性别与肺功能及运动能力的关系研究

付明宝

摘要：众所周知，女性与男性相比有很多解剖学和生理学上的差异，这些差异造成了女性对运动反应的不同。这些因素影响女性的训练反应并导致女性较低的最大有氧运动能力。另外，雌激素、孕酮等能够影响女性在运动中的通气量、底物代谢、体温调节以及肺功能。在相同年龄以及身高的情况下，女性与男性相比，肺部结构和形态学上的不同包括：肺活量、最大呼吸气流速率、气道直径以及扩散表面。这些不同可能会对运动中整体的呼吸反应、呼吸肌功以及肺部的气体交换产生影响。值得注意的是，近来研究发现，在剧烈运动中，女性表现出更大的呼吸气流受限和呼吸增加，另外剧烈运动还可能导致女性动脉血氧不足。这些肺部的效应具有损伤女性有氧运动能力和运动耐力的可能性。

关键词：性别 肺功能 运动能力 女性

在过去的几十年间，针对运动对人体生理系统影响的研究大量增加，人们已经广泛认识到体育运动有利于身体健康，然而主要是针对男性进行研究，对于女性或者性别差异的研究却相对较少，这一方面的研究还需要继续进行。已经有研究证明运动中心血管功能，体温调节，底物代谢，肺功能等有明显的性别差异，这些可能与运动耐力有关。而且肺部系统对于运动应答也存在着性别差异。安静时肺功能的性别差异可能会对运动中整体的通气应答、呼吸肌功以及气体交换产生影响，继而影响运动能力。

1肺功能性别差异的基础

肺功能和运动耐力的性别差异基础主要有两个方面：激素（主要是孕酮和雌激素）和结构，形态学上的差异。本文将论述这些机制的作用以及它们是如何影响肺功能的。

1.1激素

目前对神经内分泌激素和体育运动之间相互作用的研究已经取得了很大的进展。然而对女性特有的类固醇类激素对于运动表现的作用知之甚少。研究表明在正常的月经周期期间血管容积动力学、肺通气、体温调节以及底物代谢等等方面会出现细微的变化。除了在黄体期耐力运动表现有改善之外，并没有其他的女性经期对运动表现影响的结论。

月经期间血液中的孕酮和雌激素的变化会影响运动中的肺功能。在黄体期和怀孕期间孕酮浓度增高。孕酮对肺循环系统的影响包括过度通气、代偿性呼吸碱中毒、安静高碳酸通气反应（HCVR）以及低氧通气反应（HVR）。孕酮也提高中枢呼吸动力，这可能提高运动中的呼吸响应。然而，没有研究证实孕酮水平与通气反应相关。女性在运动中增加的通气动力和孕酮水平以及降低的气道直径可能会导致呼吸流量限制。

雌激素水平上升会导致液体阻滞、血量增加，可能继而影响气体交换。Sansores等证明月经周期的卵泡期初期（低孕酮和低雌激素水平）比卵泡末期和黄体中期的静态弥散功能（resting diffusing capacity，DLCO）低，这可能归因于肺部血流量的减少。

此外，Zhao等人在人体气道肥大细胞中识别鉴定了孕酮和雌激素受体。这一发现可能会有助于解释性激素在气道功能和通气差异中的一些效应。显然，在女性月经周期中呼吸系统对雌激素中类固醇激素的反应机制很复杂，目前尚未完全弄清。

1.2形态学

在正常条件下，正常体重的年轻男性其肺循环系统（包括肺部、胸壁及其神经控制系统）的结构和功能超过了男性机体对气流速率、体积、氧气和二氧化碳交换的需求。女性其肺部形态学结构与男性有诸多不同，例如，Crapo等研究发现肺功能预测方程显示成人不同性别具有明显的差异。具体来说，与相同体重的青春期后的女性相比，男性具有更大的气道直径、更大的肺容量以及扩散表面。女性肺泡总数较少（表面积较小）、相对于肺体积气道直径较小（最大气流速率较低）导致了肺部扩散能力的性别差异。另外，成年女性与其具有相同坐高的男性相比肺容量小、最大呼吸速率低，但在肺部的弹性、胸壁或者肺顺应性方面没有性别差异。由此，结合男女肺部结构上的不同，以及体育训练提高最大有氧运动能力没有对肺功能或者结构产生明显的影响，可以推测在相同的代谢需要情况下，女性对于肺部阻滞的敏感性更高。

