运动生理学第五章呼吸机能

关于运动生理学第五章呼吸机能的思维导图，呼吸的全过程有外呼吸、气体运输、内呼吸。

呼吸机能

• 呼吸的全过程
  • 外呼吸
    • 肺通气
      • 外界环境与肺之间的气体交换
    • 肺换气
      • 肺与肺毛细血管中血液之间的气体交换
  • 气体运输
    • 血液运输O2到组织毛细血管
    • 组织细胞代谢所产生的CO2通过血液运输到肺部
  • 内呼吸
    • 组织换气，血液与组织液之间的气体交换
• 呼吸运动与肺通气机能
  • 肺通气动力学
    • 肺富有弹性纤维，肺泡具有一定的表面张力，因此可以被动的扩大和缩小，胸廓的节律性扩大和缩小称为呼吸运动，它通过呼吸机的舒缩运动来实现的构成肺的通气动力
      • 吸气肌
        • 膈肌
        • 肋间外肌
      • 辅助吸气肌
        • 胸肌
        • 斜方肌
        • 胸锁乳突肌
        • 背阔肌
      • 呼气肌
        • 肋间内肌
        • 腹壁肌
    • 呼吸运动
      • 平静呼吸
        • 吸气时：膈肌，肋间内肌收缩，胸廓扩大。肺容积增大使肺内压下降，低于大气压时，空气进入肺泡。
        • 呼气时：膈肌，肋间内肌舒张，胸廓回位.由于吸气肌舒张，加之胸廓的弹性会缩与重力作用使胸廓缩小，肺缩小，肺内压上升，当高于大气压时，肺内空气排出体外
      • 用力呼吸
        • 吸气呼气均有肌肉活动
          • 用力吸气
            • 吸气肌+辅助吸气肌收缩，胸廓进一步扩大
          • 用力呼气
            • 吸气肌+辅助吸气肌舒张+呼气肌收缩，使胸廓进一步缩小，呼气加深
      • 呼吸形式
        • 膈式呼吸
          • 儿童，男性偏重
        • 肋式呼吸
          • 女性偏重
        • 运动时可通过改变呼吸形式而不影响动作的正常发挥
    • 肺内压
      • 肺泡内的压力，气体进出是借助于肺内压与大气压之间的压差来实现的
        • 呼气，吸气之末胸廓停止运动，呼吸暂停，此时大气压等于肺内压
        • 平静吸气时，胸廓扩大，容积增加，肺内压下降，低于大气压时，气体在压差推动下进入肺泡，肺内压逐渐上升。压差消失时，气体停止入肺
        • 平静呼气时，胸廓回位，容积减小，肺内压上升，高与大气压时，气体在压差推动下排出，肺内压逐渐下降，压差消失时，气体停止排出
    • 胸内压
      • 胸膜腔内的压力
        • 胸膜位于肺表面的叫胸膜脏层，胸壁表面的叫胸膜壁层。两者形成的密闭间隙叫做胸膜腔
        • 胸内压在呼吸过程中始终低于大气压(负压)
        • 作用1.能够牵拉肺呈扩张状态，有利于气体交换 2.能够对位于胸膜腔内的心脏，大静脉等的机能产生良好的影响。（尤其吸气时，胸内负压增加，对心房，腔静脉导管的扩张作用显著，有利于血液与淋巴液的回流）
  • 肺通气机能
    • 肺容量及其变化
      • 潮气量
        • 每一呼吸周期吸入和呼出的气量
          • 平静呼吸约为400——600毫升
      • 补吸气量
        • 平静吸气后，再做最大吸气，增补吸入的气量为补呼气量
          • 正常人约为1500——2000毫升
      • 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
      • 补呼气量
        • 平静呼气后在做最大呼气，增补气量称为补呼气量
          • 正常人约为900——1200毫升
