王步标版运动生理学-第二章-呼吸与运动

肺,1、掌握评定肺功能有关指标的概念。肺通气动力，气体在血液中的运输过程。气体交换过程及影响气体交换的因素。2、明确呼吸过程。.3、熟知呼吸对运动的反应和对训练的适应。4、了解肺通气阻力及调节，气体交换原理。,教学目的,教学重点肺通气、肺换气过程及运动时呼吸功能的变化。教学难点肺通气和肺换气原理。,一、概述二、肺通气和肺换气三、气体的运输四、呼吸的调节五、呼吸对运动和训练的反应和适应,内容提要,空气,呼吸道,肺泡,肺毛细血管,肺静脉,左心,动脉,肺动脉,毛细血管,右心,静脉,组织细胞,O2,CO2,O2,CO2,外呼吸,气体运输,内呼吸,呼吸概述,呼吸：人体在进行新陈代谢过程中，不断地从外界环境中摄取氧并排出CO2，这种机体与环境之间的气体交换过程，称为呼吸。,外呼吸：外界环境与血液在肺部实现的气体交换过程。,气体运输：氧气和二氧化碳在血液中的运输。,内呼吸：血液与组织细胞间的气体交换过程。,肺通气：肺与外界环境的气体交换。,肺换气：肺泡与肺毛细血管间的气体交换。,呼吸,呼吸全过程：,一、肺通气,（一）肺通气动力和阻力1、肺通气动力由呼吸肌舒缩活动引起的肺内外气压差。腹式呼吸：以膈肌运动为主的呼吸型式；胸式呼吸：以肋间外肌运动为主的呼吸型式。,肺与外界环境的气体交换称为肺通气。,肺内压低于大气压时吸气，肺内等于大气压时吸气停；肺内压高于大气压时呼气，肺内等于大气压时呼气停。平静呼吸时吸气是主动的，呼气是被动的；深呼吸时，吸气和呼气都是主动的。,(1)肺内压：肺泡内的压力称为肺内压。,呼吸过程中肺内压的变化：,胸膜腔内压力为负压，称胸内负压。胸内负压=大气压肺回缩力吸气时胸内负压增大，呼气时胸内负压减小。胸内负压的生理意义：第一是维持肺的扩张状态，有利于肺的泡的气体交换；第二是吸气时负压加大，使心房、静脉和胸导管扩张，压力降低，有利于促进血液和淋巴回流。,(2)胸膜腔内压：指胸膜腔内的压力。,2、肺通气阻力弹性阻力：胸廓与肺的弹性阻力。约占的70%。非弹性阻力：气道阻力和组织的粘滞性阻力。,肺,潮气量：安静状态下，每次吸入或呼出的气体量称为潮气量.正常成年人约500ml补吸气量：平静吸气后再尽力吸气所能吸入的气体量.补呼气量：平静呼气后再尽力呼气所能呼出的气体量.余气量：最大呼气末，肺内所余留的气体量为余气量。,（二）肺容积和肺容量1、肺容积,深吸气量是潮气量与补吸气量之和。是衡量最大通气潜力的一个重要指标。功能余气量是指平静呼气末仍存在肺内的气体量。生理意义：缓冲呼吸过程中肺泡内气体氧分压和二氧化碳分压的变化幅度，保证气体交换的稳定性和连续性，有利于肺换气。,2、肺容量,肺活量（VC）和时间肺活量（TVC）肺活量：最大吸气后尽力所能呼出的气体量称肺活量。男约为3500ml，女约为2500ml，运动员可达7000ml。反映肺通气的最大能力。时间肺活量：最大吸气后尽力以最快的速度呼气，计算第1、2、3S末呼出的气量占肺活量的百分比,分别称为第1、2、3S的时间肺活量。能反映肺的弹性变化以及气道是否通畅。肺总容量：是肺内所能容纳的最大气量。肺活量与余气量之和。,|,时间肺活量,肺活量,100%,80604020,时间,第一秒,第二秒,第三秒,83%,96%,99%,图肺容量变化的记录曲线,平静呼气基线,平静吸气基线,最大呼气水平,最大吸气水平,潮气,补吸气量,补呼气量,余气,功能余气量,深吸气量,肺活量,余气,肺总量,返回,（三）肺通气量,1、每分通气量：,（1）概念：每分钟吸入或呼出的气体总量。