2性别和肺泡通气量

2.1性别和化学敏感性

研究证实耐力运动员的高碳酸通气反应（HCVR）以及低氧通气反应（HVR）降低，这些变化通过运动中较低的通气量（未导致血氧不饱和度增加）、降低呼吸困难的主观感受（可能是限制最大运动能力的因素）、使其在低氧条件下继续运动使得运动员受益。然而目前尚未明确这些因素的降低与长时间训练还是运动员本身固有素质有关。

目前对于高碳酸通气反应以及低氧通气反应的化学敏感性是否存在性别差异仍有争议。目前已知性别相关的低氧通气反应随着卵巢激素的变化而变化。月经周期内内源性的孕酮水平急剧上升会通过呼吸动力的改变对运动表现产生不良影响。孕酮和雌激素通过中枢和周围受体介导的机制增加肺泡通气量和低氧通气反应。然而Regensteiner等人却研究发现尽管轻度运动会使低氧通气反应增加，但是安静低氧通气反应或高碳酸通气反应没有性别差异。

2.2运动中的过度通气

剧烈运动会使呼吸肌功和呼吸弹性阻力明显增加。尽管如此，从年轻人到中老年人，都会出现通气量上升这一保护机制，甚至在极量运动隋况下也是如此。耐力训练的人最大摄氧量、CO2产出量更高，通气需求高，开始接近呼吸压和呼吸气流的限制机制，因此，当等潮高线开始与最大流速容量环（maximal flowvolume loop，MFVL）交叉，呼吸末肺容量开始提高以使最大流速容量环的气流速率进一步增加。肺容量的过度膨胀导致呼吸弹性功进一步增加，吸气肌功达到其产生压力的85-95%，呼气流速限制反过来又导致过度通气的反应抑制，限制通气量，提高呼吸相关联的做功量。而更大的做功量很可能导致呼吸肌加速疲劳。因此，肺呼气的容积和最大呼气流速的机械约束对于剧烈运动中的呼吸控制就显得十分重要。

女性相对于男性气道直径较窄，因此女性更容易对呼气流速产生机械性限制，最大气流速率小。图1显示了整体平均潮流速率：很健康和不太健康的女性进行极量运动。图示表明，女性上升的通气需求与气道脆弱关闭很可能比其同龄男性更易导致明显的呼气流速限制（例如在较低最大通气量70-100 l/min和更低的最大摄氧量）。由于以上原因，在特定的最大通气量时，女性更容易出现过度充气，呼吸时肺自然回缩和气流阻力所需功增加以及呼吸困难。

由于呼气流速受限，活跃的健康女性在剧烈运动中对呼吸作业疲劳水平更敏感。Johnson等通过刺激双侧膈神经发现，在>80%最大摄氧量强度的持续运动中，膈膜在运动末期表现出疲劳。高水平的呼吸肌功和呼吸肌疲劳导致工作肌血管收缩、血流量降低、血管阻力变化，这些会降低运动耐力。因此，在剧烈运动中，女性更容易出现呼吸肌疲劳。

图1.在安静和轻度运动（55%最大摄氧量），中度运动（74%最大摄氧量），剧烈运动（90%最大摄氧量），接近最大攝氧量（96%最大摄氧量），最大摄氧量下，不太健康女性（n=15）和健康女性（n=14）对持续运动的反应。以群平均潮气呼吸流速容量环表示。VEmax，最大通气量。当潮气呼吸流速容量环与意志最大流速容量环交叉时表现出呼气流量限制。

3老龄化

健康老龄化使得肺部弹性回缩力、肺活量、扩散表面、胸壁顺应性下降。因此，在健康的老年个体中，亚极量运动（最大通气量值70-80 l/min）时出现显著的呼气流量限制并伴随着呼气末肺容量增加以及呼吸功增加。纵向研究表明，习惯性的身体运动不能减轻年龄相关的最大气量的降低。最大摄氧量在40-60ml/kg/min时，健康老年人中也会发生运动诱导的动脉血氧不足。大多数健康人最大摄氧量和肺泡氧气运输能力随年龄下降情况相似。根据性别对年轻人肺部机构和功能的影响效应，女性随着年龄增长对肺功能限制更具易感性。

4结论与展望

根据传统观点来看，肺并不被认为会限制运动耐力。然而，现在越来越多的证据证明肺循环系统功能可能不会总是超过运动的代谢需求。肺功能对运动的限制在不同的健康水平、不同性别都存在。但是女性由于生殖激素（雌激素、孕酮）和肺功能下降的影响，在剧烈运动中更易于产生肺功能受限。运动和气体交换损伤中增加的通气做功与呼气气流受限是要首先考虑的，这些都是下一步要继续研究的方向。endprint