第四章呼吸機能

第一節(jié)呼吸運動和肺通氣機能第二節(jié)氣體交換和運輸

第三節(jié)呼吸運動的調(diào)節(jié)第四節(jié)運動對呼吸機能的影響

概述

呼吸：人體與外界環(huán)境之間進行的氣體交換過程。

呼吸全過程：

呼吸三個環(huán)節(jié)：空氣呼吸道肺泡肺毛細血管肺靜脈左心動脈肺動脈毛細血管右心靜脈組織細胞O2CO2O2CO2外呼吸氣體運輸內(nèi)呼吸呼吸系統(tǒng)包括了呼吸道和肺泡。呼吸道：分上、下兩部分，上呼吸道由鼻、咽、喉組成，下呼吸道由氣管及各級支氣管組成。呼吸道有加溫、潤濕和凈化空氣的功能，有通過調(diào)節(jié)支氣管平滑肌的舒縮來改變呼吸道的口徑進而影響氣流阻力的功能，但呼吸道不具備氣體交換的功能。肺泡：人體左右肺共有6-7億個，總面積約為70-100平方米。從由單層上皮細胞構(gòu)成的肺泡膜到肺毛細血管壁，是氣體交換必須穿越的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)稱作呼吸膜，呼吸膜共有六層結(jié)構(gòu)，其厚度僅為l從μm，厚度越薄，氣體的通透性越強。第一節(jié)呼吸運動和肺通氣機能一、肺通氣的動力學(xué)二、肺通氣機能三、肺通氣機能的指標(biāo)一、肺通氣的動力學(xué)(一)呼吸運動概念：胸廓的節(jié)律性擴大和縮小。它是通過呼吸肌的舒縮活動來實現(xiàn)的，構(gòu)成肺的通氣動力。呼吸肌：主要吸氣?。弘跫『屠唛g外肌輔助吸氣肌：胸肌、斜方肌、胸鎖乳突肌和背闊肌等

呼氣?。豪唛g內(nèi)肌和腹壁肌1.平靜呼吸

2.用力呼吸

3.呼吸形式膈式呼吸或腹式呼吸（如屈體直角動作）；肋式或胸式呼吸（如雙杠或地上做倒立的動作）。1.平靜呼吸肺內(nèi)壓＞大氣壓，氣體經(jīng)呼吸道出肺胸廓容積縮小,肺被動縮小膈肌和肋間外肌舒張，肋骨和膈肌彈性回位，縮小胸廓上下、前后、左右徑肺內(nèi)壓＜大氣壓，氣體經(jīng)呼吸道入肺胸廓容積擴大，肺在胸膜腔負(fù)壓作用下被動擴張(因肺無主動擴縮的組織結(jié)構(gòu))

膈肌收縮使膈頂下移，增大胸廓的上下徑肋間外肌收縮使肋骨上提,擴大胸廓前后、左右徑

吸氣

呼氣2.用力呼吸

用力吸氣時，輔助吸氣肌也參加，胸廓容積進一步擴大。用力呼氣時，除吸氣肌舒張外，呼氣肌也參加（肋間內(nèi)肌+腹壁肌收縮），胸廓容積進一步縮小。平靜呼吸與用力呼吸特點：

①平靜呼吸時，吸氣是主動的，呼氣是被動的。

②用力呼吸時，吸氣和呼氣都是主動的。

③平靜呼吸時，肋間外肌所起的作用＜膈肌。

3.呼吸形式

胸式呼吸、腹式呼吸和混合式呼吸混合呼吸:正常成人腹式呼吸:嬰兒；雙杠或地上做倒立的動作

胸式呼吸:屈體直角動作造型

(二)肺內(nèi)壓平靜吸氣初:肺內(nèi)壓<大氣壓=2-3mmHg→氣入肺平靜呼氣初:肺內(nèi)壓>大氣壓=2-3mmHg→氣出肺用力呼吸時:肺內(nèi)壓的升降變化有所增加。如：緊閉聲門或口鼻，再用力做呼氣動作(憋氣)時，肺內(nèi)壓可高于大氣壓60-140mmHg。若此時做用力吸氣動作，肺內(nèi)壓可低至-30—-lOOmmHg。(三)胸內(nèi)壓概念：胸膜腔內(nèi)的壓力。胸膜位于肺表面的部分為胸膜臟層，位于胸壁內(nèi)表面的部分為胸膜壁層。這兩個部分延續(xù)相連，形成密閉的間隙，即胸膜腔。胸內(nèi)壓特點：胸內(nèi)壓在呼吸過程中始終低于大氣壓，為負(fù)壓。

