运动生理学——运动与心肺机能——气体代谢PPT课件.ppt

第七章呼吸系统 Respiratorysystem 1 2 3 4 教学目标 运动与肺通气和肺换气机能氧离曲线的意义及影响因素运动对呼吸系统机能的影响 5 第一节呼吸运动和肺通气机能 人体一切活动所需要的能量通过氧化体内的营养物质而获得 人体必须从外界不断地摄取O2 同时排出CO2 这一过程通过呼吸实现 6 呼吸系统包括呼吸道和肺泡 上呼吸道由鼻 咽 喉组成下呼吸道由气管及各级支气管 7 呼吸过程外呼吸 在肺部实现的外界环境与血液间的气体交换 包括肺通气 外界环境与肺之间的气体交换过程 和肺换气 肺与肺毛细血管中血液之间的气体交换过程 气体运输气体与血液以化学结合或物理溶解的方式运输到全身的器官和组织 内呼吸 组织毛细血管中血液通过组织液与组织细胞间实现的气体交换 又叫组织换气 8 9 肺通气一 肺通气动力呼吸运动胸廓的节律性扩大和缩小称为呼吸运动 主要吸气肌 由膈肌和肋间外肌组成 呼气肌 由肋间内肌和腹壁肌组成 10 随呼吸运动肺内压吸气时大气压胸内压吸气呼气时均 大气压 吸气末气压更低 呼吸深度越深 吸气末肺内压和胸内压越低胸膜腔为负压的意义 牵拉肺呈扩张状态 利于静脉血和淋巴液的回流 11 二 肺通气机能 肺容量指标 12 1 每一平静呼吸周期中 吸入或呼出的气量 叫潮气量 TidalVolume TV 400 600ml2 补吸气量和深吸气量平静吸气之后 再作最大吸气时 增补吸入的气量 称为补吸气量 InspiratoryReserveVolume IRV 正常成人约为1500 2000ml 补吸气量与潮气量之和称为深吸气量 InspiratoryCapacity IC 13 3 补呼气量平静呼气之后 再作最大呼气时 增补呼出的气量 称为补呼气量 ExpiratoryReserveVolume ERV 正常成人约为900 1200ml 补呼气量的大小表示呼气的贮备能力 4 肺活量最大深吸气后 再作最大呼气时所呼出的气量 称为肺活量 VitalCapacity VC 肺活量为潮气量 补吸气量和补呼气量之和 或为深吸气量与补吸气量之和 14 5 余气量和功能余气量尽最大力呼气之后 仍贮留于肺内的气量 称为余气量 ResidualVolume RV 正常成年余气量男性为1500ml 女性为1000ml 平静呼气之后 存留于肺中的气量 称为功能余气量 FunctionalResidualCapacity FRC 安静时正常成年男性约为2500ml 女性约为2000ml 15 6 肺总容量肺所能容纳的最大气量为肺总容量 TotalLungCapacity TLC 肺总容量是肺活量和余气量之和 成年男性平均为5000ml 女性平均为3500ml 16 肺通气量 单位时间内吸入 或呼出 的气量称为肺通气量 VE 每分通气量 潮气量 呼吸频率安静时成年人的每分通气量为6 8L 安静时呼吸频率随年龄而异 5岁时平均为26次 15岁 20岁时平均为20次 成年后平均降为16次 剧烈运动时每分通气量可增至80 150L或更多 180 200L 17 肺泡通气量 肺泡通气量 alveolarventilation VA 是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 VA 呼吸深度 生理无效腔 呼吸频率解剖无效腔 AnatomicalDeadSpace 呼吸道肺泡无效腔 由于肺内血流分布不均而未能全部进行气体交换生理无效腔 PhysiologicalDeadSpace 解剖无效腔和肺泡无效腔之和 18 不同呼吸频率时肺通气功能指标的比较 19 深呼吸形式的生理意义 增加吸气末胸内负压程度 利于静脉和淋巴液回流 减少肺泡无效腔减少功能余气量 利于肺泡气体更新增加肺泡通气量减少氧通气当量 提高呼吸效率 通气量 摄氧量 20 三 评价肺通气机能的指标 肺活量 连续肺活量 间隔30s 连续测5次肺活量结果 简单 快速判断呼吸肌疲劳及身体机能状况 后一次 