运动生理学呼吸机能

呼吸系统第四章呼吸机能呼吸运动和肺通气机能气体交换与运输呼吸运动的调节运动对呼吸机能的影响第一节呼吸运动与肺通气机能肺通气的动力学肺通气机能肺通气机能指标肺通气的动力学呼吸运动呼吸肌:吸气肌：隔肌、肋间外肌、胸肌、斜方肌等呼气肌：肋间内肌和腹壁肌平静呼吸吸气膈肌、肋间外肌收缩→穹窿下降、肋骨上提外翻→胸腔容积↑→肺容积↑→肺内压↓＜大气压→空气入肺泡主动过程呼气膈肌、肋间外肌舒张→胸腔容积↓→肺容积↓→肺内压↑＞大气压→肺内气体排出被动过程用力呼吸用力吸气辅助吸气肌参与收缩→胸腔容积↑↑→吸气量↑主动过程用力呼气肋间内肌、腹壁肌参与收缩→胸腔容积↓↓→呼气量↑主动过程呼吸形式膈肌活动为主：膈式呼吸或腹式呼吸肋间肌活动为主：肋式呼吸或胸式呼吸在不同的运动过程中要采用不同的方式肺内压肺内压：肺泡内的压力呼吸时肺内压的变化：吸气：胸腔↑→肺容积↑→肺内压↓＜大气压→空气入肺泡→肺内压＝大气压→气体停止入肺呼气：胸腔↓→肺容积↓→肺内压↑＞大气压→空气出肺泡→肺内压＝大气压→气体停止出肺胸内压胸内压＝肺内压－肺弹性回缩力肺胸膜腔胸膜脏层微量液体胸膜壁层胸壁肺内压肺弹性回缩力胸膜脏层胸内压胸内压产生胸内压＝肺内压－肺弹性回缩力＝大气压－肺弹性回缩力设大气压＝0；则胸内压＝－肺弹性回缩力胸内负压由肺弹性回缩力造成意义吸气→肺弹性回缩力↑→胸内负压↑→心房、腔静脉、胸导管扩张→其压力↓→利于静脉血液、淋巴液回流肺通气机能肺容量及其变化示意图肺总容量：肺在最大吸气末所容纳的气体量几个概念潮气量（tidalvolumeTV)：又称为呼吸深度，指每一呼吸周期中吸入或呼出的气量。平静呼吸时为400~600mL。补吸气量（inspiratoryreservevolumeIRV）：平静吸气后，再最大吸气吸入的气体量。正常成人：1500~2200mL。深吸气量（inspiratorycapacityIC）：补吸气量与潮气量之和。补呼气量（expiratoryreservevolumeERV）：平静呼气后，再最大呼气时，增补呼出的气体量。正常成人：900~1200mL。肺活量（vitalcapacityVC）：最大深吸气后，再做最大呼气时所呼出的气量。♂：3500mL左右，♀：2500mL左右，运动员可达7000ml。余气量（residualvolumeRV）：最大呼气后存留于肺内的气量。♂：1500mL左右，♀：1000mL左右。功能余气量（fuctionalresidualcapacityFRC）：平静呼气后，存留于肺中的气量。♂：2500mL左右，♀：2000mL左右。几个概念肺通气量（ventilationvolumeVE）：单位时间内呼出或吸入的气量。每分钟通气量＝呼吸深度×呼吸频率成人安静时：500mL×12~18/min＝6~8L运动时可达80-150L甚至更多。肺泡通气量（AV）：指每分钟吸入肺泡的实际能与血液进行气体交换的有效通气量。解剖无效腔（anatomicaldeadspace）：吸气时，部分气体不能进入肺泡，残留在呼吸道内，而呼吸道不具有气体交换能力，因此称这一部分空腔为解剖无效腔。容量约为150ml。肺泡无效腔：进入肺泡的气体，一部分不能与血液进行气体交换，这称为肺泡无效腔。生理无效腔（physiologicaldeadspace）：解剖无效腔与肺泡无效腔之和称为生理无效腔。肺通气机能的指标肺活量连续肺活量时间肺活量最大通气量连续肺活量连续测定5次肺活量，根据所测数据变化趋势，判断呼吸机能能力。判定如果连续五次测定变化不大，说明身体状况良好；如果测定数值连续下降，说明身体状况不佳，或呼吸肌出现疲劳。