平靜呼氣之末胸內(nèi)壓為與-5～-3mmHg，平靜吸氣之末胸內(nèi)壓為-l0～-5mmHg，用力吸氣時負(fù)壓可達-3OmmHg。胸內(nèi)負(fù)壓的形成原因：嬰兒出生后，胸廓和肺發(fā)育的速度不均衡，肺發(fā)育較慢，胸廓發(fā)育較快，胸廓容積大于肺。由于胸膜壁層和臟層的緊貼不分，即使在呼氣之末也是如此，因而肺始終處于被動牽拉狀態(tài)，肺本身是有彈性的組織，肺泡又有表面張力，這兩種因素使肺具有了回縮力。所以胸膜腔內(nèi)的壓力應(yīng)是肺的回縮力與反方向作用于胸膜腔的肺內(nèi)壓(或大氣壓)之和，即：胸內(nèi)壓=肺內(nèi)壓(或大氣壓)-肺回縮力

胸內(nèi)負(fù)壓的主要作用：①有利于肺泡進行氣體交換；②有利于靜脈血和淋巴液的回流。運動時采用深呼吸，能夠有效地促進肺泡氣的交換和有效地促進靜脈血的回心。

二、肺通氣機能(一)肺容量及其變化1.潮氣量每一呼吸周期中，吸入或呼出的氣量2.補吸氣量和深吸氣量

補吸氣量：平靜吸氣之后，再做最大吸氣時，增補吸入的氣量。

深吸氣量：補吸氣量+潮氣量。是衡量最大通氣潛力的一個重要指標(biāo)。3.補呼氣量平靜呼氣之后，再做最大呼氣時，增補呼出的氣量。

其大小反映了呼氣的貯備能力。4.肺活量概念：最大深吸氣后，再做最大呼氣時所呼出的氣量，稱為肺活量。正常值：男性約為3500ml，女性約為2500ml，運動鍛煉既能使人的肺活量水平提高，也能延緩肺活量的衰減，高水平的運動員肺活量可達7000ml之多。影響因素：性別、年齡、體表面積、胸廓大小、呼吸肌發(fā)達程度以及肺和胸壁的彈性等因素有關(guān)，而且有較大的個體差異。5.余氣量和功能余氣量余氣量：盡最大力呼氣之后，仍貯留于肺內(nèi)的氣量。正常男性為1500ml，女性為1000ml。老年人大于青壯年，男性高于女性。功能余氣量：平靜呼氣之后，存留于肺中的氣量。正常成年男性約為250Oml，女性約為2000ml。

6.肺總?cè)萘糠嗡苋菁{的最大氣量為肺總?cè)萘?，肺總?cè)萘渴欠位盍亢陀鄽饬恐汀?二)肺通氣量概念：單位時間內(nèi)吸入(或呼出)的氣量

=呼吸深度(潮氣量)*呼吸頻率安靜時：6-8L

劇烈運動時：80-15OL或更多(180-200L)(三)肺泡通氣量

指每分鐘吸入肺泡的實際能與血液進行氣體交換的有效通氣量。=(呼吸深度-生理無效腔)*呼吸頻率

三、肺通氣機能的指標(biāo)

(一)肺活量肺活量反映了肺一次通氣的最大能力，也是測定肺通氣功能簡單易行的指標(biāo)，應(yīng)用較普遍，常用于評定運動員的訓(xùn)練水平和開展國民體質(zhì)測定。

