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1、运动生理学运动与心肺机能气体代谢第1页，此课件共55页哦第2页，此课件共55页哦第3页，此课件共55页哦第4页，此课件共55页哦教学目标教学目标l运动与肺通气和肺换气机能运动与肺通气和肺换气机能l氧离曲线的意义及影响因素氧离曲线的意义及影响因素l运动对呼吸系统机能的影响运动对呼吸系统机能的影响第5页，此课件共55页哦第一节呼吸运动和肺通气机能l l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O O2 2，同同时时排排出出COCO2，这这一一过过程通程通过过呼吸呼吸实现实现。第6页，此课件共55页哦 呼吸系统包括呼吸系统包括 呼吸道呼吸道 和和 肺泡。肺泡。上呼
2、吸道由鼻、咽、喉上呼吸道由鼻、咽、喉组组成成 下呼吸道由气管及各下呼吸道由气管及各级级支气管支气管 第7页，此课件共55页哦呼吸过程呼吸过程l l外呼吸外呼吸在肺部实现的外界环境与血液间的气体交在肺部实现的外界环境与血液间的气体交换，换，包括包括肺通气肺通气（外界环境与肺之间的气体交换过（外界环境与肺之间的气体交换过程）和程）和肺换气肺换气肺换气肺换气（肺与肺毛细血管中血液之间的气体（肺与肺毛细血管中血液之间的气体交换过程）交换过程）l l气体运气体运气体运气体运输输输输 气体与血液以气体与血液以气体与血液以气体与血液以化学化学结结合或物理溶解合或物理溶解的方式运的方式运输输到到全身的器官和全
3、身的器官和组织组织。l l内呼吸内呼吸内呼吸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8页，此课件共55页哦第9页，此课件共55页哦肺通气肺通气一一.肺通气动力肺通气动力呼吸运动呼吸运动呼吸运动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10页，此课件共55页哦随呼吸运动l肺内压吸气时大气压l胸内压吸气呼气时均大气压,吸气末气压更低，l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：牵拉肺呈扩张状态牵拉肺呈扩张状态牵拉肺呈扩张状态牵拉肺呈扩张状态 利于静脉血和淋巴液的回流利于静脉血
4、和淋巴液的回流 第11页，此课件共55页哦二.肺通气机能 肺容量指标第12页，此课件共55页哦 1.每一平静呼吸周期中，吸入或呼出的气量，叫潮气量(Tidal Volume,TV)；400600 ml 2.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(Inspiratory Reserve Volume,IRV)，正常成人约为 15002000 ml。补吸气量与潮气量之和称为深吸气量(Inspiratory Capacity,IC)。第13页，此课件共55页哦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(Expiratory Res
5、erve Volume,ERV)。正常成人约为9001200ml。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(Vital Capacity,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14页，此课件共55页哦 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(Residual Volume,RV)。正常成年余气量男性为 1500 ml，女性为1000 ml;平静呼气之后，存留于肺中的气量，称为功能余气量(Functional Residual Capacity,FRC)。安静时正常
6、成年男性约为 2500ml,女性约为 2000ml.第15页，此课件共55页哦6.肺总容量 肺所能容纳的最大气量为肺总容量(Total Lung Capacity,TLC)，肺总容量是肺活量和余气量之和。成年男性平均为 5000 ml,女性平均为 3500 ml。第16页，此课件共55页哦 肺通气量l l单位时间内吸入（或呼出）的气量称为单位时间内吸入（或呼出）的气量称为肺通气量肺通气量（VE）l l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安静时成年人的每分通气量为 6 68L 8L，安静时呼吸频率随年龄而异，安静时呼吸频率随年龄而异，l l5 5 岁时平均为岁时平均为 26 26
7、 次，次，l l15 15 岁岁20 20 岁时平均为岁时平均为 20 20 次，次，l l成年后平均降为成年后平均降为 16 16 次次 。l l剧烈运动时每分通气量可增至 80150L 150L 或更多(180(180200L)。第17页，此课件共55页哦 肺泡通气量l肺泡通气量肺泡通气量(alveolar ventilation,VA)是指是指每分钟吸入肺泡的实际能与血液进行气体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。交换的有效通气量。l VA=(呼吸深度呼吸深度-生理无效腔生理无效腔)呼吸频率呼吸频率解剖无效腔(Anatomical Dead Space)：呼吸道肺泡无效
