运动生理学9

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第九章 酸碱平衡
本章提要:
学习目标:
酸碱平衡:机体通过血液缓冲系统、肺、肾来调节体内酸性 和碱性物质的含量及比例,维持体液pH值恒定的作用。 第一节 酸碱物质的来源 一、酸、碱与pH值
二、体内酸性物质的来源 1、碳酸:
2、固定酸: 三、体内碱性物质的来源:食物当中。
•正常人血浆的pH值约为7.35-7.45,平均值为7.4。人体生命 活动所能耐受的最大pH值变化范围为6.9-7.8。
有效滤过面积:约为1.5m2 以上。
肾血流量:单位时间内流经肾小球毛细血管的血浆量。 约为600-700ml/min。
肾小球滤过率是相对稳定的。但在进行剧烈运动、 重体力劳动或在高温环境下活动,导致机体产生了血液 的重新分配,使肾血流量大为下降;严重缺氧或二氧化 碳浓度增加或交感神经紧张性增加时,都会引起肾血流 量显著减少,而引起肾小球滤过率下降,滤液减少,尿 液也会减少。
入球端
出球端
有效滤过压
=6.0 –(2.67+1.33)
=2.0kPa(15mmHg)
>0有滤液生成
说明原尿主要在入球 端形成。
有效滤过压 =6.0 –(4.67+1.33) = 0kPa(0mmHg)
≤0无滤液生成
滤过膜的通透性和滤过面积
滤 过 膜 结 构 示 意 图
滤过膜的通透性:滤过膜的通透性约比身体其他部位的毛细血管管壁 的通透性大25倍,而且滤过膜的通透性比较稳定,血液中血细胞、球 蛋白、纤维蛋白原等大分子物质不能通过外,各种无机盐、小分子有 机物以及相对分子质量较小的白蛋白等均可通过滤过膜。
H2O+CO2
H2CO3
HCO3- + H+ Na+
ATPase
肾小管磷酸盐化示意图
HPO42-
H+ +HPO42Na+
H2PO4-
4、排出多余的碱
正常情况下,血浆中的NaHCO3约为22~27mmol/L 血液。若其浓度在13~21mmol/L血液时,原尿中的 NaHCO3全部重新吸收;若超过28mmol/L血液时,则重 吸收减少,排出多余的NaHCO3,维持血浆 NaHCO3的正 常含量。
(一)血浆缓冲体系 NaHCO3/H2CO3;蛋白质钠盐/蛋白质 ;Na2HPO4/NaH2PO4 。 (二)红细胞缓冲体系:
KHCO3/H2CO3;血红蛋白钾盐/血红蛋白; 氧合血红蛋白钾盐/氧合血红蛋白; K2HPO4/KH2PO4。 三、肺对酸碱平衡的调节作用
肺通过CO2排出量的增减,控制体内H2CO3浓度,以维持
②NH3扩散的量决定于管腔液与管周液的pH值:管腔液pH值较低时,NH3 较易扩散。
③正常时NH3只在远曲小管和集合管分泌;酸中毒时,近曲小管也分泌。
NH3的分泌
⑴机制:单纯扩散 小管上皮细胞内
谷氨酰氨
脱氢酶 脱氨
NH3(氨)
单纯扩散 脂溶性
肾小管腔:NH3+H+
NH4++Cl-→NH4Cl
3、磷酸盐酸化
呼吸性酸中毒或呼吸性碱中毒:因H2CO3原发性增多或减少引起的酸碱紊乱。 代谢性酸中毒或代谢性碱中毒:因NaHCO3原发性增多或减少引起的酸碱紊乱。
人体运动时,尤其是超大强度剧烈运动时,由于糖酵解过 程等加强,乳酸等酸性代谢产物增多,此时可造成肌细胞内的 pH值由安静时的7.0左右下降到6.3-6.4之间,动脉血液pH值由 安静时的7.4下降近7.0。但运动引起的机体体液pH值变化是暂 时性的,是运动肌酸性代谢产物的产生率与体内调节机制暂时 失衡造成的,不属于临床医学中的代谢性酸中毒范畴。
CO2在血浆中主要以HCO3-的形式存在,代表体内中和固 定酸的碱量,故一般将血液中NaHCO3/HCO3-称为碱储备。
CO2CP下降,表示机体发生了代谢性酸中毒或呼吸性碱 中毒;CO2CP上升,表示机体发生了代谢性碱中毒或呼吸性 酸中毒; (三)CO2分压
CO2分压正常值:男性4.7~6.4千帕,女性4.3~6.0千帕。 代谢性酸中毒或碱中毒时,血液中Pco2无明显变化;然而当呼 吸障碍, CO2大量潴留,引起呼吸性酸中毒时,则Pco2>6.4千 帕;反之,呼吸深而快时,易造成过度呼吸,CO2排出过多,出现 呼吸性碱中毒,Pco2<4.3千帕。故Pco2是反映酸碱平衡紊乱中 呼吸因素的重要指标。
