Phối hợp hô hấp trong khi tập luyện
Phối hợp hô hấp trong khi tập luyện đề cập đến cách phổi, kiểm soát hô hấp và vận chuyển khí máu điều chỉnh cùng nhau để đáp ứng sự gia tăng nhanh chóng nhu cầu trao đổi chất khi cơ bắp hoạt động. Khi tiêu thụ oxy và sản xuất carbon dioxide tăng lên, thông khí, trao đổi khí phổi, điều hòa axit-bazơ và cung cấp oxy được phối hợp để khí máu động mạch và pH được giữ ổn định đáng kể trong một phạm vi rộng các mức độ gắng sức. Lĩnh vực này định hướng người đọc đến phản ứng hô hấp tích hợp đó hơn là đến bất kỳ cơ quan đơn lẻ nào một cách riêng biệt.
Definition
Phối hợp hô hấp trong khi tập luyện là sự điều chỉnh phối hợp của thông khí phổi, trao đổi khí phế nang-mao mạch, cân bằng axit-bazơ và vận chuyển oxy trong máu, cùng nhau điều chỉnh chức năng hô hấp phù hợp với nhu cầu oxy tăng cao và lượng carbon dioxide thải ra khi hoạt động thể chất.
Scope
Lĩnh vực này khảo sát các điều chỉnh hô hấp chính đối với bài tập động: sự gia tăng thông khí phổi và kiểm soát thần kinh và thể dịch của nó (tăng thông khí khi tập luyện), trao đổi khí và khuếch tán qua màng phế nang-mao mạch dưới lưu lượng cao, bù trừ hô hấp cho nhiễm toan chuyển hóa khi tập luyện nặng, và vận chuyển oxy từ phổi đến cơ bắp đang hoạt động bao gồm sự khác biệt oxy động mạch-tĩnh mạch ngày càng lớn. Nó coi đây là các chủ đề sinh lý học tích hợp để tham khảo và giáo dục, không phải là đánh giá lâm sàng hoặc kê đơn tập luyện.
Sub-topics
Core questions
- Thông khí được điều chỉnh như thế nào để phù hợp với tốc độ trao đổi chất để CO2 động mạch và pH duy trì gần giá trị nghỉ ngơi trong suốt quá trình tập luyện vừa phải?
- Phổi duy trì quá trình oxy hóa động mạch như thế nào khi cung lượng tim, lưu lượng máu phổi và tốc độ vận chuyển hồng cầu tăng mạnh?
- Hệ hô hấp bù trừ như thế nào cho tình trạng nhiễm toan chuyển hóa phát triển trong quá trình tập luyện nặng?
- Điều gì giới hạn việc cung cấp và chiết xuất oxy ở mức độ gắng sức cao nhất?
Key concepts
- Tăng thông khí khi tập luyện
- Phối hợp thông khí-tưới máu
- Khuếch tán phế nang-mao mạch
- Bù trừ hô hấp cho nhiễm toan chuyển hóa
- Chuỗi vận chuyển oxy
- Sự khác biệt oxy động mạch-tĩnh mạch
- Hấp thụ oxy tối đa (VO2max)
Mechanisms
Khi bắt đầu tập luyện, thông khí tăng gần như ngay lập tức và sau đó dần dần hơn, được thúc đẩy bởi sự kết hợp của các tín hiệu truyền thẳng từ lệnh vận động và các vùng vận động và phản hồi từ các sợi thần kinh cơ và thụ thể hóa học, sao cho thông khí phế nang theo dõi sản xuất carbon dioxide và CO2 động mạch được giữ gần mức nghỉ ngơi trong quá trình tập luyện vừa phải (Forster 2012). Lưu lượng máu phổi và thông khí đều tăng và trở nên phân bố đồng đều hơn, và màng phế nang-mao mạch phải truyền oxy nhanh hơn mặc dù thời gian vận chuyển hồng cầu ngắn hơn; ở hầu hết những người khỏe mạnh, quá trình oxy hóa động mạch được bảo toàn tốt, mặc dù hạn chế khuếch tán và mất cân bằng thông khí-tưới máu có thể làm tăng sự khác biệt oxy phế nang-động mạch ở cường độ rất cao (Dempsey 1999). Khi tập luyện trở nên nặng và lactate tích tụ, nhiễm toan chuyển hóa do đó được đệm và được đáp ứng bằng một lực đẩy thông khí bổ sung làm giảm CO2 động mạch, một sự bù trừ hô hấp hạn chế sự giảm pH máu. Trong suốt quá trình, oxy được vận chuyển từ phế nang đến ty thể dọc theo một chuỗi vận chuyển trong đó cung lượng tim tăng và chiết xuất oxy tăng (sự khác biệt oxy động mạch-tĩnh mạch ngày càng lớn) cùng nhau làm tăng hấp thụ oxy đến mức tối đa (Wagner 1996).
