呼吸与运动

第二章 呼吸与运动,第一节 肺通气和肺换气,第二节 气体的运输,第三节 呼吸的调节,第四节 呼吸对运动的反应和适应,1,主要教学内容：肺的通气功能、肺的换气功能、气体在血液中的运输、呼吸运动的调节以及运动过程中呼吸的反应及呼吸对训练的适应。,教学目标：1、明确呼吸全过程的主要环节。2、掌握评定肺功能有关指标的概念3、掌握肺通气的动力4、理解气体交换的原理；掌握气体交换的过程5、掌握气体在血液中的运输过程6、熟知运动过程中呼吸的反应及呼吸对运动训练的适应,2,呼吸：机体与外界环境之间的气体交换过程。 呼吸全过程外呼吸气体在血液中的运输内呼吸,从外界环境中摄取O2，并排出CO2,外呼吸：外界环境与血液在肺部实现的气体交换,组织毛细血管中的血液与组织细胞之间的气体交换,3,第一节 肺通气和肺换气,外呼吸,肺通气,肺换气,4,呼吸道： 通道 肺 泡： （交换场所）肺内气体 血液 胸廓： 胸膜腔： 辅助装置,实现肺通气的结构：,一、肺通气概念：肺与外界环境之间气体交换的过程。,大气,5,实现肺通气的动力：呼吸运动即呼吸肌的收缩与舒张引起胸廓节律性地扩大与缩小。 憋气可使胸内压超过大气压，导致静脉血回流减少，心输出量随之下降，使脑供血不足出现眩晕。因此，在运动中应避免过多的憋气动作，老年和儿童更要注意。,（一）肺通气的动力,造成肺内压周期性变化，引起其与大气压之间的压力差，推动气体进出肺,6,呼吸运动,胸廓体积改变:呼吸肌收缩胸腔容积变化肺容积变化肺内压变化肺泡与大气压力差肺通气。 呼吸肌：吸气肌：膈肌、肋间外肌。斜角肌、胸锁乳突肌。呼气肌：腹壁肌、肋间内肌。,7,吸气运动,平和吸气时，膈肌与肋间外肌收缩，引起胸腔前后、左右及上下径均增大，肺随之扩大，形成主动的吸气运动。,8,呼气运动,当膈肌和肋间外肌松驰时，肋骨与胸骨因本身重力及弹性而回位，结果胸廓缩小，肺也随之回缩，形成被动的呼气运动。,9,潮气量：每一呼吸周期中，吸入或呼出的气量。补吸气量补呼气量余气量,1、肺容积,4种基本肺容积，互不重叠，全部相加等于肺总容量,平静呼吸时约为500ml左右。,（二）肺容积和肺容量,10,平静吸气末再尽力吸气所能吸入的气量,平静呼气后再尽力呼气所能呼出的气量,尽最大力呼气后，仍存留在肺内的气量,平静呼气末再作最大吸气时，所能够吸入肺的气量,平静呼气末仍存留在肺内的气量,肺所能容纳的最大气量,11,2、肺容量,肺容积中的两项或两项以上的联合气量,深吸气量：衡量最大通气潜力的一个重要指标。,功能余气量,12,肺活量：在最大吸气后，再尽力呼气，所能呼出的气量。评价肺通气功能水平的指标。,我国正常成人男性平均为3600ml、女性约为2700ml。,做时注意：吸足均匀吐尽。 个体差异大：年龄、 性别、体表面积、体位、呼吸肌强弱、胸廓弹性。,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。,13,时间肺活量：在最大吸气之后，以最快速度进行最大呼气，在一定时间内所能呼出的气量。,评价肺通气功能较好的动态指标，不仅能反映肺活量的大小，更能反映肺的弹性变化以及气道是否通畅等情况。,健康成人第1s为83%肺活量，第2s为96%，第3s为99%。,肺阻塞性肺部疾病者往往需要56秒或更多时间才能呼出全部肺活量；所以，时间肺活量可作为鉴别阻塞性或限制性通气障碍的参考,14,概念：单位时间（每分钟）内吸入或呼出的气量 = 潮气量呼吸频率,（三）肺通气量,1、每分通气量（VE）：,随年龄、性别、代谢水平而不同,成人安静值=500ml1216次/min68L,15,最大通气量：递增负荷的运动中，每分通气量随运动强度的增加而增加，所能达到的最大通气量。 