第七章 呼吸与运动

第一节 呼吸运动和肺通气机能 第二节 气体交换和运输 第三节 呼吸运动的调节 第四节 运动对呼吸机能的影响

概 述 呼吸：人体与外界环境之间进行的气体交换过程。 呼吸全过程： 概 述 呼吸：人体与外界环境之间进行的气体交换过程。 呼吸全过程：

呼吸三个环节： 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 外呼吸 气体运输 内呼吸

呼吸系统包括了呼吸道和肺泡。 呼吸道：分上、下两部分，上呼吸道由鼻、咽、喉组成，下呼吸道由气管及各级支气管组成。呼吸道有加温、润湿和净化空气的功能，有通过调节支气管平滑肌的舒缩来改变呼吸道的口径进而影响气流阻力的功能，但呼吸道不具备气体交换的功能。 肺泡：人体左右肺共有6-7亿个，总面积约为70-100平方米。从由单层上皮细胞构成的肺泡膜到肺毛细血管壁，是气体交换必须穿越的结构，该结构称作呼吸膜，呼吸膜共有六层结构，其厚度仅为l从μm，厚度越薄，气体的通透性越强。

呼吸运动和肺通气机能

一、肺通气的动力学 (一)呼吸运动 概念：胸廓的节律性扩大和缩小。它是通过呼吸肌的舒缩活动来实现的，构成肺的通气动力。 呼吸肌： 主要吸气肌：膈肌和肋间外肌 辅助吸气肌：胸肌、斜方肌、胸锁乳突肌和背阔肌等 呼气肌：肋间内肌和腹壁肌

1.平静呼吸 2.用力呼吸 3.呼吸形式 膈式呼吸或腹式呼吸（如屈体直角动作） ； 肋式或胸式呼吸（如双杠或地上做倒立的动作 ）。

肋间外肌收缩使肋骨上提,扩大胸廓前后、左右径 1.平静呼吸 膈肌和肋间外肌舒张， 肋骨和膈肌弹性回位， 缩小胸廓 上下、前后、左右径 膈肌收缩使膈顶下移， 增大胸廓的上下径 肋间外肌收缩使肋骨上提,扩大胸廓前后、左右径 胸廓容积缩小, 肺被动缩小 胸廓容积扩大， 肺在胸膜腔负压作用下被动扩张 (因肺无主动扩缩的组织结构) 肺内压＞大气压， 气体经呼吸道出肺 肺内压＜大气压， 气体经呼吸道入肺 呼 气 吸 气

2.用力呼吸 用力吸气时，辅助吸气肌也参加，胸廓容积进一步扩大。 用力呼气时，除吸气肌舒张外，呼气肌也参加（肋间内肌+腹壁肌收缩），胸廓容积进一步缩小。 平静呼吸与用力呼吸特点： ①平静呼吸时，吸气是主动的，呼气是被动的。 ②用力呼吸时，吸气和呼气都是主动的。 ③平静呼吸时，肋间外肌所起的作用＜膈肌。

3.呼吸形式 分类：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:婴儿；双杠或地上做倒立的动作 胸式呼吸:屈体直角动作造型

(二)肺内压(肺泡内的压力) 平静吸气初:肺内压 < 大气压=2-3mmHg →气入肺 用力呼吸时:肺内压的升降变化有所增加。 如：紧闭声门或口鼻，再用力做呼气动作(憋气)时，肺内压可高于大气压60-140mmHg。若此时做用力吸气动作，肺内压可低至-30—-lOOmmHg。

(三)胸内压 概念：胸膜腔内的压力。 胸膜位于肺表面的部分为胸膜脏层，位于胸壁内表面的部分为胸膜壁层。这两个部分延续相连，形成密闭的间隙，即胸膜腔。

胸内压特点： 胸内压在呼吸过程中始终低于大气压，为负压。 平静呼气之末胸内压为与-5 ～ -3mmHg， 平静吸气之末胸内压为-l0 ～ -5mmHg， 用力吸气时负压可达-3OmmHg。

胸内负压的形成原因： 婴儿出生后，胸廓和肺发育的速度不均衡，肺发育较慢，胸廓发育较快，胸廓容积大于肺。由于胸膜壁层和脏层的紧贴不分，即使在呼气之末也是如此，因而肺始终处于被动牵拉状态，肺本身是有弹性的组织，肺泡又有表面张力，这两种因素使肺具有了回缩力。所以胸膜腔内的压力应是肺的回缩力与反方向作用于胸膜腔的肺内压(或大气压)之和，即：胸内压=肺内压(或大气压)-肺回缩力

胸内负压的主要作用： ①有利于肺泡进行气体交换； ②有利于静脉血和淋巴液的回流。 运动时采用深呼吸，能够有效地促进肺泡气的交换和有效地促进静脉血的回心。

二、肺通气机能 (一)肺容量及其变化

1.潮气量 每一呼吸周期中，吸入或呼出的气量。 2.补吸气量和深吸气量 补吸气量：平静吸气之后，再做最大吸气时，增补吸入的气量。 深吸气量：补吸气量+潮气量。是衡量最大通气潜力的一个重要指标 。 3.补呼气量 平静呼气之后，再做最大呼气时，增补呼出的气量。 其大小反映了呼气的贮备能力。

