Légzőrendszer és fizikai megterhelés; Galenus Magazine
A légzőrendszer és a szív- és érrendszer együttesen hatékony oxigénellátást biztosít a szövetek számára, miközben megszünteti a szén-dioxidot. Ezek az eszközök fontos szerepet játszanak a homeosztázis biztosításában nyugalmi állapotban és edzés közben, a részleges légúti gáznyomás és a sav-bázis egyensúly fenntartásával. A sportolók teljesítményének növelése szempontjából elengedhetetlen a légzőrendszer fiziológiai mechanizmusainak megértése a sportorvosi szakemberek számára.
tartalom
Légzésfiziológia
A fiziológiában a "légzés" kifejezésnek két jelentése lehet:
- tüdő- vagy külső légzés, amely pulmonális szellőzést és gázcserét tartalmaz a test és a külső környezet között;
- sejtes vagy belső légzés, amely perifériás gázcserére utal, nevezetesen szöveti oxigénfelhasználásra és szén-dioxid-termelésre. A két légzés közötti kapcsolatot a keringési rendszer biztosítja.
A pulmonalis légzés témája ez a cikk, amely legalább négy különálló folyamatot tartalmaz [1]:
- tüdőventiláció, amely a levegő keringése a tüdő és a külső környezet között;
- alveolo-kapilláris diffúzió, amely a tüdő és a vér közötti gázcserének minősül;
- oxigén és szén-dioxid vérszállítása;
- perifériás gázcserék, nevezetesen a légzőgázok átjutása a kapilláris szektor és a szöveti szektor között.
Az alábbiakban bemutatunk néhány ötletet mind a négy folyamatról, nem pedig azelőtt, hogy röviden bemutatnánk a légzőrendszer felépítésének diagramját.
A légzőrendszer felépítése
A légzőrendszer magában foglalja az orrüreget, a garatot, a légcsövet, a hörgőfát és a tüdőt. Dupla membránba burkolják, amelyet pleurának hívnak - a zsigeri mellhártya, amely tapad a tüdő külső felületéhez, és a parietális mellhártyához, amely tapad a mellkas falához és a rekeszizomhoz. A két mellhártyalemezt egy vékony folyadéklap választja el kenőszerrel, az intrapleurális nyomás alacsonyabb, mint a belélegzett levegő légköri nyomása, ami még jobban csökken a belégzés során. A légzőrendszer vezető területre és légzési területre oszlik.
Vezetőképes terület
Ez magában foglalja az orr- vagy szájüreg és a légzőterület közötti struktúrákat, nevezetesen: légcső, hörgőfa, hörgők és végső hörgők. A levegő légzőterületbe juttatásának funkciója mellett ez az anatómiai holttér fontos szerepet játszik a levegő szűrésében és párásításában. A szűrési eljárást kétféle módon hajtják végre: ennek a területnek a sejtjei olyan nyálkát termelnek, amely lehetővé teszi a kis belélegzett részecskék befogását és azok mozgását a garatba csillóknak nevezett membránnyúlványokkal, amelyek 1-2 cm/perc sebességgel mozognak a szájüregbe. A tüdő idegen részecskék elleni védelmének második eszköze az alveoláris makrofágok. A ciliáris funkciót és az alveoláris makrofágokat egyaránt megváltoztatja a cigarettafüst és más légszennyező anyagok.
Légzési terület
Ez magában foglalja a légzési bronchiolákat, az alveoláris csatornákat és az alveolaris tasakokat. A gázcseréket 300 millió kúton, 0,25–0,50 mm átmérőjű kis zsákokon keresztül hajtják végre. A megnövekedett kutak száma nagy területet biztosít a gázcseréhez, 60-80 m 2 területtel, ami fél teniszpályának felel meg. Összeomlásukat légzés közben megakadályozza a felületaktív anyag, a II típusú alveoláris sejtek által kiválasztott védőfolyadék, amely csökkenti a felületi feszültséget az alveoláris szinten [2].