      • 肺活量
        • 最大深吸气后在做最大深呼气所呼出的气量
          • 肺活量=潮气量+补呼气量+补吸气量
            • 正常人平均值，男性3500，女性2500
      • 余气量
        • 尽最大呼气之后仍然主流与肺内的气量
          • 正常成年男性1500，女性1000
      • 功能余气量
        • 平静呼气之后仍留存于肺中的气量为功能余气量
          • 平衡肺泡分压，缓冲呼与吸时出现的氧分压与二氧化碳分压的急骤变化，有利于气体交换
            • 正常男性2500，女性200
      • 肺总容量
        • 肺活量+余气量
          • 成年男性5000，女性3500
    • 肺通气量
      • 单位时间内吸入或呼出的气量称为肺通气量
        • =呼吸深度（潮气量）×呼吸频率（每分呼吸次数）
          • 平静状态下成年人每分6——8升，剧烈运动时，呼吸频率成倍增长，肺通气量可以增长至80——150升或更多
    • 肺泡通气量
      • 每分钟进入肺泡的实际能与血液进行气体交换的有效同气量
        • 解刨无效腔
          • 气体留存与鼻咽喉，支气管中，无法进行气体交换的部位
            • 成年人的解剖无效腔约为150毫升
        • 肺泡无效腔
          • 进入肺泡的气体，因血流在肺内的分布不均而没有进行气体交换
            • 体育锻炼可以改善肺部血液循环减少肺泡无效腔
        • 统称为生理无效腔
      • 慢而深的呼吸比快而浅的呼吸，肺泡气更新更多。
  • 肺泡通往机能指标
    • 肺活量
      • 反映肺一次通气量的最大能力，也是测定肺通气功能简单易行的指标
    • 连续肺活量
      • 连续测五次肺活量，每次间隔30秒
        • 若肺活量一次比一次大，则呼吸肌的机能能力强
    • 时间肺活量
      • 在最大吸气之后，以最快速度进行呼气，记录在一定时间内所呼出的气量
        • 不仅反映肺活量的大小还反应肺的弹性是否降低，气道时候狭窄，呼吸阻力是否增加等情况
    • 最大通气量
      • 以适宜的呼吸频率和呼吸深度测得每分通气量
        • 评价受试者的通气储备能力
• 气体交换与运输
  • 气体交换
    • 气体交换原理
      • 分压的概念
        • 在混合气体的总压力中，某中气体占有的压力=总压力×该气体所占的容积百分比
          • 高原中大气压的降低引起各种气体分压相应降低，“高原训练”利用高原氧分压低，缺氧环境对机体的刺激作用，达到机体多方面的生物学适应，从而提高人体各项机能水平
      • 分压差与气体扩散动力
        • 气体从高分压向低分压流动的现象叫做气体的扩散。而某一气体的高分压与低分压只差成为分压差
          • 人体的肺换气和组织换气的多少，膜两侧的气体分压差是最关键的条件。分压差是实现气体交换的动力，分压差的大小决定着气体的扩散方向和扩散速率
      • 气体扩散速率
        • 单位时间内的气体扩散的容积称为气体扩散速率
          • 它与气体的分压差，气体的温度，扩散面积，以及气体在液体中的溶解度成正比
      • 气体的肺扩散容量
        • 在1mmhg分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散气体的量成为气体的肺扩散容量
          • 运动或体力劳动时，氧扩散容量增加，这是因为参与气体交换的呼吸膜面积及肺毛细血管血流量的增加和气体交换能力的加强所致
