性別與肺功能及運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)系研究

付明寶

摘要：眾所周知，女性與男性相比有很多解剖學(xué)和生理學(xué)上的差異，這些差異造成了女性對(duì)運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的不同。這些因素影響女性的訓(xùn)練反應(yīng)并導(dǎo)致女性較低的最大有氧運(yùn)動(dòng)能力。另外，雌激素、孕酮等能夠影響女性在運(yùn)動(dòng)中的通氣量、底物代謝、體溫調(diào)節(jié)以及肺功能。在相同年齡以及身高的情況下，女性與男性相比，肺部結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)上的不同包括：肺活量、最大呼吸氣流速率、氣道直徑以及擴(kuò)散表面。這些不同可能會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)中整體的呼吸反應(yīng)、呼吸肌功以及肺部的氣體交換產(chǎn)生影響。值得注意的是，近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在劇烈運(yùn)動(dòng)中，女性表現(xiàn)出更大的呼吸氣流受限和呼吸增加，另外劇烈運(yùn)動(dòng)還可能導(dǎo)致女性動(dòng)脈血氧不足。這些肺部的效應(yīng)具有損傷女性有氧運(yùn)動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)耐力的可能性。

關(guān)鍵詞：性別 肺功能 運(yùn)動(dòng)能力 女性

在過(guò)去的幾十年間，針對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)人體生理系統(tǒng)影響的研究大量增加，人們已經(jīng)廣泛認(rèn)識(shí)到體育運(yùn)動(dòng)有利于身體健康，然而主要是針對(duì)男性進(jìn)行研究，對(duì)于女性或者性別差異的研究卻相對(duì)較少，這一方面的研究還需要繼續(xù)進(jìn)行。已經(jīng)有研究證明運(yùn)動(dòng)中心血管功能，體溫調(diào)節(jié)，底物代謝，肺功能等有明顯的性別差異，這些可能與運(yùn)動(dòng)耐力有關(guān)。而且肺部系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)應(yīng)答也存在著性別差異。安靜時(shí)肺功能的性別差異可能會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)中整體的通氣應(yīng)答、呼吸肌功以及氣體交換產(chǎn)生影響，繼而影響運(yùn)動(dòng)能力。

1肺功能性別差異的基礎(chǔ)

肺功能和運(yùn)動(dòng)耐力的性別差異基礎(chǔ)主要有兩個(gè)方面：激素（主要是孕酮和雌激素）和結(jié)構(gòu)，形態(tài)學(xué)上的差異。本文將論述這些機(jī)制的作用以及它們是如何影響肺功能的。

1.1激素

目前對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌激素和體育運(yùn)動(dòng)之間相互作用的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。然而對(duì)女性特有的類(lèi)固醇類(lèi)激素對(duì)于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的作用知之甚少。研究表明在正常的月經(jīng)周期期間血管容積動(dòng)力學(xué)、肺通氣、體溫調(diào)節(jié)以及底物代謝等等方面會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的變化。除了在黃體期耐力運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)有改善之外，并沒(méi)有其他的女性經(jīng)期對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)影響的結(jié)論。

月經(jīng)期間血液中的孕酮和雌激素的變化會(huì)影響運(yùn)動(dòng)中的肺功能。在黃體期和懷孕期間孕酮濃度增高。孕酮對(duì)肺循環(huán)系統(tǒng)的影響包括過(guò)度通氣、代償性呼吸堿中毒、安靜高碳酸通氣反應(yīng)（HCVR）以及低氧通氣反應(yīng)（HVR）。孕酮也提高中樞呼吸動(dòng)力，這可能提高運(yùn)動(dòng)中的呼吸響應(yīng)。然而，沒(méi)有研究證實(shí)孕酮水平與通氣反應(yīng)相關(guān)。女性在運(yùn)動(dòng)中增加的通氣動(dòng)力和孕酮水平以及降低的氣道直徑可能會(huì)導(dǎo)致呼吸流量限制。

雌激素水平上升會(huì)導(dǎo)致液體阻滯、血量增加，可能繼而影響氣體交換。Sansores等證明月經(jīng)周期的卵泡期初期（低孕酮和低雌激素水平）比卵泡末期和黃體中期的靜態(tài)彌散功能（resting diffusing capacity，DLCO）低，這可能歸因于肺部血流量的減少。