前一次肺活量证明呼吸肌机能能力强 21 时间肺活量在最大吸气之后 以最快速度进行最大呼气 记录1秒内所能呼出的气量 称时间肺活量 TimedVitalCapacity TVC不仅反映肺活量的大小 还能反映肺泡弹性是否降低 气道是否狭窄 呼吸阻力是否增加等情况 22 最大通气量 15秒钟通气量的测定 并将这个所测得的值乘以4 即为每分最大通气量 通气贮量的百分比 最大通气量 安静通气量 最大通气量正常通气贮量的百分比值应 93 23 第二节气体交换和运输物理弥散的方式 从分压高的一侧向分压低的一侧弥散分压差是气体交换的动力交换的结果 静脉血逐渐变成动脉血 24 肺换气 25 组织换气 26 一 影响气体交换的因素 1 分压差2 气体的分子量和溶解度3 呼吸膜的厚度 面积 通透性4 通气 血流比值 27 分压差 28 通气 血流比值每分钟肺泡通气量 每分钟肺毛细血管血流量成人安静时 0 84此时二者最适宜匹配 气体交换效率最高 29 通气 血流比值增大通气过剩 血流不足相当于肺泡无效腔加大 30 通气 血流比值减小通气不足 血液过剩部分血液流经通气不良的肺泡 混合静脉血中的气体不能有充分的更新相当于功能性动 静脉短路通气血流比值的大或小 都会妨碍气体交换 31 二 气体运输 O2和CO2靠血液进行运输以物理溶解和化学结合两种形式存在于血液中溶解的虽然很少 但必须先溶解 再化学结合 32 一 氧气的运输过程1 经呼吸道将氧吸入肺泡2 肺泡氧分压高 静脉血氧分压低 氧进入血液3 物理溶解1 5 98 5 进入红细胞与血红蛋白结合成氧合血红蛋白4 运输途径 肺静脉 左心房 左心室 主动脉 组织5 动脉血的氧分压高 在氧分压低的组织 氧和血红蛋白解离释放出氧 供给组织利用 这一过程迅速 可逆 不需酶的催化 受PO2高低影响 33 二 二氧化碳的运输1 组织代谢产生CO22 组织CO2分压高 动脉血CO2分压低 CO2进入血液3 物理溶解5 化学结合95 4 化学结合方式 碳酸氢盐 氨基甲酸血红蛋白5 运输途径 静脉 右心房 右心室 肺动脉 肺毛细血管6 肺动脉内的静脉血CO2分压高 肺泡CO2分压低 CO2解离 进入肺泡 从肺脏呼出体外 34 三 与O2运输相关的三个概念 Hb氧饱和度 OxyhemoglobinSaturation 血液中Hb与O2结合的程度 即血红蛋白氧含量与血红蛋白氧容量的百分比值 Hb氧容量 OxygenCapacity Hb氧饱和度达到100 时 每1L血液中Hb所能结合O2的最大量 受Hb浓度的影响 每克Hb结合1 34mlO2 Hb氧含量 OxygenContent 每1L血液中Hb实际结合的O2量 受PO2的影响 35 计算举例 例如 某正常男子Hb浓度为150g l 安静时动脉血氧饱和度约为98 静脉血氧饱和度约为75 1 其氧容量为 150g l 1 34ml g 200ml l 2 动脉血氧含量为 200ml l 98 196ml l3 静脉血氧含量为 200ml l 75 150ml l4 动静脉氧差为 196 150 46ml l 36 四 氧离曲线及其意义 37 不同情况下PO2和PCO2 mmHg 38 氧离曲线的上段 60 100mmHg eg 安静和运动时肺换气 此间Hb氧饱和度受PO2影响不大 到60mmHg时Hb氧饱和度仍在90 以上 正常人体即便是在剧烈运动时肺泡PO2也不会低于60mmHg 此段特征为机体摄取足够的氧提供较大安全系数 故高原 呼吸系统疾病时 虽然肺泡氧分压下降 血液仍能携带足够的氧 39 氧离曲线的中段 40 60mmHg氧分压为40mmHg时 相当于静脉血的氧分压 Hb氧饱和度为75 若动脉血氧含量为20ml 100ml 以血氧饱和度为100 计算 此时静脉血氧含量为15ml 100ml即每100ml血流经组织时释放出5ml氧若心输出量为5升 则VO2为5000ml min 5 250ml min 40 氧离曲线的下段 40mmHg以下 运动时组织换气 组织活动加强时 组织中的氧分压更低更利于氧合血红蛋白的解离 