班级：  社会体育（本科）  班            人数：  人

第六章　  呼吸与运动

教学目标：

一、使学生了解肺通气原理；掌握肺通气功能及其评定方法。

二、掌握气体交换的动力、原理和过程以及影响肺换气功能的因素。

三、掌握运动时呼吸功能的变化规律和合理的呼吸方法；了解呼吸的调节机制。

教学重点与难点：

一、教学重点：

（一）肺通气功能的评定。

（二）气体交换的动力、原理与过程。

二、教学难点：

（一）肺通气功能对训练的反应与适应。

（二）呼吸运动的调节。

教学要点及教学进程：

一、教学要点：

（一）呼吸及其过程。

（二）呼吸种类和呼吸形式。

（三）肺通气的概念、动力和肺通气功能的评定。

（四）肺通气功能对训练的反应与适应。

（五）气体交换的动力、原理与过程及影响因素。

（六）呼吸运动的调节。

二、教学进程：

（一）利用多媒体幻灯片展示本章内容纲要和学习重点。简要阐述氧运输系统的概念及组成。

（二）采用讲解法、启发式、讨论式等教学方法，利用4学时对呼吸与运动的基本知识和基本理论进行系统讲解与应用分析，并补充一些拓展内容。

（三）对本章教学内容进行总结（含重点）。

（四）布置本章复习思考题，给出参考书目。

教学措施与手段：

一、讲解法和启发式和讨论式等教学法系统讲解与分析本章基本知识和基本理论及其应用。

二、利用多媒体（幻灯片）展示本章内容纲要和主要概念、基本理论以及图片等内容，讲解中适时利用板书，展开相关内容，补充有关材料进行讲解。

教学内容：

概   述

呼吸：人体与外界环境之间进行的气体交换过程。

呼吸全过程：

呼吸三个环节：外呼吸、气体运输和内呼吸。

呼吸系统包括了呼吸道和肺泡。

呼吸道：分上、下两部分，上呼吸道由鼻、咽、喉组成，下呼吸道由气管及各级支气管组成。呼吸道有加温、润湿和净化空气的功能，有通过调节支气管平滑肌的舒缩来改变呼吸道的口径进而影响气流阻力的功能，但呼吸道不具备气体交换的功能。

第一节 呼吸运动和肺通气机能

一、肺通气的动力学

(一)呼吸运动

概念：胸廓的节律性扩大和缩小。它是通过呼吸肌的舒缩活动来实现的，构成肺的通气动力。

呼吸肌：

  主要吸气肌：膈肌和肋间外肌

  辅助吸气肌：胸肌、斜方肌、胸锁乳突肌和背阔肌等

  呼气肌：肋间内肌和腹壁肌

１、平静呼吸

２、用力呼吸

    用力吸气时，辅助吸气肌也参加，胸廓容积进一步扩大。

    用力呼气时，除吸气肌舒张外，呼气肌也参加（肋间内肌+腹壁肌收缩），胸廓容积进一步缩小。

平静呼吸与用力呼吸特点：

  ①平静呼吸时，吸气是主动的，呼气是被动的。

  ②用力呼吸时，吸气和呼气都是主动的。

  ③平静呼吸时，肋间外肌所起的作用＜膈肌。

 ３、呼吸形式  胸式呼吸、腹式呼吸和混合式呼吸

    混合呼吸:正常成人

    腹式呼吸:婴儿；双杠或地上做倒立的动作

    胸式呼吸:屈体直角动作造型

(二)肺内压

平静吸气初:肺内压<大气压=2-3mmHg →气入肺

平静呼气初:肺内压>大气压=2-3mmHg →气出肺

用力呼吸时:肺内压的升降变化有所增加。

        如：紧闭声门或口鼻，再用力做呼气动作(憋气)时，肺内压可高于大气压60-140mmHg。若此时做用力吸气动作，肺内压可低至-30—-lOOmmHg。

(三)胸内压

概念：胸膜腔内的压力。

胸膜位于肺表面的部分为胸膜脏层，位于胸壁内表面的部分为胸膜壁层。这两个部分延续相连，形成密闭的间隙，即胸膜腔。

胸内压特点：

  胸内压在呼吸过程中始终低于大气压，为负压。

 　平静呼气之末胸内压为-5～-3mmHg，

  　平静吸气之末胸内压为-l0～-5mmHg，

  用力吸气时负压可达-3OmmHg。 

胸内负压的形成原因：婴儿出生后，胸廓和肺发育的速度不均衡，肺发育较慢，胸廓发育较快，胸廓容积大于肺。由于胸膜壁层和脏层的紧贴不分，即使在呼气之末也是如此，因而肺始终处于被动牵拉状态，肺本身是有弹性的组织，肺泡又有表面张力，这两种因素使肺具有了回缩力。所以胸膜腔内的压力应是肺的回缩力与反方向作用于胸膜腔的肺内压(或大气压)之和，即： 胸内压=肺内压(或大气压)-肺回缩力

