تأثیر ورزش بر فیزیولوژی قلب و ریه

تعریف دقیق تنفس در دقیقه = حجم تنفسی (۵۰۰ میلی‌لیتر) × تعداد تنفس در دقیقه

تنفس حبابی شامل حجم تنفسی، تعداد تنفس و حجم مرده (حجم هوای باقیمانده در نای و نایژه) است.

در مقایسه با نسبت تنفس به تهویه – تراوش، نسبت تنفس در کیسه‌های هوایی به جریان خون ریوی در حالت استراحت و تمرین سبک، ۸/۰ است، به این معنی که برای هر لیتر خون وارد ریه، ۸/۰ لیتر تنفس در کیسه‌هوایی انجام می‌شود.

در حالت تمرین سنگین

میزان تنفس به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد نسبت به وضعیت استراحت

نسبت FEV/FVC یا ظرفیت حیاتی به حجم بیضی (Forced Expiratory Volume/Forced Vital Capacity)، به میزان کلی هوایی اشاره دارد که در یک تنفس از حجم عمیق تا حجم بازدم عمیق به طور ارادی جابجا می‌شود. در وضعیت طبیعی، حدود ۸۵ درصد از ظرفیت حیاتی را می‌توان در یک ثانیه تنفسی خارج کرد. در بیماری‌های انسدادی ریوی، این مقدار به کمتر از ۴۰ درصد کاهش می‌یابد. اگر این نسبت کمتر از ۷۰ درصد باشد، به عنوان نشانه‌ای از انسداد راه‌های هوایی در نظر گرفته می‌شود.

آسم ورزشی به انقباض برانش‌ها در حدود ۱۰ دقیقه پس از شروع فعالیت برمی‌گردد. با ورود حجم بالایی از هوا، دمای مجاری تنفسی کاهش می‌یابد و برانش‌ها اسپاسم می‌کنند. در این حالت، بازدم با فشار هنگام حبس نفس رخ می‌دهد، در حالی که مجاری دهان، بینی و حلق بسته هستند. در فعالیت‌های وزنه‌برداری و ایزومتریک، حبس نفس و افزایش فشار درون سینه در ابتدا افزایش می‌یابد (به دلیل فشرده شدن سیاهرگ‌ها و شریان‌های سینه) و سپس کاهش می‌یابد (به دلیل کاهش بازگشت وریدی)، که برای بیماران قلبی خطرناک است.

در شنا،

تنفس عمیق و حبس نفس (پرتهویه‌ای) باعث افزایش ارادی میزان تهویه می‌شود، که در نتیجه باعث کاهش شدید فشار دی‌اکسید کربن در خون می‌شود، در حالی که سطح اکسیژن خون تغییر چندانی نمی‌کند. با توجه به کاهش شدید فشار دی‌اکسید کربن خون، احساس نیاز به تنفس بروز نمی‌کند، اما ممکن است سطح اکسیژن خون به حد بحرانی کاهش یابد و فرد به کما فرو رود. نفس دوم در شنا، به معنی تیرکشیدن پهلو، ممکن است منجر به هیپوکسی (کمبود اکسیژن) در عضلات تنفسی شود.

انرژی تهویه،

به میزان اکسیژنی اطلاق می‌شود که عضلات تنفسی مصرف می‌کنند. در حالت استراحت، حدود ۱ تا ۲ درصد کل مصرف اکسیژن بدن به تهویه تعلق دارد، اما در هنگام تمرین، این میزان به ۱۰ درصد افزایش می‌یابد. سیگار کشیدن موجب افزایش مقاومت در مجاری تنفسی، افزایش نیاز به انرژی در عضلات تنفسی، کاهش اکسیژن در دسترس عضلات فعال و کاهش عملکرد می‌شود. در تمرینات بی هوازی با شدت بالا، تهویه و توان بیشینه شخص به حدود ۶۰ تا ۸۵ درصد تهویه بیشینه خود می‌رسد. با این حال، ورزشکاران به دلیل اعتیادات قلبی استثنایی خود، ممکن است به تهویه کافی دست یافت نکنند.

