فیزیو لوژی ریه برای مربیان (قسمت 2)

بیولوژی فعالیت بدنی:هنگامی که هوا از نای عبور می‌کند و وارد ریه‌ها می‌شود این مسیر را از مجاری متعدد هوایی کوچکتر تا رسیدن به کیسه‌های هوایی پایانی ادامه می‌دهد برآورده شده است که حدود 250 تا 300 میلیون کیسه هوایی در ریه‌های یک انسان بالغ یافت می‌شود. عبور هوا از لوله‌های متعدد کوچکتر و تنگتر می‌شوند با مقاومت روبرو می‌شود برای کمک به کاهش این مقاومت، کیسه‌های هوایی از ماده‌ای لیپوپروتئینی به نام سرفکتنت (Surfatant) پوشیده شده‌اند. خون موردنیاز ریه‌ها از طریق سرخرگ برانشی به آنها داده می‌شود و معمولاً نیاز متابولیکی ریه‌ها به خون در زمان استراحت حدود یک درصد برونده قلبی است که هنگام فعالیت به 10درصد می‌رسد. خونی که برای اکسیژن‌گیری درون مویرگها و اطراف حبابچه‌های ریوی در گردش است از طریق سرخرگ ششی تامین می‌شود. تقریباً 300 میلیارد مویرگ در ریه‌ها وجود دارد و سطح تماس مویرگی _ حبابچه‌ای نزدیک به 70 مترمربع است. زمان استراحت هر گلبول قرمز خونی به طور متوسط کمتر از یک ثانیه در تماس با یک کیسه هوایی خواهد بود ولی در زمان فعالیت زمان این تماس خیلی کاهش می‌یابد ولی باز هم در ریه‌ها سالم مبادلة گازها به مقدار کافی صورت می‌گیرد به طوری که هموگلوبین از اکسیژن اشباع می‌شود و CO₂ اضافی دفع می‌شود.

فشار اتمسفر در شرایط عادی تقریباً 760 میلی‌متر جیوه است. هنگام دم و بازدم عادی فشار داخل ریه‌ها از 3 تا 8 میلی‌متر جیوه ...

نسبت به فشار اتمسفر تغییر می‌کند و ریه‌ها هم یک نیروی ارتجاعی تا حدود 5 میلی‌متر جیوه دارند. مجموع نیروهای بازدمی شامل نیروی الاستیکی ریه و فشار داخل ریه‌ها (mhg3-5) به میزان 2+ میلی‌متر جیوه است که سبب خروج هوای داخل ریه‌ها به بیرون می‌شوند (2 میلی‌متر جیوه بیشتر از فشار اتمسفر است) در هنگام فعالیت فشار درون ریوی ممکن است از منهای 80 تا مثبت 100 میلی‌متر جیوه تغییر کند و فشارهایی معادل 680 تا 860 میلی‌متر جیوه به وجود می‌آید که سبب ورود و خروج هوا به داخل ریه‌ها با شدت بیشتر می‌شوند. حجمهای تنفسی زنان در شرایط عادی 65 تا 70درصد حجمهای تنفسی مردان است. در شرایط عادی حجم جاری یک مرد جوان سالم 500 میلی‌لیتر هوا است. حجم ذخیرة دمی حدود 3000میلی‌متر و حجم ذخیره بازدمی 1200میلی‌لیتر است. حجم باقیمانده به طور متوسط 1200میلی‌لیتر است. مجموع چهار ظرفیت بالا ظرفیت کل ریه را تشکیل می‌دهند که حدود 6000میلی‌لیتر است. ظرفیت حیاتی مجموع حجمهای ذخیره دمی جاری و ذخیره باز دمی است که تقریباً 4800میلی‌لیتر است. ظرفیت دمی شامل مجموع حجم هوای جاری و ذخیره دمی و حدود 3500 میلی‌لیتر است. ظرفیت باقیمانده عملی مقدار هوایی است که پس از یک بازدم عادی در ریه‌ها باقی می‌ماند و حدود 2400میلی‌لیتر است. فضای مرده شامل مجاری هوایی بین دهان و بینی تا حبابچه‌ها را شامل می‌شود که حدود 150 میلی‌لیتر است. در یک فرد عادی حجم جاری عملی عبارت است از تفاضل بین حجم جاری و فضای مرده (150_500) که تقریباً 350 میلی‌لیتر است.

