Układ sercowo-naczyniowy i oddechowy są połączone w taki sposób, że jedno nie może funkcjonować bez drugiego. Te dwa systemy współpracują ze sobą, aby umożliwić metabolizm we wszystkich układach w całym ciele poprzez dostarczanie tlenu i usuwanie odpadów.
Zużycie tlenu
Zużycie tlenu, w skrócie VO2, jest miarą objętości tlenu zużywanego przez organizm. VO2, jak opisał dr Benjamin Levine, opiera się na równaniu Ficka, które mówi, że zużycie tlenu zależy od produktu dostarczania i ekstrakcji tlenu. Ekstrakcja tlenu bierze pod uwagę ilość tlenu we krwi tętniczej, która jest wysyłana do metabolicznie aktywnej tkanki, oraz ilość tlenu we krwi żylnej zwracana do serca. Różnica w zawartości tlenu w krwi tętniczej i zawartości tlenu w krwi żylnej określa ilość tlenu zużytego przez tkankę. Z drugiej strony dostarczanie tlenu jest miarą czynności serca, w szczególności pojemności minutowej serca. Wydajność serca określa ilość krwi pompowanej z serca przy każdym uderzeniu. Wydajność minutowa serca jest iloczynem tętna i objętości wyrzutowej lub ilości krwi pompowanej na uderzenie.
Według Levine zużycie tlenu jest w większym stopniu ograniczone przez dostarczanie tlenu, a nie przez ekstrakcję tlenu. Kładzie to duży nacisk na wzajemne oddziaływanie VO2 i częstości akcji serca oraz podkreśla znaczenie interakcji między układem sercowo-naczyniowym i oddechowym.
Zwiększone zużycie
„Fizjologia sportu i ćwiczeń” mówi, że każdy ma takie samo zużycie tlenu w spoczynku na daną masę ciała. Jednak gdy osoba przechodzi ze stanu spoczynku do ćwiczenia, ciało potrzebuje więcej tlenu, aby procesy metaboliczne mogły nadążyć za zapotrzebowaniem na energię. Oczywiście, gdy ciało porusza się z odpoczynku do ćwiczeń, tętno zaczyna stopniowo rosnąć. Ta reakcja sercowo-naczyniowa pozwala na szybsze dostarczanie tlenu do tkanki roboczej, takiej jak mięsień szkieletowy, co pozwala na zwiększenie zużycia tlenu.
Zmniejszenie zużycia tlenu
Choroby układu sercowo-naczyniowego zwykle powodują zmniejszenie zużycia tlenu, co ogranicza zdolność danej osoby do aktywności fizycznej. Na przykład natura niewydolności serca uniemożliwia odpowiednie zwiększenie częstości akcji serca. Bez zwiększenia częstości akcji serca dostarczanie tlenu, a tym samym zużycie tlenu, jest ograniczone. Pomysłodawca systemu klasyfikacji niewydolności serca Webera, dr Karl Weber, wykazał, że w ciężkiej niewydolności serca ekstrakcja tlenu jest wzmocniona w celu skompensowania zmniejszenia dostarczania tlenu. Te badania podkreślają ważną zależność między zużyciem tlenu a czynnikami dostarczania tlenu.
Elitarni sportowcy
Podczas gdy ćwiczenia ogólnie zwiększają dostarczanie tlenu, możliwe jest, że układ sercowo-naczyniowy przewyższa układ oddechowy. Badania opublikowane przez dr. Scotta Powersa w „Medycynie sportowej” analizują skutki nadmiernego zwiększenia częstości akcji serca. Kiedy krew przepływa przez płuca w bardzo szybkim tempie, nie ma czasu, aby tlen opuścił płuco i dostał się do krwi. Oznacza to, że krew przenosi mniej tlenu niż normalnie, co jest stanem zwanym hipoksemią, a zatem dostarcza mniej tlenu, niż organizm potrzebuje. Warunki hipoksemiczne zwykle prowadzą do omdlenia z powodu braku tlenu w mózgu i innych ważnych narządach. To ilustruje delikatną równowagę, którą należy zachować między układem sercowo-naczyniowym i oddechowym, aby zmaksymalizować zużycie tlenu.
Inne zmienne
Podczas gdy częstość akcji serca odgrywa integralną rolę w zużyciu tlenu, okazuje się, że objętość wyrzutowa, drugi czynnik dostarczania tlenu, ma znacznie większy wpływ na VO2. Kilka zmiennych może zwiększyć ilość krwi, jaką poszczególne pompy pompują na uderzenie, podczas gdy zmiany w ćwiczeniach serca są minimalne. Możliwość dostosowania objętości uderzenia sprawia, że jest to bardziej znacząca zmienna w określaniu maksymalnego zużycia tlenu. Aby określić granice zużycia tlenu, ważne są obie zmienne dawki tlenu.
