فعالیت ورزشی و تأثیر آن بر فیزیولوژی قلب و ریه

تهویه و تغییرات آن در هنگام تمرین فیزیکی
تهویه به میزان هوا که وارد یا خارج از ریه می‌شود، اشاره دارد. تهویه دقیقه‌ای به حجم هوای فعلی (حدود ۵۰۰ میلی لیتر) ضربدر تعداد تنفس در دقیقه اشاره دارد. تهویه حبابچه‌ای شامل حجم هوای فعلی، تعداد تنفس و حجم هوای مرده (حجم هوای باقیمانده در نای و نایژه) است. در صورتی که حجم هوای فعلی بزرگتر باشد یا تعداد تنفس بیشتر باشد، نسبت تهویه-تراوش (نسبت تهویه در کیسه‌های هوایی به نسبت جریان خون ریوی) کاهش می‌یابد. در حالت استراحت و تمرین سبک، به ازای هر لیتر خون ورودی به ریه، تقریباً ۸/۰ لیتر تهویه در کیسه هوایی انجام می‌شود. اما در هنگام تمرین سنگین، میزان تهویه به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

نسبت FEV/FVC (ظرفیت حیاتی)

به حجم کل هوایی اشاره دارد که در طی یک تنفس از یک دم عمیق تا یک بازدم عمیق جابجا می‌شود. در حالت طبیعی، تقریباً ۸۵ درصد از ظرفیت حیاتی را می‌توان در یک ثانیه خارج کرد. در بیماری‌های انسدادی ریوی، این مقدار به کمتر از ۴۰ درصد کاهش می‌یابد. اگر این نسبت کمتر از ۷۰ درصد باشد، نشانه‌ای از انسداد راه‌هوایی است. آسم ورزشی، که ناشی از فعالیت ورزشی است، باعث انقباض برانش‌ها در حدود ۱۰ دقیقه پس از شروع فعالیت می‌شود. با ورود حجم زیادی هوا و کاهش دمای مجاری تنفسی، اسپاسم برانش‌ها ایجاد می‌شود.

حبس نفس بازدم با فشار، هنگامی که مجاری دهان،

بینی و اپی‌گلوت بسته می‌شوند، رخ می‌دهد. در فعالیت‌های وزنه‌برداری و ایزومتریک، حبس نفس، باعث افزایش فشار درون سینه در ابتدا می‌شود (به دلیل فشرده شدن عروق و شریان‌های سینه) و سپس فشار کاهش می‌یابد (به دلیل کاهش بازگشت وریدی). این وضعیت برای بیماران قلبی با تهویه محدود و حبس نفس (مانند شنا)، خطرناک است. افزایش ارادی تهویه به میزان زیاد، منجر به کاهش شدید فشار دی‌اکسید کربن می‌شود، در حالی که سطح اکسیژن خون به طور چشمگیری تغییر نمی‌کند. با توجه به کاهش شدید دی‌اکسید کربن در خون، فرد احساس نیاز به تنفس نمی‌کند، اما ممکن است سطح اکسیژن خون به حد بحرانی کاهش یابد و فرد به وضعیت کما فرو رود.

نفس دوم تیر کشیدن پهلو، هیپوکسی در عضلات تنفسی را ایجاد می‌کند که انرژی تهویه (مصرف اکسیژن توسط عضلات تنفسی) را تعیین می‌کند. در حالت استراحت، تنها ۱ تا ۲ درصد از کل اکسیژن مصرفی بدن به عضلات تنفسی اختصاص می‌یابد، اما در هنگام تمرین، این میزان به ۱۰ درصد افزایش می‌یابد. سیگار کشیدن، باعث افزایش مقاومت در مسیرهای تنفسی، افزایش انرژی مورد نیاز عضلات تنفسی، کاهش اکسیژن قابل دسترس برای عضلات فعال و کاهش عملکرد می‌شود. در تمرینات بی هوازی با تهویه محدود، شخص به حدود ۶۰ تا ۸۵ درصد از ظرفیت تهویه خود می‌رسد. با این حال، ورزشکاران با تطابق‌های قلبی فوق‌العاده ممکن است به دلیل سازگاری‌های بدنشان، عایق کافی از اکسیژن نداشته باشند.