    • 肺换气与组织换气
      • 肺换气
        • 肺动脉的静脉血液流经毛细血管时，O2从肺泡扩散到血液中，CO2从血液扩散到肺泡中的过程称为肺换气
          • 每次通气只使1/7的肺泡更新，故肺泡的成分相对稳定，使肺泡的氧分压总比静脉血高，二氧化碳分压总比静脉血低
          • O2,CO2通过呼吸膜扩散的速率极快，静脉血流经肺毛细血管的全长的1/3时，气体交换已基本完成，达到平衡，仅需0.3秒。
      • 组织换气
        • O2从血液中向组织细胞扩散，CO2从组织细胞向血液扩散，因此形成了组织换气。
          • 细胞新陈代谢不断地消耗氧气，不断地产生二氧化碳，所以组织细胞中的氧分压始终低于血液，二氧化碳分压始终高于血液。
          • 组织中的氧分压波动受组织细胞代谢程度的影响，运动是人体组织新陈代谢剧烈的过程，使氧分压下降几乎为零，所以人体运动时，组织唤气过程加快，换气量加大
    • 影响换气的因素
      • 气体的分子量和溶解度
        • 气体的扩散速度与分子量的平方根成反比 ，与溶解度成正比
          • 综合考虑气体的分子量溶解度，CO2实际的扩散速度约为O2的2倍，所以正常情况下，往往是机体缺氧显著，CO2潴留不明显
      • 呼吸膜
        • 呼吸膜的厚度、面积、通透性都会影响肺换气的效率
          • 呼吸膜有相当大的储备面积，运动和体力劳动时可以使肺部毛细血管的开放数量和开放程度增加，扩散面积也大大增加
          • 运动过程中，血流加快，使气体在肺部的交换时间减少，这是呼吸膜的厚度和扩散距离的长短对换气来说更有重要性
      • 通气/血流比值（VA/QC）
        • 每分钟肺泡通气量/每分钟毛细血管血流量
          • 健康成年的比值为0.84，当小于0.84时意味着通气不足，血流过剩，静脉血未得到充分更新，当大于0.84时意味着通气过剩，血流不足，形成肺泡无效腔。
          • 运动时通气量加大，心输出量增加，血流速度加快，这对比值的影响不大，但气体交换得到加强，机体对氧的摄取量提高
  • 气体运输
    • 运输方式
      • 物理溶解
        • 氧1.5%，二氧化碳6%
      • 化学结合
        • 氧98.5%，二氧化碳94%
          • 二氧化碳87%磷酸铵盐，7%氨基甲酸血红蛋白
    • 氧的运输
      • 概念
        • 血红蛋白的氧容量：每100毫升血液中血红蛋白与氧结合的最大量
        • 血红蛋白的氧含量：每100毫升血液中血红蛋白实际与氧结合的量
        • 血红蛋白的氧饱和度：血红蛋白的氧含量与其氧容量的百分比
        • 若忽略不计血液物理溶解的极少O2,所测得血红蛋白的氧容量，氧含量，氧饱和度可以代表血液
      • 血红蛋白与氧结合
        • 在肺内，氧分压高时，血红蛋白迅速与氧气结合生成氧合血红蛋白，O2+Hb=HbO2（氧合血红蛋白），称为氧结合作用
        • 在氧分压低的组织内氧合血红蛋白快速释放出氧，分离为血红蛋白和氧，HbO2=O2+Hb。称为氧解离作用
        • 血红蛋白与氧的结合与解离反应迅速，可逆，不需要酶的催化，但受氧分压高低的影响
      • 氧离曲线
        • 子主题
          • 表示氧分压与血红蛋白结合氧量关系或氧分压与氧饱和度的关系，呈“S”型
          • 特点
            • 一个血红蛋白含四个铁离子，因为血红蛋白的变构效应，一个铁离子与氧结合后，其他铁离子更容易与氧结合。
            • “S”型曲线上段当氧分压在60——100时曲线坡度不大，氧解离作用不强，氧饱和度保持较高水平，这种特点对高原适应或有轻度呼吸机能障碍的人均有好处
