第二节　呼吸系统与运动

一、呼吸系统的生理学基础

呼吸系统是执行机体和外界进行气体交换的器官的总称。呼吸系统的主要功能是进行气体交换，即吸入O2，呼出CO2，使得动脉血氧浓度、CO2分压和pH在不同生理状态下保持在特定范围内。

（一）呼吸系统解剖

呼吸系统包括呼吸道和肺，呼吸道由鼻、咽、喉、气管、支气管和肺内的各级支气管分支所组成，是气体进出肺的通道。肺由实质组织和间质组织构成，前者包括支气管树和肺泡，后者包括结缔组织、血管、淋巴管和神经等（图3-2-1）。肺还有内分泌功能，其内分泌细胞存在于支气管和肺上皮内，具有合成和分泌5-羟色胺、铃蟾肽、降钙素基因相关肽等胺类和多肽类激素的功能。内、外环境之间的气体交换，即外呼吸是肺最基本和最重要的功能，是在循环系统配合下实现的复杂生理过程。

图3-2-1　呼吸系统解剖

呼吸肌由膈肌、肋间肌和斜角肌组成，其中膈肌是主要的吸气肌。膈肌正常活动度约1.5cm，在深呼吸时，可达7～8cm，甚至达10cm。肋间肌由肋间内、外两层肌纤维组成，接受T1～T11的神经纤维的支配。当肋间外肌收缩时，由于肋骨本身的重力作用，肋骨前端抬起，使胸廓向上、向外扩展，胸腔的前后径扩大；肋间内肌收缩，使肋骨下降，胸腔缩小，属于呼气肌群。肋间肌在平静呼吸时不起主要作用，只有在深呼吸时才起作用。辅助呼吸肌群包括斜角肌、胸锁乳突肌、斜方肌、胸大肌、腹肌等，可以抬高和固定胸廓与最大前后径位置，并能提高膈肌的呼吸效能。在安静状态下，辅助呼吸肌群不收缩，只有在呼吸困难时才开始收缩，以便在原有呼吸肌收缩的基础上进一步强化呼吸效应。

通过呼吸运动，肺实现了与外界环境的气体交换，使肺泡内的气体不断得到更新。正常情况下，腹肌是最有力的呼气肌，它的收缩使肺内压增加，使膈肌向头侧移动。

（二）呼吸运动

随着胸廓的扩张和回缩，空气经呼吸道进出肺称为呼吸运动。由于呼吸运动的不断进行，保证肺泡内气体成分的相对恒定，使血液与肺泡内气体间的交换得以不断进行。正常成年人在平静呼吸时，每次吸入或呼出的气量称为潮气量，平均约为400～500mL。每分钟出入肺的气体总量称为每分通气量，它等于潮气量和呼吸频率的乘积。正常成年人在安静状态下的呼吸频率为16～18/min，所以每分通气量为0.6～0.8L。运动或体力活动时，呼吸加深加快，每分通气量可达70L。正常人在平和呼气之后，如再做最大呼气，称为补呼气，为1000～1500mL。在平和吸气之后，如再做最大吸气，称为补吸气，为1000～1800mL。潮气、补呼气、补吸气三者之和称为肺活量，男性约为3500mL，女性约为2500mL。它是一次肺通气的最大范围，可以反映肺通气功能的储备量及适应能力。肺活量的大小与人的身高、胸围、年龄、健康情况有关。肺活量并不等于肺内所容纳的全部气体量，即便在用力呼气后，肺内也还残留着一部分气体不能完全被呼出，称为残气。从气体交换的效率来看，呼吸的深度极为重要。深而慢的呼吸，其效率要高于浅而快的呼吸。

机体在进行新陈代谢过程中，经呼吸系统不断地从外界吸入氧，由循环系统将氧运送至全身的组织和细胞，同时将细胞和组织所产生的二氧化碳再通过循环系统运送到呼吸系统排出体外。

（三）呼吸运动调节

呼吸运动接受中枢神经系统的调节，大脑皮质对呼吸运动的调节作用表现得尤为明显。例如，在谈话、唱歌等活动中，音韵的长短、言语的断续等都需要呼吸运动的协调；在人的情绪和思维活动时也都可见到呼吸运动的改变，同样可以控制和提高肺的通气量。在大脑皮质功能完整的情况下，最大自主通气量每分钟可达到100L以上，说明了呼吸功能的可塑性。

呼吸运动是节律性运动。大脑皮质通过以下两条途径调节呼吸：一是对延髓呼吸中枢的作用，改变其活动节律；二是通过皮质脊髓束和红核脊髓束的下行纤维直接支配脊髓呼吸即运动神经元的活动。

（四）肺功能

肺有非常突出的功能潜力。成人肺活量平均为3000mL，而每次呼吸的潮气量只有500mL，仅占肺活量的1/6，每分最大通气量＞100L，而静息通气量只有6L，约占1/17；健康人动脉血氧分压为13.3kPa（约100mmHg），血氧饱和度为97%，根据氧离曲线的特殊状态，即使氧分压降低至8.0kPa（60mmHg），血氧饱和度仍可保持在90%的水平。肺循环亦有巨大的代偿能力，若做一侧全肺切除，肺血管床减少一半，在静息状态下肺动脉压仍可维持在正常范围。以上数据表明，呼吸系统疾病虽然破坏了一部分肺功能，而且已经出现了部分症状，但通过有指导的训练，有可能产生足够的代偿。

二、运动中呼吸系统的生理反应

肺的主要功能是进行气体交换、调节血容量和分泌部分激素。运动可增加呼吸容量，改善O2的吸入和CO2的排出。主动运动可改善肺组织的弹性和顺应性。吸气时膈肌的运动对肺容量有较大的影响，正确的膈肌运动训练有利于增加肺容量，肺容量增加后，摄氧量也随之增加。在摄氧量能满足需氧量的低或中等强度运动中，只要运动强度不变，即能量消耗恒定，摄氧量能保持在一定水平，该水平称为“稳定状态”。但在运动的起始阶段，因呼吸、循环的调节较为迟缓，氧在体内的运输滞后，致使摄氧量水平不能立即到位，而是呈指数函数曲线样逐渐上升，称为“非稳态期”。这一阶段的摄氧量与根据稳定状态推断出的需氧量相比，其不足部分即无氧供能部分称为“氧亏”。当运动结束进入恢复期时，摄氧量也并非从高水平位立即降至安静时的水平，而是通过快速和慢速两个阶段逐渐移行到安静水平，这一超过安静状态水平而多消耗的氧量即为“氧债”。一般来说，“氧债”和总的“氧亏”是等量的。

“稳定状态”是完全供能过程，而“氧亏”的摄氧量与根据稳定状态推算出的需氧量相比，其不足部分是无氧供能部分。运动时消耗的能量随运动强度加大而增加，以中等强度的负荷运动时，在到达稳定状态后持续运动期间的每分摄氧量即反映该运动的能量消耗和强度水平。在运动中，每分摄氧量随功率的加大逐渐增加。但当功率加大到一定值时，每分摄氧量达到最大值并不再增加，此值称为最大摄氧量（VO2max）。VO2max的绝对值以“L/min”为单位，相对值以“mL/（kg·min）”为单位；相对值消除了体重的影响，在进行个体比较时更有实际意义。

（朱利月）