(二)連續(xù)肺活量連續(xù)地測五次肺活量，根據(jù)五次所測數(shù)值的變化趨勢，判斷呼吸肌的機能能力。

(三)時間肺活量在最大吸氣之后，以最快速度進行最大呼氣，記錄在一定時間內(nèi)所能呼出的氣量。第l秒：

83%肺活量最有意義第2秒：

96%肺活量第3秒：

99%肺活量時間肺活量是一個評價肺通氣功能較好的動態(tài)指標(biāo)，它不僅反映肺活量的大小，而且還能反映肺的彈性是否降低、氣道是否狹窄、呼吸阻力是否增加等情況。(四)最大通氣量以適宜的呼吸頻率和呼吸深度進行呼吸時所測得的每分通氣量，稱最大通氣量。一般只做15秒鐘通氣量的測定，并將所測得的值乘以4，即為每分最大通氣量。是衡量通氣功能的重要指標(biāo)，可用來評價受試者的通氣儲備能力。還可用通氣貯量的百分比來表示：返回第二節(jié)氣體交換和運輸

一、氣體交換

(一)氣體交換原理1.分壓和分壓差的概念分壓：在混合氣體的總壓力中，某種氣體所占有的壓力。

PO2=760*20.94%=159mmHgPCO2=760*O.04%=0.3mmHg

氣體的張力：當(dāng)氣體與液體表面接觸時，由于氣體分子的運動而溶解于液體內(nèi)，液體中氣體分子也能從液體逸出，這種溶于液體內(nèi)的氣體分子逸出的力。氣體的擴散或彌散：氣體從高分壓向低分壓流動的現(xiàn)象氣體的分壓差：某一氣體高分壓與低分壓之差2.人體不同部位氧和二氧化碳的分壓3.氣體擴散的速率單位時間內(nèi)氣體擴散的容積。4.氣體的肺擴散容量在lmmHg分壓差作用下，每分鐘通過呼吸膜擴散氣體的量。安靜時約為20-33ml/min.mmHg。(二)肺換氣和組織換氣換氣動力：分壓差

換氣方向：分壓高→分壓低換氣結(jié)果：肺靜脈血→動脈血組織動脈→靜脈血肺換氣組織換氣下一頁肺換氣過程下一頁組織換氣過程下一頁(三)影響換氣的因素1.氣體的分子量和溶解度

O2、CO2擴散速率（D）的比較分子量血漿溶解度肺泡氣動脈血靜脈血D

O23221.413.913.35.31CO244515.05.35.36.12

綜合考慮氣體的分子量、溶解度以及分壓差，CO2實際的擴散速度約為O2的2倍。2.呼吸膜正常呼吸膜非常薄，平均厚度不到1μm，通透性與面積極大(70-100m2)。安靜狀態(tài)時僅有40m2參與氣體交換故呼吸膜有相當(dāng)大的貯備面積3.通氣/血流比值指每分鐘肺泡通氣量(VA)和每分鐘肺毛細血管血流量(Qc)之比值，簡寫為VA/Qc。

安靜時：

VA/Qc比值(4200/5000)=0.84。

小于0.84，意味著通氣不足；

大于0.84，意味著通氣過剩，血流不足。4.局部器官血流量

二、氣體運輸運輸形式:

物理溶解:氣體直接溶解于血漿中

特征:①量小,起橋梁作用

②溶解量與分壓呈正比

化學(xué)結(jié)合:氣體與某些物質(zhì)進行化學(xué)結(jié)合。特征:量大,主要運輸形式。

物理溶解動態(tài)平衡化學(xué)結(jié)合

(一)氧運輸

物理溶解：(1.5%)

化學(xué)結(jié)合:(98.5%)Hb的氧容量：每100ml血液中Hb與O2結(jié)合的最大量(約19-20m1)Hb的氧含量：每lOOml血液中Hb實際與O2結(jié)合的量Hb的氧飽和度：Hb的氧含量所占Hb的氧容量的百分比

l.Hb與O2結(jié)合2.氧離曲線

表示PO2與Hb結(jié)合O2量關(guān)系或PO2與氧飽和度關(guān)系的曲線。氧離曲線反映了Hb與O2的結(jié)合量是隨PO2的高低而變化，這條曲線呈“S”。原因：1分子Hb含有4個Fe++，4個Fe++在與O2的結(jié)合過程中并非同時結(jié)合O2，而是逐一按四步進行，且相互間有協(xié)同效應(yīng)，即l個Fe++與O2結(jié)合后，由于Hb變構(gòu)效應(yīng)，其他Fe++更易與O2結(jié)合。反之，若HbO2中的l個O2釋放出來，其他幾個O2也更易放出。當(dāng)Hb的氧飽和度為75%時，每分子Hb中已有3個Fe++結(jié)合了O2，這時所剩下的l個Fe++與O2的親和力增加了125倍，故氧結(jié)合作用越加明顯；若飽和度在75%以下，說明氧結(jié)合的Fe++不足3個，親和力無明顯提高，相反氧解離作用越加明顯。因此，氧離曲線呈現(xiàn)特殊的“S”形。上段：PO2在60-lOOmmHg時，曲線坡度不大，形式平坦，即使PO2從1OOmmHg降至8OmmHg時，血氧飽和度僅從98%降至96%。