Tüdőventiláció
A külső környezet és a tüdő közötti levegő mozgásaként definiált tüdőventiláció a légoszlop mozgása a légutak mentén a két végtag közötti nyomáskülönbség miatt. A belégzés a tüdő és a légköri levegő közötti nyomáskülönbség miatt következik be, az intrapulmonális nyomás alacsonyabb, mint a légköri nyomás. Ezzel szemben a lejárat akkor lehetséges, ha az intrapleurális nyomás meghaladja a légköri nyomást.
ihletett
Az inspiráció egy aktív folyamat, amelyet elsősorban a rekeszizom, de a külső bordaközi izmok is végeznek. Az inspiráció során a rekeszizom összehúzódásával az alsó hasi tartalmat mozgatja, a külső bordaközi izmok pedig a szegycsontot és a bordákat mozgatják kifelé. Mindezek a változások a mellkas méretének növekedéséhez vezetnek, ugyanakkor a tüdő belsejében a nyomás csökken. Nyugalmi állapotban 760 Hgmm nyomáson az intrapulmonális nyomás, amely lehetővé teszi az inspiráció csökkenését, 3 Hgmm-rel csökken, de intenzív fizikai megterhelés alatt 80-100 Hgmm-rel csökkenhet. Kényszeres légzés során a kiegészítő belégző izmok - a sternocleidomastoid izom, a scalene izmok (elülső, középső, hátsó) és a mellizmok - mobilizálhatók, azzal a feladattal, hogy a bordák méretét a bordák további antero-superior elmozdulásával növeljék.
kilégző
A kilégzés passzív folyamat a pihenés alatt, amely a tüdő és a mellkas rugalmasságának köszönhető, amelyek hajlamosak visszatérni a belégzési expanzió előtti kiindulási helyzetbe. A kényszerű kilégzés során aktív mechanizmusok lépnek közbe, például a kilégző izmok összehúzódása - belső bordaközi izmok, egyenes hasi, belső ferde, nagy háti, ágyéki négyzet.
A tüdőmennyiség és -kapacitás
Táblázat 1 tartalmazza a tüdő térfogatának és kapacitásának meghatározását és értékeit. Ezek egy része spirometriával mérhető. Ezt a technikát elsősorban bizonyos légzőszervi betegségek, például asztma vagy krónikus obstruktív tüdőbetegségek diagnosztizálására használják.
Térfogatok és légzési kapacitás
Meghatározás
Légzésmennyiség
A normál légzés során belélegzett vagy kilégzett levegő mennyisége
Tartalék inspirációs mennyiség
A maximális belégzés során az árapály térfogata felett belélegezhető levegő mennyisége
Tartalék lejárati mennyiség
Az a légmennyiség, amelyet az árapály térfogata után maximális kilégzéskor lehet kilélegezni
A maximális lejárat után a tüdőben maradt levegőmennyiség. A levegő mennyisége nem kilégezhető
Légzési képességek
A maximális belégzés után kiszorítható levegő mennyisége
A normál kilégzés után belélegezhető levegő mennyisége
Funkcionális maradványkapacitás
A normál kilégzés után a tüdőben maradó levegő mennyisége
Teljes tüdőkapacitás
A tüdőben lévő levegő mennyisége a maximális lélegzetvétel végén
1. táblázat: Térfogatok és légzési kapacitás
Alveolo-kapilláris diffúzió
Jelzi az alveolusok és a pulmonalis kapillárisok közötti gázcserét, amely lehetővé teszi az artériás vér oxigéntartalmának helyreállítását és a szén-dioxid eltávolítását a vénás vérből.