۴- میزان تنفس: در حالت استراحت و تمرین زیر حداکثر، میزان تنفس کاهش می‌یابد. اما در هنگام فعالیت بیشینه، افزایش می‌یابد.

۵- تهیه ریوی: در ورزشکاران حرفه‌ای، در هنگام کار بیشینه، حجم تنفس تا ۲۴۰ لیتر در دقیقه افزایش می‌یابد (دو برابر افراد عادی). پیش بار، میزان کشیدگی عضله قبل از انقباض (حجم پایان دیاستولی) و پس بار، باری است که عضله نیروی انقباضی خود را در برابر آن صرف می‌کند (فشار شریانی ائورت).

Vo2max، حداکثر میزان اکسیژن مصرفی، از طریق تشخیص موارد زیر تعیین می‌شود:

۱- رسیدن به میزان اکسیژن مصرفی به حداکثر (فلات).
۲- افزایش نسبت تبادل تنفسی به یک به یک.
۳- دستیابی به حداکثر ضربان قلب.
۴- رسیدن به واماندگی.
۵- افزایش شدید سطح اسید لاکتیک به ۷۰ تا ۸۰ میلی‌گرم.

عوامل مؤثر بر Vo2max شامل عوامل زیر هستند:

1- ژنتیک: وراثت و ژنتیک هر فرد بر روی Vo2max تأثیر دارد.
2- سن: با پیشروی سن، Vo2max کاهش می‌یابد.
3- جنسیت: مردان به طور معمول Vo2max بیشتری نسبت به زنان دارند.
4- تمرین قابل تحمل و تمرین ناقابل تحمل: تمرینات قابل تحمل و منظم باعث افزایش Vo2max می‌شوند، در حالی که تمرینات ناقابل تحمل و شدید کاهش آن را به همراه دارند.
5- ویژگی‌های تمرین: نوع و شدت تمرین نیز بر Vo2max تأثیرگذار است.
6- نوع تارها: برخی افراد دارای تارهای عضلانی بهتری برای استقامت هستند که می‌تواند تأثیر مستقیمی بر Vo2max داشته باشد.
7- آستانه لاکتات (Lactate Threshold): آستانه لاکتات جایی است که غلظت لاکتات خون به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این آستانه برای ارزیابی عملکرد استقامتی (LT یا Vo2max) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

درباره ارزیابی عملکرد استقامتی (LT یا Vo2max) می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- آستانه لاکتات (LT) نیز برای افراد غیرورزشکار و حتی بیماران مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2- در دوندگان مسن، Vo2max کاهش می‌یابد، اما با وجود آن، آنها همچنان عملکرد خوبی دارند.
3- تغییرات Vo2max نیاز به زمان طولانی دارد، در حالی که عملکرد و آستانه لاکتات بهبود می‌یابند.
4- حجم قلب در افراد غیرفعال حدود ۸۰۰ میلی‌لیتر است، در حالی که حجم قلب ورزشکاران استقامتی حدود ۲۵ درصد بیشتر است. با این حال، این یک سازگاری دائمی نیست و با کاهش تمرین، حجم قلب بدون هیچ تأثیر زیانباری به سطح قبل از تمرین بازمی‌گردد.
5- در بیماران مبتلا به فشارخون بالا، افزایش فشار می‌تواند منجر به اتساع و کشیدگی قلبی شود که باعث ضعف قلبی و کاهش حجم ضربانی می‌شود.

حجم ضربه ای (کارایی قلبی) تحت تأثیر عوامل زیر قرار می‌گیرد:

1- افزایش بازگشت وریدی به قلب در نتیجه افزایش حجم خون ورودی به قلب به وسیله قانون فرانک-استارلینگ.
2- افزایش حجم قلب.
3- افزایش قابلیت انقباض میوکاردی (تحت تأثیر عوامل هورمونی و عصبی).