8、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(Physiological Dead Space)：解剖无效腔和肺泡无效腔之和第18页，此课件共55页哦呼吸呼吸频率频率潮气量潮气量(ml)(ml)解剖无效腔解剖无效腔(ml)(ml)功能余气量功能余气量(ml)(ml)肺通气量肺通气量(ml/min)(ml/min)肺泡通气量肺泡通气量(ml/min)(ml/min)8 8100010001501501500150080008000680068001616500500150150200020008000800056005600323225025015015022502250800080
9、0032003200535315015015015023502350800080000 0不同呼吸频率时肺通气功能指标的比较不同呼吸频率时肺通气功能指标的比较第19页，此课件共55页哦深呼吸形式的生理意义深呼吸形式的生理意义l增加吸气末胸内负压程度，利于静脉和淋巴液回流；l减少肺泡无效腔l减少功能余气量，利于肺泡气体更新l增加肺泡通气量l减少氧通气当量，提高呼吸效率通气量/摄氧量第20页，此课件共55页哦三三.评价肺通气机能的指标评价肺通气机能的指标 肺活量 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21页，此
10、课件共55页哦 时间肺活量 在最大吸气之后，以最快速度进行最大呼气，记录在最大吸气之后，以最快速度进行最大呼气，记录 1 1 秒内所能呼出的气量，称时间肺活量(Timed Vital Capacity)。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。时间时间时间时间第第第第1 1秒末秒末秒末秒末第第第第2 2秒末秒末秒末秒末第第第第3 3秒末秒末秒末秒末时间肺活量时间肺活量时间肺活量时间肺活量838396969999，第22页，此课件共55页哦 最大通气量l15 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。l通气贮量的百分比
11、=(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23页，此课件共55页哦 第二节气体交换和运输 物理弥散物理弥散的方式 -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24页，此课件共55页哦肺换气肺换气第25页，此课件共55页哦组织换气组织换气第26页，此课件共55页哦一、影响气体交换的因素 1.分压差分压差 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27页，此课件共55页哦l分压差第28页，此课件共55页哦l通气/血流比值每分钟肺泡通气量/每分钟肺毛细血管血流
12、量成人安静时，=0.84此时二者最适宜匹配，气体交换效率最高此时二者最适宜匹配，气体交换效率最高第29页，此课件共55页哦通气/血流比值增大l l通气过剩，血流不足通气过剩，血流不足l l相当于肺泡无效腔加大相当于肺泡无效腔加大第30页，此课件共55页哦通气/血流比值减小l l通气不足，血液过剩通气不足，血液过剩l l部分血液流经通气不良的肺泡，混合静脉血中的气体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不能有充分的更新l l相当于功能性动相当于功能性动相当于功能性动相当于功能性动-静脉短路静脉短路静脉短路静脉短路通气血流比值的大或小，都会妨碍气体交换通气血流比值的大或小，
13、都会妨碍气体交换第31页，此课件共55页哦二.气体运输l lO O2 和 CO2 靠血液进行运输靠血液进行运输l l以物理溶解和化学结合两种形式存在于血液中l l溶解的虽然很少，但必须先溶解，再化学结合溶解的虽然很少，但必须先溶解，再化学结合 第32页，此课件共55页哦（一）氧气的运输过程（一）氧气的运输过程 1.经呼吸道将氧吸入肺泡 2.2.肺泡氧分压高，静脉血氧分压低，氧进入血液 3.物理溶解物理溶解 1.5%1.5%，98.5 进入红细胞与血红蛋白 结合成氧合血合血红红蛋白蛋白 4.4.运输途径：肺静脉、左心房、左心室、主动脉、组织组织 5.动脉血的氧分压高，在氧分压低的组织，氧和血动脉
