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NSCA基础教程(2-1)心血管的解剖学和生理学

运动医学2021-03-22 13:12:38阅读11

本章主要学习内容:
(1)介绍心血管系统的解剖和生理特点
(2)介绍心脏的电传导系统和基础心电图
(3)介绍人体调节血液循环的机制
(4)介绍呼吸系统的解剖和生理特点
(5)了解调节呼吸系统的机制。

本章总结概括了心血管系统和呼吸系统的解剖和生理学,这样私人教练就能设计恰当而有效的训练计划。私人教练一定要清楚了解这都分内容,才能为有氧训练计划和肌肉力量和耐力训练计划提供适当的建议。本章介绍了心脏、血管和肺的解剖学和生理学特点。


心血管的解剖学和生理学
心血管系统的主要功能是运输营养物质,排除废产物,与所有身体功能的内环境的维持有关。这部分介绍了心脏和血管的解剖和生理学。

心脏
心脏是一个肌性器官,有两个相互连接但各自独立的泵;右边的泵将血泵将血液泵到肺中,左边的泵将血液泵到身体其它部分。每个泵都有两个腔:心房和心室(图2.1)。右心房和左心房的主要功能是储存血液,将血液运输到右心室和左心室,右心室和左心室为血液在肺中和周围循环中的运输提供主要的动力。



心率
在各种脉搏产生点 (例如桡动脉和颈动脉)都能测得心率,用听诊器能够听心脏,或者通过记录心电图。脉搏是在心脏跳动并推动血液在动脉中流动的时候,通过动脉血管壁能够感受到的跳动。脉搏频率通常相当于心率.。接近皮肤的动脉比较容易感受到脉搏。尽管好几个动脉都可以感受到脉搏,但是通常只是用挠动脉和颈动脉(图2-2)

如果在运动中或运动后测量心率的话,采用挠动脉很简单,通常很容易教会顾客正确的测量技巧。“找到脉搏位点并且测心率”,中的步骤可以帮助顾客测量桡动脉和颈动脉的心率。

找到脉搏位点并且测量心率
桡动脉脉搏
(1)弯曲肘关节,手臂在一侧。手掌向上。
(2)桡动脉位于腕关节内部,靠近拇指根本。
(3)将中指和食指轻轻地放在桡动脉上。

颈动脉脉搏
(1)将中指和食指轻轻地放在颈部任何一恻的颈动脉上,气管和肌肉之间,颚骨下面。
(2)所需的压力应该能够影受到脉搏,但是太大的压力可能会减少血液到头部的流动。因此,顾客应该注意不要将太大的压力施加在颈动脉上。也不应该同时在两侧的动脉上施加压力。
 
测定心率
数10秒钟挠动脉或颈动脉的脉搏,然后乘以六就得到了一分钟的心率。安静心率通常在66~100 次/分钟的范围内变动,低于60 次/分钟叫做心搏徐缓,大于100次/分钟叫做心动过速。第16 章为评价最大心率提供了完全的指导原则。


每搏输出量
尽管右心室和左心室在每次收缩中都会射出血液,但是通常所说的每搏输出量指的是左心室。每搏输出量是左心室一次收缩射出的血量,用毫升测量。有两种生理机制可以调节每搏输出量。在心室舒张末期,血量增加,心肌纤维被拉伸,对于正常心脏来说将会导致更有力的收缩。第二个机制是通过儿茶酚胺来起作用的,当儿茶酚胺分泌入血后,产生更有力的心室收缩和排空能力。

心输出量
心脏泵出的血量(心输出量:Q) 是通过每搏输出量(SV)乘以心率(HR)来测定的,采用下面的公式:Q = SV x HR
心输出量(Q) 通常表示每分钟射出的血量,用升或毫升来表示。

心脏的电传导系统
一个特殊的电导到系统(图2-3) 为心脏的收缩机制提供电刺激。传导系统的组成如下:
(1)窦房(SA)结,固有的起搏器,启动节律性的电冲动;
(2)节间传到途径,将冲动从窦房结传递到房室(AV)节;
(3)AV节,电冲动在到达心室之前在这里稍作延迟;
(4)房室 (AV),将电冲动传递到心室;
(5)左右束支,将电冲动传递到心室,进一步划分成浦肯野氏纤维,然后再将冲动传到心室的所有部分。

