Kiểm soát thông khí và tăng thông khí khi tập luyện

Tăng thông khí khi tập luyện là sự gia tăng thông khí phổi đi kèm với hoạt động thể chất, tăng tỷ lệ thuận với lượng carbon dioxide mà cơ thể sản xuất, sao cho nồng độ khí máu động mạch và pH được giữ gần như không đổi trong quá trình tập luyện vừa phải. Việc tìm hiểu cách hệ thống kiểm soát hô hấp đạt được sự phù hợp chính xác này, và những yếu tố thúc đẩy bổ sung nào xuất hiện trong quá trình làm việc nặng, là vấn đề trọng tâm của kiểm soát thông khí trong tập luyện.

Definition

Tăng thông khí khi tập luyện là sự gia tăng thông khí phút trong quá trình tập luyện, được tạo ra bởi hoạt động tích hợp của các tín hiệu kiểm soát hô hấp trung ương (truyền thẳng) và ngoại vi (phản hồi), thường điều chỉnh thông khí phế nang phù hợp với quá trình sản xuất carbon dioxide chuyển hóa.

Scope

Chủ đề này bao gồm diễn biến thời gian và mức độ của phản ứng thông khí đối với tập luyện động, các tín hiệu thần kinh truyền thẳng và phản hồi được đề xuất để điều khiển nó, mối quan hệ giữa thông khí và lượng carbon dioxide thải ra, và yếu tố thúc đẩy thông khí bổ sung xuất hiện ở cường độ cao hơn. Đây là một tài liệu tham khảo và giáo dục về kiểm soát hô hấp, không phải là đánh giá lâm sàng về phổi.

Core questions

• Những tín hiệu nào khởi đầu sự gia tăng nhanh chóng của thông khí ngay khi bắt đầu tập luyện?
• Thông khí được duy trì tỷ lệ thuận với lượng carbon dioxide thải ra như thế nào trong quá trình tập luyện vừa phải?
• Tại sao thông khí tăng không tương xứng với lượng oxy tiêu thụ trong quá trình tập luyện nặng?
• Vai trò tương đối của lệnh trung ương so với phản hồi hướng tâm là gì?

Key concepts

• Lệnh trung ương (yếu tố thúc đẩy truyền thẳng)
• Phản hồi hướng tâm cơ (nhóm III và IV)
• Thụ thể hóa học ngoại vi và trung ương
• Phản ứng thông khí pha I, II và III
• Đệm đẳng capnic
• Điểm bù trừ hô hấp
• Chỉ số tương đương thông khí đối với carbon dioxide

Mechanisms

Khi bắt đầu tập luyện, thông khí tăng đột ngột (một pha sớm, được điều hòa thần kinh) trước khi có bất kỳ thay đổi nào về khí máu có thể được cảm nhận, sau đó tăng chậm hơn đến trạng thái ổn định, trong đó thông khí phế nang được điều chỉnh phù hợp với quá trình sản xuất carbon dioxide để áp suất riêng phần carbon dioxide động mạch duy trì gần với giá trị nghỉ ngơi. Các yếu tố thúc đẩy được đề xuất bao gồm lệnh trung ương truyền thẳng phát sinh song song với tín hiệu vận động đến cơ bắp, phản hồi từ các sợi thần kinh hướng tâm nhóm III và IV trong cơ đang hoạt động, và sự điều hòa của thể cảnh và các thụ thể hóa học trung ương; quan điểm phổ biến là không có cơ chế đơn lẻ nào hoạt động độc lập và phản ứng phản ánh sự tích hợp của chúng (Forster 2012). Trong quá trình tập luyện nặng, sự tích tụ lactate và tình trạng nhiễm toan chuyển hóa liên quan bổ sung thêm một yếu tố thúc đẩy thông khí, do đó thông khí tăng không tương xứng với lượng oxy tiêu thụ và carbon dioxide động mạch bắt đầu giảm (Wasserman 1973; Haouzi 2012).

Clinical relevance

Phản ứng thông khí đối với tập luyện, bao gồm các chỉ số tương đương thông khí và điểm bù trừ hô hấp, là một kết quả cốt lõi của xét nghiệm gắng sức tim phổi và định hình cách giải thích tình trạng không dung nạp gắng sức. Mục này mô tả sinh lý học bình thường để tham khảo; nó không phải là một phác đồ chẩn đoán hoặc cơ sở để điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Sự hiểu biết về kiểm soát thông khí trong tập luyện dựa trên các nghiên cứu trên người và động vật về hô hấp khi bắt đầu tập luyện và ở trạng thái ổn định, cũng như các công trình kinh điển về ngưỡng trao đổi khí, được tổng hợp trong các bài đánh giá toàn diện và sách giáo khoa sinh lý hô hấp (Forster 2012; Wasserman 1973; sách giáo khoa West). Bằng chứng mang tính cơ chế và quan sát hơn là dựa trên thử nghiệm.

History

Câu đố về lý do tại sao thông khí phù hợp chính xác với quá trình trao đổi chất trong tập luyện đã được nghiên cứu từ đầu thế kỷ XX trong sinh lý học hô hấp. Công trình giữa thế kỷ đã mô tả các pha của phản ứng thông khí và ngưỡng trao đổi khí (Wasserman 1973), và các bài đánh giá tích hợp sau này đã cân nhắc các giả thuyết cạnh tranh về lệnh trung ương và phản hồi (Forster 2012).

Debates

Lệnh trung ương so với phản hồi ngoại vi trong việc điều khiển tăng thông khí khi tập luyện

Việc tăng thông khí được điều khiển chủ yếu bởi lệnh trung ương truyền thẳng, bởi phản hồi hướng tâm từ các cơ đang tập luyện và các thụ thể hóa học, hay bởi sự tích hợp học được của cả hai đã được tranh luận trong nhiều thập kỷ và vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn.

Liệu độ axit động mạch có trực tiếp điều khiển thông khí bổ sung trong quá trình tập luyện nặng không?

Mức độ mà tình trạng nhiễm toan chuyển hóa do tập luyện nặng tác động thông qua các thụ thể hóa học để tạo ra yếu tố thúc đẩy thông khí bổ sung, so với các tín hiệu trùng hợp khác, vẫn đang được thảo luận trong các tài liệu về kiểm soát hô hấp.

Key figures

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

Seminal works

• forster-2012
• wasserman-1973

Frequently asked questions

Tại sao thông khí tăng ngay khi bắt đầu tập luyện, trước khi khí máu thay đổi?

Sự gia tăng sớm nhất được cho là do thần kinh điều khiển, phát sinh song song với lệnh vận động đến cơ bắp và từ phản hồi liên quan đến chuyển động, hơn là từ bất kỳ thay đổi nào được cảm nhận về oxy hoặc carbon dioxide trong máu.

Điểm bù trừ hô hấp là gì?

Đó là cường độ làm việc trong quá trình tập luyện tăng dần mà tại đó thông khí tăng không tương xứng ngay cả với lượng carbon dioxide thải ra, phản ánh một yếu tố thúc đẩy bổ sung để bù đắp tình trạng nhiễm toan chuyển hóa đang phát triển do tập luyện nặng.