Clinical relevance
Hiểu biết về phản ứng hô hấp tích hợp đối với tập luyện là cơ sở để giải thích kết quả kiểm tra gắng sức tim phổi và giúp định hình lý do tại sao các bệnh hô hấp và tim mạch làm giảm khả năng chịu đựng khi tập luyện. Nó được trình bày ở đây như một tài liệu tham khảo về cách hệ thống khỏe mạnh hoạt động và cách sinh lý học tập luyện được lý giải, và nó không phải là cơ sở để chẩn đoán cá nhân, kê đơn tập luyện hoặc điều trị.
Evidence & guidelines
Bức tranh tích hợp này dựa trên hàng thập kỷ nghiên cứu sinh lý học ở người và so sánh về thông khí, trao đổi khí và vận chuyển oxy trong khi tập luyện, được tổng hợp trong các bài báo tổng quan và sách giáo khoa sinh lý học hô hấp và tập luyện tiêu chuẩn (Forster 2012; Wagner 1996; sách giáo khoa West). Cơ sở bằng chứng chủ yếu là cơ chế và quan sát hơn là từ các thử nghiệm lâm sàng, và các mục chủ đề dưới đây trích dẫn các nguồn chính và tổng quan cụ thể hơn.
History
Sự hiểu biết hiện đại về hô hấp khi tập luyện phát triển từ công trình đầu thế kỷ XX về hấp thụ oxy và chi phí oxy của tập luyện, tiếp theo là các nghiên cứu giữa thế kỷ xác định ngưỡng trao đổi khí và kiểm soát hô hấp, và sau đó là các phân tích tích hợp về con đường vận chuyển oxy và giới hạn của trao đổi khí phổi trong tập luyện nặng (Wasserman; Dempsey 1999; Wagner 1996).
Debates
- Điều gì thúc đẩy sự phù hợp chính xác giữa thông khí và trao đổi chất trong tăng thông khí khi tập luyện?
- Việc liệu sự kết nối chặt chẽ giữa thông khí và lượng carbon dioxide thải ra được điều khiển chủ yếu bởi lệnh truyền thẳng trung ương, bởi phản hồi từ cơ và thụ thể hóa học, hay bởi sự kết hợp học được của cả hai vẫn là một câu hỏi chưa được giải quyết trong kiểm soát hô hấp.
Key figures
- Jerome A. Dempsey
- Peter D. Wagner
- Hubert V. Forster
- Karlman Wasserman
- Brian J. Whipp
Related topics
Seminal works
- forster-2012
- wagner-1996
- dempsey-1999
Frequently asked questions
- Tại sao nhịp thở tăng lên trong khi tập luyện ngay cả trước khi khí máu thay đổi?
- Thông khí tăng lên ngay khi bắt đầu tập luyện thông qua các tín hiệu truyền thẳng liên quan đến lệnh vận động và cử động chi, và sau đó được điều chỉnh tinh vi bằng phản hồi để nó theo dõi sản xuất carbon dioxide và giữ khí máu động mạch ổn định.
- Phổi có hạn chế hiệu suất tập luyện ở những người khỏe mạnh không?
- Ở hầu hết những người khỏe mạnh, hệ hô hấp giữ quá trình oxy hóa động mạch được bảo toàn tốt, và việc cung cấp oxy thường bị hạn chế nhiều hơn bởi cung lượng tim và chiết xuất oxy của cơ hơn là bởi phổi; tuy nhiên, ở cường độ rất cao, một số vận động viên có thể phát triển hạn chế trao đổi khí có thể đo lường được.