Θεματολόγιο Πνευμονολογίας

Η φυσιολογία της ανταλλαγής αερίων. Κατά τη διάρκεια της ασκήσεως, η κίνηση του σώματος βασίζεται στις συσπάσεις αρμόδιων μυϊκών ομάδων, και το μεταβολικό κόστος της ασκήσεως σχετίζεται με το εξωτερικό έργο που συντελείται, στη μονάδα χρόνου (ρυθμός έργου), που εκφράζεται σε watts. Αυξήσεις στο ρυθμό έργου μπορούν με ακρίβεια να μετρηθούν για μερικά είδη ασκήσεων, όπως οι κινήσεις των χεριών ή των ποδιών, με τη βοήθεια ενός εργοποδηλάτου. Εκτίμήσεις του ρυθμού έργου μπορεί να διενεργηθούν και με άλλες μορφές ασκήσεως, αλλά οι πολύπλοκες εργονομικές σχέσεις της βαδίσεως, π.χ., καθιστούν τις εκτιμήσεις αυτές λιγότερο ακριβείς. Παρ΄ όλο ότι δεν στερείται σημασίας, η ποσότητα του εξωτερικού έργου είναι μια ατελής αντανάκλαση της μεταβολικής και καρδιοπνευμονικής ικανότητας κάθε ανθρώπου. Εν τούτοις, η κατανάλωση οξυγόνου (V̇Ο₂) και η παραγωγή διοξειδίου του άνθρακος (V̇CO₂) μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια με μη παρεμβατικές μεθόδους.

Η μυϊκή σύσπαση που χρειάζεται για να επιτευχθεί εξωτερικό έργο, χρησιμοποιεί ενέργεια με τη μορφή του ATP είτε προσχηματισθέντος ή σχηματιζόμενου ταυτόχρονα με την ζήτησή του από μεγάλη ποικιλία μεταβολικών διαδρομών. Στις μεταβολικές αυτές διαδρομές, συνήθως οξειδώνονται υδατάνθρακες ή λίπη που ευρίσκονται ή μεταφέρονται στους ασκούμενους μύες και επομένως, απαιτούν συνεχή παροχή οξυγόνου. Οι μεταβολικές οδοί που παράγουν ATP μέσω καταναλώσεως οξυγόνου ονομάζονται αερόβιοι, αλλά το ΑΤΡ μπορεί, επίσης, να παραχθεί με μεταβολικές διαδικασίες, στις οποίες η παρουσία οξυγόνου δεν είναι απαραίτητη (αναερόβια παραγωγή ΑΤΡ), μέσω γλυκολύσεως, αλλά υπό υψηλότερο κόστος και παραγωγή γαλακτικού οξέος. Υψηλότεροι ρυθμοί ασκήσεως απαιτούν αυξημένους ρυθμούς παραγωγής ΑΤΡ, για την οποία χρειάζεται η παροχη περισσότερου υπσοτρώματος (πρώτης ύλης). Ο οργανισμός αποθηκεύει ποσότητα οξυγόνου με τη μορφή της οξυμυοσφαιρίνης ή ως πρόσθετο οξυγόνο, που μπορεί να παραληφθεί από την αιμοσφαιρίνη αλλά η ποσότητα του διαθέσιμου οξυγόνου στις αποθήκες οξυγόνου είναι πολύ μικρή. Επομένως, οι αεροβίως ασκούμενοι μύες, προσλαμβάνουν Ο2 υπό ταχείς ρυθμούς, που μπορεί α μετρηθούν με μέτρηση του εισπνεόμενου αέρα. ΠΑρόμοια, το παραγόμενο κατά τον μεταβολισμό CO2  συγκεντρλωνεται στους ιστούς και το αίμα, με το οποίο μεταφέρεται στους πνεύμονε, από όπου αποβάλλεται, καθιστάμενο, επίσης, έτσι, μετρήσιμο (βλ. εικόνα 1). Το V̇Ο2 που μετριέται στον εκπνεόμενο αέρα, είναι μια μέτρηση της ικανότητας της καρδιάς και των αγγείων να μεταφέρουν οξυγόνο στους εργαζόμενους μύες, και να αποσύρουν το αποκορεσμένο αίμα απ΄αυτούς, της ικανότητας των πνευμόνων να ανταλλάσσουν οξυγόνο στην κυψελιδιοτριχοειδική μεμβράνη κκαι της ικανότητας του αίματος να μεταφέρει και αποφορτίζει οξυγόνο (ένδειξη επαρκούς συγκεντρώσεως αιμοσφαιρίνης και φυσιολογικής καμπύλης κορεσμού αιμοσφαιρίνης. 

Το πλείστον της ενέργειας που απαιτείται για σταθεροποιημένη μυϊκή άσκηση προέρχεται από τον αερόβιο μεταβολισμό. Αλλά σε κάθε άτομο υπάρχει ένα όριο ρυθμού έργου ή μεταβολισμού, για κάθε ομάδα εργαζομένων μυών, πε΄ρα από το οποίο, ο αερόβιος μεταβολισμός από μόνος του δεν επαρκεί για να τροφοδοτήσει ικανές ποσότηες ΑΤΡ που χρειάζονται για να επιτελεστεί η παραγωγή του έργου. Τα επίπεδα αυτά εξαρτώνται από την παροχή οξυγόνου. Η συνέχιση της ασκήσεως στο επίπεδο αυτό ή πάνω απ΄αυτό, θα εξαρτηθεί από την παραγωγή ΑΤΡ μέσω αναερόβιας γλυκολύσεως. Η αναερόβια γλυκόλυση παράγει πολύ λιγότερα μόρια ΑΤΡ, παρ΄ό,τι ο αερόβιος μεταβολισμός, για το ίδιο ποσό διαθέσιμης γλυκόζης, ενώ ταυτόχρονα παράγεται γλακτικό οξύ, ως παραπροϊόν. Το γαλακτικό οξύ διασπάται προς παραγωγή H2, στο pH του σώματος, και τα [Η] αντιδρούν με τα HCO₃̄ προς παραγωγή CO2. Ως αποτέλεσμα, η είσοδος του γαλακτικού οξέος, μπορεί να ανιχνευθεί από τις μετρήσεις της ανταλλαγής αερίων ως αύξηση V̇CO₂ πάνω από το αναμενόμενο να παραχθεί, εάν η άσκηση εκτελείται σε συνθήκες αερόβιου μεταβολισμού.