此外，Zhao等人在人體氣道肥大細(xì)胞中識(shí)別鑒定了孕酮和雌激素受體。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)有助于解釋性激素在氣道功能和通氣差異中的一些效應(yīng)。顯然，在女性月經(jīng)周期中呼吸系統(tǒng)對(duì)雌激素中類(lèi)固醇激素的反應(yīng)機(jī)制很復(fù)雜，目前尚未完全弄清。

1.2形態(tài)學(xué)

在正常條件下，正常體重的年輕男性其肺循環(huán)系統(tǒng)（包括肺部、胸壁及其神經(jīng)控制系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)和功能超過(guò)了男性機(jī)體對(duì)氣流速率、體積、氧氣和二氧化碳交換的需求。女性其肺部形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)與男性有諸多不同，例如，Crapo等研究發(fā)現(xiàn)肺功能預(yù)測(cè)方程顯示成人不同性別具有明顯的差異。具體來(lái)說(shuō)，與相同體重的青春期后的女性相比，男性具有更大的氣道直徑、更大的肺容量以及擴(kuò)散表面。女性肺泡總數(shù)較少（表面積較?。?、相對(duì)于肺體積氣道直徑較?。ㄗ畲髿饬魉俾瘦^低）導(dǎo)致了肺部擴(kuò)散能力的性別差異。另外，成年女性與其具有相同坐高的男性相比肺容量小、最大呼吸速率低，但在肺部的彈性、胸壁或者肺順應(yīng)性方面沒(méi)有性別差異。由此，結(jié)合男女肺部結(jié)構(gòu)上的不同，以及體育訓(xùn)練提高最大有氧運(yùn)動(dòng)能力沒(méi)有對(duì)肺功能或者結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的影響，可以推測(cè)在相同的代謝需要情況下，女性對(duì)于肺部阻滯的敏感性更高。

2性別和肺泡通氣量

2.1性別和化學(xué)敏感性

研究證實(shí)耐力運(yùn)動(dòng)員的高碳酸通氣反應(yīng)（HCVR）以及低氧通氣反應(yīng)（HVR）降低，這些變化通過(guò)運(yùn)動(dòng)中較低的通氣量（未導(dǎo)致血氧不飽和度增加）、降低呼吸困難的主觀感受（可能是限制最大運(yùn)動(dòng)能力的因素）、使其在低氧條件下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)使得運(yùn)動(dòng)員受益。然而目前尚未明確這些因素的降低與長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練還是運(yùn)動(dòng)員本身固有素質(zhì)有關(guān)。

目前對(duì)于高碳酸通氣反應(yīng)以及低氧通氣反應(yīng)的化學(xué)敏感性是否存在性別差異仍有爭(zhēng)議。目前已知性別相關(guān)的低氧通氣反應(yīng)隨著卵巢激素的變化而變化。月經(jīng)周期內(nèi)內(nèi)源性的孕酮水平急劇上升會(huì)通過(guò)呼吸動(dòng)力的改變對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)產(chǎn)生不良影響。孕酮和雌激素通過(guò)中樞和周?chē)荏w介導(dǎo)的機(jī)制增加肺泡通氣量和低氧通氣反應(yīng)。然而Regensteiner等人卻研究發(fā)現(xiàn)盡管輕度運(yùn)動(dòng)會(huì)使低氧通氣反應(yīng)增加，但是安靜低氧通氣反應(yīng)或高碳酸通氣反應(yīng)沒(méi)有性別差異。

2.2運(yùn)動(dòng)中的過(guò)度通氣

劇烈運(yùn)動(dòng)會(huì)使呼吸肌功和呼吸彈性阻力明顯增加。盡管如此，從年輕人到中老年人，都會(huì)出現(xiàn)通氣量上升這一保護(hù)機(jī)制，甚至在極量運(yùn)動(dòng)隋況下也是如此。耐力訓(xùn)練的人最大攝氧量、CO2產(chǎn)出量更高，通氣需求高，開(kāi)始接近呼吸壓和呼吸氣流的限制機(jī)制，因此，當(dāng)?shù)瘸备呔€開(kāi)始與最大流速容量環(huán)（maximal flowvolume loop，MFVL）交叉，呼吸末肺容量開(kāi)始提高以使最大流速容量環(huán)的氣流速率進(jìn)一步增加。肺容量的過(guò)度膨脹導(dǎo)致呼吸彈性功進(jìn)一步增加，吸氣肌功達(dá)到其產(chǎn)生壓力的85-95%，呼氣流速限制反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致過(guò)度通氣的反應(yīng)抑制，限制通氣量，提高呼吸相關(guān)聯(lián)的做功量。而更大的做功量很可能導(dǎo)致呼吸肌加速疲勞。因此，肺呼氣的容積和最大呼氣流速的機(jī)械約束對(duì)于劇烈運(yùn)動(dòng)中的呼吸控制就顯得十分重要。