,（2）正常值：每分通气量=潮气量呼吸频率=500ml1218次min-1=60008000ml,（3）影响因素：A年龄：年龄小，呼吸频率快；潮气量成人最大B性别：呼吸频率女男，23次min-1C代谢情况：代谢加强，呼吸频率和潮气量均增加,2、最大通气量（VEmax）在最大限度地做深而快的呼吸，每分钟所能吸入或呼出的最大气量为VEmax。表示肺通气功能的贮备能力。,3、肺泡通气量：,（1）解剖无效腔：从鼻腔到终未细支气管这一段呼吸道。,解剖无效腔的容量约为150ml,（2）肺泡通气量：,A概念：进入肺泡与血液进行交换的气体量。,肺泡通气量=（潮气量-解剖无效腔气量）呼吸频率,思考题：为什么深而慢的呼吸比浅而快的呼吸有利？,例：甲：潮气量=600ml;呼吸频率=10次min乙：潮气量=400ml；呼吸频率=15次min问：肺泡通气量=？每分通气量=？通气效率=？,B深而慢的呼吸意义：,增加肺泡通气量，提高肺通气效率；,呼吸肌不易疲劳,（四）用于肺通气的耗氧量安静时占2.4%，运动时增加，可占10%以上，高达120ml.min-1。,二、肺换气,（一）气体交换的原理和动力1、气体交换的方式：自由扩散。2、气体交换的动力气体分压差和性质。,分压：是指混合气中各组成气体所具有的压力氧分压Po2二氧化碳分压Pco2空气中的Po2=760(101.33)20.96%=159mmHg空气中的Pco2=7600.04%=0.3mmHg(0.04KPa)人体各处Po2、Pco2存在有差异，如表3-1。,表3-1安静时肺泡气/血液和组织内Po2和Pco2,注：单位为KPa和mmHg,30(4.00)50(6.67),100(13.33)40(5.33),40(5.33)46(6.13),组织,动脉血,静脉血,（二）气体交换过程,呼吸膜示意图,2、组织换气,1、肺换气,1、气体扩散速度。与气体的分压差、扩散面积及溶解度呈正比，与气体的分子量的平方根和扩散距离成反比。综合上述因素，CO2约为O2的2倍。2、呼吸膜的通透性和面积。呈正相关3、通气/血流比值。指每分肺泡通气量与每分肺血流量（心输出量）的比值。约为0.84最匹配。4、局部器官血流量。血流量越大，越有利于换气5、温度。与温度呈成正比。,（三）影响气体交换的因素,一、运输形式:1、物理溶解:气体直接溶解于血浆中。特征:量小,起桥梁作用；溶解量与分压呈正比。2、化学结合:气体与某些物质进行化学结合。特征:量大,主要运输形式。,第二节气体的运输,二、氧气的运输,（一）O2与血红蛋白的可逆性结合,O2与Hb结合的特征:,快，氧合非氧化,血红蛋白和氧合血红蛋白,氧容量：100ml血液中的Hb与O2结合的最大量称为氧容量。约20ml。氧含量：100ml血液中的Hb与O2结合的实际量称为氧含量。,氧饱和度：Hb与氧结合的程度称为血红蛋白氧饱和度（即氧含量占氧容量的百分比）。,（二）在血液中的运输过程,肺泡,O2,肺部毛细血管,肌肉毛细血管,肌肉,O2,Hb,HbO2,（三）氧离曲线呈“S”形1.氧解离曲线的特征与意义上段:PO2（80100mmHg）较平坦,意义:保证肺内低氧分压时高载氧的能力。,高原(低气压)PO2明显而Hb结合O2量变化不大；轻度呼衰病人肺泡气PO2明显而Hb结合O2量变化不大。