胸内负压的主要作用：

①有利于肺泡进行气体交换；

②有利于静脉血和淋巴液的回流。

运动时采用深呼吸，能够有效地促进肺泡气的交换和有效地促进静脉血的回心。

二、肺通气机能

(一)肺容量及其变化

1.潮气量 每一呼吸周期中，吸入或呼出的气量

2.补吸气量和深吸气量

  补吸气量：平静吸气之后，再做最大吸气时，增补吸入的气量。

  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 。

3.补呼气量

    平静呼气之后，再做最大呼气时，增补呼出的气量。

    其大小反映了呼气的贮备能力。

 4.肺活量

概念：最大深吸气后，再做最大呼气时所呼出的气量，称为肺活量。

正常值：男性约为3500ml，女性约为2500ml，运动锻炼既能使人的肺活量水平提高，也能延缓肺活量的衰减，高水平的运动员肺活量可达7000ml之多。

  5.余气量和功能余气量

余气量：尽最大力呼气之后，仍贮留于肺内的气量。正常男性为1500ml，女性为1000ml。老年人大于青壮年，男性高于女性。

功能余气量：平静呼气之后，存留于肺中的气量。正常成年男性约为250Oml，女性约为2000ml。

6.肺总容量

    肺所能容纳的最大气量为肺总容量，肺总容量是肺活量和余气量之和。

  (二)肺通气量

概念：单位时间内吸入(或呼出)的气量

         =呼吸深度(潮气量)×呼吸频率

  安静时：6-8L     剧烈运动时：80-15OL或更多(180-200L)

 (三)肺泡通气量

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。 

肺泡通气量=(呼吸深度-生理无效腔)×呼吸频率

三、肺通气机能的指标

  (一)肺活量

肺活量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。

  (二)连续肺活量

连续地测五次肺活量，根据五次所测数值的变化趋势，判断呼吸肌的机能能力。 

  (三)时间肺活量

在最大吸气之后，以最快速度进行最大呼气，记录在一定时间内所能呼出的气量。

第l秒： 83%肺活量    最有意义

第2秒： 96%肺活量

第3秒： 99%肺活量

时间肺活量是一个评价肺通气功能较好的动态指标，它不仅反映肺活量的大小，而且还能反映肺的弹性是否降低、气道是否狭窄、呼吸阻力是否增加等情况。

 (四)最大通气量

以适宜的呼吸频率和呼吸深度进行呼吸时所测得的每分通气量，称最大通气量。

一般只做15秒钟通气量的测定，并将所测得的值乘以4，即为每分最大通气量。是衡量通气功能的重要指标，可用来评价受试者的通气储备能力。还可用通气贮量的百分比来表。

第二节 气体交换和运输

一、气体交换

(一)气体交换原理

1.分压和分压差的概念

分压：在混合气体的总压力中，某种气体所占有的压力。

PO2=760×20.94%=159mmHg   PCO2=760×O.04%=0.3mmHg

2.人体不同部位氧和二氧化碳的分压

3.气体扩散的速率

   单位时间内气体扩散的容积。

(二)肺换气和组织换气

换气动力：分压差

换气方向：分压高→分压低

换气结果： 肺静脉血→动脉血； 组织动脉→静脉血

肺换气过程：

组织换气过程：

(三)影响换气的因素

1.气体的分子量和溶解度

综合考虑气体的分子量、溶解度以及分压差， CO₂实际的扩散速度约为O₂的2倍。

2.呼吸膜

3.通气/血流比值

指每分钟肺泡通气量(VA)和每分钟肺毛细血管血流量(Qc)之比值，简写为VA/Qc。

二、气体运输

运输形式:

    物理溶解:气体直接溶解于血浆中

    特征: ①量小,起桥梁作用

          ②溶解量与分压呈正比

   化学结合:气体与某些物质进行化学结合。

       特征:量大,主要运输形式。

(一)氧运输

物理溶解：(1.5%)