14、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，这一过程这一过程 迅速、可逆、不需酶的催化，受受 PO2 2高低高低影响 第33页，此课件共55页哦（二）二氧化碳的运输（二）二氧化碳的运输 1.组织代谢产生组织代谢产生 COCO2 2.组织 COCO2 分压高，动脉血分压高，动脉血 COCO2 2 分压 低低,CO2 2 进入血液进入血液 3.物理溶解物理溶解 5%，化学结合 95%95%4.4.化学结合方式：碳酸氢盐、氨基甲酸血红蛋白化学结合方式：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 6.6.肺动脉内的静脉血肺动脉内的静
15、脉血 CO2 2分压高，肺泡分压高，肺泡 CO2 分分 压压低低，COCO2 2解离，进入肺泡，从肺脏呼呼出出体体外外。第34页，此课件共55页哦（三）与 O2 运输相关的三个概念l lHb Hb 氧饱和度氧饱和度氧饱和度氧饱和度（Oxyhemoglobin SaturationOxyhemoglobin Saturation）：血液中血液中 Hb Hb 与 O2 结合的程度结合的程度,即血红蛋白氧含量与血红蛋白氧即血红蛋白氧含量与血红蛋白氧容量的百分比值。容量的百分比值。l lHb 氧容量氧容量（Oxygen Capacity）：HbHb氧饱和度达到氧饱和度达到100%100%时，每1L血液
16、中血液中HbHb所能结合O O2的最大量。受受 Hb 浓度的影响（每克HbHb结合结合1.34ml 1.34ml O2 2）l lHb Hb 氧含量（氧含量（Oxygen Content）：每：每1L1L血液中血液中HbHb实际实际结合的结合的O O2量。量。受PO2的影响的影响第35页，此课件共55页哦计算举例l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/l1.34ml/g200ml/l.2.动脉血氧含量为：200ml/l98%=196ml/l3.静脉血氧含量为：200ml/l75%=150ml/l4.动静脉氧差
17、为：196-150=46ml/l。第36页，此课件共55页哦（四）氧离曲线及其意义（四）氧离曲线及其意义第37页，此课件共55页哦不同情况下PO2和PCO2(mmHg)空气空气肺泡气肺泡气动脉血动脉血静脉血静脉血组织组织PO2159104100400-30PCO20.340404650-80第38页，此课件共55页哦l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 60 mmHg 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
18、、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39页，此课件共55页哦l l氧离曲线的中段：氧离曲线的中段：40-60mmHg 氧分压为氧分压为 40 mmHg 40 mmHg 时，相当于静脉血的氧分压，时，相当于静脉血的氧分压，HbHb氧饱和度氧饱和度为为 75%75%若动脉血氧含量为若动脉血氧含量为 20 ml/100ml20 ml/100ml（以血氧饱和度为（以血氧饱和度为100%100%计算）、计算）、此时静脉血氧含量为此时静脉血氧含量为 15 ml/100ml 15 ml/100ml 即每即每 100 ml 100 ml 血流经组织时释放出血流经组织时释放出 5 ml
19、5 ml 氧氧若心输出量为若心输出量为 5 升，则升，则 VO2 为为5000 ml/min 5%=250 ml/min 第40页，此课件共55页哦l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41页，此课件共55页哦第42页，此课件共55页哦高原环境下氧运输能力高原环境下氧运输能力氧分压氧分压159142126111978574655748第43页，此课件共55页哦地地 点点 海拔海拔(米米)适用项目适用项目地点地点 海拔海拔(米米)适用项目适用项目贵州红枫湖贵州红枫湖12451245水上水上云南海埂云南海埂18901890
20、综合综合四川西昌四川西昌15001500水上水上吉林长白山吉林长白山19001900滑雪滑雪陕西太白山陕西太白山15001500摔跤摔跤云南呈贡云南呈贡19171917田径田径甘肃兰州甘肃兰州15001500综合综合新疆天池新疆天池19421942滑冰滑冰四川会理四川会理17931793田径田径甘肃榆中甘肃榆中19871987田径田径甘肃刘家峡甘肃刘家峡18001800水上水上青海西宁青海西宁22602260综合综合贵州六盘水贵州六盘水18401840赛艇赛艇青海多巴青海多巴23662366综合综合中国高原训练基地中国高原训练基地中国高原训练基地中国高原训练基地The proper heigh