کنترل تهویه‌ای: تهویه ریوی به وسیله مکانیسمهای عصبی و هورمونی کنترل می‌شود و ظاهراً مکانیسمهای عصبی هنگام دم و بازدم عادی فعالترند و نقش رفلکسی دارند و مکانیسمهای هورمونی هنگامی که تراکم مواد شیمیایی خون از مقدار طبیعی بیشتر می‌شوند فعال می‌شوند مثل شرایطی در هنگام فعالیت روی می‌دهد.

نسبت تهویه به جذب اکسیژن: نسبت تهویه جذب اکسیژن برای سنجش کارایی تهویه کاربرد مناسبی دارد که در آن نسبت مقدار هوای تهویه شده به جذب اکسیژن (V_E/VO₂) سنجیده می‌شود. در هنگام استراحت و فعالیت سبک ارزش عددی این نسبت در مردان جوان سالم حدود 25 است (با تهویه دقیقه‌ای 6000میلی‌لیتر). با اجرای ورزش این نسبت به 20 نزدیک می‌شود و با فعالیت شدیدتر اگر اکسیژن مصرفی به 3 یا 4لیتر در دقیقه برسد این نسبت به بالاتر از 25 هم می‌رسد. بعنوان مثال تهویه دقیقه‌ای 130 لیتر و جذب اکسیژن دقیقه‌ای اگر 2/5 لیتر باشد این نسبت 25 خواهد بود. این نسبت در ورزشکاران کمتر است.

اندکس مبادلة تنفسی: نسب CO₂ بازدمی به O₂ مصرفی شاخص برای محاسبه انرژی مصرفی بدن به کار می‌رود. این نسبت را شاخص مبادله تنفسی مبادله تنفسی می‌نامند (R) و گاهی به اشتباه بهره تنفسی (QR) می‌نامند. هنگام فعالیت متوسط کوتاه مدت ارزش عددی R به 1 نزدیک می‌شود و در فعالیت شدید تا 2/1 هم افزایش پیدا می‌کند. این اعداد مشخص کننده نوع مواد مصرفی سلولها را نشان نمی‌دهند ولی بعنوان شاخص برای نشان دادن متابولیسم غیراکسایشی مورد بررسی قرار می‌گیرند. افزایش اسیدلاکتیک در خون در نتیجة متابولیسم شدید غیراکسانیسی سبب کاهش PH و در نتیجه دیفوزیون سریع ملکولهای CO₂ و افزایش مقدار آن در هوای بازدمی می‌شود و دلیل دیگر ممکن است جدا شدن ملکولهای CO₂ از بافتها باشد و یا ­‍CO₂ ممکن است در سلولها باقی مانده باشند. قبل از اینکه متابولیسم بطور کامل غیراکسایشی شده باشد. تمرین استقامتی سبب کاهش ارزش عددی R می‌شود زیرا مصرف چربی در بافتهای فعل زیادتر شده و ارزش R کاهش می‌یابد.