时间肺活量（timedvitalcapacity）最大吸气之后，以最快速度进行最大呼气，记录一定时间内所呼出的气量正常第1秒：83%第2秒：96%第3秒：99%分析时第1秒意义最大，它不仅反映肺活量的大小，而且反映肺弹性是否降低、气道是否狭窄等最大通气量（maximalventilationvolumeVEmax）最大通气量：以适宜的呼吸频率和呼吸深度进行呼吸时所测得的每分钟通气量通气储量的百分比=（最大通气量-安静通气量）/最大通气量X100%评价通气储备能力第二节气体交换和运输气体交换气体运输气体交换气体交换原理肺换气和组织换气影响换气的因素气体交换的原理分压和分压差的概念分压：混合气体中各组成气体所具有的压力，分压大小与该气体在混合气体中所占的体积比利有关。例：P空气＝101.31kPa，O2所占百分比为21%，则PO2＝101.31×21%＝21.19kPa分压差：同一气体在两相之间（气-气，气-液）的压力差。气体有沿着高分压向低分压移动的能力，称为扩散或弥散。分压差越大，扩散能力越强。人体不同部位氧和二氧化碳分压气体分压空气肺泡动脉血静脉血组织细胞PO2159104100400-30PCO20.340404650-80海平面空气、肺泡、血液和组织细胞内氧气和二氧化碳分压（mmHg）气体扩散的速率单位时间内气体扩散的容积称为气体扩散速率。气体肺扩散容量在1mmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散气体的量。是评定呼吸气体通过呼吸膜功能的一项重要指标。常用氧扩散容量来表示，安静状态下约为20-33ml/min·mmHg。影响因素受体表面积、年龄、性别、体位及运动状况的影响肺换气和组织换气影响换气的因素气体的分子量与溶解度一般情况下，分子量越小溶解度越大，换气速度越快。分压差由于氧气和二氧化碳分子量和溶解度不会改变，所以分压差大小影响换气速度更为明显。呼吸膜呼吸膜厚度薄（不到1微米）、气体通透性好、面积大，因此，安静状态下，正常人呼吸膜对换气速度影响不明显通气/血流比值指每分钟通过肺泡的通气量与通过肺毛细血管血流量的比值。其理想比值是0.84。过大或过小均影响换气。局部器官血流量血流量增大，组织气体交换增加。气体运输运输方式：溶解运输（少量），化合结合运输（主要方式）氧气运输二氧化碳运输氧气运输物理溶解微量：占进入血液氧的1.5%，可忽略不计化学结合绝大部分与血红蛋白结合血红蛋白（hemoglobin）与氧气结合每分子血红蛋白结合4个氧分子每克Hb可结合氧1.34mL~1.36mL每100mL血液中血红蛋白与氧结合的最大量，称为血红蛋白氧容量；实际结合量称为氧含量；氧含量所占氧容量的百分比称为氧饱和度。血红蛋白与氧的可逆结合血红蛋白与氧的可逆结合肺：PO2高，促进Hb和O2结合组织：PO2低，促进HbO2解离HbO2HbO2＋肺组织氧离曲线氧离曲线表示氧分压与血红蛋白结合氧量的关系氧离曲线上段氧离曲线下段氧离曲线的分子生物学意义1分子血红蛋白含4分子Fe2+第一个Fe2+与O2结合后→珠蛋白肽链分子构型改变→第二个Fe2+与O2更易结合（亲和力↑）≡Fe2+与O2解离能力↓→········→第四个Fe2+与O2亲和力↑↑125倍饱和度＜75%，即O2结合的Fe2+不足3个，亲和力较弱，氧离作用叫明显，曲线较陡氧离曲线上段的生理意义现象氧分压从100mmHg降至80mmHg：血氧饱和度仅从98%降至96%氧分压高于60mmHg：血氧饱和度大于90%意义高原或轻度呼吸机能不全：不致缺氧氧离曲线下段的生理意义现象氧分压小于60mmHg：氧分压略有下降，血氧饱和度急剧下降意义保证组织缺氧时，血液放出大量氧，以供肌肉活动氧解离曲线变化的影响因素影响因素：血液二氧化碳分压、pH值、体温、2，3-DPG等一氧化碳中毒简单解释氧储备在正常情况下，机体内存在一小部分氧气代用血液、肺：1300~2300mL肌红蛋白：240~500mL肌红蛋白与血红蛋白化学结构相似，肌红蛋白与氧气的结合能力明显高于血红蛋白。