SA节是由特殊肌组织分化的较小的区域,位于右心房侧壁的上方.。窦房结的纤维与心房的肌纤维相延续,这样每个电冲动都能立刻在心房中传播。传导系统是有组织的,所以冲动不会很快传递到心室;这样在心室收缩之前,心房才有时间进行收缩并排空血液。主要由房室结和相关的纤维来延迟每个冲动进入心室的时间。

左右束支来自AV束,进入心室。这些心室纤维的特征与房室结的纤维不同,也就是说,它们比较大,而且传递冲动的速度较快。当束支变成浦肯野氏纤维的时候,冲动就会快速传递到整个心室系统中,使两个心室同时进行收缩。

窦房结通常调节心脏电刺激的节律和心脏的收缩形式。它发放冲动的频率通常在60到80次/分钟之间变化。固有的节律和电信号在心肌中的传导受到大脑心血管中枢的影响,这个中枢通过交感神经系统和副交感神经系统将信号传递到心脏。交感神经的活动加快窦房结的频率,使心脏跳动较快,副交感神经的活动减慢窦房结发放冲动的频率,减慢心率。



心电图
在身体表面可以记录心脏的电活动,代表心脏活动的一个图叫做心电图(ECG)。一个正常的心电图 (见图2-4)包括一个P波、一个QRS复合体(QRS 复合体通常含有三个独立的波:一个Q波、一个R 波和一个S波)和一个T波。P波和QRS复合体记录了心房和心室心肌组织的电刺激。P波记录了心房的去极化,QRS复合体记录了心室的去极化。相反,T波反映了心室去极化时候电荷的恢复,也就是心室复极化。尽管心房也发生复极化,但是它的波形通常在心室复极化的时间内,因此被QRS复合体所掩盖。



血管和循环
心脏和肺 (肺循环)以及身体其它部分(体循环) 的循环形成一个闭合的循环系统,有两个组成成分: 动脉系统(将血液带离心脏)和静脉系统(将血液带回心脏)( 图2-5 )。当血液从体循环回到心脏的时候,通过上腔静脉和下腔静脉进入右心房。血液从右心房进入右心室,然后通过肺动脉,进入肺部,然后进行气体交换,血液通过肺静脉回流到心脏,然后进行动脉循环。安静情况下,血量在整个循环系统中的分配见图(2-5)。还说明了每个系统中所包含的血管。

心脏和肺(肺循环)以及身体其它部分(体循环)的循环形成一个闭合的循环系统,有两个组成成分:动脉系统(将血液带离心脏)和静脉系统(将血液带回心脏)。



动脉

动脉的功能是运输心脏泵出的血液,因为心脏泵出的血液处于相对较大的压力下,所以动脉含有强壮的肌肉壁。动脉的小分支叫做小动脉,是调节血管,血液通过小动脉进入毛细血管。在血液向毛细血管的流动过程中小动脉起到了主要的调节作用。小动脉含有有力的肌肉壁,能够完全关闭小动脉或者使其膨胀数倍,从而在很大程度上改变血流。


毛细血管

毛细血管的功能是交换氧气、体液、营养物质、电解质、激素以及血液和各种组织之间的其它物质。毛纸血管壁非常薄,这样很多物质都可以通过管壁进行运动。


小静脉和静脉

当血液开始通过静脉回到心脏的时候,小静脉就从毛细血管中收集血液,并且逐渐汇集到较大的静脉中。因为静脉系统的压力非常低,所以静脉壁非常薄。但是,静脉血管亦包绕肌组织,可以产生收缩(缩血管)或者舒张(舒血管),从而将静脉循环作为血液的储存库。另外,一些静脉,例如腿部的静脉,含有静脉瓣,防止血液逆流,在人体处于直立位置的时候尤其能够起到帮助作用。