最大随意通气量（MVV）：在实验条件下，最大限度地做深而快的呼吸时，所测得的每分通气量。,VEmax,MVV,肺通气的实际能力,肺通气的最大能力,2、 最大通气量（ VEmax),成年男性为100-180L/min，女性为70-120 L/min。有训练的耐力运动员高于一般人,一般人为120-140L/min, 训练有素的运动员比一般人高,随着训练水平的提高差值减小,衡量肺通气功能的重要指标，对评估人体能够完成多大生理负荷量有重要的生理意义,测定时，一般只测15s值再乘以4,16,概念：每分种吸入肺泡能实际与血液进行气体交换的气量。计算：肺泡通气量=（潮气量解剖无效腔量）呼吸频率,3、肺泡通气量,从上呼吸道至呼吸性细支气管的一段呼吸道，其管腔没有气体交换功能，其内的气体就气体交换来说是无效的。,成人容积约为150mL,17,由于解剖无效腔的存在，深慢呼吸时肺泡通气量比浅快呼吸时大。因此，从提高肺泡气更新率考虑，在一定范围内深慢呼吸比浅快呼吸要好。,18,二、肺换气,肺换气组织换气,肺泡与肺泡毛细血管之间的气体交换,毛细血管与组织之间的气体交换,19,气体交换的动力：肺泡气与肺泡毛细血管血液之间各气体分压差。,（一）气体交换的原理,气体分压：混合气体中各组成气体所具有的分压力，用PO2表示氧分压，用PCO2表示二氧化碳分压,20,人体不同部位氧和二氧化碳的分压,21,肺换气和组织换气 肺换气示意图 组织换气示意图,22,（二）气体交换的过程,静脉血,动脉血,23,第二节 气体的运输,运输形式: 1.物理溶解:量小,溶解量与分压呈正比 2.化学结合:量大,主要运输形式。,物理溶解,动态平衡,化学结合,气体直接溶解于血浆中,气体与某些物质进行化学结合,24,一、氧气的运输,.物理溶解：1.5% .化学结合：98.5%,25,肺部毛细血管,肌肉毛细血管,肺泡,肌肉,O2,Hb,HbO2,（一）氧与血红蛋白结合（氧合）,26,该过程只受PO2高低的影响，血红蛋白氧饱和度是反映血红蛋白与氧结合程度的指标。,在海平面地区生活的人，安静时动脉血中的PO2为100mmHg，氧饱和度约为96%-98%，静脉血的PO2为40mmHg，氧饱和度约为75%,27,运输方式：.运输途径：（见右图）,Hb,+ O2,HbO2,肺部,组织,（二）氧在血液中的运输过程,28,（三）氧与血红蛋白解离（氧离）,氧离曲线,表示PO2与Hb结合O2或HbO2解离的关系曲线,氧解离曲线近似“S”型,29,1、氧解离曲线的特征,（1）上段：曲线平坦 Hb与O2结合的曲线段，有利于人体的肺换气，可保证人体生活在高原或剧烈运动时体内并不显著缺氧。（2）中下段：曲线较陡 HbO2释放O2的曲线段，有利人体的组织换气，对人体进行剧烈运动时增加肌肉组织O2的供应十分有利。,PO2的变化对血氧饱和度的影响不大,当PO2下降时，血氧饱和度随之明显下降,30,波尔效应：在同样的PO2情况下，当血液的pH降低和PCO2升高时，Hb与O2亲和力降低。生理意义：促进氧的运输，肺换气中使肺静脉血的载氧量增加，组织换气中有利于组织对O2的摄取和利用。,2、影响氧解离的因素,（1）pH与PCO2,在肌肉运动时，对满足肌肉对O2的需求十分有利,31,（3）2，3-二磷酸苷油酸的影响2，3-二磷酸苷油酸增多可降低Hb与O2的亲和力，有利于O2的释放。