              • 当氧饱和度为75%时，已有三个铁离子与氧结合，剩余的铁离子对氧亲和力提高125倍，故氧合作用愈加明显
            • “S”型下半段当氧分压低于60时，曲线坡度变大，氧解离作用增强，释放大量的氧气，保证组织唤起，这种特点对保证向代谢旺盛的组织提供更多的氧是十分有利的，氧离曲线的下段，对人体的组织唤气大为有利
              • 当氧饱和度低于75%时，铁离子对氧的亲和力无明显提高，相反氧解离作用愈加明显
          • 氧离曲线的偏移
            • 右移
              • 血液中的二氧化碳分压升高，PH值降低，体温升高，以及红细胞中的糖酵解产物2，3-二磷酸甘油酸增多时，使血红蛋白对氧的亲和力下降，氧离曲线右移，从而使血液释放出更多的氧
            • 左移
              • 相反，二氧化碳分压下降，PH值升高，体温降低和2，3-二磷酸甘油酸减少时使血红蛋白对氧的亲和力提高，氧离曲线左移从而结合更多的氧
      • 氧储备
        • 氧除了维持细胞代谢消耗外，还储存在体内一小部分待用。
          • 血液和肺中1300——2300毫升
          • 肌红蛋白中240——500毫升
            • 存在于肌肉中 ，结构与血红蛋白相似，对氧的亲和力比Hb更强。在无氧代谢氧分压极度下降时，氧合肌红蛋白才发挥作用，释放出的90%的氧供肌肉代谢。红肌纤维含有的肌红蛋白高于白肌纤维
      • 氧利用率
        • 每100毫升动脉血流经组织时所释放的氧占动脉血氧含量的百分数
      • 氧脉博
        • 心脏每次搏动输出的血量所摄取的血量
      • 氧通气当量
        • 每分肺通气量与每分摄氧量的比值
    • 二氧化碳的运输
      • 碳酸氢盐形式的运输
        • CO2进入血液主要以碳酸氢根离子的形式运输，在血液中形成NaHCO3,在红细胞中形成KHCO3,随血液运输至肺部。
        • 反应位置
          • CO2与H2O反应生成H2O的反应需要（碳酸酐酶），而CA血浆中含量极少,在红细胞含量丰富，所以该反应是在红细胞中进行的。
        • 碱性物质生成
          • 碳酸解离为碳酸根离子与氢离子，随着红细胞中的碳酸根离子浓度增加，碳酸根离子向血浆中扩散，并与血浆中的钠离子结合成为碳酸氢纳。少部分在红细胞中结合成为碳酸氢钾。
        • 氯离子转移
          • 碳酸氢根离子转移时伴随着氯离子内流，以保持两侧电荷平衡，这一现象称为氯离子转移。
        • 氢离子去除
          • 解离出的氢离子必须及时移去才能，才有利于继续进行反应，其与Hb结合生成还原血红蛋白（HHb）
        • 当血液运输到肺部时，hhb解离出h并于氧结合，H与碳酸根离子结合形成碳酸，经CA催化为二氧化碳和水，二氧化碳被呼出体外，氯离子为保持但和平衡再次内移。
      • 氨基甲酸血红蛋白形式的运输
        • 二氧化碳直接与HB分子上的自由氨基结合，生成氨基甲酸血红蛋白
          • 这个反应的的特点是迅速，可逆，无需酶的催化，运输效率高。
    • 呼吸与酸碱平衡
      • 二氧化碳运输中生成的碳酸和碳酸氢钠是血液中最重要的缓冲物质
• 呼吸运动调节
  • 调节呼吸运动的神经系统
    • 呼吸运动的神经支配
      • 膈神经支配膈肌
      • 肋间神经支配肋间肌
      • 节律性呼吸是由延髓和脑桥通过膈神经和肋间神经进行调节的
    • 呼吸中枢
      • 调节呼吸运动的主要中枢在延髓和脑桥。