化学结合:(98.5%)

Hb的氧容量：每100ml血液中Hb与O₂结合的最大量(约19-20m1)

Hb的氧含量：每lOOml血液中Hb实际与O₂结合的量

Hb的氧饱和度：Hb的氧含量所占Hb的氧容量的百分比

 l.Hb与O₂结合

2.氧离曲线

表示PO₂与Hb结合O₂量关系或PO₂与氧饱和度关系的曲线。

氧离曲线反映了Hb与O₂的结合量是随PO₂的高低而变化，这条曲线呈“S”。

原因：1分子Hb含有4个Fe⁺⁺，4个Fe⁺⁺在与O₂的结合过程中并非同时结合O₂，而是逐一按四步进行，且相互间有协同效应，即l个Fe⁺⁺与O₂结合后，由于Hb变构效应，其他Fe⁺⁺更易与O₂结合。反之，若Hb O₂中的l个O₂释放出来，其他几个O₂也更易放出。

上段：P O₂在60-lOOmmHg时，曲线坡度不大，形式平坦，即使P O₂从1OOmmHg降至8OmmHg时，血氧饱和度仅从98%降至96%。

①高原(2.0KM的低气压),P O₂↓明显而Hb结合O₂量变化不大；

②轻度呼衰病人肺泡气P O₂↓明显而Hb结合O₂量变化不大。

对高原适应或有轻度呼吸机能不全的人均有好处。

下段:P O₂在6OmmHg以下时，曲线逐渐变陡，意味着P O₂下降，使血氧饱和度明显下降。

P O₂为40-lOmmHg时，曲线更陡，此时P O₂稍有下降，血氧饱和度就大幅度下降。释放出大量的O₂保证组织换气。

对人体的组织换气大为有利。

影响因素： PC O₂↑、pH↓、体温↑、红细胞中糖酵解产物2,3-DPG(2,3-二磷酸甘油酸)↑，氧离曲线右移，从而使血液释放出更多的O₂。
　　C O₂↓、pH值↑、体温↓和2,3-DPG的↓，使Hb对O₂的亲和力提高，氧离曲线左移，从而使血液结合更多的O₂。

3.氧储备

  在正常情况下，O₂除维持体内的代谢消耗外，还储存在体内一小部分待用，储存在血液和肺中的O₂约有1300-2300ml，储存在肌红蛋白中的O₂约有240-500ml。

4.氧利用率

安静时：氧利用率为[(20-15)/20]*100%=25%

剧烈活动时：肌肉的氧利用率可达(13/20)*100%=65%   

 5.氧脉搏

概念：心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，称为氧脉搏，可以用每分摄氧量除以每分心率计算。

意义：氧脉搏越高，说明心肺功能好、效率高。据研究，氧脉搏在心率为130-140次/分时，最高值为11-17ml，心率过快时则有下降趋势。但目前也有运动员在从事剧烈活动时，氧脉搏值可高达23ml。氧脉搏可作为判定心肺功能的综合指标。

(二)二氧化碳运输

物理溶解： 6％

化学结合：94％

  碳酸氢盐的形式(NaHCO₃，KHCO₃):87%

  氨基甲酸血红蛋白的形式(HbNHCOOH):7%

1.碳酸氢盐形式的运输  占87%

CO₂＋H₂O

  ①反应速极快且可逆，反应方向取决PCO₂差

  ②RBC膜上有Cl-和HCO₃^-特异转运载体

  Cl^-转移维持电平衡,促进CO₂化学结合的运输

  ③需酶催化:碳酸酐酶加速反应0.5万倍,双向作用

  ④在RBC内反应, 在血浆内运输。

2．氨基甲酸血红蛋白形式的运输  7%

HbNH₂+H⁺+CO₂

 ①反应迅速且可逆，无需酶催化；

 ②CO₂与Hb的结合较为松散；

 ③反应方向主要受氧合作用的调节:

   HbO₂的酸性高,难与CO₂结合,反应向左进行

   HHb的酸性低,易与CO₂结合,反应向右进行

 ④虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式，

   因肺部排出的CO₂有20％是此释放的。

 ⑤带满O₂的Hb仍可带CO₂。

(三)呼吸与酸碱平衡

血液在运输CO₂过程中，形成了H₂CO₃与NaHCO₃，二者是血液中的重要缓冲物质，通常H₂CO₃/NaHCO₃的比值为1/20。

当代谢产物中有大量酸性物质时，它们与HCO₃作用，生成H₂CO₃，后者分解为CO₂和H₂O，使血中PCO₂上升，导致呼吸运动加强，CO₂排出量增加，因而血浆中pH值的变化不大；

