运动生理学---第四章呼吸机能

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，O2所占百分比为21%， 则PO2＝101.31×21%＝21.19kPa
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 运动时高于安静时约2.6倍 剧烈运动时氧利用率可提高3倍以上
PCO2 0.3
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
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130~140/min时：11~17mL；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（NaHCO3,KHCO3,占87%）
氨基甲酸血红蛋白形式（HbNHCOOH,占7%）
10% ↑×8~10
40%
头昏、头痛
呼吸中枢麻痹、呼吸抑制
缺氧对呼吸的调节
中枢 少量缺氧 外周化 学感受 器耐受 中枢
严重缺氧 抑制↑
呼吸中枢兴奋 呼吸反射性加强
兴奋↑↑
抑制↑ ↑
外周化 学感受 器耐受
呼吸中枢抑制 呼吸反射性抑制
兴奋↑
CO2 、 O2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
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
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400~600mL。 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：1500~2200mL。 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：900~1200mL。 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。
胸内压
微量液体 胸膜脏层 胸膜壁层
肺
胸壁
胸膜腔
肺内压
肺弹性回缩力 胸膜脏层

胸内压＝肺内压－肺弹性回缩力
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

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 吸气中枢 呼气中枢 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
血红蛋白与氧的可逆结合
肺
Hb
＋
O2
组织
HbO2

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
氧离曲线
氧离曲线上段
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Fe2+ 第一个Fe2+与O2结合后→珠蛋白肽链分子构型 改变→第二个Fe2+与O2更易结合（亲和力↑）≡ Fe2+与O2解离能力↓→········→第四个Fe2+与 O2亲和力↑↑125倍 饱和度＜75%，即O2结合的Fe2+不足3个，亲 和力较弱，氧离作用叫明显，曲线较陡

（二） CO2 、 O2和H+对呼吸的影响
CO2
H2O ＋ CO2
H＋
血脑屏障
O2↓
化学敏感区
通过中枢化学感受器调节
颈动脉体
舌咽神经分支 窦神经
PO2、PCO2、H＋ 浓度变化
主动脉神经 （迷走神经内）
主动脉体
通过外周化学感受器调节
二氧化碳对呼吸影响的表现
CO2浓度 肺通气量 其它表现
1% ↑ 4% ↑×2

延髓（呼吸基本中枢）


大脑皮质


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%）
NaHCO3
呼吸与酸碱平衡
血液在运输二氧化碳的过程中，形成 H2CO3／NaHCO3缓冲对，其比值为 1/20。可通过分解或合成H2CO3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
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
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 VEmax ）
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
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 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

呼气


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 肋间内肌、腹壁肌参与收缩→胸腔容积↓↓ →呼气量 ↑ 主动过程
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：500mL×12~18/min＝6~8L 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。