        • 脑桥
          • 脑桥上部为呼啸调整中枢，有抑制吸气，调节呼吸节律的作用，脑桥下部为长吸中枢，可加强吸气
        • 延髓
          • 延髓既有吸气中枢，也有呼气中枢，能自动产生节律性呼吸，所以称延髓为基本呼吸中枢
  • 呼吸运动的反射性调节
    • 肺牵张反射
      • 由肺牵张或缩小引起的吸气抑制或兴奋反射，称为肺牵张反射。肺牵张反射的感受器分布在支气管的平滑肌中。
        • 吸气时，肺扩张引起感受器兴奋，神经冲动经迷走神经传入延髓，从而使吸气中枢产生抑制作用，中止吸气转为呼气。
        • 呼气时，肺缩小牵拉感受刺激减弱，传入冲动减少，解除对吸气中枢的抑制，吸气中枢再次兴奋，产生吸气。
        • 典型的负反馈调节，其生理意义在于维持呼吸的节律性，使吸气不致过长过深。
    • 呼吸肌的本体感受性反射
      • 呼吸肌存在本体感受器（肌梭），肌梭受到牵拉产生兴奋，兴奋通过，脊神经到达延髓，反射性地使肌梭所在部位地呼吸机收缩加强
    • 防御性呼吸反射
      • 呼吸粘膜上的感受器受到机械或化学刺激，反射性呼吸，清除异物，如咳嗽，打喷嚏
    • 呼吸节律的形成
      • “局部神经元回路反馈控制”假说
  • 化学因素对呼吸的调节
    • 化学感受器
      • 是反射性调节的一类，化学因素是指动脉血液中的，O2,CO2,和H离子
        • 外周化学感受器
          • 颈内外动脉分叉处的颈动脉体和主动脉弓血管壁外的主动脉体，绝大多数处于颈动脉体
          • 当氧分压降低，二氧化碳分压升高及PH值降低时外周化学感受器兴奋，其发放的冲动，颈动脉体由窦神经传入呼吸中枢，主动脉体由主动脉神经出入呼吸中枢
        • 中枢化学感受器
          • 位于延髓腹外侧的浅表结构。
          • 主要接受其周围脑脊液中二氧化碳和氢离子刺激，但最主要的是受通过血脑屏障的二氧化碳解离出的氢离子刺激。
            • 因为脑脊液中的CA含量较少，所以催化二氧化碳与水的反应需要一定的时间，，潜伏期较长，落后于外周化学感受器对二氧化碳的感受
          • 血脑屏障将脑脊液与血液分开，血脑屏障限制氢离子通过，但二氧化碳可以自由通透
    • 二氧化碳、氢离子和氧对呼吸的影响
      • 二氧化碳对呼吸的调节
        • 对呼吸有很强的刺激作用，是维持呼吸的最主要的生理刺激
          • 二氧化碳排除过多，会使其对呼吸中枢的刺激减弱，引起呼吸暂停
          • 反之吸入的浓度增多会使呼吸加深加快
          • 但吸入的二氧化碳超过10%时，使体能二氧化碳堆积，抑制呼吸中枢，产生呼吸困难，不安，头疼，甚至昏迷。
        • 途径
          • 刺激外周感受器
          • 刺激中枢化学感受器
      • 氢离子对呼吸的调节
        • 动脉血中的氢离子浓度增加，呼吸加深加快；氢离子浓度降低，呼吸受到抑制，肺通气量减少。
        • 氢离子对呼吸的调节是通过刺激外周及中枢化学感受器，但由于氢离子不易通过血脑屏障，所以是以刺激外周化学感受器为主的
      • 低氧对呼吸的调节
      • PCO2,氢离子和PO2三个因素在调节呼吸中的相互作用
• 运动对呼吸机能的影响
  • 运动时呼吸机能的变化
  • 运动时换气机能的变化
  • 运动对呼吸的调节
    • 神经调节
      • 条件反射的影响
      • 大脑皮质运动中枢的影响
    • 体液调节
      • 二氧化碳增加对呼吸的影响
      • 缺氧对呼吸的影响
      • 氢离子浓度增加对呼吸的影响
  • 运动时合理呼吸