Респираторен систем и физички напор; Списание Галенус
Респираторниот и кардиоваскуларниот систем заедно обезбедуваат ефикасно снабдување со кислород до ткивата, истовремено отстранувајќи го јаглерод диоксидот. Овие уреди играат важна улога во обезбедувањето хомеостаза при мирување и за време на вежбање, со одржување на делумни притисоци на дишните гасови и киселинско-базната рамнотежа. Во однос на зголемувањето на перформансите на спортистите, разбирањето на физиолошките механизми на респираторниот систем е од суштинско значење за специјалистите за спортска медицина.
содржина
Респираторна физиологија
Во физиологијата, поимот „дишење“ може да има две значења:
- белодробно или надворешно дишење кое опфаќа пулмонално проветрување и размена на гасови помеѓу телото и надворешната средина;
- клеточно или внатрешно дишење што се однесува на периферна размена на гасови, имено искористување на кислород во ткивото и производство на јаглерод диоксид. Врската помеѓу двата вдишувања ја обезбедува циркулаторниот систем.
Белодробното дишење е предмет на овој труд, кој вклучува најмалку четири различни процеси [1]:
- пулмонална вентилација што е процес со кој воздухот циркулира помеѓу белите дробови и надворешната средина;
- алвеолошко-капиларна дифузија дефинирана како размена на гасови помеѓу белите дробови и крвта;
- транспорт на крв на кислород и јаглерод диоксид;
- размена на периферни гасови, имено премин на респираторни гасови помеѓу капиларниот сектор и ткивниот сектор.
Во продолжение, ќе претставиме неколку идеи за секој од четирите процеси, а не пред кратко да презентираме дијаграм за структурата на респираторниот систем.
Структура на респираторниот систем
Респираторниот систем ги вклучува носната празнина, фаринксот, душникот, бронхијалното дрво и белите дробови. Тие се завиткани во двојна мембрана наречена плевра - висцерална плевра, која се лепи на надворешната површина на белите дробови и париеталната плевра, која се лепи на wallидот на градниот кош и дијафрагмата. Двете плеврални листови се одделени со тенок нож на течност со подмачкувачка улога, при што интраплевралниот притисок е помал од атмосферскиот притисок на вдишаниот воздух, што уште повеќе се намалува при инспирацијата. Респираторниот систем е поделен на спроводлива област и респираторна област.
Проводна област
Вклучува структури помеѓу носната или усната шуплина и респираторната област, имено: душникот, бронхијалното дрво, бронхиолите и терминалните бронхиоли. Покрај функцијата за спроведување на воздухот до респираторната област, овој анатомски мртов простор игра важна улога во филтрирањето и навлажнувањето на воздухот. Процесот на филтрација се изведува со две средства: клетките од оваа област произведуваат слуз што овозможува зафаќање на мали вдишани честички и нивно движење до фаринксот со мембрански екстензии наречени цилии, кои имаат движење до усната шуплина со брзина од 1-2 см/минута. Второто средство за заштита на белите дробови од странски честички е алвеоларните макрофаги. И цилијарната функција и алвеоларните макрофаги се менуваат од чадот на цигарите и другите загадувачи на воздухот.
Респираторна област
Вклучува респираторни бронхиоли, алвеоларни канали и алвеоларни вреќи. Размената на гас се врши преку 300 милиони бунари, мали вреќи со дијаметар помеѓу 0,25 и 0,50 мм. Зголемениот број бунари обезбедува голема површина за размена на гасови, со површина од 60-80 м 2, што е еквивалентно на половина тениско игралиште. Нивниот колапс за време на дишењето е спречен од сурфактантот, заштитна течност што се лачи од алвеоларните клетки од типот II, со што се намалува напнатоста на површината на алвеоларното ниво [2].
Белодробна вентилација
Дефинирано како движење на воздухот помеѓу надворешната средина и белите дробови, белодробната вентилација е движење на воздушната колона по дишните патишта како резултат на разликата во притисокот помеѓу двата екстремитети. Вдишување се јавува поради разликата во притисокот помеѓу белите дробови и атмосферскиот воздух, при што интрапулмоналниот притисок е помал од атмосферскиот. И обратно, истекот е можен кога интраплевралниот притисок го надминува атмосферскиот притисок.