,（2）温度的影响温度升高促使HbO2解离增加,人在缺氧、登山、长时间运动、贫血等情况下，该物质增多,32,（4）其他因素的影响 CO降低甚至剥夺Hb与O2的亲合，而且也妨碍O2的解离，造成低氧血症，即煤气中毒。,在运动过程中，由于肌肉代谢增强，CO2和H+产生增多，体温上升，PCO2升高，PH值降低，2，3-二磷酸苷油酸也增多，这些都会导致氧解离增加，以满足机体代谢增强对O2需求的增加。,与Hb有很强的亲和力，可和O2竞争性的与Hb结合,33,二、二氧化碳的运输,物理溶解： 7 化学结合：93 化学结合形式有两种： 碳酸氢盐（HCO3-）形式的运输（占88%）氨基甲酸血红蛋白形式的运输（7%）,34,三、呼吸与酸碱平衡,呼吸在维持体内酸碱平衡中的作用：通过改变呼吸运动的强弱来调节肺通气量，从而调节血浆H2CO3的含量，使血浆中NaHCO3/ H2CO3的比值保持正常而实现的。,血液中重要的缓冲对：NaHCO3/ H2CO3，该缓冲对比值为20/1时，血液的pH 值即可保持在7.35-7.45。,35,一、呼吸中枢,第三节 呼吸的调节,中枢神经系统内，产生和调节呼吸运动的神经群,1、延髓呼吸中枢：产生和调节呼吸运动的最基本的中枢，具有自动节律性，引发节律性呼吸。2、脑桥：有呼吸调整中枢和长吸中枢3、大脑皮层：随意呼吸运动的调控部位。,在CO2和H+的作用下其吸气和呼气中枢交替发生兴奋和抑制，从而引发节律性呼吸,如运动过程中根据技术动作要求进行憋气和调整呼吸节律等,36,二、呼吸的反射性调节,呼吸肌本体感受性反射：呼吸肌本体感受器传入冲动所引起的反射性呼吸变化。反射性地引起呼吸运动加强，使肺通气量增加。同样其他骨骼肌受牵拉后，其本体感受器的传入冲动也能引起呼吸的加快加强。,37,三、化学因素对呼吸的调节,呼吸的体液调节是通过血液中的化学物质O2、CO2、H+浓度的变化，刺激中枢和外周化学感受器，经神经传入到相应的呼吸中枢，进而引起呼吸的改变。,38,(一)CO2对呼吸的调节,CO2是调节呼吸运动的最重要的体液因素，是维持正常呼吸的最重要的生理刺激。 CO2 呼吸加深加快,肺通气量 CO2呼吸减慢（过度通气后可发生 呼吸暂停）。,39,H+呼吸加强 H+呼吸减弱,（二）H+对呼吸的调节,40,（三）低氧对呼吸的调节,缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制轻度缺氧时:通过刺激外周化学感受器引起的呼吸中枢的兴奋能对抗轻度缺氧对呼吸中枢的直接抑制作用，反射性地加强呼吸。严重缺氧时:呼吸减弱，甚至停止,41,第四节 呼吸对运动的反应和适应,一、运动时呼吸功能的变化,（一）运动时肺通气功能的变化,运动时，随着运动强度的增加，耗氧量和二氧化碳产生量随之增多，呼吸机能也将发生相应的变化以适应运动时机体代谢增强的需要,42,运动时呼吸加深加快，肺通气量增加。潮气量：500ml2000ml；呼吸频率：1218次/min4060次/min。肺通气量：可增加到100Lmin-1以上,1、运动时肺通气量与潮气量和呼吸频率,43,不同强度运动时，潮气量和呼吸频率的变化,运动强度较低时，肺通气量的增加主要靠潮气量的增加，呼吸频率增加不明显；当运动强度超过某一强度后，肺通气量的增加主要靠呼吸频率的增加。