệm; nó không phải là lời khuyên lâm sàng cá nhân hóa.

Evidence & guidelines

Các cơ chế được tóm tắt ở đây được rút ra từ các đánh giá sinh lý học toàn diện và các thí nghiệm kinh điển trên người hơn là từ các thử nghiệm lâm sàng; đánh giá toàn diện của Forster và các đồng nghiệp (2012) tổng hợp các tín hiệu kiểm soát ứng cử viên và những điều không chắc chắn còn lại.

History

Việc kiểm soát hô hấp trong quá trình tập luyện đã được tranh luận từ đầu thế kỷ XX, khi các giả thuyết thể dịch và thần kinh cạnh tranh để giải thích sự gia tăng thông khí nhanh chóng nhưng chính xác. Công trình của thế kỷ XX đã phân biệt sự khởi phát thần kinh nhanh với các pha thể dịch chậm hơn và giới thiệu các khái niệm về lệnh trung ương và phản hồi hướng tâm cơ, trong khi sinh lý học xét nghiệm gắng sức đã chính thức hóa các ngưỡng thông khí. Vấn đề về cách thông khí được khớp chính xác với quá trình trao đổi chất vẫn được coi là chưa được giải quyết hoàn toàn.

Debates

Điều gì thúc đẩy sự khớp chính xác giữa thông khí và quá trình trao đổi chất?

Các giả thuyết tiền cấp (lệnh trung ương) và phản hồi (hướng tâm cơ và lưu lượng carbon dioxide) đều giải thích một phần của đáp ứng, và bộ điều khiển được cho là kết hợp các tín hiệu dự phòng hơn là dựa vào một tín hiệu duy nhất; trọng số tương đối vẫn còn gây tranh cãi.

Key figures

• Hubert V. Forster
• Jerome A. Dempsey
• Brian J. Whipp
• Karlman Wasserman

Seminal works

• forster-2012
• ward-1982
• williamson-1993

Frequently asked questions

Tại sao carbon dioxide động mạch không tăng trong quá trình tập luyện vừa phải mặc dù cơ thể tạo ra nhiều hơn đáng kể?

Thông khí tăng tỷ lệ thuận với sản xuất carbon dioxide, do đó khí được thải ra nhanh chóng khi nó được tạo ra, giữ áp lực riêng phần carbon dioxide động mạch gần với giá trị nghỉ ngơi.

Tăng thông khí khi gắng sức có được điều khiển bởi những thay đổi trong khí máu không?

Không phải chủ yếu trong quá trình tập luyện vừa phải; khí máu động mạch thay đổi rất ít, do đó các tín hiệu tiền cấp và phản hồi thần kinh được cho là chi phối đáp ứng, với nhiễm toan chuyển hóa chỉ đóng góp thêm động lực ở mức độ gắng sức cao.