健康人和不同疾病患者的运动反应
理论上健康人的运动能力主要受心肺功能的限制，但实际上主要受心功能限制，肺功能并不是限制运动能力的因素（见前述）。本节重点从机体代谢的角度简述肺源性限制和心源性限制对健康人运动能力的影响。
（一）肺源性限制和心源性限制
1.健康人运动时的呼吸变化 健康人呼吸储备巨大，不表现为肺源性限制，包括通气限制（ventilation limit）和换气限制。
（1）通气变化：静息状态下，RR 约为16次／min，VT约为500 m L，VE约为8 L／min；达最大运动负荷时，RR 可达60 次／min，VT 可达3 000 mL，VEmax为180 L／min，所以运动时最大VE是静息VE的22.5倍。判断运动过程是否存在着通气限制可用通气储备或呼吸储备（BR）衡量，BR=（VEmax-VE）／VE，即BR 超过静息VE 21.5倍，通气储备巨大。由于运动过程中需不断测量VE、用力流量-容积（F-V）环，受检者配合有一定难度，所以一般用通气功率函数的正常值评估通气储备或通气限制，最简单是呼吸困难指数（DI=VE／MVV），健康人极量运动时为0.6～0.7（或60%～70%），该界值称为气急域，故通气功能不是健康人运动的限制因素。
实际上通气储备远比上述情况复杂和强大，因为无效腔的存在，通气量并非全部用于气体交换。健康人RR 16次／min，VT 500 m L，VD为150 m L，VD／VT为0.3（正常＜0.35）。随着运动负荷增大，VT增大，RR加快，但VT增大幅度超过RR。以上述最大VT为3 000 mL计算，若VD不变，VD／VT约为0.05；实际用力呼吸时VD有所增大，假如增大2倍，VD／VT 约为0.15（正常＜0.18），肺泡通气量（
）将进一步增大，因此实际通气储备远较BR更大。故即使通气功能中度减退，部分患者也常无呼吸困难。
（2）换气变化：健康人换气功能也有巨大储备，与通气储备共同作用完成各种形式的运动，简述如下（详见第七章第三节）。
健康人静息状态下血液流经肺泡毛细血管的时间约为0.75 s，O2从肺泡扩散至毛细血管与Hb结合并达到平衡的时间为0.25～0.3 s，CO2扩散达到平衡时间约为0.4 s，分别占血流时间的40%与53%，皆有较大的扩散储备能力，但似乎较通气储备低得多，有可能在剧烈运动时发生低氧血症和高碳酸血症，成为限制运动能力的主要因素，但事实上并非如此，各种剧烈运动时，健康人PaO2皆正常或有所升高，而PaCO2皆下降。
极量运动时，红细胞流经肺泡毛细血管的时间缩短至0.25 s，理论上影响弥散完成。但由于通气量显著增大，肺泡氧分压（PAO2），可达125 mm Hg；代谢率显著升高，混合静脉血氧分压（Pv-O2）明显下降，可降至30 mm Hg以下，远较静息时肺泡-肺毛细血管氧分压差（104 mm Hg-40 mm Hg=64 mm Hg）高得多，故氧扩散速率显著加快，PaO2维持正常或有所升高。同样肺泡CO2分压（PACO2）下降，混合静脉血CO2分压（Pv-CO2）升高，CO2扩散速率也明显加快；加之CO2溶解度高，代偿性过度通气排出更多CO2，故PaCO2下降，因此换气功能不是影响健康人运动能力的因素。
2.心源性限制 是最常见的极量运动限制类型，这与心脏储备功能较低有关。静息时，HR 为70次／min，每搏输出量（SV）为70 mL，则心排血量（CO）为5 L／min；达极量负荷时，HR为180次／min，SV可达110 mL，最大心排血量（COmax）为20 L／min，故心脏储备约为（COmax-CO）／CO=3，由此可见，运动时最大心排血量仅为静息心排血量的4倍，与VE可增加至22.5倍的变化幅度相差甚远，即心脏储备远低于呼吸储备。实际上，心脏还可通过改变C（a-v-）O2，即组织利用氧的能力增加心血管系统对氧的运输能力。静息状态下C（a-v-）O2为50 mL，最大为150 mL，即能变化3倍，所以心脏对氧的运输能力可以从静息时的250 mL／min 增加至最大时的3 000 mL／min，变化范围达12倍，综合储备为11倍。
用公式表示为：
=HR×SV×［C（a-v-）O2］
尽管如此，心功能储备也远低于肺功能储备，故心源性限制是健康人运动能力的主要限制因素，这也是选择运动试验评价心脏功能、诊断冠心病的主要理论基础；反之用运动试验评价早期肺功能减退是伪命题。
（二）不同心源性限制的特点 评价心功能应主要侧重于氧耗量和心率的变化。氧耗量与功率呈一定的函数关系，在一定范围内（小于AT）健康人群保持线性关系；肥胖人群也呈线性关系，与健康人群相似，但由于基础代谢率高，摄氧量的基点升高（图34-3A）。在周围循环供氧障碍患者，氧利用效率降低，仍呈线性关系，但斜率降低（图34-3B）；如果是心血管疾病，则低功率时仍呈正常的线性关系；高功率时，线性关系丧失，逐渐接近平坦的曲线（34-3C）。当然若不控制做功负荷，任何情况皆会超过AT 而丧失线性关系，出现平坦曲线。
图34-3 不同状态下氧耗量与做功量的关系(https://www.daowen.com)
（三）氧耗量和心率的关系
1.氧耗量与心率的基本关系 随着功率增加，氧耗量增加，心率增快，心率与氧耗量的函数关系可反映心脏输送氧的能力和特点。在健康人，功率与心率呈线性关系，体能越好心率增加越缓慢；反之体能差心率增加越快，但心率与氧耗量总能保持一定的线性关系，即每搏氧耗量恒定（图34-4）。在阻塞性肺疾病（OPD）患者，心率与摄氧量也呈线性关系，不过由于肺代偿能力下降，心率代偿性增快，高于正常值，最后常因呼吸困难而过早终止运动。在心脏病患者，由于心射血量下降，心率呈非线性的快速增加（图34-5），用公式表示为：
图34-4 不同运动能力健康人心率变化特点
自下而上依次为缺乏运动（Low）、一般运动（Norm）、运动员（Sport）的心率随运动负荷的变化特点，皆呈线性关系，但斜率不同
图34-5 不同疾病患者心率与氧耗量的关系
自下而上依次为健康人（Norm）、阻塞性肺疾病（OAD）患者、心脏病（HD）患者，后两者皆与健康人明显不同，HD异常尤为显著
2.每搏氧耗量 摄氧量除以心率即为每搏氧耗量，故实际上是每次心脏搏动射出的氧容积，也是摄氧量与心率关系的另一种表现形式，简称氧脉搏，是反映心脏射血功能的重要参数。在阻塞性肺疾病患者，由于代偿性心率增快，故氧脉搏比正常值降低。在心脏病患者，不仅氧脉搏降低，由于心率很快达峰值，故即使氧耗量增加，也会出现氧脉搏不再增加，甚至下降的现象（图34-6）。
图34-6 不同疾病患者运动负荷与氧脉搏的关系曲线
自上而下依次为健康人（Norm）、阻塞性肺疾病（OAD）患者、心脏病（HD）患者，后两者与健康人明显不同，HD的变化更为显著