呼吸系統

呼吸系統

呼吸系統是由呼吸道和肺共同構成的系統，擔負著機體與外界環境之間進行氣體交換的功能。人體在進行新陳代謝過程中要不斷攝取和消耗氧氣，產生和排出二氧化碳，呼吸系統是氧運輸系統的重要組成部分，是機體維持新陳代謝及其它功能活動所必須的基本生理基礎。健身運動能對呼吸系統的構造和功能產生良好的影響，提高機體對氧的攝入和利用的能力，進一步適應和滿足運動對呼吸系統的要求。

一、呼吸道的構造與功能概述

呼吸道是氣體進出肺的通道，由鼻、咽、喉、氣管和主支氣管組成。從鼻腔到氣管，可將其分為上呼吸道與下呼吸道兩部分。

（一）上呼吸道

上呼吸道包括鼻、咽、喉。　

鼻是呼吸道的起始部位，同時也是嗅覺器官，是高度分化的感受化學刺激的器官，具有感受各種氣味刺激、濕潤、加溫、過濾空氣等功能。鼻由外鼻、鼻腔、鼻旁竇三部分組成。外鼻位於面部的中央，自上而下分別為鼻根、鼻背和鼻尖，鼻尖的兩側為鼻翼，鼻翼在平靜呼吸時，無顯著活動，而呼吸困難的人，鼻翼可出現明顯的扇動。鼻腔內面覆以粘膜和皮膚，可分為前後兩個部分，前部稱為鼻前庭，後部稱為固有鼻腔。鼻前庭與外界相通，內有鼻毛，能過濾吸入的空氣，可有效地減少塵埃等有害物質的吸入。固有鼻腔是鼻腔的主要部分，與咽相連，腔內嗅區黏膜含有嗅細胞，能感受嗅覺刺激，呼吸區黏膜內則含有豐富的血管和黏液腺，對吸入的空氣有加溫、濕潤、凈化的作用，當鼻腔遇到有害氣體或異物刺激時，往往出現打噴嚏、流鼻涕等反應，這是人體自身的一種保護性反射動作，能避免和減少有害物的吸入。

咽是呼吸系統和消化系統的共同通道，由粘膜和咽肌組成。咽上連鼻腔，下連喉，分別與鼻腔、口腔和喉腔相通，因此咽自上而下可分為鼻咽、口咽和喉咽三個部分。咽具有呼吸和吞咽的功能，同時也是發音共振器官，對發音有輔助的作用，另外，咽具有豐富的淋巴組織，由扁桃體等組成咽淋巴環，可防禦細菌對咽部的侵襲。

喉既是氣體通道，也是發音器官，位於頸前正中部，由軟骨、韌帶、喉肌及粘膜構成的錐形管狀器官。喉上與喉咽相通，下與氣管相連，喉腔內左右各有一條聲帶，兩聲帶之間的空隙稱為聲門裂，在正常情況下聲門是空氣出入肺部的必經之路，機體對氣體的需要量，受中樞神經系統反射性調節，聲門裂的大小也隨之改變，安靜呼吸時聲帶略內收，深吸氣或體力勞動時聲帶極度外展，聲門擴大，增加了肺內氣體交換，調節了血與肺泡內二氧化碳濃度。喉對下呼吸道具有保護作用，吞咽食物時喉體上提，會厭會向後下傾斜，蓋住了喉上口，聲帶閉合，食物沿著兩側梨狀窩下行進入食道，而不會誤入下呼吸道。即使異物誤入下呼吸道，喉的咳嗽反射能將誤入的異物通過防禦性反射性劇咳，迫使異物排出。

（二）下呼吸道

下呼吸道包括氣管和主支氣管。

氣管和支氣管都是以軟骨、肌肉、結締組織和粘膜構成，軟骨為「C」字形的軟骨環，缺口向後，各軟骨環以韌帶連接起來，環後方缺口處由平滑肌和緻密結締組織連接，保持了持續張開狀態，管腔襯以粘膜，表面覆蓋纖毛上皮，粘膜分泌的粘液可粘附吸入空氣中的灰塵、細菌，纖毛規則地不斷向喉口擺動將黏附有灰塵和細菌的粘液排出，以凈化吸入的氣體。氣管位於食管的前方，上起自環狀軟骨，下至第四、第五胸椎之間的平面（相當於胸骨角平面）可分為左、右主支氣管。左主支氣管細長，走向較水平，而右主支氣管粗短，走向較垂直，因此，氣管異物容易落入右主支氣管。氣管和主支氣管不僅是空氣的通道，同時還能調節空氣溫度、濕度、起到過濾等功能。