,44,2、运动过程中肺通气量的时相性变化,一般认为肺通气的快速增长期和快速下降期由神经调节机制实现的缓慢增长期和缓慢下降期则是通过体液调节机制来实现的,过程,时间较长、强度较低的运动,45,长期的体育锻炼和运动训练可改善与增进呼吸系统的功能,二、呼吸对训练的适应,除潮气量外有训练者的肺容积的各个成分都比无训练者大，如肺活量，锻炼还可延缓肺活量随年龄增长而下降的趋势。,（一）肺容积对训练的适应,46,（二）肺通气功能对训练的适应,1、每分通气量的适应变化,三个状态比较： (1) 安静：VE相同 (2) 相同次最大运动时： VE有训无训（能量节省化：在相同强度下，运动员只须较小的VE就可满足能量需要，而无训者则需要较多） (3) 最大运动时： VE有训 无训（有训练者所能承担的最大运动强度比无训练者大),47,2、肺通气效率提高,安静：潮气量（呼吸深度）频率 运动时：（1）呼吸深度和频率的匹配更合理。 （2）相同肺通气量时：潮气量 频率无训练者 意义：较深的通气肺泡通气 气体交换率 呼吸肌耗氧工作肌供氧 对长时间运动有利 运动新手：呼吸紊乱，胸肋痛（呼吸肌供氧不足） 呼吸肌疲劳，耗氧量,48,优秀耐力运动员的呼吸当量较一般人低，呼吸效率提高。,3、呼吸效率提高,49,长期耐力训练提高肺换气功能，且肺换气功能随年龄增加而降低的趋势将推迟。,（三）肺换气功能对训练的适应,耐力训练使肌肉摄取氧利用氧的能力增强，动-静脉氧差增大。,（四）肌肉摄氧能力对训练的适应,50,三、运动与呼吸,（一）呼吸方法 1.注意口鼻同时呼吸安静：正常人用鼻呼吸 慢跑时，对氧需要量不是太大时，采用鼻吸气，嘴吐气，随着运动速度加快，可增加嘴吐气的深度和频率。 对于健身锻炼者，如果必须用嘴帮忙吸气时，说明跑步速度太快，此时放慢速度比调节呼吸深度和频率来得更加重要。但在剧烈运动时，氧需求增长几倍至几十倍，可采用口鼻同时呼吸,51,2.注意呼吸深度少年儿童呼吸机能较弱，在运动中一般表现为呼吸频率快而呼吸深度浅。所以在较长时间的紧张运动中，就会出现呼吸表浅而急促，影响了肺的换气量，胸部涨满难受，透气困难，影响运动成绩。,52,3.注意呼吸与动作的配合耐久跑的呼吸节奏一般是三步一呼，三步一吸，并保持呼吸的深度和均匀。这样就容易跑得较为轻松；铅球投掷中通过适当憋气而最后用力，并在器材出手时采用爆发式呼气，其效果较本人不憋气要好；徒手操锻炼中，凡扩胸、伸展、两臂上举的动作，一般胸廓扩大，肺内压降低，此时应配合以吸气；而与其相反的动作，则配合以呼气。这样做有利于机体运动和呼吸机能合理地协调发展。,53,（二）呼吸型式,主要吸气肌：膈肌和肋间外肌 腹式呼吸: 以隔肌收缩为主的呼吸 （婴儿） 胸式呼吸：以肋间外肌收缩为主的呼吸 （孕妇、肥胖） 混合呼吸: 正常成人 完成胸廓需固定便于发力的动作用腹式呼吸， 例如：倒立、支撑悬垂 完成腹壁肌需紧张的动作一般用胸式呼吸， 例如：仰卧起坐、直角支撑,54,（三）憋气,憋气能反射性地引起肌张力加强，使胸廓固定，为上肢发力的运动获得稳定的支撑。,55,憋气使胸内呈正压 静脉回流、心输出量、血压 心肌、脑细胞、视网膜供血不足，产生头晕、恶心、耳鸣及“眼冒金花” 等感觉。憋气结束后反射性深吸气 胸内压骤减，潴留于静脉的血液迅速回流，血压骤升。 对儿童少年的心脏发育不利, 对心力贮备差者或老人的心血管功能产生极为不利的影响。,56,（四）吸烟,吸烟使呼吸道阻力增大 ，运动时肺通气更费力，呼吸肌要消耗更多氧，工作肌可用氧显著减少。 临运动吸烟，使血红蛋白更偏向于携带烟中的