球管平衡:不论肾小球滤过率增加或减少,滤液的重吸收率始终占肾 小球滤过率的65%-70%左右的现象。
其意义在于:尿量不会因肾小球滤过率的改变而有大幅度的改变。从 而达到保持体内钠贮量和体液内环境稳定有着重大作用。
3、肾小管和集合管的分泌与排泄作用:
分泌:肾小管管腔上皮细胞通过新陈代谢,将所产生 的物质进入到管腔滤液中的过程。 排泄:肾小管管腔上皮细胞将血液中的某些物质直接排入到滤 液中的过程。
血浆、原尿和终尿成分比较(g/L)
在滤液中的葡萄糖全部被重吸收到血液中;滤液中的水分和电解 质也大部分被重吸收;尿素等代谢尾产物仅仅小部分被重吸收;肌 酐则完全不被重吸收。所以,肾脏的重吸收是一种选择性重吸收。
不同部位的重吸收能力: 近球小管:重吸收主要部位,60%-70%的滤液在此部位被重吸收; 髓袢:重吸收率为10%; 远球小管:重吸收率为10%; 集合管:重吸收率为20%; 肾糖阈:不出现糖尿现象的最高血糖浓度。一般血糖浓度为8.889.99mmol/L;或为160-180mg/dl。
肾脏的保酸排碱活动受体液PCO2、H+、 电解质和激素水平(如醛固酮)等多种因 素的调控。运动时,机体酸碱平衡变化较 大且多在瞬间进行,而在上述肾脏功能的 调节作用的启动往往在数小时以后,甚至 在1天后才较明显,因此不是运动时机体酸 碱平衡调节的主要途经。
(二)肾脏在维持机体水平衡中的作用
肾保持水平衡的作用非常强。水利尿:大量饮水时,尿量增加,可 达2000ml/d。机体缺水时,尿量减少,仅有350-400ml/d。
1、运动强度大或负荷量大,则蛋白尿的阳性率高,容易出现运动性蛋白尿。 2、机体对负荷量的适应能力:适应能力强,则不容易出现运动性蛋白尿;
反之则容易出现运动性蛋白尿。 3、反映训练水平:训练水平高的运动员在完成相近负荷时,尿蛋白量较少; 在训练水平提高后,尿蛋白量减少。这是一个较为灵敏的指标,但存在着 个体差异。 4、与运动项目的关系:P217
H+的分泌
=相泌关H+助碱贮(∵泌H+→促HCO3-重吸收→排酸保碱)。
②泌H+与泌K+呈负相关(∵竞争抑制)。
③泌H+是有限度的:当小管液pH值<4.5时,泌H+则
停止。
2、分泌NH3 NH3分泌特点:
①泌NH3与泌H+呈正相关:即泌NH3促进H+-Na+交换,促进排酸保碱,调 节机体酸碱平衡。
2、肾小管与集合管的重吸收 重吸收:滤液中的成份经过肾小管上皮细胞重新回到血 液中的过程。
重吸收示意图
●重吸收的方式
被动:
渗透作用 易化扩散
主动:
(原发主动、 继发主动)
泵 协同转运
渗透作用 渗透作用
滤液量24小时为180L,而排出的尿液为1.5-2L,有99%的滤液被 重吸收回到血液中去。
血液
肾小球滤过 原尿(滤液) 肾小管和集合管选择性重吸收 分泌与排泄 终尿 排出体外
(二)肾脏在维持机体酸碱平衡中的作用
1. 分泌H+,回收Na+
H+的分泌
⑴H+分泌机制: 是主动分泌。
∵①Na+-H+交换 ②H+泵
NH N4↑+H3 H+
+
H+泵
⑵H+分泌特点:
① 泌 H+ 与 重 吸 收
HCO3- 、 Na+ 呈 正
机制:
1、尿浓缩现象—尿量减少。
缺 水
下丘脑
释放
+
抗利尿激素 (ADH)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
肾小管和集合管上皮细胞对水 的通透性增加
重吸收增加,尿浓缩
尿量减少
2、尿量增多-利尿作用
晶体渗透压
下丘脑
ADH释放
肾小管和集合管上皮细胞重吸 能力下降
血液被稀释 循环血量增加
饮水较多
尿稀释示意图
尿量增多 排出稀释尿
大量失血
血量下降 下丘脑
NaHCO3/H2CO3的正常比值来调节体内酸碱平衡。机体通过肺
排泄CO2对酸碱平衡的作用约为全身化学缓冲作用的2倍。
四、肾脏排泄及调节酸碱平衡和水平衡的作用
肾 单 位 结 构 示 意 图
肾单位
肾 肾小球
小 肾小囊 体
近曲小管
近球小管 袢降粗段

袢降细段
小 近球小管

袢升细段
袢升粗段 近球小管
概念:健康人在运动后,出现的一过性或暂时性蛋白尿的现象。 尿蛋白阴性:人体在正常情况下,尿液中仅含有微量或少量 蛋白质,常检测不出来的现象。 尿蛋白阳性:剧烈运动后或长时间运动后,尿中常出现大量的 蛋白质的现象。