ویژگی‌های حجم ضربه ای عبارتند از:

1- قلب ورزشکاران استقامتی در حالت استراحت و در حین ورزش نسبت به افراد غیرورزشکار دارای حجم ضربه ای بیشتری هستند.
2- در هر دو گروه ورزشکاران و غیرورزشکاران، در ابتدای فعالیت بیشترین افزایش حجم ضربه ای مشاهده می‌شود و با ادامه شدن شدت تمرین، افزایش حجم ضربه ای به صورت ناچیزی ادامه می‌یابد.
3- در برخی افراد ورزیده، حتی در شدت‌های بالاتر از 60-70 درصد Vo2max نیز هنوز حجم ضربه ای افزایش می‌یابد و در واقع در شدت‌های حداکثر، افزایش بیرون ده شامل هم ضربان و حجم ضربه ای می‌شود. در افرادی که تمرین نکرده‌اند، در شدت‌های حداکثر، افزایش بیرون ده تنها از طریق افزایش ضربان قابل قبول نیست.
4- بین حجم ضربه ای و Vo2max رابطه نزدیکی وجود دارد. افرادی که حجم ضربه ای بالا دارند، Vo2max آنها نیز بیشتر است.

ویژگی‌های ضربان قلب به صورت زیر است:

1- ضربان قلب استراحتی: در حالت استراحت، ضربان قلب کاهش می‌یابد که به دلیل افزایش فعالیت پاراسمپاتیک، کاهش فعالیت سمپاتیک و کاهش آهنگ ذاتی گره S-A رخ می‌دهد.

2- ضربان قلب در تمرینات زیر بیشینه: در یک بار کار مشخص، شخصی که آماده‌تر است، ضربان کمتری دارد.

3- ضربان قلب در تمرینات بیشینه: در این حالت، ضربان قلب بدون تغییر یا حتی کاهش می‌باشد، با افزایش حجم ضربه ای و افزایش برداشت اکسیژن.

4- ضربان قلب در دوره بازیابی: در این دوره، شخصی که آماده‌تر است، به سرعت‌تر به حالت اولیه بازمی‌گردد.

نیز، ویژگی‌های برون ده قلبی به صورت زیر است:

1- برون ده قلبی در حالت استراحت: بدون تغییر است.

2- برون ده قلبی در تمرینات زیر بیشینه: کاهش می‌یابد (کاهش فشار به قلب).

3- برون ده قلبی در تمرینات بیشینه: افزایش می‌یابد تا ۳۰ لیتر (در ورزشکاران نخبه استقامتی، ممکن است مقادیر بیشتری مانند ۴۰ لیتر داشته باشد).

تغییراتی که در فشار خون و برون ده قلبی به دنبال فعالیت‌های طولانی‌مدت در محیط گرم رخ می‌دهند، به صورت زیر است:

1- کاهش حجم ضربه‌ای: در فعالیت‌های طولانی‌مدت در محیط گرم، به دلیل کاهش حجم پلاسما، حجم ضربه‌ای کاهش می‌یابد. برای حفظ برون ده قلبی، تعداد ضربان افزایش می‌یابد.

2- تمرین مقاومتی (ایستا و پویا): انواع تمرینات مقاومتی منجر به انقباضات شدید و متراکم شدن سرخرگ‌ها می‌شوند که باعث افزایش چشمگیر فشار خون می‌شود. با گذشت زمان و سازگاری به تمرین مقاومتی، افراد حرفه‌ای حین تمرین فشار کمتری تجربه می‌کنند و حتی فشار خون استراحتی نیز در آنها کاهش می‌یابد.

3- تمرین یکنواخت (دویدن نرم): در این نوع تمرین، الگوی تغییرات فشار خون متغیر است.

4- تمرینات درجه بندی (فزاینده): با افزایش شدت تمرین، فشار خون به صورت خطی افزایش می‌یابد.

