6.2 课后习题详解
1．何谓呼吸？呼吸过程由哪几个环节构成？
答：呼吸是指机体在新陈代谢过程中，不断地从外界环境中摄取氧并排出二氧化碳，机体与环境之间的气体交换的过程。呼吸过程的三个环节包括：
（1）外呼吸
外呼吸是指外界环境与肺部的气体交换过程，包括肺通气（肺与外界环境的气体交换）和肺换气（肺泡与血液之间的气体交换）两个部分。
（2）气体在血液中的运输
血液中运输的气体主要是O2和CO2，两者在血液中以物理溶解和化学结合的方式运输。
（3）内呼吸
内呼吸是指血液通过组织液与组织细胞间进行气体交换过程。
2．试述胸内负压成因及其生理意义。
答：胸内压是指胸膜腔内的压力。胸膜腔是胸膜壁层和脏层之间的腔隙（是一个密闭的腔隙），在正常情况下呼吸时，胸膜腔内的压力总是低于大气压，称胸内负压。
（1）胸内负压的成因
肺是具有弹性的组织，人出生后，肺就被其中的气体撑开，而肺的弹性回缩力具有将胸膜腔脏层和壁层分开的趋势，而胸膜腔又是封闭的，所以肺的回缩力造成了胸内负压。
（2）胸内负压的生理意义
胸内负压是维持正常呼吸的必要条件。运动时呼吸深度加大，胸内压起伏的幅度随之加大，这对促进静脉血回流起到了极好的辅助泵作用。
3．有哪两种呼吸形式，分析憋气的利和弊，运动中如何合理运用？
答：人的呼吸形式包括腹式呼吸和胸式呼吸。成人的呼吸一般都是混合式的。在运动中，可根据动作的特点灵活转变呼吸形式，人体固有的吸气肌为膈肌和肋间外肌。
（1）腹式呼吸
腹式呼吸是指以膈肌运动为主的呼吸运动。腹式呼吸过程中，膈肌收缩（下降）和舒张时腹内压产生变化，腹部随之起伏。
（2）胸式呼吸
胸式呼吸是指以肋间外肌运动为主的呼吸运动。胸式呼吸过程中，肋间外肌收缩（肋骨上提和外展）和舒张时胸壁随之起伏。
4．如何评价肺通气功能？
答：肺通气功能的强弱可用一次呼吸或一定时间内进出肺的气体量来衡量。
（1）肺总容量
肺总容量是指肺所能容纳的最大气体量，是最大吸气末肺内气体的总量。
（2）肺活量和时间肺活量
①肺活量
肺活量是指最大吸气后，尽力所能呼出的最大气量，是潮气量、补吸气量和补呼气量三者之和。
②时间肺活量
时间肺活量是指在一次尽力吸气之后，再用力并以最快的速度呼气，计算第1s、2s、3s末的呼出气量占肺活量的百分数，分别为第1s、2s、3s的TVC。
（3）每分最大通气量和每分最大随意通气量
①每分通气量
每分通气量是指每分钟吸入或呼出的气体总量，等于潮气量与每分钟呼吸频率的乘积。正常成年人平静呼吸时，每分钟呼吸频率约为12～18次，潮气体量约为500ml，每分通气量则为6～8L。
②每分最大通气量
每分最大通气量是指在递增负荷的运动中，每分通气量所能达到的最大通气量。该值具有个体差异，一般为120～140 L/min。每分通气量主要受年龄、性别、运动项目和训练水平的影响，训练有素的运动员可达一般人的2～2.5倍。
③每分最大随意通气量
每分最大随意通气量（MVV）是指最大限度地做深而快的呼吸时的每分钟吸入或呼出的气体量。一般成年男子的MVV为100～180 L/min，女子为50～120L/min，运动员高于一般人。
（4）肺泡通气量
肺泡通气量是指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量，而真正有效的通气量是肺泡通气量。肺泡通气量＝（潮气量-无效腔）×呼吸频率（次/min）。
5．为什么在一定范围内深而慢的呼吸比浅而快的呼吸效果好？
答：（1）呼吸的目的是人体与外界环境进行气体交换。不断地从外界获取O2，供体内的营养物质氧化，从而提供体内的新陈代谢所需要的能量，并把体内氧化产生的CO2排出体外。为了更有效地获取O2，提高肺泡通气效率比提高肺通气量更有意义。
（2）因为在运动时期望在吸气时肺泡腔中有更多的含O2新鲜空气，呼气时能呼出更多的含CO2的代谢气体。浅而快的呼吸和深而慢的呼吸，肺通气量可能是一致的，但肺泡通气量由于解剖无效腔的存在，结果是不一样的。
（3）浅而快的呼吸肺泡通气量小于深而慢的呼吸肺泡通气量。浅的呼吸只能使肺泡通气量下降，新鲜空气吸入减少。而深呼吸能吸入肺泡腔中更多的新鲜空气，使肺泡气中的空气新鲜率提高，PO2也随之提高，最终导致02的扩散量增加。但过深过慢的呼吸，也能限制肺通气量进一步提高，并可导致肺换气功能受阻。
6．试述气体交换过程及其影响因素。
答：（1）气体交换过程
气体交换包括肺泡与血液之间，以及血液与组织细胞之间O2和CO2的交换。
①当静脉血流经肺泡时，由于肺泡内PO2高于静脉血PO2；而PCO2则低于静脉血。O2由肺泡向静脉血扩散，CO2则由静脉血向肺泡扩散。经肺换气后，静脉血变成动脉血。