Alveolo-kapilláris membrán
A vena cava vénás vérét a jobb szívből a tüdőbe pumpálják a tüdőartériákon és a kapillárisokon keresztül. Utóbbiak az alveolusok körül sűrű hálózatot képeznek, kis kapilláris átmérővel, a vörösvérsejtek méretével, így ezen a szinten az eritrociták egymáshoz igazodva keringenek, ami meghosszabbítja a tüdőszövettel való érintkezés idejét a gázcserék hatékonyságának javítása érdekében. Nyugalmi állapotban a vér 0,75 másodpercig közvetett módon érintkezik az alveoláris levegővel. Az alveolokapilláris gát vagy membrán vastagsága 0,2-0,6 mm, amely az alveoláris falból, a kapilláris falból és az alapmembránokból áll.
Pulmonalis véráramlás
A nyugalmi tüdővéráramlás az ember derekától függően 4 és 6 l/perc között van, megközelítőleg megegyezik a bal szív áramlásával.
Q = pulmonalis véráramlás
P = vérnyomás
R = perifériás érellenállás
Bár a pulmonalis véráramlás megegyezik a szisztémás véráramlással, a pulmonalis területen a nyomások és az ellenállások alacsonyabbak, mint a szisztémás véráramlások. Az átlagos nyomás a pulmonalis artériában 15 Hgmm, szemben az aortában mért 100 Hgmm-rel. Az alacsony pulmonális perifériás vaszkuláris ellenállás a vékonyabb és alacsonyabb simaizomtartalmú pulmonális erek különböző anatómiájával magyarázható.
Oxigén és szén-dioxid diffúziója
A gázok diffúzióját a különböző szövetrészek között Fick törvénye szabja meg:
V = (P1 - P2) x D x A/G
V = diffúziós sebesség
P1 - P2 = a gáz parciális nyomásának különbsége a szövet mindkét oldalán
D = gázdiffúziós együttható
A = csere terület
G = szövetvastagság
A légzőrendszer felépítése jól alkalmazkodik a gázcseréhez, amely fizikai erőfeszítések során 20-szorosára növekedhet. A vérben a tüdőbe jutó CO2 és O2 parciális nyomása 46, illetve 40 Hgmm. Az alveoláris levegőben a CO2 és az O2 parciális nyomása 40, illetve 105 Hgmm. Ennek eredményeként a szén-dioxid diffundál a vérből az alveolusokba, az oxigén pedig az alveoláris levegőből a vérbe, így a tüdő részleges nyomása 100 mmHg O2 esetén és 40 mm Hg CO2 esetén. Látható, hogy a kapillárisok és az alveolusok közötti CO2-nyomásgradiens viszonylag kicsi, csupán 6 Hgmm, de ez elegendő, mert a CO2 diffúziós gradiense 20-szor nagyobb, mint az O2-é.
Szellőzés/infúzió arány
Az előző fejezetekben a pulmonalis véráramlást, illetve a gázok diffúzióját tárgyalta az alveolo-kapilláris gáton keresztül. A gázcsere optimális lebonyolításához a pulmonalis véráramlásnak (Q) arányosnak kell lennie az alveoláris légáramlással (VA). Más szavakkal, a kútnak jól be kell lennie engedve, ugyanakkor jól szellőzőnek kell lennie ahhoz, hogy a gázcsere optimális legyen. A szellőzés és az infúzió közötti egyensúlyhiány megváltozott gázcseréhez vezet az alveolusok és a pulmonalis kapillárisokban lévő vér között. Az ideális szellőztetési/infúziós arány (VA/Q) 1, de a valóságban az arány messze nem egységes, a tüdő területétől függően eltérő, a felső felében> 1 H2CO3 -> H + + HCO3 -
A H + -ionok kötődnek a hemoglobinhoz és kiváltják a Bohr-hatást, disszociációs görbéjét jobbra tolva. A HCO3 ionok - diffundálnak a plazma vörösvértestektől a Cl ionokért cserébe - ioncsere, Hamburger jelenség néven. A vér eljut a tüdőbe, ahol a fordított reakció megy végbe és a CO2 lejárt:
Szövetgázcsere
A szövetek által kivonható oxigén képessége közvetlenül arányos a sejtes aerob anyagcsere intenzitásával. Az arterio-vénás oxigénkülönbség 4-5 ml O2/100 ml vérről izmok szintjén 17-18 ml O2/100 ml vérre növekedhet. Miután felszabadult a szarkolémába, az oxigént a mioglobin szállítja a mitokondriumokba, a fehérje hasonlít a hemoglobinhoz, de nagyobb az affinitása az O2 iránt. Az oxidatív izomcsere után CO2 keletkezik, amely a nyomásgradiens szerint diffundál a vérszektorba, amelyen keresztül a tüdőbe szállítja.
