运动生理学第四章呼吸机能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 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,（tidal volume TV),：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400600mL。,补吸气量,（inspiratory reserve volume IRV）：,平静吸气后，再最大吸气吸入的气体量。正常成人：15002200mL。,深吸气量（inspiratory capacity IC）：补吸气量与潮气量之和。,补呼气量（expiratory reserve volume ERV）：平静呼气后，再最大呼气时，增补呼出的气体量。正常成人：9001200mL。,肺活量（vital capacity VC）：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（residual volume RV）：最大呼气后存留于肺内的气量。,：1500mL左右，：1000mL左右。,功能余气量（fuctional residual capacity FRC）：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（ventilation volume VE）：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：500mL1218/min68L,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（anatomical dead space）：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（physiological dead space）：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（timed vital capacity）,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（maximal ventilation volume V,E,max ）,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，O,2,所占百分比为21%，,则PO,2,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,PO2,159,104,100,40,0-30,PCO2,0.3,40,40,46,50-80,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,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,Hb,O,2,HbO,2,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Fe,2+,第一个Fe,2+,与O,2,结合后珠蛋白肽链分子构型改变第二个Fe,2+,与O,2,更易结合（亲和力） Fe,2+,与O,2,解离能力第四个Fe,2+,与O,2,亲和力125倍,饱和度75%，即O,2,结合的Fe,2+,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：13002300mL,肌红蛋白：240500mL,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,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130140/min时：1117mL；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（,NaHCO,3,KHCO,3,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%）,NaHCO,3,呼吸与酸碱平衡,血液在运输二氧化碳的过程中，形成H,2,CO,3,NaHCO3缓冲对，其比值为1/20。可通过分解或合成H,2,CO,3,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O,2,、CO,2,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CO,2,和H,+,刺激,（二） CO,2,、 O,2,和H,+,对呼吸的影响,CO,2,血脑屏障,CO,2,H,2,O,H,化学敏感区,O,2,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,PO,2,、PCO,2,、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,CO,2,浓度,肺通气量,其它表现,1%,4%,2,10%,810,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,CO,2,、 O,2,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,需胸肩带部固定的采用腹式呼吸,需腹部固定的采用胸式呼吸,呼吸时相与动作技术相配合,呼吸节奏与动作技术相配合,长跑常采用2-4步一呼，2-4步一吸；短跑采用“憋气”和连续性急促呼吸相结合,合理利用憋气,到此结束,