инспириран
Инспирацијата е активен процес што се изведува првенствено од дијафрагмата, но исто така и од надворешните меѓуребрените мускули. За време на инспирацијата, со контракција на дијафрагмата, таа ја движи долната абдоминална содржина, а надворешните меѓуребрените мускули претходно ги преместуваат градната коска и ребрата нанадвор. Сите овие промени доведуваат до зголемување на големината на градите, истовремено со намалување на притисокот во внатрешноста на белите дробови. Во мирување, при атмосферски притисок од 760 mmHg, интрапулмоналниот притисок што овозможува намалување на инспирацијата се намалува за 3 mmHg, но при интензивен физички напор, може да се намали за 80-100 mmHg. Исто така, за време на принудно дишење, можат да се мобилизираат придружните инспираторни мускули - стерноклеидомастоиден мускул, мускули на скала (предни, средни, задни) и пекторални мускули, со улога на зголемување на големината на кафезот на ребрата со дополнително антеро-супериорно поместување на ребрата.
експираторен
Издишувањето е пасивен процес за време на одмор, што се должи на еластичноста на белите дробови и градите кои имаат тенденција да се вратат во почетната позиција пред инспираторната експанзија. При присилно истекување, интервенираат активни механизми, како што е контракција на експираторните мускули - внатрешни меѓуребрени мускули, десен абдомен, внатрешен косиот, голем дорзален, лумбален квадрат.
Волумен и капацитет на белите дробови
Табела бр. 1 вклучува дефиниција и вредности на волуменот и капацитетот на белите дробови. Некои од нив може да се измерат со помош на спирометрија. Оваа техника главно се користи за дијагностицирање на одредени респираторни заболувања, како што се астма или хронично опструктивно белодробно заболување.
Волумени и респираторен капацитет
Дефиниција
Респираторни волумени
Количината на воздух што се вдишува или издишува при нормално дишење
Резервирајте го инспиративниот волумен
Количината на воздух што може да се вдише над волуменот на плимата и осеката при максимално вдишување
Волумен на резерва на истекот
Количината на воздух што може да се издише при максимално истекување по волуменот на плимата и осеката
Количината на воздух што останува во белите дробови по максималното истекување. Тоа е волуменот на воздухот што не може да се издише
Респираторни способности
Количината на воздух што може присилно да се издише по максимално вдишување
Количината на воздух што може да се вдише по нормално издишување
Функционален преостанат капацитет
Количината на воздух што останува во белите дробови по нормалното издишување
Вкупен капацитет на белите дробови
Количината на воздух во белите дробови на крајот од максималниот здив
Табела 1. Волумени и респираторен капацитет
Дифузија на алвеолошко-капиларна
Претставува размена на гасови помеѓу алвеолите и белодробните капилари што овозможува обновување на содржината на кислород во артериската крв и елиминација на јаглерод диоксид од венската крв.
Алвеолошко-капиларна мембрана
Венска крв од шуплива вена се пумпа од десното срце во белите дробови преку пулмоналните артерии и капилари. Вторите формираат густа мрежа околу алвеолите, со мал дијаметар на капиларите, со големина на црвени крвни клетки, така што на ова ниво, еритроцитите циркулираат подредени, што го продолжува времето на контакт со ткивото на белите дробови со цел да се подобри ефикасноста на размената на гасови. Во мирување, крвта останува во индиректен контакт со алвеоларниот воздух за 0,75 сек. Алвеолошко-капиларната бариера или мембраната е дебела 0,2-0,6 mm и се состои од алвеоларен wallид, капиларен wallид и базални мембрани.
Белодробен проток на крв
Пулмоналниот проток на крв во мирување е помеѓу 4 и 6 L/min во зависност од половината на лицето, приближно еднаков на протокот на левото срце.
П = пулмонален проток на крв
P = крвен притисок
R = периферен васкуларен отпор
Иако пулмоналниот проток на крв е еднаков на системскиот проток на крв, притисоците и отпорите на пулмоналната територија се пониски од системските. Просечниот притисок во пулмоналната артерија е 15 mmHg, во споредба со 100 mmHg во аортата. Нискиот пулмонален периферен васкуларен отпор може да се објасни со различната анатомија на пулмоналните крвни садови, кои се потенки и имаат помала содржина на мазни мускули.
