一、平地、高原與運動輸氧

在人體正常的生命活動或進行體育運動過程中，必須不斷利用氧進行有氧代謝。細胞的線粒體是利用氧的部位，在有氧代謝過程中不斷釋放能量，促進ATP再合成，同時生成二氧化碳。氧的運輸必須依靠呼吸系統(tǒng)、血液和血循環(huán)系統(tǒng)，這三個系統(tǒng)合稱氧運輸系統(tǒng)。氧運輸系統(tǒng)也承擔(dān)著二氧化碳等的運輸任務(wù)。

呼吸系統(tǒng)在氧運輸系統(tǒng)中的作用有肺通氣和肺換氣兩方面。肺通氣指氣體出入肺的過程，肺1分鐘的通氣量稱為每分通氣量（VE）。肺泡氣體與肺毛細血管之間氣體的交換稱為肺換氣，氧由肺泡進入血液，二氧化碳由血液進入肺泡。

每分通氣量是潮氣量與呼吸頻率的乘積。健康成人靜息時潮氣量為500ml，呼吸頻率每分鐘約16次，每分鐘通氣量為8L。

運動時，在一定范圍內(nèi)，VE與隨運動強度（以每分鐘耗氧量VO2表示）的增加成比例增加，VE／VO2稱為呼吸當(dāng)量。運動中VO2在4L以內(nèi)時，呼吸當(dāng)量為20～25。當(dāng)VO2超過4L，呼吸當(dāng)量可達35，即VE的增加與運動強度的增加不成比例，這種現(xiàn)象稱為過度通氣。大強度運動時出現(xiàn)過度通氣的原因與體內(nèi)產(chǎn)生大量二氧化碳和乳酸有關(guān)。所以，對一個健康人來說，VE不是限制運動能力的因素之一，人的通氣功能有很大的潛力。

肺通氣受位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各級呼吸中樞、呼吸肌本體感受器和動脈血中二氧化碳、H＋和氧分壓（PaO2）的調(diào)節(jié)。當(dāng)PaO2降低，PaCO2升高，H＋增加時可刺激化學(xué)感受器使VE增加。運動一開始，肺通氣量立即迅速增加，其機制無疑是神經(jīng)性的，以后受到PaO2、PaCO2、H＋、體溫升高等因素的影響。運動后肺通氣量立即急驟降低，與神經(jīng)性機制作用迅速消失有關(guān)，以后緩慢恢復(fù)到靜息水平也與PaO2、PaCO2、H＋、體溫等逐漸恢復(fù)有關(guān)。

肺泡-毛細血管之間的氣體交換是通過呼吸膜進行。呼吸膜由毛細血管內(nèi)皮層、肺泡上皮層為基礎(chǔ)組成的膜。此外，在血液和組織之間的氣體交換是在組織毛細血管膜外進行的。氣體通過生物膜逆行交換是物理性的擴散過程，膜兩側(cè)氣體分壓差是其交換的動力。除此之外，擴散距離的長度、交換膜的擴散面積、氣體的溶解度、紅細胞數(shù)量和血紅蛋白濃度、組織供血量也是影響氣體交換的因素。運動時由于肺和骨骼肌毛細血管開放數(shù)量增多，供血量增加，使擴散容量增加。運動訓(xùn)練可導(dǎo)致肺擴散容量增加，原因是肺泡-毛細血管膜的表面積較大，部分原因是運動員體表面積較大，肺泡-毛細血管膜的表面積與體表面積有關(guān)。許多項目的運動員肺擴散容量大于非運動員，其中又以耐力性運動員最大。

每100ml動脈血約能載氧20ml，一部分是物理性溶解，其量極少，100ml血只溶解0．3ml；另一部分與血紅蛋白結(jié)合形成氧合血紅蛋白，每克血紅蛋白能結(jié)合1．34ml氧。我國健康男性成人血紅蛋白濃度120～160g／L，健康女性為110～150g／L。耐力訓(xùn)練可以增加血液血細胞比容5%～15%，但血漿容積增加更多，形成血液相對稀釋，體內(nèi)紅細胞總數(shù)及血紅蛋白總量皆增加，全血載氧能力增加，但單位血液中紅細胞計數(shù)及血紅蛋白濃度略有降低。這種適應(yīng)性變化使血液黏度下降，較年輕的紅細胞變形能力增加，有利于對組織毛細血管的通透性，對于增強攜氧能力顯然有益，有人稱之為“運動員血液”。運動員血液的另一表現(xiàn)是血漿黏度下降，主要因血漿中最不對稱的蛋白質(zhì)，如纖維蛋白原也稀釋，據(jù)認為這一變化也有利預(yù)防血栓形成。

PaO2與血紅蛋白結(jié)合氧量之間的關(guān)系呈曲線，稱為血紅蛋白的氧離曲線。運動引起組織PaO2降低，二氧化碳增加、H＋濃度升高，血液溫度升高，2，3-二膦酸甘油酸（2，3-DPG）濃度升高皆使氧離曲線右移，有利于氧合血紅蛋白中氧的釋放，供組織利用。

循環(huán)系統(tǒng)的作用是運輸血液在肺泡-毛細血管膜和組織-毛細血管膜進行兩次氣體交換。心臟的功能和血流的分配是保證運動時加強向工作器官供氧的重要機制。正常人安靜時心排血量為每分鐘5～6L，每搏輸出量60～80ml。具有高度訓(xùn)練水平的耐力運動員每搏輸出量可達100～110ml，所以較慢心率即可維持一定的心排血量。運動時心排血量增加，優(yōu)秀耐力運動員最大可達每分鐘35L；未訓(xùn)練的成年男性運動時每搏輸出量的極限值110～120ml，優(yōu)秀耐力運動員可達150～170ml，個別運動員高達200ml。女性心排血量和每搏輸出量無論安靜或運動，也無論訓(xùn)練與否都相對低于男性。

運動時，除了心臟泵出血量增加之外，血流也進行重新分配，使活動肌能獲得心排血量中較大的份額。安靜時，心排血量中只有15%供應(yīng)肌肉，激烈運動時則有85%供應(yīng)活動肌肉。血液重新分配的機制為：反射性引起內(nèi)臟區(qū)域，如肝、腎及皮膚等處動脈收縮；活動肌動脈舒張，這與肌肉局部H＋、K＋、CO2、腺苷濃度及溫度升高的舒血管作用有關(guān)；交感神經(jīng)、腎上腺素引起活動肌群血管舒張。

二、高原運動輸氧

從平原進入高原后，持續(xù)在2min左右的運動成績降低，運動時間越長，成績下降也越明顯。高度越高，氧輸送系統(tǒng)所受不利影響也越大，其原因是由于缺氧，吸入氣中PaO2低的緣故，由于肺泡-血液，血液-組織之間PaO2梯度對輸氧系統(tǒng)的能力影響甚大，隨著高度增加，PaO2降低，最大攝氧量（VO2max）也逐漸減少。在海拔1　523m以上，每上升305m，未經(jīng)訓(xùn)練者VO2max降低3%，經(jīng)訓(xùn)練的運動員降低2%，此外，運動時最大心排血量降低，每搏輸出量減少也是使攝氧量減少的原因。

在高原過程中較早出現(xiàn)以下兩方面的適應(yīng)性變化：①血紅蛋白濃度增加，紅細胞計數(shù)增加，血細胞比容也增加，使動脈血攜氧能力增加。可能與長期缺氧刺激了紅細胞生成素的合成有關(guān)。②定量亞極量運動時動-靜脈氧差增大以代償心排血量減少，可能因肌肉毛細血管密度增加，而增加了氧從毛細血管向線粒體擴散。