运动生理学运动与心肺机能气体代谢

关于运动生理学运动与心肺机能气体代谢教学目标运动与肺通气和肺换气机能氧离曲线的意义及影响因素运动对呼吸系统机能的影响第2页,共55页，星期六，2024年，5月第一节呼吸运动和肺通气机能人体一切活动所需要的能量通过氧化体内的营养物质而获得。人体必须从外界不断地摄取O2，同时排出CO2，这一过程通过呼吸实现。

第3页,共55页，星期六，2024年，5月呼吸系统包括呼吸道和肺泡。

上呼吸道由鼻、咽、喉组成

下呼吸道由气管及各级支气管

第4页,共55页，星期六，2024年，5月呼吸过程外呼吸——在肺部实现的外界环境与血液间的气体交换，包括肺通气（外界环境与肺之间的气体交换过程）和肺换气（肺与肺毛细血管中血液之间的气体交换过程）气体运输

气体与血液以化学结合或物理溶解的方式运输到全身的器官和组织。内呼吸——组织毛细血管中血液通过组织液与组织细胞间实现的气体交换（又叫组织换气）

第5页,共55页，星期六，2024年，5月第6页,共55页，星期六，2024年，5月肺通气一.肺通气动力呼吸运动胸廓的节律性扩大和缩小称为呼吸运动。主要吸气肌：由膈肌和肋间外肌组成；呼气肌：由肋间内肌和腹壁肌组成第7页,共55页，星期六，2024年，5月随呼吸运动肺内压吸气时<大气压；呼气时>大气压胸内压吸气呼气时均<大气压,吸气末气压更低，呼吸深度越深，吸气末肺内压和胸内压越低胸膜腔为负压的意义：①牵拉肺呈扩张状态

②利于静脉血和淋巴液的回流

第8页,共55页，星期六，2024年，5月二.肺通气机能㈠肺容量指标第9页,共55页，星期六，2024年，5月

1.每一平静呼吸周期中，吸入或呼出的气量，叫潮气量

(TidalVolume,TV)；400～600ml2.补吸气量和深吸气量平静吸气之后，再作最大吸气时，增补吸入的气量，称为补吸气量

(InspiratoryReserveVolume,IRV)，正常成人约为1500～2000ml。补吸气量与潮气量之和称为深吸气量(InspiratoryCapacity,IC)。

第10页,共55页，星期六，2024年，5月3.补呼气量平静呼气之后，再作最大呼气时，增补呼出的气量，称为补呼气量

(ExpiratoryReserveVolume,ERV)。正常成人约为900～1200ml。补呼气量的大小表示呼气的贮备能力。4.肺活量最大深吸气后，再作最大呼气时所呼出的气量，称为肺活量

(VitalCapacity,VC)。肺活量为潮气量、补吸气量和补呼气量之和，或为深吸气量与补吸气量之和。第11页,共55页，星期六，2024年，5月

5.余气量和功能余气量尽最大力呼气之后，仍贮留于肺内的气量，称为余气量

(ResidualVolume,RV)。正常成年余气量男性为1500ml，女性为1000ml;

平静呼气之后，存留于肺中的气量，称为功能余气量

(FunctionalResidualCapacity,FRC)。安静时正常成年男性约为2500ml,女性约为2000ml.第12页,共55页，星期六，2024年，5月6.肺总容量肺所能容纳的最大气量为肺总容量

(TotalLungCapacity,TLC)，肺总容量是肺活量和余气量之和。成年男性平均为5000ml,女性平均为3500ml。

第13页,共55页，星期六，2024年，5月㈡肺通气量单位时间内吸入（或呼出）的气量称为肺通气量（VE）

每分通气量＝潮气量×呼吸频率安静时成年人的每分通气量为6～8L，安静时呼吸频率随年龄而异，5岁时平均为26次，15岁～20岁时平均为20次，成年后平均降为16次。剧烈运动时每分通气量可增至80～150L或更多(180～200L)。第14页,共55页，星期六，2024年，5月㈢肺泡通气量肺泡通气量(alveolarventilation,VA)是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。

VA=(呼吸深度-生理无效腔)×呼吸频率解剖无效腔(AnatomicalDeadSpace)：呼吸道肺泡无效腔：由于肺内血流分布不均而未能全部进行气体交换生理无效腔(PhysiologicalDeadSpace)：解剖无效腔和肺泡无效腔之和第15页,共55页，星期六，2024年，5月不同呼吸频率时肺通气功能指标的比较第16页,共55页，星期六，2024年，5月深呼吸形式的生理意义增加吸气末胸内负压程度，利于静脉和淋巴液回流；减少肺泡无效腔减少功能余气量，利于肺泡气体更新增加肺泡通气量减少氧通气当量，提高呼吸效率通气量/摄氧量第17页,共55页，星期六，2024年，5月三.评价肺通气机能的指标㈠肺活量㈡连续肺活量：间隔30s,连续测5次肺活量结果，简单、快速判断呼吸肌疲劳及身体机能状况。后一次≥前一次肺活量证明呼吸肌机能能力强第18页,共55页，星期六，2024年，5月㈢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1秒内所能呼出的气量，称时间肺活量