影响因素：性别、年龄、体表面积、胸廓大小、呼吸肌发达程度以及肺和胸壁的弹性等因素有关，而且有较大的个体差异。 4.肺活量 概念：最大深吸气后，再做最大呼气时所呼出的气量，称为肺活量。 正常值：男性约为3500ml，女性约为2500ml，运动锻炼既能使人的肺活量水平提高，也能延缓肺活量的衰减，高水平的运动员肺活量可达7000ml之多。 影响因素：性别、年龄、体表面积、胸廓大小、呼吸肌发达程度以及肺和胸壁的弹性等因素有关，而且有较大的个体差异。

5.余气量和功能余气量 余气量：尽最大力呼气之后，仍贮留于肺内的气量。正常男性为1500ml，女性为1000ml。老年人大于青壮年，男性高于女性。 功能余气量：平静呼气之后，存留于肺中的气量。正常成年男性约为250Oml，女性约为2000ml。 6.肺总容量 肺所能容纳的最大气量为肺总容量，肺总容量是肺活量和余气量之和。

(二)肺通气量 概念：单位时间内吸入(或呼出)的气量。 =呼吸深度(潮气量)*呼吸频率 安静时：6-8L 剧烈运动时：80-15OL或更多(180-200L) (三)肺泡通气量 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。 =(呼吸深度-生理无效腔)*呼吸频率

三、肺通气机能的指标 (一)肺活量 肺活量反映了肺一次通气的最大能力，也是测定肺通气功能简单易行的指标，应用较普遍，常用于评定运动员的训练水平和开展国民体质测定。 (二)连续肺活量 连续地测五次肺活量，根据五次所测数值的变化趋势，判断呼吸肌的机能能力。

(三)时间肺活量 在最大吸气之后，以最快速度进行最大呼气，记录在一定时间内所能呼出的气量。 第l秒： 83%肺活量 最有意义 第2秒： 96%肺活量 第3秒： 99%肺活量 时间肺活量是一个评价肺通气功能较好的动态指标，它不仅反映肺活量的大小，而且还能反映肺的弹性是否降低、气道是否狭窄、呼吸阻力是否增加等情况。

(四)最大通气量 概念：以适宜的呼吸频率和呼吸深度进行呼吸时所测得的每分通气量，称最大通气量。 一般只做15秒钟通气量的测定，并将所测得的值乘以4，即为每分最大通气量。是衡量通气功能的重要指标，可用来评价受试者的通气储备能力。还可用通气贮量的百分比来表示：

气体交换和运输

一、气体交换 (一)气体交换原理 1.分压和分压差的概念 分压：在混合气体的总压力中，某种气体所占有的压力。 PO2=760*20.94%=159mmHg PCO2=760*O.04%=0.3mmHg 气体的张力：当气体与液体表面接触时，由于气体分子的运动而溶解于液体内，液体中气体分子也能从液体逸出，这种溶于液体内的气体分子逸出的力。 气体的扩散或弥散：气体从高分压向低分压流动的现象。 气体的分压差：某一气体高分压与低分压之差。

2.人体不同部位氧和二氧化碳的分压

3.气体扩散的速率 单位时间内气体扩散的容积。 4.气体的肺扩散容量 在lmmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散气体的量 。安静时约为20-33ml/min.mmHg。

(二)肺换气和组织换气 换气动力：分压差 换气方向： 分压高→分压低 换气结果： 肺静脉血→动脉血 组织动脉→静脉血

综合考虑气体的分子量、溶解度以及分压差， CO2实际的扩散速度约为O2的2倍。 (三)影响换气的因素 1.气体的分子量和溶解度 O2、CO2扩散速率（D）的比较 分子量 血浆溶解度 肺泡气 动脉血 静脉血 D O2 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1 CO2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2 综合考虑气体的分子量、溶解度以及分压差， CO2实际的扩散速度约为O2的2倍。

2.呼吸膜 正常呼吸膜非常薄，平均厚度不到1μm，通透性与面积极大(70-100m2)。 安静状态时仅有40m2参与气体交换 故呼吸膜有相当大的贮备面积

3.通气/血流比值 4.局部器官血流量 指每分钟肺泡通气量(VA)和每分钟肺毛细血管血流量(Qc)之比值，简写为VA/Qc。 小于0.84，意味着通气不足； 大于0.84，意味着通气过剩，血流不足 。 4.局部器官血流量

二、气体运输 运输形式: 物理溶解:气体直接溶解于血浆中 特征: ①量小,起桥梁作用 ②溶解量与分压呈正比 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。 动态平衡 化学结合 物理溶解