出现运动性蛋白尿的机制不很清楚。但运动性蛋白尿可作为评定运动 强度和运动量的监控指标。
概念:血液流经肾小球毛细血管时,血浆中的水分和小 分子溶质,从毛细血管滤入肾小囊囊腔的过程。
滤过: 指血液流过 肾小球时, 血浆中水分 和小分子物 质通过滤过 膜进入肾小 囊形成原尿 的过程。一 个人24小时 可产生原尿 180升。
肾小球滤过示意图
肾小球滤过作用的动力:有效滤过压(EEP)
有效滤过压=毛细血管压-(血浆胶体渗透压+囊内压)
ADH释放
晶体渗透压 缺水 尿浓缩示意图
肾小管和集合管上皮细胞对水的通透性增加 重吸收增加,尿浓缩
尿量减少,保持机体的水分
(四)运动对肾脏泌尿功能的影响
1、运动对尿量及其成分的影响 剧烈运动后时,机体还会产生许多酸性代谢物质,所
以运动后,尿pH值降低,而且尿中肌酐和乳酸等酸性物质 代谢产物的含量也增加。 2、运动性蛋白尿
血压较低,血浆胶体渗透压高,有利于肾小管和集合管 内滤液的重吸收。
(一)肾脏排泄功能
排泄( excretion ) :机体将新陈代谢的最终产物、进入 机体内环境的异物和有害物质以及摄入的过剩的物质通过 血液循环运送到排泄器官途径排出体外的过程。 人体的排泄器官有肺、皮肤和肾脏。肾脏是主要排泄器官。
第二节 酸碱平衡的调节
一、缓冲体系与缓冲作用 缓冲体系:由弱酸以及弱酸与强碱生成的盐按一定比例组合 成的溶液。 缓冲作用:缓冲体系具有缓冲酸、碱和保持pH值相对恒定 的作用。
•当酸进入血液:
•当碱性物质(主要来自食物)进入血浆后与弱酸发生作用, 形成弱酸盐,降低碱度。
二、血液缓冲体系及其调节作用
正常人血浆中Na2HPO4/NaH2PO4的浓度比为4︰1,近曲 小管滤液中磷酸盐比例与血浆中相同,主要为碱性磷酸盐。当 原尿流经远曲小管和集合管时,由于上皮细胞不断向管腔内分 泌H+,尿液pH降低。H+与滤液中Na+交换,将碱性Na2HPO4转 变为酸性NaH2PO4,并随尿液排出体外。回吸收的Na+与远曲 小管上皮细胞内的HCO3-生成新的NaHCO3回收入血。
现在认为运动性蛋白尿发生的机制可能与运动时酸性代 谢物质的刺激、肾血管收缩而造成缺氧和缺血、肾组织结构 改变及肾单位出现急性损伤等因素有关。
五、酸碱平衡紊乱
酸碱平衡紊乱:人体因某些疾病的影响,可使机体物质代谢和水、电解 质平衡甚至缓冲体系以及肺、肾功能受到影响,引起体内酸性、碱性物 质过多或不足,从而产生酸中毒或碱中毒的病理过程。
远曲小管
肾小球毛细血管网和肾小管周围毛细血管网
肾血液供给特点
肾脏的血液循环特征,肾脏的血液来源于腹主动脉分支 的肾动脉。
a.血液供应丰富 b.肾皮质血流量最多
c.具有两套毛细血管网 ●肾小球毛细血管(第一套毛细血管网):
血压较高,有利于肾小球的滤过;形成滤液(原尿)。 ●肾小管周围毛细血管网(第二套毛细血管网):
六、酸碱平衡检测的主要指标
(一)pH值 pH值低于7.33为失偿性酸中毒,高于7.45为失偿性碱中毒。 pH值的异常只是表明为失偿性酸碱中毒,尚不能区分是代谢性 的或呼吸性的酸碱平衡紊乱,而且pH在正常范围内也不一定表 示就没有酸碱平衡紊乱,因为代偿性的酸碱中毒的pH正常。因 此,在检测pH值的同时还要配合其他指标的测定,才能利于作 出准确的判断。 (C二O2)总C量O(2总to量ta和l CCOO22,结T合-C力O2):真实碳酸氢盐和碳酸的总和。 正常值为23~28mmol/L。 CO2结合力(CO2CP):血浆中化合态下的CO2量,即100ml 血浆在正常肺泡空气压力下( CO2分压为40mmHg )所能 结合的CO2ml数,以容积%表示。
排泄途径:
①肺:CO2和水分。 ②消化道:胆色素(尿胆素和粪胆素)和无机盐。 ③皮肤:水分、尿素和盐类。 ④肾脏:排泄种类最多,量大
肾脏的泌尿过程(尿的生成):
管肾 和小 集球 合滤 管过 的; 分肾 泌小 与管 排和 泄集 示合 意管 图的
重 吸 收 ; 肾 小
1、肾脏的滤过作用(原尿的生成)
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