运动时通气机能的变化:随着运动时的强度加大,机体为了适应能量供应的需求,需要消耗更多的氧气和排出更多的二氧化碳。表现为呼吸加深加快,肺通气量(每分钟吸入的气量)增加。
肺通气量=呼吸深度×呼吸频率。潮气量(呼吸深度)指的是每次呼吸时,呼出或吸入的气体量。从安静时的500毫升上升到2000毫升以上,呼吸频率也随着运动强度的加大,从每分钟12-18次增加到每分钟40-60次。结合呼吸深度和呼吸频率,肺通气量可从安静时的6-8升增加到80-150升,比安静时增大10-12倍。
肺通气量在运动时除了量上的变化,还会有速度的变化。在运动开始后,通气量会立即快速上升,随后在前一上升的基础上,出现持续的缓慢上升;运动结束时,肺通气量同样是出现快速的下降,随后缓慢的恢复到安静时的水平。
运动时肺通气的调节机制:
(一)神经调节:
1.条件反射的影响:在进行运动时,与运动有关的语言信号和周围环境中的各种因素,因为经常与肌肉活动时呼吸的变化相联系,多次重复即形成了条件反射,以后有相应的刺激出现时,就可引起呼吸功能的相应变化。
2.大脑皮质运动中枢的影响:运动时肺通气量的增强是由大脑皮质运动区的神经冲动刺激呼吸中枢所引起的。在大脑皮质发出神经冲动使肌肉收缩的同时,也发出冲动到达脑干呼吸中枢,使之发生兴奋,从而增强呼吸。
3.本体感受性反射的影响:在肢体做活动时,位于肌肉和关节处的本体感受器可受到牵拉刺激,产生的冲动传到呼吸中枢,从而引起肺通气量的增加。
(二)体液调节:
1.二氧化碳增加对呼吸的影响:当健康的人在不断增加工作负荷时,肺通气量可以5-15倍的增加,而动脉血二氧化碳分压却没有变化。这就说明,如果动脉血二氧化碳分压没有相当数量的变化,那么二氧化碳就不可能是引起运动时呼吸增加的主要刺激因素。
2.缺氧对呼吸的影响:通过测量在运动期间平均动脉血的氧分压发现仅有很小的变化,而颈动脉体和主动脉体中的氧的化学感受器对这些很小的变化是不敏感的。所以认为运动时的呼吸增加不会是由低氧刺激所引起的。
3.氢离子浓度增加对呼吸的影响:当进行轻度或者中等强度运动时,机体由有氧代谢供给能量,此时通气量的增加可以满足氧气的需要,代谢产物为二氧化碳和水,PH值保持正常的稳定,这时氢离子浓度很低,对化学感受器的刺激可以忽略不计;当进行强度较大的运动时,通气量的增加不能满足机体对氧气的需求,有一部分能量需要靠糖的酵解来供给,这就产生了乳酸的积累。但血液中碱性缓冲物质可在一定范围内将乳酸中和缓冲。因此只有在进行剧烈运动过程中,即储备的碱性缓冲物质过多消耗后,氢离子浓度上升,血液的PH值才会有所下降。
综上所述,运动时呼吸的变化,是多种因素共同调节的结果。其中神经调节机制起主要作用,而体液机制和其他因素则起辅助和调整作用。