جذب و انتقال اکسیژن: اگر ضربان قلب در زمان استراحت 60 بار در دقیقه و حجم ضربه 100میلی‌لیتر باشد برونده قلبی برابر با 6000میلی‌لیتر یا 6 لیتر در دقیقه خواهد بود و اگر تعداد تنفس 12بار در دقیقه و حجم جاری 500 میلی‌لیتر باشد تهویه ریوی دقیقه‌ای هم 6000میلی‌لیتر یا 6لیتر خواهد بود ولی در هنگام فعالیت ورزشی پرونده قلبی ممکن است به 25 یا 30 لیتر (در بعضی موارد 38 لیتر هم گزارش شده) در دقیقه رسیده و تهویه ریوی هم به 133 لیتر در دقیقه (180 تا 200 لیتر هم گزارش شده) برسد در این حالت اکسیژن مصرفی در دقیقه ممکن است به 5 لیتر هم برسد. در زمان استراحت فردی با برونده قلبی 6 لیتر در دقیقه می‌تواند به مقدار 250میلی‌لیتر اکسیژن را در هر دقیقه مصرف کند هنگام فعالیت این مقدار به 20 برابر (حدود 5 لیتر) زمان استراحت می‌رسد و برونده قلبی 5 برابر افزایش می‌یابد (حدود 30 لیتر یا بیشتر) و اختلاف اکسیژن سرخرگی _ سیاهرگی به چهار برابر افزایش می‌یابد. افزایش اختلاف ا کسیژن سرخرگی _ سیاهرگی  تا حدودی مربوط به توزیع مجدد برونده قلبی در بافتها است زیرا در زمان فعالیت بیشینه ممکن است 90درصد برونده قلی به عضلات فعال منتقل شوند در حالی که این مقدار از زمان استراحت 15درصد برونده قلبی است. تغییر میل ترکیبی هموگلوبین با اکسیژن هم عامل دیگری در تحویل دادن اکسیژن به بافتهای فعال است که در نتیجة کاهش PH، افزایش دما و زیاد شدن تراکم CO₂ صورت می‌گیرد. تغییر میل ترکیبی هموگلوبین با اکسیژن را می‌توان با منحنی تجزیه اکسیژن _ هموگلوبین (اکسی هموگلوبین) تشریح کرد.

عوامل محدود کننده جذب اکسیژن: اکسیژن مصرفی بیشینه به میزان جذب اکسیژن، انتقال اکسیژن، تحویل اکسیژن و مصرف اکسیژن بستگی دارد.

جذب اکسیژن: اگر در هوای تنفسی اکسیژن کافی وجود داشته باشد، سطح حبابچه‌های ریوی بیشتر از آن مقداری است که برای جذب اکسیژن و اشباع خون سرخرگی از اکسیژن حتی در هنگام فعالیتهای شدید ورزشی لازم است. سطح تقریبی حبابچه‌ها برای تبادل اکسیژن 70مترمربع است.

انتقال اکسیژن: انتقال اکسیژن به بافتها و سلولهای بدن به مقدار خون در گردش و ظرفیت حمل اکسیژن به وسیله خون بستگی دارد. برونده قلبی، میزان هموگلوبین واختلاف اکسیژن سرخرگی _ سیاهرگی تعیین کننده ظرفیت حمل اکسیژن به وسیله خون هستند. اکسیژن مصرفی برابر است با حاصلضرب برونده قلبی در اختلاف اکسیژن سرخرگی _ سیاهرگی. افزایش یا کاهش هر کدام از این عوامل سبب تغییر در مصرف اکسیژن خواهد شد. هر قدر برونده قلبی بیشتر باشد مقدار جذب و انتقال ا کسیژن افزایش خواهد یافت ولی برونده قلبی هم به وسیله حجم خون، حجم ضربه‌ای و ضربان قلب در دقیقه تعیین می‌شود که هیچ کدام مستقل از دیگری نیستند. حجم خون بالاتر پتانسیل انتقال اکسیژن را زیادتر خواهد کرد. تمرین استقامتی حجم خون را افزایش می‌دهد و در مقابل عدم تمرکز یا بستری شدن طولانی سبب کاهش حجم خون خواهد شد. اختلاف سطح اشباع سرخرگی _ سیاهرگیی در ریه‌ها عامل تعیین کننده دیگر برای مقدار اکسیژن انتقالی است. این عامل هم تحت تاثیر تراکم هموگلوبین و میل ترکیبی اکسیژن با هموگلوبین قرار دارد. اسیدی بودن خون و تراکم زیاد 2 و 3 دی‌فسفو گلسیرات گلبولهای قرمز، میل ترکیبی اکسیژن با هموگلوبین را کاهش می‌دهد. این امر موجب می‌شود که اکسیژن زیادتری به بافتها تحویل داده شود. در هر حال سطح اشباع خون مویرگهای ریوی از اکسیژن تغییر زیادی نمی‌کند چون گرادیان غلظتی اکسیژن حبابچه‌ای _ مویرگی به قدری است که هموگلوبین تا 98درصد اشباع می‌شود حتی اگر میل ترکیبی آن با اکسیژن کمتر شده باشد.