5- تمرینات با دست: در یک بار کار مشخص، هنگام استفاده از دست‌ها (نسبت به پاها)، فشار خون به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر است. با توجه به اینکه پاها دارای توده عضلانی بزرگتری و شبکه عروقی وسیع‌تری هستند، فشار در پاها کمتر است.

6- دوره بازیافت: در ۲ تا ۳ ساعت پس از یک جلسه تمرین بیشینه، موقتاً در هر دو گروه افراد سالم و مبتلا به فشار خون، کاهش فشار خون را مشاهده می‌کنیم. از این رو، افراد مبتلا به فشار خون می‌توانند با انجام چند دوره کوتاه فعالیت در طول روز، فشار خود را کنترل کنند و پایین نگه دارند.

تمرین استقامتی باعث افزایش حجم خون از طریق افزایش حجم پلاسما می‌شود. این امر به صورت زیر اتفاق می‌افتد:

1- ترشح هورمون‌های آنتی دیورتیک و آلدسترون: تمرین استقامتی باعث افزایش ترشح این هورمون‌ها می‌شود که منجر به حبس آب در بدن می‌شود.

2- افزایش پروتئین‌های پلاسما مانند آلبومین: تمرین باعث افزایش این پروتئین‌ها می‌شود که فشار اسمزی را افزایش می‌دهد و باعث حفظ آب در بدن می‌شود.

اگرچه تعداد سلول‌های قرمز خون افزایش می‌یابد، اما حجم پلاسما به طور قابل توجهی بیشتر است. این باعث کاهش هماتوکریت و همزمان با افزایش اکسیژن رسانی می‌شود.

ضربان قلب به انتظارات فرد از عملکرد خود وابسته است و قبل از شروع فعالیت و بدون هیچ نیاز متابولیکی، ضربان قلب افزایش می‌یابد. این ضربان انتظاری ناشی از تکانه‌های قشر مغز است که به صورت مستقیم مرکز وازوموتور را تحریک می‌کند.

نکته جالب این است که هرچه شدت فعالیت بیشتر باشد، میانگین ضربان انتظاری نیز بیشتر است؛ به عبارت دیگر، در فعالیت‌های کوتاه مدت شدید یا سرعتی، میزان ضربان انتظاری بیشتر است. این ضربان انتظاری ممکن است در بسیج سریع ذخایر بدن را کمک کند، اما در فعالیت‌های استقامتی بی‌فایده است.

کنترل و آموزش افرادی که فیلم و آموزش مربوط به کنترل ضربان قلب را دیده بودند، در مقایسه با گروه کنترل، ۲۲ درصد کاهش ضربان قلب انتظاری را تجربه کردند.

در زمان استراحت و تمرین، کنترل دستگاه قلبی-تنفسی عوامل کنترلی اصلی را شامل می‌شود:

1- افزایش فشار خون سرخرگی
2- کاهش اکسیژن
3- افزایش دی اکسید کربن
4- افزایش اسیدیته خون

این عوامل با استفاده از مکانیزم فیدبک منفی نقش کنترلی خود را ایفا می‌کنند. در زمان تمرین، عوامل کنترلی اصلی عبارتند از:

1- افزایش فعالیت قشر مغز (افزایش ضربان قلب و تنفس قبل از شروع تمرین)
2- حرکت عضو (گیرنده‌های موجود در عضلات و مفاصل بدن پیام‌هایی را به مراکز کنترلی می‌فرستند تا فعالیت قلبی-تنفسی را تغییر دهند)
3- افزایش اسیدیته خون
4- افزایش حرارت خون
5- افزایش ترشح اپی نفرین و نوراپی نفرین

علاوه بر این، کنترل موضعی عروق، جابجایی منحنی تجزیه اکسی‌هموگلوبین، و افزایش بازگشت وریدی نیز از سازوکارهای دیگری هستند که در کنترل دستگاه قلبی-تنفسی اهمیت دارند.