二、肺的構造與功能概述

肺是呼吸系統最重要的器官，肺主要由主支氣管在肺內的各級分支和肺泡構成。

（一）肺的位置

肺位於胸腔內，分居於縱隔的兩側，膈的上方，左右各一。

（二）肺的形態

肺的形態近似圓錐形，上部肺尖鈍圓，下部肺底向上凹陷。肺有三個面：外側面、肋面、膈面。肺的外側面廣闊圓凸，肺的膈面貼近縱隔和脊柱，膈面中央凹陷處稱為肺門，有主支氣管、肺動脈、肺靜脈、淋巴管和神經等出入。肺的前緣銳薄，右肺前緣接近垂直，左肺前緣下部有一明顯缺口形成一弧形凹陷，稱心切跡。右肺因膈下有肝向上隆起，左肺因心臟偏向左側，因此右肺形狀寬而短，左肺形狀窄而長。左肺分為兩葉，右肺分為三葉.

（三）肺的解剖結構

主支氣管進入肺後分出肺葉支氣管，肺葉支氣管入肺葉後繼續分出肺段支氣管，以後反覆分支，越分越細，形似樹枝，稱為支氣管樹，因此肺是以支氣管反覆分支形成的支氣管樹為基礎的。左、右支氣管在肺門分成第二級支氣管，第二級支氣管及其分支構成肺葉，每支第二2級支氣管又分出第三級支氣管，每支第三級支氣管及其分支構成肺段，支氣管在肺內反覆分支可達23～25級，最後形成肺泡。當分支直徑在0.35～0.5毫米時，被稱為終末細支氣管，而終末細支氣管以上的結構則是肺的導氣部分，具有輸送氣體的功能。終末細支氣管分支為呼吸性細支氣管，然後分支為肺泡小囊，連通肺泡後的結構總稱為肺的呼吸部分，具有氣體交換的功能。

肺泡之間的間質內含有豐富的毛細血管網，是血液和肺泡內氣體進行氣體交換的場所。肺的支氣管經反覆分支後的細支氣管，其末端膨大成囊，囊的四周有很多突出的小囊泡，即為肺泡。肺泡是肺部氣體交換的主要部位，是肺的功能單位。氧氣從肺泡向血液彌散，要依次經過肺泡內表面的液膜、肺泡上皮細胞膜、肺泡上皮與肺毛細血管內皮之間的間質、毛細血管的內皮細胞膜等四層膜。這四層膜合稱為呼吸膜，而這些結構稱為氣血屏障。

（四）呼吸過程

機體與外界環境之間進行氣體交換時，要經歷三個相互聯繫的環節：外界環境與血液在肺部實現氣體交換，氣體在血液中進行運輸，血液與組織細胞間進行氣體交換。

1. 呼吸運動與肺通氣

呼吸肌（主要是胸壁的肋間外肌和膈肌）收縮和舒張引起的胸廓擴大與縮小，稱為呼吸運動。外界環境與肺進行氣體交換的過程稱為肺通氣，呼吸道是肺通氣的通道，而肺泡則是肺通氣的場所，呼吸運動引起的胸廓的運動是肺通氣的動力。呼吸肌收縮時，肺隨著胸廓的擴大而擴大，肺容積也隨之增大使肺內壓低於大氣壓，外界的空氣就隨著呼吸道進入肺部，這即是吸氣的過程。吸氣後，胸廓不再擴張，肺內壓與大氣壓平衡後，氣體不進入肺部，隨後吸氣肌舒張，胸廓在重力和腹部壓力的作用下縮小，肺容積也隨著減少，使肺內壓高於大氣壓，於是氣體經呼吸道出肺，這即是呼氣過程。在正常情況下，不論是吸氣還是呼氣，胸膜腔內的壓力總是低於大氣壓的，肺部一直處於擴張狀態，具有回縮力，維持正常呼吸。

安靜狀態下，呼吸運動平穩而均勻。吸氣是主動的，是由膈肌和肋間外肌的收縮引起的；呼氣則是被動的運動，此時呼氣肌並不收縮，只是吸氣肌舒張（圖2-3）。用力吸氣時，其他的輔助吸氣肌，如胸鎖乳突肌、胸大肌等也參與收縮，以加強吸氣動作；用力呼氣時，除呼氣肌（肋間內肌）收縮外，腹壁肌也參加收縮，以加強呼吸動作。生活中咳嗽和打噴嚏都是用力呼氣的形式，因此有人會在反覆咳嗽和噴嚏後產生腹肌和肋間肌肉的疼痛。

2.肺容積和肺容量

呼吸時，吸入和呼出的氣量稱為潮氣量，平靜呼吸時，正常成年人潮氣量約為400～600毫升。在平靜吸氣末，再儘力吸氣吸入的氣量為補吸氣量，正常成年人約為150～200毫升。在平靜呼氣末，儘力呼出所能呼出的氣量為補呼氣量，正常成年人約為900～1200毫升。最大呼氣末，肺內余留的氣體量為餘氣量，正常成人約為1000～1500毫升。肺容積就是由這四個量組成的，是其中兩項或兩項以上的聯合氣量。