Дифузија на кислород и јаглерод диоксид
Дифузијата на гасови помеѓу различните оддели на ткивата е диктирана од законот на Фик:
V = (P1 - P2) x D x A/G
V = стапка на дифузија
P1 - P2 = разлика во парцијалниот притисок на гасот од двете страни на ткивото
D = коефициент на дифузија на гас
А = област на размена
G = дебелина на ткивото
Структурата на респираторниот систем е добро прилагодена на размената на гасови, што може да се зголеми 20 пати за време на физички напор. Делумните притисоци на СО2 и О2 во крвта што достигнуваат до белите дробови се 46 и 40 mmHg, соодветно. Делумните притисоци на СО2 и О2 во алвеоларниот воздух се 40, односно 105 mmHg, соодветно. Како резултат, јаглерод диоксидот дифундира од крвта во алвеолите и кислородот од алвеоларниот воздух во крвта, оставајќи ги белите дробови со парцијален притисок од 100 mmHg за O2 и 40 mm Hg за CO2. Може да се види дека градиентот на притисок за СО2 помеѓу капиларите и алвеолите е релативно мал, само 6 mmHg, но е доволен, бидејќи градиентот на дифузија на СО2 е 20 пати поголем од оној на О2.
Однос на вентилација/инфузија
Во претходните поглавја тој разговараше за белодробниот проток на крв, односно дифузијата на гасови низ алвеолошко-капиларната бариера. Со цел оптимално да се одвива размената на гасови, пулмоналниот проток на крв (Q) мора да биде пропорционален на алвеоларниот проток на воздух (VA). Со други зборови, бунарот мора да биде добро внесен, но и добро проветрен за размена на гасови да биде оптимално. Нерамнотежата помеѓу вентилацијата и инфузијата доведува до промена на размената на гасови помеѓу алвеолите и крвта во белодробните капилари. Идеалниот однос на вентилација/инфузија (VA/Q) е 1, но во реалноста тој однос е далеку од унитарен, различен во зависност од областа на белите дробови,> 1 во горната половина и H2CO3 ->> H + + HCO3 -
Јони ј + се врзуваат за хемоглобинот и го активираат Бор-овиот ефект, менувајќи ја својата крива на дисоцијација надесно. HCO3 јони - дифузни од еритроцитите во плазмата во замена за Cl-јони - јонска размена позната како Хамбургер феномен. Крвта стигнува до белите дробови, каде што се случува обратната реакција и истекува CO2:
Размена на ткивни гасови
Способноста на кислородот да се извлече од ткивата е директно пропорционален на интензитетот на клеточниот аеробен метаболизам. Артерио-венската разлика во кислородот може да се зголеми од 4-5 mL O2/100 mL крв на 17-18 mL O2/100 mL крв на мускулно ниво. Откако ќе се ослободи во сарколемата, кислородот се пренесува во митохондриите со миоглобин, протеин сличен на хемоглобинот, но со поголем афинитет за О2. По оксидативниот метаболизам на мускулите, се произведува СО2, кој дифундира, според градиентот на притисок, во крвниот сектор, преку кој се транспортира до белите дробови.
Нервна контрола на вентилација
Одржувањето на PO2, PCO2 и pH на крвта што е можно поблиску до нормалните граници за време на вежбање бара совршена координација помеѓу кардиоваскуларниот и респираторниот систем. Ова во голема мера се постигнува со неволна регулација на пулмоналната вентилација. Оваа контрола сè уште не е разјаснета во целост, поради комплексноста на вклучените нервни врски. Респираторните мускули се активираат од моторните неврони под контрола на респираторните центри во мозочното стебло (инспираторен и експираторен центар на 'рбетниот сијалица), овие центри диктираат ритам и амплитуда на дишење. Во исто време, горните кортикални центри можат да преземат доброволна контрола на дишењето, комуницирајќи директно со моторните неврони на респираторните мускули. Два други центри учествуваат во регулирањето на вентилацијата - апнеустичниот центар го стимулира инспираторниот центар во сијалицата, овозможувајќи продолжување на инспирацијата, а пневмотаксичниот центар испраќа инхибиторни импулси со улога на регулирање на инспираторниот волумен.
Дишењето не е регулирано само под нервна контрола. Може да биде под влијание и на централни (сијалички) или периферни (аортен стап, каротидни синуси) хеморецептори кои се чувствителни на промени во крвните гасови. Исто така, скелетните мускули можат да интервенираат во регулирањето на вентилацијата, преку хемо- и механорецептори.
Дишење при физички напор
Белодробната вентилација за една минута е еднаква на производот на респираторната стапка и приливниот волумен.