①高原(2.0KM的低氣壓),PO2↓明顯而Hb結(jié)合O2量變化不大；

②輕度呼衰病人肺泡氣PO2↓明顯而Hb結(jié)合O2量變化不大。對高原適應(yīng)或有輕度呼吸機能不全的人均有好處。下段上段有利人體的肺換氣。下段:PO2在6OmmHg以下時，曲線逐漸變陡，意味著PO2下降，使血氧飽和度明顯下降。PO2為40-lOmmHg時，曲線更陡，此時PO2稍有下降，血氧飽和度就大幅度下降。釋放出大量的O2保證組織換氣。對人體的組織換氣大為有利。下段上段影響因素：

PCO2↑、pH↓、體溫↑、紅細胞中糖酵解產(chǎn)物2,3-DPG(2,3-二磷酸甘油酸)↑，氧離曲線右移，從而使血液釋放出更多的O2。

CO2↓、pH值↑、體溫↓和2,3-DPG的↓，使Hb對O2的親和力提高，氧離曲線左移，從而使血液結(jié)合更多的O2。

3.氧儲備

在正常情況下，O2除維持體內(nèi)的代謝消耗外，還儲存在體內(nèi)一小部分待用，儲存在血液和肺中的O2約有1300-2300ml，儲存在肌紅蛋白中的O2約有240-500ml。4.氧利用率

安靜時：氧利用率為[(20-15)/20]*100%=25%劇烈活動時：肌肉的氧利用率可達

(13/20)*100%=65%5.氧脈搏概念：心臟每次搏動輸出的血量所攝取的氧量，稱為氧脈搏，可以用每分?jǐn)z氧量除以每分心率計算。意義：氧脈搏越高，說明心肺功能好、效率高。據(jù)研究，氧脈搏在心率為130-140次/分時，最高值為11-17ml，心率過快時則有下降趨勢。但目前也有運動員在從事劇烈活動時，氧脈搏值可高達23ml。氧脈搏可作為判定心肺功能的綜合指標(biāo)。(二)二氧化碳運輸

物理溶解：

6％化學(xué)結(jié)合：94％碳酸氫鹽的形式(NaHCO3，KHCO3):87%

氨基甲酸血紅蛋白的形式(HbNHCOOH):7%1.碳酸氫鹽形式的運輸占87%

CO2＋H2O①反應(yīng)速極快且可逆，反應(yīng)方向取決PCO2差

②RBC膜上有Cl-和HCO3-特異轉(zhuǎn)運載體

Cl-轉(zhuǎn)移維持電平衡,促進CO2化學(xué)結(jié)合的運輸

③需酶催化:碳酸酐酶加速反應(yīng)0.5萬倍,雙向作用

④在RBC內(nèi)反應(yīng),在血漿內(nèi)運輸。碳酸酐酶H2CO3HCO3-＋H+2．氨基甲酸血紅蛋白形式的運輸7%

HbNH2+H++CO2①反應(yīng)迅速且可逆，無需酶催化；

②CO2與Hb的結(jié)合較為松散；

③反應(yīng)方向主要受氧合作用的調(diào)節(jié):