21、t of altitude 第44页，此课件共55页哦（五）三个机能评定指标（五）三个机能评定指标l l氧脉搏氧脉搏氧脉搏氧脉搏 (Oxygen PulseOxygen Pulse):心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，称为心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，称为氧脉搏。可以用每分摄氧量可以用每分摄氧量/心率计算心率计算 可作为评定心肺功能的综合指标。可作为评定心肺功能的综合指标。l l氧利用率氧利用率=(=(动脉血氧含量动脉血氧含量-静脉血氧含量静脉血氧含量)/)/动脉血氧含量动脉血氧含量 可用来评价训练程度可用来评价训练程度l l氧通气当量(呼吸当量呼吸当量)：肺通气量与摄氧量的比值。安静
22、时的呼吸当量为肺通气量与摄氧量的比值。安静时的呼吸当量为20202525，越小，越小说明氧的摄取效率越高。说明氧的摄取效率越高。同等运动强度下，运动员呼吸当量同等运动强度下，运动员呼吸当量 常人常人 第45页，此课件共55页哦计算题1l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46页，此课件共55页哦计算题 2l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
23、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47页，此课件共55页哦计算题 2l l氧通气当量氧通气当量=肺通气量/摄氧量=7L/min200ml/min=7000/200=35l l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/min100100次次/min=2ml/min=2ml/次次l l氧利用率氧利用率：=动静脉血氧含量差动静脉血氧含量差/动脉血氧含量动脉血氧含量=（18-1418-14）/18=/18=？l l每搏量每搏量：心脏每次搏动所射出的血液量称为每博
24、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48页，此课件共55页哦(六六)运动对影响解离曲线因素的影响运动对影响解离曲线因素的影响1.1.直接因素：氧分压2.2.PCO2和pH值：波尔效应（波尔效应（Bohr effect）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,称波尔效应波尔效应.肌肉运动时产生大量肌肉运动时产生大量 CO2 和和 H+，促使，促使HbO2解
25、离出更多的氧，满足运动时肌肉组解离出更多的氧，满足运动时肌肉组织的代谢需要织的代谢需要第49页，此课件共55页哦3.3.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，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。解离出更多的氧，有利于组织氧的供应。第50页，此课件共55页哦4.4.2,3-二磷酸苷油酸（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，人体在缺氧、剧烈运动时，2,3-DPG增加，增加，促使更多的氧释放。促使更多的氧释放。第51页，此课件共55页哦
26、5.5.一氧化碳（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:Eg:（煤气中毒的高压氧治疗）（煤气中毒的高压氧治疗）第52页，此课件共55页哦第三节 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l l运动开始前，条件反射性增加（相当于赛前状态）；l l运动开始后，通气量先快速上升（相当于进入工作状态），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，直至高峰平台（相当于稳定工作状态）；继而持续缓慢上升，直至高峰平台（相当于稳定工作状态）；l l运动结束时，通气量先快速下降，随后缓慢下降直至恢复到运动结束时，
27、通气量先快速下降，随后缓慢下降直至恢复到安静水平安静水平l l中等强度运动通气量的增加主要依靠呼吸深度增加实现，高强中等强度运动通气量的增加主要依靠呼吸深度增加实现，高强度运动主要依靠呼吸频率增加实现。度运动主要依靠呼吸频率增加实现。第53页，此课件共55页哦运动过程肺通气机能变化第54页，此课件共55页哦 二、呼吸当量与运动强度的关系二、呼吸当量与运动强度的关系安静时的呼吸当量为安静时的呼吸当量为202025 25（机体必须从（机体必须从202025 L25 L的通气量的通气量中才能摄取到中才能摄取到1L 1L 的的OO2 2 。）。）呼吸当量越小，O2的摄取效率越高，呼吸当量最小的点称的摄取效率越高，呼吸当量最小的点称为为最佳呼吸效率点，可通过合理调整呼吸实现。l l运动强度50%VO2max 时，呼吸当量调节为较小或保持恒定不变；l l运动强度50%VO2max2max 时，通气量的增加明显大于摄氧量的增加（相当于乳酸阈时相），摄 O O2 2 效率降低效率降低 l l影响呼吸当量的因素除肺的通气机能外，循环机能和外周组织对氧的摄取能力亦为重要因素。第55页，此课件共55页哦