V (L/мин) = FR x VT
За време на физички напор, може да се зголеми врз основа на двете компоненти, така што (табела бр.3):
- респираторната стапка на одмор е 12-15 вдишувања/мин., може да се зголеми при напор од 3 до 4,5 пати, до околу 50-60 вдишувања/мин;
- приливен волумен (0,5 L на одмор) може да се зголеми за време на физички напор 6-7 пати, но не повеќе од вредноста на виталниот капацитет;
- така, од 6-7 L/min, вентилацијата може да се зголеми до над 150 L/min.
| Одмор/физички напор | Респираторна стапка (вдишувања/мин) | Волумен на плимата и осеката(L/здив) | Белодробна вентилација (L/мин) |
| Одмори се | 12 | 0,5 | 6 |
| Умерен физички напор | 30 | 2.5 | 75 |
| Интензивен физички напор | 50 | 3.0 | 150 |
Табела 3. Вредности на белодробна вентилација при мирување и за време на умерено и интензивно вежбање
Зголемувањето на вентилацијата на почетокот на физичкиот напор се врши во две фази: квази-непосредно, ненадејно, проследено со прогресивно зголемување. Првиот од нив се должи на проприоцепторите во мускулите и зглобовите кои предизвикуваат очекувана реакција на моторниот кортекс, стимулирајќи го центарот за инспирација со цел да се прилагоди вентилациониот одговор. Втората фаза е резултат на метаболичка активност предизвикана од физички напор, вклучувајќи температурни варијации и хемиски промени во крвниот и мускулниот сектор. Така, инспираторните центри се стимулираат преку централни и периферни хеморецептори. Регулирањето на вентилацијата при физички напор е сложен процес, кој вклучува не само интервенција на нервни и хемиски механизми, туку и влијание на хормоните на стресот, електролитите и температурата врз респираторните центри со различни средства.
Астма предизвикана од физички напор
Астмата предизвикана од физички напор се дефинира како минливо стеснување на дишните патишта по или за време на физички напор што се јавува кај пациенти недијагностицирани со астма и вклучува симптоми како што се кашлица, диспнеа, отежнато дишење. Некои автори претпочитаат израз бронхоконстрикција предизвикана од напор и се јавува кај 55% од спортисти со високи перформанси кои практикуваат зимски спортови или пливање за време на детството или подоцна во нивната спортска кариера [4,5]. Оваа патологија е поврзана со бронхоспазам поради продолжена хипервентилација, етиопатогениот механизам сè уште не е разјаснет во целост, се претпоставуваат две хипотези - термичката хипотеза и осмотската.
Во однос на термичката хипотеза, бронхоспазмот е резултат на намалување на температурата во нивото на бронхиите како резултат на хипервентилација, проследено со брз пораст на температурата на крајот на физичката активност. Овие два настана предизвикуваат вазоконстрикција, реактивна хиперемија во микроциркулацијата на бронхиите, едем на wallидот, што доведува до стеснување на дијаметарот на бронхиите. Во осмотската теорија, продолжената хипервентилација во средина на сув воздух предизвикува загуба на топлина со испарување на водата од дишните патишта. Вонклеточната течност во мукозата станува хиперосмоларна, што доведува до премин на вода од интрацелуларната во вонклеточната средина. Оваа интрацелуларна дехидратација создава ослободување на воспалителни медијатори од мастоцитите и епителните клетки (хистамин, простагландини, леукотриени), медијатори кои предизвикуваат бронхијален едем и бронхоспазам преку воспалителен механизам [6].
Без оглед на постулираните хипотези, појавата на бронхоспазам предизвикан од вежбање е резултат на комбинација на еколошки и генетски фактори. Спортови кои најчесто се соочуваат со оваа патологија се зимски спортови, лизгање, пливање, поло [5,7].
Прилагодување на респираторниот систем на спортови во изведба
Бројни специјализирани студии се фокусираат на промените во респираторниот систем кај спортистите во перформанси. Овие беа квантификувани преку спирометрија, спортистите имаа повисоки вредности во споредба со седечките луѓе во однос на спирометриските параметри. ] Друга студија ги споредила спирометриските вредности помеѓу различните спортски игри, а дишните волумени биле поголеми во поло, во споредба со фудбалот, ракометот или кошарката.
Проучувањето на физиолошките параметри на спортистите за перформанси е единствена можност да се испитаат човековите прилагодувања кон различните видови физички напор и обука. Покрај тоа, разбирањето на ефектите од физичкиот напор врз човечкото тело може да донесе со себе физиолошко размислување за спроведување препораки за вежбање и физичка активност кај пациенти со различни патологии; оваа гранка на спортска медицина е од голема перспектива во иднина [10].