(TimedVitalCapacity)。

TVC不仅反映肺活量的大小，还能反映肺泡弹性是否降低、气道是否狭窄、呼吸阻力是否增加等情况。第19页,共55页，星期六，2024年，5月㈣最大通气量15秒钟通气量的测定，并将这个所测得的值乘以4，即为每分最大通气量。

通气贮量的百分比

=(最大通气量-安静通气量)/最大通气量正常通气贮量的百分比值应≧93％

第20页,共55页，星期六，2024年，5月第二节气体交换和运输

物理弥散的方式

-----从分压高的一侧向分压低的一侧弥散

分压差是气体交换的动力

交换的结果：静脉血逐渐变成动脉血第21页,共55页，星期六，2024年，5月肺换气第22页,共55页，星期六，2024年，5月组织换气第23页,共55页，星期六，2024年，5月一、影响气体交换的因素

1.分压差

2.气体的分子量和溶解度

3.呼吸膜的厚度、面积、通透性

4.通气/血流比值

第24页,共55页，星期六，2024年，5月分压差第25页,共55页，星期六，2024年，5月通气/血流比值每分钟肺泡通气量/每分钟肺毛细血管血流量成人安静时，=0.84此时二者最适宜匹配，气体交换效率最高第26页,共55页，星期六，2024年，5月通气/血流比值增大通气过剩，血流不足相当于肺泡无效腔加大第27页,共55页，星期六，2024年，5月通气/血流比值减小通气不足，血液过剩部分血液流经通气不良的肺泡，混合静脉血中的气体不能有充分的更新相当于功能性动-静脉短路

通气血流比值的大或小，都会妨碍气体交换第28页,共55页，星期六，2024年，5月二.气体运输O2和CO2靠血液进行运输以物理溶解和化学结合两种形式存在于血液中溶解的虽然很少，但必须先溶解，再化学结合第29页,共55页，星期六，2024年，5月（一）氧气的运输过程

1.经呼吸道将氧吸入肺泡

2.肺泡氧分压高，静脉血氧分压低，氧进入血液

3.物理溶解1.5%，98.5％进入红细胞与血红蛋白结合成氧合血红蛋白

4.运输途径：肺静脉、左心房、左心室、主动脉、组织

5.动脉血的氧分压高，在氧分压低的组织，氧和血红蛋白解离释放出氧，供给组织利用，这一过程

迅速、可逆、不需酶的催化，受PO2高低影响

第30页,共55页，星期六，2024年，5月（二）二氧化碳的运输

1.组织代谢产生CO2

2.组织CO2分压高，动脉血CO2分压低,CO2进入血液

3.物理溶解5%，化学结合95%

4.化学结合方式：碳酸氢盐、氨基甲酸血红蛋白

5.运输途径：静脉、右心房、右心室、肺动脉、肺毛细血管

6.肺动脉内的静脉血CO2分压高，肺泡CO2分压低，CO2解离，进入肺泡，从肺脏呼出体外。 第31页,共55页，星期六，2024年，5月（三）与O2运输相关的三个概念Hb氧饱和度（OxyhemoglobinSaturation）：血液中Hb与O2

结合的程度,即血红蛋白氧含量与血红蛋白氧容量的百分比值。Hb氧容量（OxygenCapacity）：Hb氧饱和度达到100%时，每1L血液中Hb所能结合O2的最大量。受Hb浓度的影响（每克Hb结合1.34mlO2

）Hb氧含量（OxygenContent）：每1L血液中Hb实际结合的O2量。受PO2的影响第32页,共55页，星期六，2024年，5月计算举例例如：某正常男子Hb浓度为150g/l,安静时动脉血氧饱和度约为98%，静脉血氧饱和度约为75%。1.其氧容量为：150g/l×1.34ml/g≈200ml/l.2.动脉血氧含量为：200ml/l×98%=196ml/l3.静脉血氧含量为：200ml/l×75%=150ml/l4.动静脉氧差为：196-150=46ml/l。第33页,共55页，星期六，2024年，5月（四）氧离曲线及其意义第34页,共55页，星期六，2024年，5月不同情况下PO2和PCO2(mmHg)第35页,共55页，星期六，2024年，5月氧离曲线的上段：60-100mmHg

（eg:安静和运动时肺换气）此间Hb氧饱和度受PO2

影响不大，到60mmHg时Hb氧饱和度仍在90%以上。正常人体即便是在剧烈运动时肺泡PO2

也不会低于60mmHg,此段特征为机体摄取足够的氧提供较大安全系数。故高原、呼吸系统疾病时，虽然肺泡氧分压下降，血液仍能携带足够的氧第36页,共55页，星期六，2024年，5月氧离曲线的中段：40-60mmHg