氧利用率氧利用率定义：100mL动脉血流经组织时所释放的氧量占动脉血氧含量的百分比安静时，人体100ml动脉血中氧含量较为固定，约为20ml。计算：氧利用率＝（动脉血氧含量－静脉血氧含量）／动脉血氧含量×100%不同情况下氧利用率运动时高于安静时约2.6倍剧烈运动时氧利用率可提高3倍以上氧脉搏氧脉搏定义：心脏每次搏动输出的血量摄取的氧量最高：心率为130~140/min时：11~17mL；个别运动员可达到23ml判断心功能的综合指标二氧化碳运输运输形式物理溶解（少部分，占6%左右）化学结合碳酸盐形式（NaHCO3,KHCO3,占87%）氨基甲酸血红蛋白形式（HbNHCOOH,占7%）二氧化碳运输碳酸盐形式（占87%）氨基甲酸血红蛋白形式（HbNHCOOH,占7%）NaHCO3呼吸与酸碱平衡血液在运输二氧化碳的过程中，形成H2CO3／NaHCO3缓冲对，其比值为1/20。可通过分解或合成H2CO3改变二氧化碳的分压调节呼吸，从而维持血液酸碱平衡。第三节呼吸运动的调节调节呼吸运动的神经系统呼吸运动的反射性调节血液中化学成分的改变对呼吸运动的调节一、调节呼吸运动的神经系统（一）呼吸运动的神经支配延髓和脑桥通过膈神经支配膈肌，从而调节呼吸；（二）呼吸中枢脑桥呼吸调整中枢：抑制吸气，调整呼吸节律长吸中枢：加强吸气延髓（呼吸基本中枢）吸气中枢呼气中枢大脑皮质对呼吸进行随意调节，如唱歌、讲话、运动等过程中对呼吸的调节各中枢的相互关系二、呼吸运动的反射性调节（反馈调节）（一）肺牵张反射肺扩张或缩小引起吸气抑制或兴奋的反射。反射过程吸气：肺扩张→达一定容积→肺牵张感受器兴奋↑→发放冲动→······→延髓→吸气中枢抑制→吸气终止呼气发生呼气：肺缩小→肺牵张感受器兴奋↓→传入冲动↓→吸气中枢抑制解除→下个呼吸周期负反馈调节（二）呼吸肌的本体感受性反射吸气时阻力↑→吸气肌收缩呼气时阻力↑→呼气肌收缩躯干、四肢肌肉和关节处的本体感受器受到牵拉刺激时也能引起呼吸加快（三）防御性反射呼吸道内存在感受器，受到刺激时引起反射，防止异物进入肺泡。三、化学因素对呼吸的调节指动脉血中的O2、CO2和H+（一）化学感受器1、外周化学感受器颈动脉体（起主要作用）和主动脉体（次要）2、中枢化学感受器延髓外侧的浅表部分，主要接受周围脑脊液中的CO2和H+刺激（二）CO2、O2和H+对呼吸的影响CO2血脑屏障CO2＋H2OH＋化学敏感区O2↓通过中枢化学感受器调节舌咽神经分支窦神经主动脉神经（迷走神经内）通过外周化学感受器调节PO2、PCO2、H＋浓度变化主动脉体颈动脉体二氧化碳对呼吸影响的表现CO2浓度肺通气量其它表现1%↑4%↑×210%↑×8~10头昏、头痛40%呼吸中枢麻痹、呼吸抑制缺氧对呼吸的调节中枢外周化学感受器耐受兴奋↑↑呼吸中枢兴奋呼吸反射性加强少量缺氧抑制↑严重缺氧中枢外周化学感受器耐受兴奋↑抑制↑↑呼吸中枢抑制呼吸反射性抑制CO2、O2和H+三者在呼吸调节中的作用第四节运动对呼吸机能的影响运动时通气机能的变化运动时换气机能的变化运动时呼吸的调节运动时合理呼吸一、运动时通气机能的变化安静运动恢复条件反射性增加快速增长期慢速增长期稳定状态快速减少期慢速减少期二、运动时换气机能的变化肺换气的变化组织代谢加强，呼吸膜两侧氧分压差加大，氧气扩散速率增加血液中儿茶酚胺增加，通气肺泡的数量增加开放的肺毛细血管增多，呼吸膜表面积增大右心室泵血量增加，肺血流量增加组织换气的变化组织耗氧量增加，组织与血液间氧分压差增加，加快氧的扩散毛细血管开放数量增加，增加了气体交换面积二氧化碳浓度和局部温度升高，导致氧离曲线右偏，使氧气释放增加三、运动时呼吸的调节通过神经和体液进行调节前面已经讲述，在此不再赘述四、运动时合理呼吸减少呼吸道阻力主要通过采用鼻子呼吸而不是口呼吸提高肺泡通气效率通过增加呼吸频率和呼吸深度来完成，但要把呼吸频率和深度结合起来与动作技术相适应呼吸形式与技术动作相配合