A szellőzés idegi irányítása
A PO2, PCO2 és a vér pH-értékének a lehető legközelebb eső fenntartása az edzés során tökéletes koordinációt igényel a szív- és érrendszeri és a légzőrendszer között. Ez nagyrészt a pulmonalis szellőzés akaratlan szabályozásával valósul meg. Ez a kontroll még nem teljesen tisztázott, az érintett idegkapcsolatok összetettsége miatt. A légzőizmokat a motoros idegsejtek aktiválják az agytörzs légzőközpontjainak (a gerinc izzójának belégzési és kilégzési központja) irányítása alatt, ezek a központok határozzák meg a légzés ritmusát és amplitúdóját. Ugyanakkor a felső kérgi központok önként átvehetik a légzés irányítását, közvetlenül kommunikálnak a légző izmok motoros neuronjaival. Két másik központ vesz részt a szellőzés szabályozásában - az apneusztikus központ stimulálja az izzó belélegző központját, lehetővé téve az inspiráció meghosszabbítását, a pneumotaxikus központ pedig gátló impulzusokat küld a belégzési térfogat szabályozásának szerepével.
A légzést nem csak idegi kontroll alatt szabályozzák. Hatással lehetnek központi (izzó) vagy perifériás (aortabot, carotis sinusok) kemoreceptorok is, amelyek érzékenyek a vérgázok változásaira. A csontvázizmok a kemo- és mechanoreceptorokon keresztül is beavatkozhatnak a szellőzés szabályozásába.
Légzés fizikai megterhelés alatt
A pulmonális szellőzés egy perc alatt megegyezik a légzés és az árapály térfogatának szorzatával.
V (L/perc) = FR x VT
A fizikai megterhelés során mindkét komponens alapján növekedhet, így (3. sz. táblázat):
- a nyugalmi légzésszám 12-15 lélegzet/perc, az erőfeszítés 3–4,5-szeresére, kb. 50–60 lélegzet/percre növekedhet;
- az árapály térfogata (nyugalmi állapotban 0,5 L) 6-7-szeresére nőhet a fizikai megterhelés során, de nem haladhatja meg az életképesség értékét;
- így 6-7 l/perc értékről a szellőzés 150 L/perc fölé emelkedhet.
| Pihenés/fizikai erőfeszítés | Légzési sebesség (lélegzet/perc) | Árapály térfogata(L/lélegzet) | Pulmonális szellőzés (L/min) |
| Pihenés | 12. | 0.5 | 6. |
| Mérsékelt fizikai megterhelés | 30 | 2.5 | 75 |
| Intenzív fizikai megterhelés | 50 | 3.0 | 150 |
3. táblázat: A pulmonalis szellőzés értékei nyugalmi állapotban, valamint mérsékelt és intenzív edzés közben
A szellőzés növelése a fizikai erőfeszítés kezdetén két szakaszban történik: egy majdnem azonnali, hirtelen, majd fokozatos növekedés következik be. Ezek közül az első azoknak az izmoknak és ízületeknek a proprioreceptorainak köszönhető, amelyek kiváltják a motoros kéreg várható válaszát, serkentik a belégzési központot a ventilációs válasz kiigazítása érdekében. A második szakasz a fizikai megterhelés által kiváltott anyagcsere-aktivitás eredménye, beleértve a hőmérséklet-változásokat és a vér- és izomszektor kémiai változásait. Így a belégzési központokat központi és perifériás kemoreceptorok stimulálják. A szellőzés szabályozása a fizikai megterhelés során összetett folyamat, amely nemcsak az idegi és kémiai mechanizmusok beavatkozását foglalja magában, hanem a stresszhormonok, az elektrolitok és a hőmérséklet különböző módon történő hatását is a légzőközpontokra.