循环系统的调节

身体内血流的运动与受到的阻力之间具有函数关系。当阻力减小的时候,血流增加;当阻力增加的时候,血流减小。血流阻力的大小主要与系统动脉血管的直径相关。整个循环系统的阻力叫做总外周阻力。当全身的血管收缩的时候,总外周阻力增加;当全身的血管舒张的时候,总外周阻力下降。

血管的舒张和收缩以及所引起的外周阻力的大小受到各种因素的影响,包括运动类型、交感神经活动、局部肌组织的代谢以及对环境产生的反应,尤其是热环境。在有氧运动中,交感神经系统的活动引起动脉收缩,从而导致血流增加。但是,运动肌肉的血流急剧增加的原因主要是与肌组织代谢相关的局部因素,例如温度升高、二氧化碳浓度增加以及酸性增加,这些都会引起血管收缩。同时,在运动中,由于动脉产生收缩,导致其它器官的血流量减少。再加上静脉血管的收缩,使更多血液聚集在中间循环,最后增加了运动肌肉的血流量。同样地,在进行低阻力多组数的抗阻训练时,循环系统的反应与有氧运动的相似。但是,剧烈抗阻训练增加了运动肌肉血流的阻力。

在热环境下运动时,身体的外周血管产生舒张,增强机体的降温机制。但是,这祥会阻碍静脉血的回流,同时如果心率没有增加,那么将会降低心输出量。这就解释了为什么在热环境下运动,心率会快速增加。如果心率的增加不能抵消静脉回流的不足,那么心输出量则会下降,从而降低了运动肌肉的血流量。


体内血流的运动与受到的阻力之间具有函数关系。当阻力减小的时候,血流增加;当阻力增加的时候,血流减小。血管的舒张和收缩以及所引起的外周阻力的大小受到各种因素的影响:运动类型、交感神经活动和局部的代谢因素。


血压的定义

收缩血压(SBp) 是在心室收缩期所产生的对抗动脉管壁的的压力。同时测量收缩压和心率的时候,还能反映心脏的工作情况,并且能够对心肌的摄氧量进行直接的评价。这种评价指标就是心率 – 血压乘积,是根据下面的公式得出的:心率 – 血压乘积 = HR x SBp

相反,舒张压(DBp)是在心室舒张期所产生的对抗动脉管壁的压力。这个指标反映了外周阻力或者舒张血管的刚性,血管舒张的时候,舒张压降低;血管收缩的时候,舒张压增加。


系统血压

在循环系统中,大动脉和动脉的血压最高,静脉循环中的血压降低 (图2. 6)。因为心脏的泵血活动是脉动的,所以在心室收缩和舒张的过程中,动脉血压是波动的。随着血流在循环系统中的流动,血液逐渐减少,达到右心室腔静脉末端的时候接0mmHg。在胳膊上固定一个血压计,再使用听诊器就能测量血压,安静血压的正常范围是,收缩压100-139,舒张压60-89。高血压压是指安静血压值大于等于140/90mmHg(任何一个之超出都算)。在有氧运动中,收缩压通常能够升高到220-260mmHg之间,而舒张压仍维持在安静水平或者更低。比较而言,在剧烈抗阻运动中,血压会出现极高的值(>300/180),尤其在采用瓦尔萨尔瓦技术的时候。但是通常来说,血压值不会达到这些水平。

平均动脉压是心脏循环中的平均血压。但是,它不是收缩压和舒张压的平均值。因为通常与收缩压相比,动脉血压更接近舒张压,所以平均动脉压低于收缩压和舒张压的平均值。

平均动脉压:(SBp – DBp)/ 3 + DBp




氧气和二氧化碳的运输和交换

心血管系统的两个主要功能是将氧气从肺运输到组织,将二氧化碳从组织排到肺。


心血管系统运输营养物质并排出废产物,帮助维持机体所有功能的环境。血液将氧气从肺运输到组织。将二氧化碳从组织排到肺。


氧气

尽管通过血液溶解能够运输少量的氧气,并且在很多生理功能上需要这种运输方式,但是血液中的一个化合物——血红蛋白,主要负责运输氧气来满足身体的需要。男性每100 毫升血大约含15-16 克血红蛋白,女性每100 毫升血大约含14 克血红蛋白。一克血红蛋白可以运输1.34毫升氧气,因此男性100毫升血液可以运输20毫升氧气,女性稍低一些。