女性相對(duì)于男性氣道直徑較窄，因此女性更容易對(duì)呼氣流速產(chǎn)生機(jī)械性限制，最大氣流速率小。圖1顯示了整體平均潮流速率：很健康和不太健康的女性進(jìn)行極量運(yùn)動(dòng)。圖示表明，女性上升的通氣需求與氣道脆弱關(guān)閉很可能比其同齡男性更易導(dǎo)致明顯的呼氣流速限制（例如在較低最大通氣量70-100 l/min和更低的最大攝氧量）。由于以上原因，在特定的最大通氣量時(shí)，女性更容易出現(xiàn)過(guò)度充氣，呼吸時(shí)肺自然回縮和氣流阻力所需功增加以及呼吸困難。

由于呼氣流速受限，活躍的健康女性在劇烈運(yùn)動(dòng)中對(duì)呼吸作業(yè)疲勞水平更敏感。Johnson等通過(guò)刺激雙側(cè)膈神經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在>80%最大攝氧量強(qiáng)度的持續(xù)運(yùn)動(dòng)中，膈膜在運(yùn)動(dòng)末期表現(xiàn)出疲勞。高水平的呼吸肌功和呼吸肌疲勞導(dǎo)致工作肌血管收縮、血流量降低、血管阻力變化，這些會(huì)降低運(yùn)動(dòng)耐力。因此，在劇烈運(yùn)動(dòng)中，女性更容易出現(xiàn)呼吸肌疲勞。

圖1.在安靜和輕度運(yùn)動(dòng)（55%最大攝氧量），中度運(yùn)動(dòng)（74%最大攝氧量），劇烈運(yùn)動(dòng)（90%最大攝氧量），接近最大攝氧量（96%最大攝氧量），最大攝氧量下，不太健康女性（n=15）和健康女性（n=14）對(duì)持續(xù)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)。以群平均潮氣呼吸流速容量環(huán)表示。VEmax，最大通氣量。當(dāng)潮氣呼吸流速容量環(huán)與意志最大流速容量環(huán)交叉時(shí)表現(xiàn)出呼氣流量限制。

3老齡化

健康老齡化使得肺部彈性回縮力、肺活量、擴(kuò)散表面、胸壁順應(yīng)性下降。因此，在健康的老年個(gè)體中，亞極量運(yùn)動(dòng)（最大通氣量值70-80 l/min）時(shí)出現(xiàn)顯著的呼氣流量限制并伴隨著呼氣末肺容量增加以及呼吸功增加?？v向研究表明，習(xí)慣性的身體運(yùn)動(dòng)不能減輕年齡相關(guān)的最大氣量的降低。最大攝氧量在40-60ml/kg/min時(shí)，健康老年人中也會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的動(dòng)脈血氧不足。大多數(shù)健康人最大攝氧量和肺泡氧氣運(yùn)輸能力隨年齡下降情況相似。根據(jù)性別對(duì)年輕人肺部機(jī)構(gòu)和功能的影響效應(yīng)，女性隨著年齡增長(zhǎng)對(duì)肺功能限制更具易感性。

4結(jié)論與展望

根據(jù)傳統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)看，肺并不被認(rèn)為會(huì)限制運(yùn)動(dòng)耐力。然而，現(xiàn)在越來(lái)越多的證據(jù)證明肺循環(huán)系統(tǒng)功能可能不會(huì)總是超過(guò)運(yùn)動(dòng)的代謝需求。肺功能對(duì)運(yùn)動(dòng)的限制在不同的健康水平、不同性別都存在。但是女性由于生殖激素（雌激素、孕酮）和肺功能下降的影響，在劇烈運(yùn)動(dòng)中更易于產(chǎn)生肺功能受限。運(yùn)動(dòng)和氣體交換損傷中增加的通氣做功與呼氣氣流受限是要首先考慮的，這些都是下一步要繼續(xù)研究的方向。endprint