تحویل اکسیژن: گرادیان تراکم اکسیژن ازمویرگها به سلولها تا حدودی مقدار اکسیژنی را که به سلولها تحویل داده می‌شود تعیین می‌کند. کاهش میل ترکیبی اکسیژن با هموگلوبین سبب افزایش سرعت آزاد شدن اکسیژن می‌شود. مقدار اکسیژن تحویل داده شده به فاصله انتشار هم‌بستگی دارد (فاصله مویرگ تا مرکز سلول). بافتهای پرعروق که شبکه مویرگی وسیعی دارند و تعداد مویرگهای آن در واحد سطح بیشتر است (نسبت مویرگ به تار عضله) اکسیژن بیشتری دریافت می‌دارند. این فاصله در تهویه حبابچه‌ای هم نقش مهمی دارد و هر چه فاصله کمتر بوده و سطح انتشار بیشتر باشد تهویه بیشتر و سریعتر صورت می‌گیرد.

مصرف اکسیژن: شدت مصرف اکسیژن در سلول عامل مهمی در جذب اکسیژن است. عواملی که مصرف اکسیژن در سلول عضلانی را تعیین می‌کنند عبارتند از: تراکم میوگلوبین، میتوکندری و فعالیتهای آنزیمهای میتوکندری که قسمت زیادی از غشای آن را در بر می‌گیرند و با تمرین استقامتی بیشتر می‌شوند.

سازگاری فوری به فعالیت سنگین: شناخت سازگاریهای ریه در مردان جوان نسبت به تمرین استقامتی پیچیده است. ولی در تحقیقات مشاهده شده که حیواناتی که در شرایط کم اکسیژنی قرار می‌گیرند حجمهای ریوی آنها حدود 20درصد زیادتر می‌شود که ممکن است ناشی از بزرگترشدن حبابچه‌های ریوی باشد دیوارة حبابچه‌های ریوی در اثر تکثیر سلولی ضخیم‌تر شده و سپس تعداد حبابچه‌ای ریوی افزایش پیدا می‌کنند ولی حتی 4 هفته تمرین استقامتی هم تاثیر قابل توجهی بر رشد ریه‌ها نشان نداده است. کاهش تهویه دقیقه‌ای در واکنش به تمرینهای مناسب نشانة یکی از سازگاریهای اصلی ریوی است که بخصوص در کاهش تعداد تنفس در دقیقه قابل مشاهده است و این امر در فعالیتهای سنگین اهمیت زیادی پیدا می‌کند که ممکن است دلیل آن افزایش کارایی در تهویه ریوی و افزایش گرادیان غلظتی اکسیژن در بافتهاست که سبب آزاد شدن سریعتر و بیشتر اکسیژن به بافتها می‌شود. علاوه بر این افراد تمرین کرده حساسیت کمتری نسبت به CO₂ بدست می‌آورند و افراد ورزیده نسبت به اثر تحریکی CO­₂ سازگاری بدست می‌آورند. در فعالیتهای سنگین ظرفیت انتشار اکسیژن از حبابچه‌ها به مویرگهای ریوی هم بیشتر می‌شود و حجم خون در مویرگهای ریوی و شبکه مویرگی افزایش می‌یابد.