当体内碱性物质增多时，与H₂CO₃作用使血中NaHCO₃等盐浓度的增高，于是H₂CO₃浓度和PCO₂降低，导致呼吸减弱，呼吸的减弱又使H₂CO₃浓度逐渐回升，维持了其与NaHCO₃的正常比值，因此对血浆PH值的影响也较小。

第三节 呼吸运动的调节

一、调节呼吸运动的神经调节

(一)呼吸运动的神经支配

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。

(二)呼吸中枢

动物实验证明，调节呼吸运动的主要中枢在延髓和脑桥。

二、呼吸运动的反射性调节

(一)肺牵张反射

概念：由肺扩张或缩小引起吸气抑制或兴奋的反射，称为肺牵张反射

感受器分布：在支气管及细支气管的平滑肌内。

运动时发生的肺牵张反射，对呼吸频率和深度的调节更具有重要意义。

 (二)呼吸肌的本体感受性反射

呼吸肌本体感受器传入冲动所引起的反射性呼吸变化。

  (三)防御性呼吸反射  

如咳嗽反射、喷嚏反射等。

  (四)呼吸节律的形成

其机制，迄今比较公认的是“局部神经元回路反馈控制”假说。

三、化学因素对呼吸的调节

 (一)化学感受器

化学感受器是指其能接受化学物质刺激的感受器。

  1.外周化学感受器

位于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。

适宜刺激：对PO₂↓、PCO₂↑、[H⁺]↑高度敏感(对PO₂↓敏感，对O₂含量↓不敏感)，且三者对化学感受器的刺激有相互增强的现象。

 2.中枢化学感受器

位置：延髓腹外侧的浅表部位

适宜刺激：对H⁺高度敏感，不感受缺O₂的刺激。因H⁺不易透过血-脑屏障，但CO₂易透过血-脑屏障进入脑脊液:CO₂＋H₂O→H₂CO₃→H⁺＋HCO₃^- 发挥刺激作用。

(二)CO₂、H⁺和O₂对呼吸的影响

 l.CO₂对呼吸的调节

CO₂对呼吸有很强的刺激作用，它是维持正常呼吸的最重要生理性刺激。

ＰCO2↑↑1％时→呼吸开始加深；

↑4％时→呼吸加深加快,肺通气量↑1倍以上;

       ↑6％时→肺通气量可增大6-7倍;

       ↑7％以上→呼吸减弱，即CO2麻醉。

ＰCO2↓　→呼吸减慢（过度通气后可发生呼吸暂停）。

  2.H⁺对呼吸的调节

  [H⁺]↑→呼吸加强  

  [H⁺]↓→呼吸抑制

  机制:类似CO₂

  特点：血液[H⁺]增加时，是以刺激外周化学感受器为主。

3.低氧对呼吸的调节、

4.PCO₂、H⁺和PO₂三个因素在调节呼吸中的相互作用 

PCO₂升高时，[H⁺]也随之升高，两者的作用总和起来，使肺通气较单独PCO₂升高时为大；[H⁺]增加时，因肺通气增大排出更多CO₂,PCO₂下降，抵消了一部分H⁺的刺激作用。

另外CO₂含量的下降，也使[H⁺]有所降低。这两者均使肺通气的增加较单独[H⁺]升高时为小；PO₂下降时，也因肺通气量增加，呼出较多的CO₂，使PCO₂和[H⁺]下降，而减弱了低氧的刺激作用。

本章复习思考题：

1.名词解释：呼吸、肺通气量、肺泡通气量、解剖无效腔、肺活量，时间肺活量、通气当量。

2.呼吸包括哪三个阶段？平和呼吸有什么特点？

3.什么是胸内压？有什么特点和生理意义？

4.肺容量包括哪些主要成分？怎样计算？

5.举例说明为什么深而慢的呼吸比浅而快的呼吸好？

6.肺通气和肺换气的动力分别是什么？

7.简述肺换气和组织换气的过程以及影响肺换气的因素。

8.运动训练对肺换气有何影响？

9.试分析憋气的利与弊，运动中应如何合理运用？

10.试述运动时呼吸的变化及其神经体液调节机制。

课后作业： 利用所学知识讨论吸烟对肺的通气功能和换气功能的影响。

教

具

多媒体

授课

时间

课后记载：