氧分压为40mmHg时，相当于静脉血的氧分压，Hb氧饱和度为75%若动脉血氧含量为20ml/100ml（以血氧饱和度为100%计算）、此时静脉血氧含量为15ml/100ml即每100ml血流经组织时释放出5ml氧若心输出量为5

升，则VO2

为5000ml/min×5%=250ml/min第37页,共55页，星期六，2024年，5月氧离曲线的下段：40mmHg以下（运动时组织换气）组织活动加强时，组织中的氧分压更低更利于氧合血红蛋白的解离第38页,共55页，星期六，2024年，5月第39页,共55页，星期六，2024年，5月高原环境下氧运输能力氧分压159142126111978574655748第40页,共55页，星期六，2024年，5月地点海拔(米)适用项目地点海拔(米)适用项目贵州红枫湖1245水上云南海埂1890综合四川西昌1500水上吉林长白山1900滑雪陕西太白山1500摔跤云南呈贡1917田径甘肃兰州1500综合新疆天池1942滑冰四川会理1793田径甘肃榆中1987田径甘肃刘家峡1800水上青海西宁2260综合贵州六盘水1840赛艇青海多巴2366综合中国高原训练基地Theproperheightofaltitude

第41页,共55页，星期六，2024年，5月（五）三个机能评定指标氧脉搏(OxygenPulse):

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/心率计算可作为评定心肺功能的综合指标。氧利用率=(动脉血氧含量-静脉血氧含量)/动脉血氧含量可用来评价训练程度氧通气当量(呼吸当量)：肺通气量与摄氧量的比值。安静时的呼吸当量为20～25，越小说明氧的摄取效率越高。同等运动强度下，运动员呼吸当量<常人

第42页,共55页，星期六，2024年，5月计算题1假设某男子其血红蛋白浓度为150g/l,测得其剧烈运动时最大摄氧量为4500ml/min心输出量为30l/min，若剧烈运动时其动脉血氧饱和度仍维持在98%左右，求此人剧烈运动时的氧利用率。(注：氧容量=血红蛋白浓度×1.34ml/g)第43页,共55页，星期六，2024年，5月计算题2某患者心率100次/分，安静肺通气量为7L/min,摄氧量为200ml/min,经血气分析测得其每100ml动脉血中氧含量为18ml，每100ml静脉血中氧含量为14ml,请计算该患者的氧通气当量、氧脉搏、氧利用率、每搏量。第44页,共55页，星期六，2024年，5月计算题2氧通气当量=肺通气量/摄氧量=7L/min÷200ml/min=7000/200=35氧脉搏：心脏每次搏动所射出的血液供给组织利用的氧量。=每分摄氧量/心率=200ml/min÷100次/min=2ml/次氧利用率：=动静脉血氧含量差/动脉血氧含量=（18-14）/18=？每搏量：心脏每次搏动所射出的血液量称为每博量。因为氧脉搏为2ml/次，即每博血液量可以向组织提供2ml氧气；又因为已知100ml血液可以向组织提供（18-14）ml氧气，因此每博量=100/2=50ml第45页,共55页，星期六，2024年，5月(六)运动对影响解离曲线因素的影响1.

直接因素：氧分压2.

PCO2和pH值：波尔效应（Bohreffect）▲

PCO2和H+浓度增加，Hb与O2亲和力减低，曲线右移；反之Hb与O2亲和力升高，曲线左移，PCO2和pH值对Hb与氧结合力的这种影响,称波尔效应.

肌肉运动时产生大量CO2

和H+

，促使HbO2解离出更多的氧，满足运动时肌肉组织的代谢需要第46页,共55页，星期六，2024年，5月3.

温度：温度升高，

Hb与O2亲和力减低。

运动时，体温升高，组织代谢加强，HbO2解离出更多的氧，有利于组织氧的供应。第47页,共55页，星期六，2024年，5月4.

2,3-二磷酸苷油酸（2,3-DPG）：

2,3-DPG是红细胞无氧代谢的产物，其含量增加，降低Hb与O2亲和力。

人体在缺氧、剧烈运动时，2,3-DPG增加，促使更多的氧释放。第48页,共55页，星期六，2024年，5月5.一氧化碳（CO）：

CO与Hb

结合力是O2的250倍，竞争Hb的位点，即影响亲和又影响解离。Eg:（煤气中毒的高压氧治疗）第49页,共55页，星期六，2024年，5月第三节运动对呼吸机能的影响一.运动时肺通气机能的时相性变化运动开始前，条件反射性增加（相当于赛前状态）；运动开始后，通气量先快速上升（相当于进入工作状态），继而持续缓慢上升