從平靜呼氣末作最大吸氣時所能吸入的氣量為深吸氣量，是補吸氣量與潮氣量的和，是衡量最大通氣能力的重要標誌，胸廓、胸膜、肺組織和呼吸肌等的病變，可使深吸氣量減少而降低最大通氣潛力。平靜呼氣末尚存留於肺內的氣量為功能餘氣量，是餘氣量和補氣量之和，正常成年人約為2500毫升，功能餘氣量是緩衝呼吸過程中肺泡氣氧和二氧化碳分壓（PO₂和PCO₂）的過度變化。最大吸氣後，從肺內儘力所能呼出的最大氣量為肺活量，是潮氣量、補吸氣量和補呼氣量的和。肺活量有較大的個體差異，與身材大小、性別、年齡、呼吸肌強弱等有關。正常成年男性平均約為3500毫升，女性約為2500毫升。肺活量反映了肺一次通氣的最大能力，在一定程度上可作為肺通氣功能的指標，而不能充分反映肺組織的彈性狀態和氣道的通暢程度，即通氣功能的好壞。時間肺活量是單位時間內呼出的氣量占肺活量的百分數，是一種動態指標，不僅反映肺活量容量的大小，而且反映了呼吸所遇阻力的變化，因此是評論肺通氣功能的較好指標。肺總量是肺所能容納的最大氣量，是肺活量和餘氣量的和。

3.肺通氣量

肺通氣量是單位時間內出入肺的氣體量，反映肺的通氣功能。肺通氣量可分為每分通氣量、最大通氣量、無效腔氣量和肺泡通氣量等。每分通氣量指肺每分鐘吸入或呼出的氣體總量，即為潮氣量與呼吸頻率的乘積，一般安靜時正常成人呼吸頻率為12～18次/分鐘，潮氣量約為500毫升，因此每分通氣量約6～8升。每分鐘所能吸入或呼出的最大氣量為最大通氣量，即每分通氣量的最大數值。成年男子最大通氣量可達100～110升，女子可達70～80升，而運動員可達180升左右，最大通氣量反映的是單位時間內肺的全部通氣能力得到充分發揮，因此是檢查肺通氣功能的一個重要指標。

肺中的氣體交換在肺泡中進行，而每次吸入的新鮮空氣不可能全部進入肺泡，其中一部滯留在呼吸性細支氣管前的呼吸道內，這段空間稱為解剖無效腔，存在於無效腔里的氣體量稱為無效腔氣量，因此進入肺泡的氣體量才是有效的通氣量，即肺泡通氣量。每分肺泡通氣量=（潮氣量-無效腔氣量）×呼吸頻率。健康人吸入的氣體中有三分之二可達肺泡，其餘三分之一留在無效腔中。由於無效腔的存在，淺而快的呼吸不如深而慢的呼吸有效。尤其在人體從事運動時，由於肺通氣量的增加，適當深而慢的呼吸不僅提高了肺通氣的效率，還能夠有效防止呼吸肌的疲勞。

4.氣體的交換

氣體交換包括肺泡與血液之間，以及血液與組織細胞之間氧氣和二氧化碳的交換。前者稱為肺換氣，後者稱組織換氣，兩種換氣都通過擴散方式來實現的。氣體分壓是指總壓力與該氣體的容積百分比的乘積，而氣體交換的動力則是分壓差。肺泡、血液、組織內的氧氣和二氧化碳的分壓是不同的，存在著分壓差，使氣體從分壓高處向分壓低處擴散。氣體分子擴散速度快，氣體交換也快，一般二氧化碳擴散速度是氧氣的兩倍。肺換氣要穿過呼吸膜，因此呼吸膜的通透性和面積影響這氣體交換的速率。通氣/血流比值是指每分鐘肺泡通氣量和每分鐘肺血流量之間的比值，只有在適宜的通氣/血流時才能實現適宜的肺換氣。如果通氣/血流增大就意味著通氣過剩，血流相對不足，部分肺泡氣體未能與血液氣體充分交換，致使肺泡無效腔增大。反之，通氣/血流比值下降，則意味著通氣不足，血流相對過多，混合靜脈血中的氣體不能得到充分更新。由此可見,無論通氣/血流增大或減小，都會妨礙有效的氣體交換，導致機體缺氧和二氧化碳瀦留。氧擴散容量是指呼吸膜兩側的氧分壓差為0.13千帕時每分鐘可擴散的氧量，氧擴散容量大說明肺換氣效率高，而氧擴散容量是隨年齡、性別、體位、機能活動水平等的改變有所不同。