HbO2的酸性高,難與CO2結(jié)合,反應(yīng)向左進行

HHb的酸性低,易與CO2結(jié)合,反應(yīng)向右進行

④雖不是主要運輸形式,卻是高效率運輸形式，因肺部排出的CO2有20％是此釋放的。

⑤帶滿O2的Hb仍可帶CO2。在組織在肺臟HHbNHCOOH＋O2(三)呼吸與酸堿平衡血液在運輸CO2過程中，形成了H2CO3與NaHCO3，二者是血液中的重要緩沖物質(zhì)，通常H2CO3/NaHCO3的比值為1/20。當(dāng)代謝產(chǎn)物中有大量酸性物質(zhì)時，它們與HCO3作用，生成H2CO3，后者分解為CO2和H2O，使血中PCO2上升，導(dǎo)致呼吸運動加強，CO2排出量增加，因而血漿中pH值的變化不大；當(dāng)體內(nèi)堿性物質(zhì)增多時，與H2CO3作用使血中NaHCO3等鹽濃度的增高，于是H2CO3濃度和PCO2降低，導(dǎo)致呼吸減弱，呼吸的減弱又使H2CO3濃度逐漸回升，維持了其與NaHCO3的正常比值，因此對血漿PH值的影響也較小。返回第三節(jié)呼吸運動的調(diào)節(jié)

一、調(diào)節(jié)呼吸運動的神經(jīng)調(diào)節(jié)

(一)呼吸運動的神經(jīng)支配節(jié)律性呼吸是由延髓和腦橋通過膈神經(jīng)和肋間神經(jīng)進行調(diào)節(jié)的。

(二)呼吸中樞動物實驗證明，調(diào)節(jié)呼吸運動的主要中樞在延髓和腦橋。二、呼吸運動的反射性調(diào)節(jié)

(一)肺牽張反射概念：由肺擴張或縮小引起吸氣抑制或興奮的反射，稱為肺牽張反射感受器分布：在支氣管及細支氣管的平滑肌內(nèi)。運動時發(fā)生的肺牽張反射，對呼吸頻率和深度的調(diào)節(jié)更具有重要意義。(二)呼吸肌的本體感受性反射呼吸肌本體感受器傳入沖動所引起的反射性呼吸變化。

(三)防御性呼吸反射

如咳嗽反射、噴嚏反射等。

(四)呼吸節(jié)律的形成其機制，迄今比較公認(rèn)的是“局部神經(jīng)元回路反饋控制”假說。呼吸節(jié)律形成機制簡化模式圖

+:表示興奮-:表示抑制三、化學(xué)因素對呼吸的調(diào)節(jié)(一)化學(xué)感受器化學(xué)感受器是指其能接受化學(xué)物質(zhì)刺激的感受器。

1.外周化學(xué)感受器

位于頸內(nèi)外動脈分叉處的頸動脈體和主動脈弓血管壁外的主動脈體。適宜刺激：對PO2↓、PCO2↑、[H+]↑高度敏感(對PO2↓敏感，對O2含量↓不敏感)，且三者對化學(xué)感受器的刺激有相互增強的現(xiàn)象。

2.中樞化學(xué)感受器位置：延髓腹外側(cè)的淺表部位適宜刺激：對H+高度敏感，不感受缺O(jiān)2的刺激。因H+不易透過血-腦屏障，但CO2易透過血-腦屏障進入腦脊液:CO2＋H2O→H2CO3→H+＋HCO3-發(fā)揮刺激作用。由于血液中H+不易通過血腦屏障，故血液pH值的變化對中樞化學(xué)感受器直接作用不大。中樞化學(xué)感受器也不感受O2變化的刺激。(二)CO2、H+和O2對呼吸的影響

l.CO2對呼吸的調(diào)節(jié)CO2對呼吸有很強的刺激作用，它是維持正常呼吸的最重要生理性刺激。

↑1％時→呼吸開始加深；ＰCO2↑↑4％時→呼吸加深加快,肺通氣量↑1倍以上;↑6％時→肺通氣量可增大6-7倍;↑7％以上→呼吸減弱=CO2麻醉。ＰCO2↓→呼吸減慢（過度通氣后可發(fā)生呼吸暫）。機制：呼吸加深加快延髓呼吸中樞+外周化學(xué)感受器+中樞化學(xué)感受器+CO2透過血腦屏障進入腦脊液:CO2＋H2O→H2CO3→H+＋HCO3-ＰCO2↑2.H+對呼吸的調(diào)節(jié)