,中段:(8040mmHg)较陡,PO2降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。意义:维持正常时组织的氧供。,PO2稍有下降,HbO2释放大量O2，血氧饱和度就急剧下降。意义:有利于组织换气。剧烈运动时HbO2释放更多的氧供组织利用。,下段:PO2(4015mmHg)更陡,2、影响氧离曲线的因素,pH值和CO2温度2,3-二磷酸甘油酸一氧化碳（CO）当pH值下降、PCO2和体温升高、2,3-二磷酸甘油酸增多时，Hb对O2的亲和力下降，氧离曲线右下移，从而使血红蛋白释放出更多的O2，反之则亲和力提高，氧离曲线左移，使血液结合更多的O2。,煤气中毒：Hb与CO的亲和力是氧的250倍,可竞争性地与Hb结合。当空气中CO浓度达到0.1%时，Hb与CO结合，生成碳氧合血红蛋白（HbCO为樱桃红色），就失去的携O2的能力，造成低氧血症。,当表浅毛细血管床血液中去氧Hb达5g/100ml以上，呈蓝紫色称紫绀（一般是缺O2的标志）。,（四）氧的利用率,运输形式,三、CO2的运输,（一）HCO3-形式的运输,化学结合95%,物理溶解5%；,HCO3-约88%,氨基甲酸血红蛋白约7%,CO2+H2O,碳酸酐酶,碳酸酐酶,(肺部),(组织内),（二）氨基甲酸血红蛋白形式的运输,在组织,HbNH2O2+CO2,在肺部,H+HCO3-,H2CO3,HbNHCOOH+O2,肺换气过程,在肺氧与二氧化碳运输形式,在组织氧与二氧化碳运输形式,四、呼吸与酸碱平衡,血液在运输CO2过程中，形成了H2CO3与NaHCO3，二者是血液中的重要缓冲物质，通常H2CO3/NaHCO3的比值为1/20。当代谢产物中有大量酸性物质时，它们与HCO3作用，生成H2CO3，后者分解为CO2和H2O，使血中PCO2上升，导致呼吸运动加强，CO2排出量增加，因而血浆中pH值的变化不大；当体内碱性物质增多时，与H2CO3作用使血中NaHCO3等盐浓度的增高，于是H2CO3浓度和PCO2降低，导致呼吸减弱，呼吸的减弱又使H2CO3浓度逐渐回升，维持了其与NaHCO3的正常比值，因此对血浆PH值的影响也较小。,一、呼吸中枢延髓基本呼吸中枢。产生自动节律性呼吸。有吸气中枢和呼气中枢，两者交互抑制。脑桥呼吸调整中枢。防止过长吸气，调整呼吸节律。大脑皮层随意呼吸调节的部位。脊髓神经元直接支配呼吸肌。还有大脑、下丘脑、边缘系统等部位。,第三节呼吸的调节,二、呼吸的反射性调节1、肺牵张反射：由肺扩张或肺缩小所引起的反射性呼吸变化。2、呼吸肌本体感受性反射指呼吸肌本体感受器传入冲动所引起的反射性呼吸变化。3、防御性呼吸反射：如咳嗽反射、喷嚏反射等,三、化学因素对呼吸的调节,(一)化学感受器化学感受器是指其能接受化学物质刺激的感受器。1.外周化学感受器位于颈内外动脉分叉处的颈动脉体和主动脉体。适宜刺激：对PO2、PCO2、H+高度敏感。,2.中枢化学感受器位置：延髓腹外侧的浅表部位适宜刺激：对H+高度敏感。因血液中H+不易透过血-脑屏障，但通过CO2易透过血-脑屏障进入脑脊液:CO2H2OH2CO3H+HCO3-发挥刺激作用的。,由于血液中H+不易通过血脑屏障，故血液pH值的变化对中枢化学感受器直接作用不大。中枢化学感受器也不感受O2变化的刺激。,CO2是维持正常呼吸的重要生理性刺激。