• 汇集公众科学智慧交流科学思想见解
  • 点燃科学智慧火花构建互动交流平台
科学智慧火花
发表评论  0                

有意识的调控呼吸可增加肺氧吸收率

投稿时间:2018-09-15 10:57 投稿人:王孝恩 【字号: 访问量:

人体的心脏搏动、呼吸、消化、血压、新陈代谢等内脏运动,很大程度上由植物神经(vegetative nervous system)自主地、无意识地进行支配和调节。即使人睡着了或长期昏迷状态下这些内脏运动仍然照常运行,不过,其中的呼吸,也只有呼吸,是可以通过人的意识直接控制的。也就是说,你可以摒住呼吸,但你不能摒住心跳,也不能摒住腹内的消化。呼吸就像今天的自动驾驶,既可进入自动驾驶模式,也可进入人工操作模式。由于呼吸具有自律和人控两种模式,自古就给人们留下了可以进行操控和想像的微妙空间。道士们的气功,武士们的运气,江湖术士们的骗术往往都与呼吸的运用方式有关。近年来兴起的各种瑜伽运动就巧妙地运用了调整呼吸节奏的方式。下面结合本人的体会谈谈如何通过有意识地调控呼吸来增加肺氧吸收率,以及利用呼吸、气功、运气等增强人体健康和治疗某些疾病的生理学基础。

一、气压、海拔、温度、湿度对人体呼吸时氧吸收率的影响

众所感知,在夏天一场暴风骤雨来临之前,往往给人一种闷热憋气的感觉;去西藏旅游,都将面对高原缺氧问题。显然前者与温度、湿度及气压有关,后者与海拔高度有关,海拔高度的影响其本质还是气压问题。气压为什么会如此明显地影响人的呼吸?可由道尔顿分压定律(Daltons law of partial pressures)来解释。

约翰·道尔顿(John Dalton)是著名的英国化学家和物理学家,他仅在11岁之前接受过正规教育,12岁就当上了小学教师,自学成才。他一生爱好气象观察和对大气的研究,对气体分子的研究和原子量的测定做出了重大贡献,至今在生物学领域的诸多文献中还常使用以道尔顿命名的原子量单位。他在1801年提出了著名的气体分压定律,可用以下几个公式表示:

式中的P表示混合气体的总压,Pi表示第i组分气体的分压,n是气体的物质的量,xi是第i 组分气体的摩尔分数,V是容器的体积,T是绝对温度,R为普适气体常数。

我们先用道尔顿定律分析夏天暴风骤雨来临之前的闷热憋气现象。夏天温度高,当气压P与人每次吸入的空气体积V不变时,根据(2)式可知,吸入的气体的物质的量n与温度T成反比,温度越高,实际吸入的气体的量越少,人们只能不自觉的增大呼吸量,所以感到有点憋气,冬天就没有这种憋气感觉。在夏天暴风骤雨来临之前,空气中的水蒸气接近饱和。一方面由于空气的平均分子量大致为29,水的分子量仅为18,空气中的水蒸气含量越高,空气的平均分子量越低,气压P也就越低;另一方面,由(3)到(5)式可知,空气中的水蒸气含量越高,空气中氧气的摩尔分数xO、分压PO及物质的量no也就越小,人呼吸同样体积的气体时,实际吸入的氧气就会减少,因此温度与湿度的共同作用,使人感觉到特别的闷热憋气。

对于高原反应,由于海拔越高,大气压P就越低,由(1)和(3)式可知,氧气的分压PO或物质的量no都随之减小,当人每次呼吸的气体体积依旧时,实际吸入的氧气已经减少,所以人出现缺氧现象。

二、气压、海拔、温度、湿度对人体健康的影响

心脏和大脑的代谢不但耗氧量大,而且耗氧速度也是体内所有脏器中最快的,并且它们几乎没有任何能源物质的储备。气压、海拔、温度、湿度对人体健康影响的本质还是通过改变人体呼吸的氧含量起作用的。受呼吸引起的最快和最明显的缺氧影响的器官就是心脏和大脑。

1、 缺氧对心脏的影响:

心脏的搏动来自心肌细胞的收缩,心肌细胞的收缩伴随着膜电位的周期性的极化与去极化,其收缩力来自于以水解ATP为代价的、瞬间释放的钙离子与钠离子交换时产生的渗透压[1,2]。心肌细胞不同于骨骼肌,它必须连续不断地周期性地维持两个数量级的内、外钙离子浓差的峰值。它在每一个收缩周期中都要通过发达的线粒体系统将吸收的氧气还原,而将ADP氧化磷酸化为ATP。一旦经冠状动脉对心肌细胞的血氧供应中断,心肌细胞的收缩就会出现故障,这类故障最为常见的是发生在老年身上的心肌梗塞。当然,由气温、天气及海拔等因素导致的气压变化对正常青年人的心脏不会造成明显的缺氧症状,但对老年人或某些病人将是敏感的。