تنفس داخلی شامل دو بخش است:

۱. تنفس ریوی: شامل حرکت گازها به داخل و خارج ریه‌ها می‌شود.

۲. تنفس انتشاری: شامل تبادل گاز بین خون و ریه‌ها است، همچنین حمل دی‌اکسید کربن و اکسیژن از طریق خون و تبادل گازها بین خون مویرگی و بافت‌ها را شامل می‌شود.

مراکز تنفسی و گردش خونی تحریکی وجود دارند که تأثیر می‌گذارند:

تحریک ناحیه ویژه‌ای از بصل نخاع بر روی تنفس (تعداد و عمق تنفس) تأثیر می‌گذارد، در حالی که تحریک ناحیه مجاور آن بر روی گردش خون تأثیر دارد (ضربان قلب، حجم ضربانی و غیره).

بین این مراکز، ارتباطات عصبی قوی وجود دارد، بنابراین تحریک یکی از این مراکز به دیگری نیز منتقل می‌شود.

1.  تفاوت بین خون سرخرگی و سایه رگی در اثر تمرین افزایش می‌یابد و به اندازه ۲۲ درصد افزایش می‌یابد.
2. در تنفس انتشاری، تبادل گاز در حبابچه‌ها اتفاق می‌افتد و در هنگام انجام تمرین بیشینه، این فرآیند افزایش می‌یابد.
3.  حجم جاری نیز در هنگام انجام تمرین بیشینه افزایش می‌یابد.
4.  میزان تنفس در هنگام استراحت و تمرین زیر بیشینه کاهش می‌یابد، اما در هنگام فعالیت بیشینه افزایش می‌یابد.
5.  تهیه ریوی در ورزشکاران حرفه‌ای، در هنگام انجام تمرین بیشینه تا مقدار ۲۴۰ لیتر در دقیقه (دو برابر افراد عادی) افزایش می‌یابد. پیش بار، میزان کشیدگی عضله قبل از انقباض (حجم پایانی دیاستولی) و پس بار، میزان مقاومتی که عضله در برابر آن نیروی انقباضی خود را اعمال می‌کند (فشار شریانی آئورت) را شامل می‌شود.

Vo2max یا حداکثر مصرف اکسیژن، به صورت زیر می‌تواند تشخیص داده شود:

1.  رسیدن به فلات: میزان مصرف اکسیژن به حداکثر مقدار خود می‌رسد و دیگر افزایش نمی‌یابد.
2.  افزایش نسبت تبادل تنفسی: نسبت تبادل اکسیژن و دی‌اکسید کربن در تنفس افزایش می‌یابد و این نشان‌دهنده بهبود عملکرد تنفسی است.
3. حصول ضربان قلب بیشینه: ضربان قلب در حین تمرین بیشینه خود را می‌رساند و به حداکثر مقدار خود می‌رسد.
4. رسیدن به واماندگی: شخص به مدت طولانی قادر است فعالیت با شدت بالا را ادامه دهد و واماندگی حاصل از تعرق و خستگی حداقل است.
5.  افزایش شدید سطح اسید لاکتیک: سطح اسید لاکتیک در عضلات به مقدار بالا، حدود ۷۰ تا ۸۰ میلی‌گرم برسد که نشان‌دهنده تولید انرژی بدون استفاده از اکسیژن است.

عواملی که بر Vo2max تأثیر می‌گذارند عبارتند از: ژنتیک، سن، جنسیت، میزان تمرین پذیری و تمرین ناپذیری، و ویژگی‌های تمرین مانند نوع و شدت تمرین، همچنین نوع تارهای تمرینی که انجام می‌شود.

لاکتات آستانه لاکتات به مکانی اشاره دارد که غلظت لاکتات خون به طور ناگهانی شروع به افزایش می‌کند. OBLA نیز به غلظتی از لاکتات خون اشاره دارد که تقریباً برابر با ۴ میلی‌مول است.