在一定生理范围内，随吸入气中Pco2升高而呼吸加强，肺通气量增加。当吸入气CO2中超过10%时呼吸减弱，达20%时出现呼吸麻痹。过度通气后可发生呼吸暂停。调节途径：外周和中枢两条途径。中枢途径起主要作用。,（二）Pco2对呼吸的运动的调节,H+呼吸加强H+呼吸抑制机制:类似CO2特点：血液H+增加时，是以刺激外周化学感受器为主。,（三）H+对呼吸运动的调节,3.低氧对呼吸的调节、,缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制,并与缺氧程度呈正相关:轻度缺氧时:通过外周化学感受器的传入冲动兴奋呼吸中枢的作用,能对抗缺氧对中枢的直接抑制作用，表现为呼吸增强。严重缺氧时:来自外周化学感受器的传入冲动，对抗不了缺氧对呼吸中枢的抑制作用，因而可使呼吸减弱，甚至停止。,（五）PCO2、H+、PO2在调节呼吸中的相互作用,三者相互影响，相互作用，既可相互总和而加大，也可相互抵消而减弱。1、当PCO2升高，H+也随着增高，两者总和起来使肺通气量增加加大效应。2、当H+增加时，因肺通气量增大使排出的CO2增多，PCO2下降，这样就抵消了一部分的刺激作用，肺通气量增加比H+单独增加时要少。3、当PO2下降时，也因肺通气量增大排出的CO2增多，而减弱了低氧的刺激作用。,一、呼吸对运动的反应（一）肺通气功能对运动时的反应1、运动时呼吸加深加快，肺通气量增加。在一定范围内肺通气量的增加与运动强度呈线性相关。,第四节呼吸对运动和训练的反应和适应,2、运动过程中肺通气的时相性变化快速增长期、缓慢增长期、稳定期、快速下降期、缓慢下降期。机制：快速增长期和快速下降期是神经调节机制。缓慢增长期和缓慢下降期是体液调节机制。,3、肺通气量与运动强度在一范围内肺通气量与运动强度呈线性关系，超过某一运动强度会失去这种线性关系。,（二）换气功能对运动的反应,1、O2扩散速度加快2、气体交换面积增大（呼吸膜面积、组织处气体交换面积增大）3、氧扩散容量增大4、肌肉的氧利用率提高运动时肺换气功能的变化：1、2、3运动时组织换气功能的变化：1、2、4,氧扩散容量：是指生物膜两侧的氧分压差为1mmHg时每分钟可扩散的氧量，此值大，说明换气效率高。,二、呼吸对训练的适应,肺容积,肺通气功能,每分通气量：安静时影响不大，亚极量运动增幅少，最大运动时增加幅度大。说明通气贮备量大。肺通气效率提高，主要靠呼吸深度增加。呼吸效率提高，氧通气当量较一般人低。,肺换气功能,肌肉摄氧能力,增大，肺活量大，延缓肺活量随年龄下降的趋势。,氧扩散容量高，随年龄降低的趋势推迟,动-静脉氧差增大，摄氧和利用氧的能力增强。,氧通气当量：是指每分通气与每分摄氧量的比值，即机体每吸入1L氧所需要的通气量。,小结,1、呼吸及呼吸过程的三个环节。2、肺通气动力，肺通气的评价指标：肺活量、时间肺活量，肺通气量和最大通气量。3、肺换气动力及气体交换过程。4、O2和CO2在血液中的运输形式。5、氧离曲线及其影响因素。6、呼吸的基本中枢及调整中枢、功能。7、呼吸的反射调节，化学因素CO2、O2、H+对呼吸调节。8、运动时肺通气功能和肺换功能的变化。9、呼吸对训练的适应。,练习,一.选择题1、肺部与外界环境间的气体交换称为()。A.呼吸，B.外呼吸，C.内呼吸，D.肺通气。2、肺通气的动力来自()。A.呼吸肌的舒缩，B.胸内压的变化，C.肺内压的变化