Hb的氧容量：每100ml血液中Hb与O2结合的最大量(约19-20m1) (一)氧运输 物理溶解：(1.5%) 化学结合:(98.5%) Hb的氧容量：每100ml血液中Hb与O2结合的最大量(约19-20m1) Hb的氧含量：每lOOml血液中Hb实际与O2结合的量 Hb的氧饱和度：Hb的氧含量所占Hb的氧容量的百分比

l.Hb与O2结合

2.氧离曲线 表示PO2与Hb结合O2量关系或PO2与氧饱和度关系的曲线。 氧离曲线反映了Hb与O2的结合量是随PO2的高低而变化，这条曲线呈“S”。

原因：1分子Hb含有4个Fe++，4个Fe++在与O2的结合过程中并非同时结合O2，而是逐一按四步进行，且相互间有协同效应，即l个Fe++与O2结合后，由于Hb变构效应，其他Fe++更易与O2结合。反之，若HbO2中的l个O2释放出来，其他几个O2也更易放出。 当Hb的氧饱和度为75%时，每分子Hb中已有3个Fe++结合了O2，这时所剩下的l个Fe++与O2的亲和力增加了125倍，故氧结合作用越加明显；若饱和度在75%以下，说明氧结合的Fe++不足3个，亲和力无明显提高，相反氧解离作用越加明显。因此，氧离曲线呈现特殊的“S”形。

上段：PO2在60-lOOmmHg时，曲线坡度不大，形式平坦，即使PO2从1OOmmHg降至8OmmHg时，血氧饱和度仅从98%降至96%。 ①高原(2.0KM的低气压),PO2↓明显而Hb结合O2量变化不大； ②轻度呼衰病人肺泡气PO2↓明显而Hb结合O2量变化不大。 对高原适应或有轻度呼吸机能不全的人均有好处。 下段 上段

下段:PO2在6OmmHg以下时，曲线逐渐变陡，意味着PO2下降，使血氧饱和度明显下降。 PO2为40-lOmmHg时，曲线更陡，此时PO2稍有下降，血氧饱和度就大幅度下降。释放出大量的O2保证组织换气。 对人体的组织换气大为有利。

影响因素： PCO2↑、pH↓、体温↑、红细胞中糖酵解产物2,3-DPG(2,3-二磷酸甘油酸)↑，氧离曲线右移，从而使血液释放出更多的O2。 CO2↓、pH值↑、体温↓和2,3-DPG的↓，使Hb对O2的亲和力提高，氧离曲线左移，从而使血液结合更多的O2。

3.氧储备 在正常情况下，O2除维持体内的代谢消耗外，还储存在体内一小部分待用，储存在血液和肺中的O2约有1300-2300ml，储存在肌红蛋白中的O2约有240-500ml。 4.氧利用率 安静时：氧利用率为[(20-15)/20]*100%=25% 剧烈活动时：肌肉的氧利用率可达 (13/20)*100%=65%

5.氧脉搏 概念：心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，称为氧脉搏，可以用每分摄氧量除以每分心率计算。 意义：氧脉搏越高，说明心肺功能好、效率高。据研究，氧脉搏在心率为130-140次/分时，最高值为11-17ml，心率过快时则有下降趋势。但目前也有运动员在从事剧烈活动时，氧脉搏值可高达23ml。氧脉搏可作为判定心肺功能的综合指标。

碳酸氢盐的形式(NaHCO3，KHCO3):87% 氨基甲酸血红蛋白的形式(HbNHCOOH):7% (二)二氧化碳运输 物理溶解： 6％ 化学结合：94％ 碳酸氢盐的形式(NaHCO3，KHCO3):87% 氨基甲酸血红蛋白的形式(HbNHCOOH):7%

1.碳酸氢盐形式的运输 占87% H2CO3 HCO3-＋H+ CO2＋H2O ①反应速极快且可逆，反应方向取决PCO2差 碳酸酐酶 1.碳酸氢盐形式的运输 占87% 碳酸酐酶 H2CO3 HCO3-＋H+ CO2＋H2O ①反应速极快且可逆，反应方向取决PCO2差 ②RBC膜上有Cl-和HCO3-特异转运载体 Cl-转移维持电平衡,促进CO2化学结合的运输 ③需酶催化:碳酸酐酶加速反应0.5万倍,双向作用 ④在RBC内反应, 在血浆内运输。

2．氨基甲酸血红蛋白形式的运输 7% HbNH2+H++CO2 HHbNHCOOH＋O2 在组织 在肺脏 ①反应迅速且可逆，无需酶催化； 2．氨基甲酸血红蛋白形式的运输 7% 在组织 在肺脏 HHbNHCOOH＋O2 HbNH2+H++CO2 ①反应迅速且可逆，无需酶催化； ②CO2与Hb的结合较为松散； ③反应方向主要受氧合作用的调节: HbO2的酸性高,难与CO2结合,反应向左进行 HHb的酸性低,易与CO2结合,反应向右进行 ④虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式， 因肺部排出的CO2有20％是此释放的。 ⑤带满O2的Hb仍可带CO2。

(三)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。