②当动脉血流经组织时，由于组织的PO2低于动脉血PO2，PCO2高于动脉血。因此，O2由血液向组织扩散，而CO2则由组织向血液扩散。经组织换气后，动脉血变成了静脉血。
③由于肺通气不断进行、组织代谢不断消耗O2产生CO2，肺泡气、血液和组织间的O2和CO2分压差也一直存在，肺换气和组织换气也一直在进行。
（2）影响气体扩散的因素
①呼吸膜面积
安静状态下，呼吸膜扩散面积约为40m2。运动时，肺通气量加大，呼吸膜面积扩大至70m2以上。同样，在肌肉中毛细血管开放数量的增多也使组织换气的扩散面积增大。
②气体分压差
运动时，肌肉代谢旺盛，PO2迅速下降，PCO2迅速升高，使动脉血和组织间的O2和CO2分压差加大，组织换气速度加快。静脉血的PO2大幅下降，PCO2显著上升，加大了静脉血和肺泡气之间的O2和CO2分压差，肺换气速度也随之加快。
③温度
气体扩散的速度与温度成正比，运动时体温升高也有利于气体的扩散。
7．运动训练对肺通气和肺换气功能有何影响？
答：（1）肺通气功能对运动的反应
运动时代谢旺盛，呼吸加深加快，肺通气量增加。
①运动强度较低时，每分通气量的增加主要是潮气量的增加。
②当运动强度增加到一定程度时，每分通气量的增加主要依靠呼吸频率的增加。
③在一定范围内，每分通气量与运动强度呈线性关系，若超过这一范围，每分通气量的增加将明显大于运动强度的增加。因此认为肺通气功能不是限制最大吸氧量的主要因素。
（2）肺通气功能对训练的适应
①每分通气量的适应
a．有训练者的肺容积的各个部分都比无训练者大，肺活量提高。
b．训练对安静时肺通气量的影响不大，亚极量运动时的每分通气量增加的幅度减少，极量运动时，运动员的最大通气量明显较无训练者大。
c．耐力运动员在进行递增负荷运动时，肺通气量发生非线性变化的时间延迟，通气阈增大。
②肺通气效率的提高
a．训练导致安静时呼吸深度增加，呼吸频率下降，肺泡通气量和气体交换率加大，有利于运动。
b．训练导致运动时的呼吸深度和频率匹配更加合理，缺乏运动者在运动中往往因呼吸节律不规则而产生呼吸紊乱和呼吸肌疲劳及摄氧量增多，从而降低运动能力。
③氧通气当量的下降
氧通气当量是指每分通气量和每分吸氧量的比值（VE/VO2），此值小说明氧的摄取效率高。正常人安静时VE/VO2为20（5L/0.25L），在最大强度运动中VE/VO2为35（190L/5L），安静时的VE/VO2几乎不因训练而改变。
8．试述运动时呼吸的变化及其调节机制。
答：（1）呼吸的反射性调节
①呼吸中枢对呼吸的调节
呼吸中枢是指中枢神经系统中能产生和调节呼吸运动的神经细胞群，其分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓和脊髓等部位。延髓有最基本的呼吸中枢，机体正常的节律性呼吸是延髓与高位中枢共同作用的结果。
②重要的呼吸反射
a．肺牵张反射
肺牵张反射是指由肺扩张或缩小所引起的反射性呼吸变化。
b．呼吸肌本体感受性反射
呼吸肌本体感受性反射是指由呼吸肌本体感受器传入冲动所引起的反射性呼吸变化。
c．防御性呼吸反射
防御性呼吸反射是指当呼吸道受到机械性或化学性刺激时,分布于呼吸道黏膜上皮内的感受器兴奋,引起咳嗽反射、喷嚏反射等反射。
（2）化学因素对呼吸的调节
动脉血PCO2和H＋浓度升高、PO2下降会刺激外周化学感受器（颈动脉体、主动脉体）和中枢化学感受器（延髓腹外侧浅表部位的感受器），反射性地引起呼吸加快加强，肺通气量增加，以使血液中PO2、PCO2和H＋水平恢复到正常水平，适应代谢需要。
（3）运动时呼吸变化的调节
①神经调节
a．运动前的通气量增加是反射性的。
b．运动开始后，大脑皮层在发出冲动使肌肉收缩的同时，也发出冲动到达脑干呼吸中枢，引起呼吸加强。
c．呼吸器官和运动器官本体感受器的传入冲动对呼吸的加快、加强起着重要的作用。
②体液和温度调节
呼吸的缓慢增加与化学感受性反射等调节过程有关。
a．进行中等强度运动时，动脉血液pH、PO2、PCO2的平均值保持相对稳定，但它们随呼吸运动而发生周期性波动的幅度随运动强度的增强而加大，通过化学感受器反射性使肺通气量增加。
b．在剧烈运动时，动脉血液pH、PO2、PCO2的平均值发生改变，表现为pH降低、PCO2，升高和PO2下降，这些变化可通过化学感受性反射使肺通气量进一步增加。
c．运动时，温度的升高可使肺通气量增加。肺牵张反射对呼吸的调节作用也较安静时增强。
d．运动时，甲状腺素分泌的增多、静脉回流增加对腔静脉和右心房的传入冲动、心输出量的增加和K＋浓度的升高等对增强呼吸也都有一定的刺激作用。