A fizikai megterhelés által kiváltott asztma
A fizikai megterhelés által kiváltott asztma a légutak átmeneti szűkülete a fizikai megterhelés után vagy közben, amely olyan betegeknél fordul elő, akiknél még nem diagnosztizálták az asztmát, és olyan tüneteket tartalmaz, mint a köhögés, nehézlégzés, zihálás. Egyes szerzők az erőfeszítések okozta hörgőszűkület kifejezést részesítik előnyben, és a nagy teljesítményű sportolók 55% -ában fordul elő, akik gyermekkorukban vagy később sportpályafutásuk során gyakorolják a téli sportokat vagy az úszást [4,5]. Ez a patológia a hosszan tartó hiperventiláció következtében kialakuló hörgőgörcshöz kapcsolódik, az etiopatogén mechanizmus még nem teljesen tisztázott, két hipotézist feltételeznek - a termikus és az ozmotikus hipotézist.
A termikus hipotézist tekintve a hörgőgörcs abból adódik, hogy a hiperventiláció következtében csökken a hörgők szintje, majd a fizikai aktivitás végén a hőmérséklet gyorsan emelkedik. Ez a két esemény vazokonstrikciót, reaktív hiperémiát okoz a hörgők mikrocirkulációjában, a fal ödémáját, ami a hörgők átmérőjének szűküléséhez vezet. Az ozmotikus elméletben a hosszan tartó hiperventiláció száraz levegő környezetben hőveszteséget okoz a víz elpárologtatásával a légutakból. A nyálkahártyán belüli extracelluláris folyadék hipermozmárissá válik, ami a víz áthaladásához vezet az intracellulárisból az extracelluláris környezetbe. Ez az intracelluláris dehidráció gyulladásos mediátorok felszabadulását eredményezi a hízósejtekből és a hámsejtekből (hisztamin, prosztaglandinok, leukotriének), olyan mediátorok, amelyek gyulladásos mechanizmus révén hörgőödémát és hörgőgörcsöt okoznak [6].
A feltételezett hipotézistől függetlenül a testmozgás okozta hörgőgörcs a környezeti és genetikai tényezők kombinációjának eredménye. Azok a sportok, amelyek leggyakrabban szembesülnek ezzel a patológiával, a téli sportok, korcsolyázás, úszás, póló [5,7].
A légzőrendszer adaptálása a teljesítménysportokhoz
Számos speciális tanulmány foglalkozott a légzőrendszer változásával a sportolóknál. Ezeket spirometriával számszerűsítették, a sportolók spirometriai paramétereit tekintve az ülő emberekhez képest magasabb értékekkel rendelkeztek, a legmagasabb tüdőértékeket az állóképességi sportokban - evezés, úszás, maraton, triatlon, öttusa, kerékpározás - figyelték meg [8]. ]. Egy másik tanulmány összehasonlította a különböző sportjátékok közötti spirometriai értékeket, a légzésmennyiség nagyobb volt a pólóban a focihoz, a kézilabdához vagy a kosárlabdához képest [9].
A teljesítménysportolók fiziológiai paramétereinek tanulmányozása egyedülálló lehetőség az emberi alkalmazkodás vizsgálatára a különböző típusú fizikai erőfeszítésekhez és edzésekhez. Ezenkívül a fizikai megterhelés emberi testre gyakorolt hatásainak megértése fiziológiai indokolással járhat a testgyakorlásra és a fizikai aktivitásra vonatkozó ajánlások végrehajtásának különböző patológiás betegeknél; a sportorvoslás ezen ága a jövőben nagy perspektívát mutat.