41 42 高原环境下氧运输能力 氧分压 159 142 126 111 97 85 74 65 57 48 43 中国高原训练基地 Theproperheightofaltitude 44 五 三个机能评定指标 氧脉搏 OxygenPulse 心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量 称为氧脉搏 可以用每分摄氧量 心率计算可作为评定心肺功能的综合指标 氧利用率 动脉血氧含量 静脉血氧含量 动脉血氧含量可用来评价训练程度氧通气当量 呼吸当量 肺通气量与摄氧量的比值 安静时的呼吸当量为20 25 越小说明氧的摄取效率越高 同等运动强度下 运动员呼吸当量 常人 45 计算题1 假设某男子其血红蛋白浓度为150g l 测得其剧烈运动时最大摄氧量为4500ml min心输出量为30l min 若剧烈运动时其动脉血氧饱和度仍维持在98 左右 求此人剧烈运动时的氧利用率 注 氧容量 血红蛋白浓度 1 34ml g 46 计算题2 某患者心率100次 分 安静肺通气量为7L min 摄氧量为200ml min 经血气分析测得其每100ml动脉血中氧含量为18ml 每100ml静脉血中氧含量为14ml 请计算该患者的氧通气当量 氧脉搏 氧利用率 每搏量 47 计算题2 氧通气当量 肺通气量 摄氧量 7L min 200ml min 7000 200 35氧脉搏 心脏每次搏动所射出的血液供给组织利用的氧量 每分摄氧量 心率 200ml min 100次 min 2ml 次氧利用率 动静脉血氧含量差 动脉血氧含量 18 14 18 每搏量 心脏每次搏动所射出的血液量称为每博量 因为氧脉搏为2ml 次 即每博血液量可以向组织提供2ml氧气 又因为已知100ml血液可以向组织提供 18 14 ml氧气 因此每博量 100 2 50ml 48 六 运动对影响解离曲线因素的影响 1 直接因素 氧分压2 PCO2和pH值 波尔效应 Bohreffect PCO2和H 浓度增加 Hb与O2亲和力减低 曲线右移 反之Hb与O2亲和力升高 曲线左移 PCO2和pH值对Hb与氧结合力的这种影响 称波尔效应 肌肉运动时产生大量CO2和H 促使HbO2解离出更多的氧 满足运动时肌肉组织的代谢需要 49 3 温度 温度升高 Hb与O2亲和力减低 运动时 体温升高 组织代谢加强 HbO2解离出更多的氧 有利于组织氧的供应 50 4 2 3 二磷酸苷油酸 2 3 DPG 2 3 DPG是红细胞无氧代谢的产物 其含量增加 降低Hb与O2亲和力 人体在缺氧 剧烈运动时 2 3 DPG增加 促使更多的氧释放 51 5 一氧化碳 CO CO与Hb结合力是O2的250倍 竞争Hb的位点 即影响亲和又影响解离 Eg 煤气中毒的高压氧治疗 52 第三节运动对呼吸机能的影响 一 运动时肺通气机能的时相性变化运动开始前 条件反射性增加 相当于赛前状态 运动开始后 通气量先快速上升 相当于进入工作状态 继而持续缓慢上升 直至高峰平台 相当于稳定工作状态 运动结束时 通气量先快速下降 随后缓慢下降直至恢复到安静水平中等强度运动通气量的增加主要依靠呼吸深度增加实现 高强度运动主要依靠呼吸频率增加实现 53 运动过程肺通气机能变化 54 二 呼吸当量与运动强度的关系安静时的呼吸当量为20 25 机体必须从20 25L的通气量中才能摄取到1L的O2 呼吸当量越小 O2的摄取效率越高 呼吸当量最小的点称为最佳呼吸效率点 可通过合理调整呼吸实现 运动强度 50 VO2max时 呼吸当量调节为较小或保持恒定不变 运动强度 50 VO2max时 通气量的增加明显大于摄氧量的增加 相当于乳酸阈时相 摄O2效率降低影响呼吸当量的因素除肺的通气机能外 循环机能和外周组织对氧的摄取能力亦为重要因素 55 二 运动对换气机能的影响 1 肺换气 肺部静脉血中PO2比安静时低 PO2差增大 促进肺换气 呼吸细支气管扩张 使通气肺泡的数量以及体积增多 肺毛细血管增