[H+]↑→呼吸加強

[H+]↓→呼吸抑制機制:類似CO2

特點：血液[H+]增加時，是以刺激外周化學(xué)感受器為主。3.低氧對呼吸的調(diào)節(jié)、缺氧對呼吸中樞的直接作用是抑制,并與缺氧程度呈正相關(guān):輕度缺氧時:通過外周化學(xué)感受器的傳入沖動興奮呼吸中樞的作用,能對抗缺氧對中樞的直接抑制作用，表現(xiàn)為呼吸增強。嚴(yán)重缺氧時:來自外周化學(xué)感受器的傳入沖動，對抗不了缺氧對呼吸中樞的抑制作用，因而可使呼吸減弱，甚至停止。當(dāng)只改變一個因素時，三者引起的肺通氣反應(yīng)的程度基本接近4.PCO2、H+和PO2三個因素在調(diào)節(jié)呼吸中的相互作用

PCO2升高時，[H+]也隨之升高，兩者的作用總和起來，使肺通氣較單獨PCO2升高時為大；

[H+]增加時，因肺通氣增大排出更多CO2,PCO2下降，抵消了一部分H+的刺激作用。

另外CO2含量的下降，也使[H+]有所降低。這兩者均使肺通氣的增加較單獨[H+]升高時為小；PO2下降時，也因肺通氣量增加，呼出較多的CO2，使PCO2和[H+]下降，而減弱了低氧的刺激作用。

返回第四節(jié)運動對呼吸機能的影響

一、運動時通氣機能的變化運動時隨著強度的增大，機體為適應(yīng)代謝的需求，需要消耗更多的O2和排出更多的CO2，為此，通氣機能將發(fā)生相應(yīng)的變化。具體表現(xiàn)：呼吸加深加快，肺通氣量增加。潮氣量可從安靜時的500ml上升到2000ml以上，呼吸頻率隨運動強度而增加，可由每分鐘12-18次增加到每分鐘40-60次。結(jié)合潮氣量與呼吸頻率的變化，運動時的每分通氣量可從安靜時的每分鐘6-8L增加到80-150L，較安靜時可增大10-12倍不同強度運動肘，潮氣量和呼吸頻率的變化

運動過程中肺通氣量的時相性變化：

運動開始后，通氣量立即快速上升，隨后在前一時相升高的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)持續(xù)的緩慢的上升；運動結(jié)束時，肺通氣量同樣是先出現(xiàn)快速下降，隨后緩慢地恢復(fù)到安靜時的水平?？鞎r相：通氣量迅速升、降的時相慢時相：緩慢升、降的時相中等強度運動：主要是靠呼吸深度的增加劇烈運動：主要是靠呼吸頻率的增多二、運動時換氣機能的變化

1.肺換氣的具體變化為：①人體各器官組織代謝的加強，使流向肺部的靜脈血中PO2比安靜時低，從而使呼吸膜兩側(cè)的PO2差增大，O2在肺部的擴散速率增大；②血液中兒茶酚胺含量增多，導(dǎo)致呼吸細支氣管擴張，使通氣肺泡的數(shù)量增多；③肺泡毛細血管前括約肌擴張，開放的肺毛細血管增多，從而使呼吸膜的表面積增大；④右心室泵血量的增加也使肺血量增多，使得通氣血流比值仍維持在0.84左右。2.組織換氣的具體變化為：①由于活動的肌肉組織需利用較多的O2來氧化能量物質(zhì)以重新合成ATP，所以活動的肌肉組織耗氧量增加，組織的PO2下降迅速，使組織和血液間的PO2差增大，O2在肌肉組織部位的擴散速率增大；②活動組只毛細血管開放數(shù)量增多，增大了組織血流量，增大了氣體交換的面積；③組織中由CO2積累PCO2的升高和局部溫度的升高使氧離曲線發(fā)生右移，促使HbO2解離進一步加強。運動時組織的這些變化，促使肌肉的氧利用率的提高，肌肉的代謝率可較安靜時增高達100倍。三、運動時呼吸的調(diào)節(jié)

運動時肺通氣的多因素調(diào)節(jié)

(一)神經(jīng)調(diào)節(jié)1.條件反射的影響2.大腦皮質(zhì)運動中樞的影響3.本體感受性反射的影響(二)體液調(diào)節(jié)

1.CO2增加對呼吸的影響2.缺氧對呼吸的影響3.[H+]增加對呼吸的影響四、運動時合理呼吸

(一)減小呼吸道阻力在劇烈運動時，為減少呼吸道阻力，人們常采用以口代鼻，或口鼻并用的呼吸。其利有三：①減少肺通氣阻力，增加通氣；②