气体的跨膜运动叫做扩散。它是气体浓度和气体分压的函数。当存在浓度差 (一种气体在细胞膜一侧浓度高,而在另一侧浓度低)的时候就会发生扩散。在组织水平,消耗氧气并排出二氧化碳它们的气体分压情况与动脉血完全不同。当组织细胞利用氧气的时候,细胞内的氧分压显着减小,低于细胞外的氧分压,形成了浓度差,引起氧气从血液到细胞的快速扩散。另外,酸度、温度或二氧化碳浓度的增加会降低血红细胞的血氧能力,使更多氧气可以被利用。图(2-7)是氧离曲线图,揭示了这种现象。


当血液的温度、二氧化碳的浓度和酸性随着运动增加的时候,氧气逐渐从血红蛋白中分离出来,为运动细胞所用。




二氧化碳

二氧化碳的运输方式与氧气有些相似,但是过程比较复杂。只有少量二氧化碳(5%) 通过细胞扩散运输到肺部。但重要的是.,这些有限的二氧化碳参与各种其它生理活动。一些二氧化碳也通过血红蛋白进行运输,但是数量非常有限。70%的二氧化碳通过与红细胞中的水结合,以HCO3-(碳酸氢根)的形式进入到肺。


摄氧量

摄氧量是机体组织利用氧气的量。利用氧气的能力主要与心脏和循环系统运输氧气的能力以及机体组织摄取氧气的能力有关。心输出重代表血液运输的量,动 – 静脉氧差表示从循环血液中摄取的氧气量,动 – 静脉氧差是指动脉血和静脉血中氧气含量的差值,用每100毫升血液所含的氧气的毫升数来表示。


摄氧量是机体组织利用氧气的量。利用氧气的能力主要与心脏和循环系统运输氧气的能力以及机体组织摄取氧气的能力有关。


摄气量(VO2)的计算公式:摄氧量 = 心输出量 x 动-静脉氧差(2.4)

心输出量:心率 x 每搏输出量,单位是毫升/分钟。

例如:

安静时摄氧量 = (80 次/分 x 65毫升血液/次)  x 6毫升氧气/100 毫升血液 = 312毫升氧气/分钟

安静时摄气量 = (心率 x 每搏输出量)  x  动 – 静脉氧差

公式(2.4)是菲克公式的变形,表示了心输出量、摄氧量和动静脉氧差的关系:

心输出量 = 摄氧量 / 动静脉氧差(2.5)


例如:

心输出量 = 312毫升氧气/分  / 6毫升氧气/100毫升血 = 5200毫升血 / 分 = 5.2升血 / 分这个公式有助于理解每个参数之间的关系,还有助于更清楚的了解运动是如何影响每个参数的。

在有氧运动中,运动肌肉的氧气需要量与它们的体积、代谢效率和运动水平直接相关,最大摄氧量是整个机体细胞水平所利用的最大氧气量。最大摄氧量出现在身体训练情况适宜的时候,作为评价心肺功能的指标被广泛接受。但是,最近认为最大摄气量不同于是高摄氧量,因为最大摄氧量通常指理论上的或者潜在的值 (每个部分都维持在最佳水平)而最高摄氧量描述的是其实的测量值,受到各种因素的影响,包括训综水平、健康水平和受试者的动力。通过改变心率、每搏输出量和动静脉氧差,就可以了解运动对摄氧量的影响。


例如:

摄氧量 = (185 次 / 分 x 110 毫升血 / 次)  x 13毫升氧气 / 100 毫升血 = 2646 毫升氧气/分2646 毫升氧气 / 分 / 75 千克 = 35.3 毫升/千克/分安静摄氧量是3. 5 毫升/千克/分,这是一个人在其代谢率和其它参数影响下的真实值。通常把3. 5 毫升/千克/分作为一个代谢当量,或者一个MET。最高摄氧量之通常在35-80 毫升/千克/分之间波动,或者10-22.9METs。

作者:运动医学

(忙碌和早睡是治疗心疾的良方。)

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