2、 缺氧对大脑的影响

气压、海拔、温度、湿度等通过呼吸对人体大脑产生的轻度缺氧影响,往往表现在植物神经系统所支配的那些症状。植物神经是内脏神经中的运动神经,根据功能和药理特点可分为交感神经和副交感神经。正常情况下,功能相反的交感和副交感两个神经系统处于相互平衡制约中。一方起正作用时,另一方则起副作用,能很好的平衡协调和控制身体的生理活动。

交感神经主要产生应激反应,使机体进入紧张活动状态,其主要功能是使瞳孔散大,心跳加快,皮肤及内脏血管收缩,冠状动脉扩张,血压上升,小支气管舒张,胃肠蠕动减弱,膀胱壁肌肉松弛,唾液分泌减少,汗腺汗液分泌、立毛肌收缩等。

副交感神经的低级中枢位于脑干和脊髓的骶部,它多分布于肾上腺、甲状腺、子宫等处,往往扮演休养生息的角色,维持安静时的需要,平息交感神经产生的紧张状态。

由植物神经主管的节凑系统主要与人脑的右半球相联系[3],所有生物节凑既相互独立,又相互联系,相互影响。因此应急状况时心跳加快,必然引起呼吸加快。反之亦然,出现应急时我们人为的进行深呼吸,深呼吸不但能给肺增大吸氧量,还能放慢呼吸,自然地,心跳也会放缓。

另外,通过练气功还可以转移注意力,缓解应急或恐布心理。气功讲究:吸气时气冲霄汉(想到头顶),呼气时意达丹田(肚脐以下部位)。一些人也可以通过瑜伽或生物反馈技术用意识调节自身自律神经系统的功能。

三、一种新的增氧呼吸方式

在自律呼吸中通常吸气与呼气的时程都大致相等。迄今所知的深呼吸、或气功、瑜伽运动中所倡导的各种呼吸方式,无论呼吸快慢,鼻呼吸还是口呼吸,对同一次的呼吸中吸气与呼气的时间未见有提出明显差别之说。本作者从理论上,根据前面列出的道尔顿分压定律发现,若人为的增大自身的呼吸气量,并且增大吸气与呼气的时程之比,可明显提高肺的吸氧率,有利于身体健康及多种慢性病的治疗。

具体做法:可充分利用睡前或醒后的静床时间或其它工作的可利用的业余时间,尽量增加增氧呼吸。每一次增氧呼吸时,先尽力较快地呼出肺中须排出之气,再平缓的逐渐加深地吸足空气,直到肺的最大容量后憋住数10个数(大约10秒,可根据个人体质而定),然后呼出,完成一个增氧呼吸循环。

安静时常人每次吸入和呼出的气体量大约为500毫升,一次呼吸所用最佳时间为6.4秒。成年男子的正常肺活量约为3500-4000毫升,女子约为2500-3500毫升。在增氧呼吸中我们按每次吸入3000毫升空气计算,将是安静时平常吸气量的6倍。空气中的氧气只占五分之一,因此增氧呼吸中每次吸入的氧气量已是医院吃氧呼吸时纯氧量的1.2倍。另一方面,即使考虑肺泡中体积的变化,增氧呼吸时的最大气压也会大于安静呼吸时的3倍以上,总压增大,肺泡中与红血球中血红蛋白的氧交换率也会明显增大。并且在增氧呼吸中延长肺吸氧时间10秒,可大大提高肺的吸氧率。

增氧呼吸比深呼吸对提高肺的吸氧率更为明显,因此,它不但可以有利于多种慢性病的治疗,对运动员的热身活动及运动后的快速呼吸恢复也都很有好处。本文提出的增氧呼吸既不需要器械,也不需要花钱,只要自己经过练习后觉得适用,就可长期坚持,这是一种有利于全民健康的好的健身方法。

 

参考文献:

1、 王孝恩.生物电与肌肉收缩的渗透压机理,中科院科学智慧火花,2017-02-22;

2、 王孝恩.去极化瞬时膜电位的计算,中科院科学智慧火花,2017-03-22;

3、 王孝恩. 心脏为何不在中间,中科院科学智慧火花,2017-05-17.