ارزیابی عملکرد استقامتی (LT یا Vo2max):

1.  عملکرد استقامتی (LT) برای افراد غیرورزشکار و حتی بیماران نیز کاربرد دارد.
2.  در دوندگان مسن، مقدار Vo2max کمتر است، اما عملکرد آنها خوب است.
3.  تغییرات Vo2max نیاز به مدت زمان طولانی دارد، در حالی که عملکرد استقامتی و LT بهبود می‌یابند.

حجم قلب در افراد غیرفعال تقریباً ۸۰۰ میلی‌لیتر است، در حالی که حجم قلب ورزشکاران استقامتی حدود ۲۵ درصد بیشتر است. البته این سازگاری دائمی نیست و با کاهش میزان تمرین، حجم قلب بدون هیچ آثار زیانباری به سطح پیش از تمرین برمی‌گردد. در بیمارانی که فشار خون بالا دارند، ممکن است در اثر افزایش فشار، نوعی اتساع و کشیدگی قلبی رخ دهد که نه تنها حجم ضربان قلب را بیشتر نمی‌کند، بلکه قلب ضعیف‌تر نیز می‌شود.

حجم ضربه‌ای (علل):

1.  افزایش بازگشت وریدی و نتیجه‌گیری از افزایش حجم خون (بر اساس قانون فرانک-استارلینگ).
2.  افزایش حجم قلب.
3.  افزایش انقباض‌پذیری میوکارد (تحت تأثیر عوامل هورمونی و عصبی).

ویژگی‌های حجم ضربه‌ای:

1.  قلب ورزشکاران استقامتی در حالت استراحت و هنگام ورزش نسبت به افراد غیرورزشکار، حجم ضربه‌ای بسیار بیشتری دارد.
2.  در هر دو گروه فعال و غیرفعال، بیشترین افزایش حجم ضربه‌ای در ابتدای فعالیت مشاهده می‌شود و با ادامه شدن شدت تمرین، افزایش حجم ضربه‌ای به صورت ناچیزی اتفاق می‌افتد.
3.  در افرادی که ورزش می‌کنند، حتی در شدت‌های بالاتر از ۶۰-۷۰ درصد Vo2max، ممکن است حجم ضربه‌ای همچنان افزایش یابد و در واقع در شدت‌های بیشینه، افزایش برون‌ده شامل هر دو ضربان و حجم ضربه‌ای است. اما در افرادی که تمرین نمی‌کنند، در شدت‌های بیشینه، افزایش برون‌ده تنها از طریق افزایش ضربان امکان‌پذیر است.
4. بین حجم ضربه‌ای و Vo2max رابطه نزدیکی وجود دارد. افرادی که حجم ضربه‌ای بالایی دارند، Vo2max آنها نیز بیشتر است.

قانون فرانک-استارلینگ:

ضربان قلب:

1.  ضربان قلب استراحتی: کاهش می‌یابد به دلیل افزایش فعالیت پاراسمپاتیک، کاهش فعالیت سمپاتیک، و کاهش آهنگ ذاتی گره S-A.
2.  ضربان قلب در تمرین زیربیشینه: در یک بار کار مشخص، شخص آماده‌تر دارای ضربان کمتری است.
3.  ضربان قلب در تمرین بیشینه: بدون تغییر یا حتی با کاهش، در حالی که حجم ضربه‌ای و برداشت اکسیژن افزایش می‌یابد.
4.  ضربان قلب در دوره بازیابی: شخص آماده‌تر به سرعت به حالت اولیه برمی‌گردد.

برون‌ده قلبی:

1.  در حالت استراحت: بدون تغییر.
2.  در تمرین زیربیشینه: کاهش (کاهش فشار به قلب).
3.  در تمرینات بیشینه: افزایش تا ۳۰ لیتر (در ورزشکاران نخبه استقامتی، مقادیر بیشینه تا ۴۰ لیتر) با کاهش حجم ضربه‌ای در فعالیت‌های طولانی مدت در محیط گرم (به دلیل کاهش حجم پلاسما)، برای حفظ برون‌ده قلبی، تعداد ضربان افزایش می‌یابد.