复旦生理学课件06呼吸

第六章呼吸呼吸:机体与外界环境之间的气体交换过程.O2O2CO2CO2肺血液循环组织细胞︸︸︸︸︸︸︸内呼吸气体在血液中的运输外呼吸肺换气肺通气细胞内代谢组织换气三、哺乳动物肺的结构与功能人体两侧肺叶的肺泡总数约为3亿个，其总面积约为70m2，比人的体表面积约大40倍，提供了广大的气体交换面积。Ｉ型肺泡上皮细胞：扁平细胞，覆盖97%的肺泡表面，是实现肺和血液间气体交换的部位。II型肺泡上皮细胞：近似球形，细胞数量与Ｉ型上皮细胞相似，但仅占据肺泡表面很小区域。具有分泌肺泡表面活性物质作用。（插图2－18）根据Laplace定律:P=2T/rP－肺泡回缩力，r－肺泡半径，T－表面张力假设大小肺泡的表面张力一样，肺泡内压将随肺泡的半径而变化。小肺泡大压力，大肺泡小压力。表面活性物质：主要成份：二软酯酰卵磷脂作用：①降低肺泡表面张力，防止肺泡因回缩而塌陷；②维持各种大小不一的肺泡容量的稳定性；（因其密度随肺泡半径变化而变化）③防止肺泡毛细血管中的液体渗入肺泡。（减弱表面张力对肺毛细血管中液体的吸引作用）第二节肺通气肺通气:肺与外界环境之间的气体交换过程。参与的器官有呼吸道、肺泡和胸廓肺通气的动力：气体进出肺源于肺泡和大气之间的压力差，此压力差来源于肺容积的变化。呼吸运动导致肺容积的变化。呼吸运动是肺通气的原动力。一、肺通气的动力1.呼吸运动（Respiratorymovement)过程：膈肌收缩中心腱下移胸廓上下径扩大；平静吸气时，膈肌下移1-2cm,增大容积相当总通气量的4/5。肋间外肌收缩肋骨上举胸腔前后,左右径增大（2）呼气运动：膈肌和肋间外肌舒张肺因本身的回缩力而回位胸腔和肺容积缩小。平静吸气时，呼气为被动过程。2.呼吸型式：（1）腹式运动呼吸和胸式呼吸腹式呼吸,胸式呼吸,混合呼吸，不论那一种形式的呼吸，吸气运动均为主动过程；（2）平静呼吸和用力呼吸：平静呼吸：平稳均匀（12-18次/分）；吸气主动呼气被动。用力呼吸：呼吸加深加快；参与的吸气肌和呼气肌增多，吸气和呼气均为主动。呼吸困难：呼吸大大加深，鼻翼煽动，主观上不舒服等。2.肺内压(intrapulmonarypressure)指肺泡内的压力。呼吸暂停时，应与大气压相等。平静吸气：开始低于大气压1～2mmHg,吸气末等于大气压。平静呼气：开始高于大气压1～2mmHg,呼气末等于大气压。呼吸过程中，肺内压的周期性交替升降，造成肺内压与大气之间的压力差，为推动气体进出肺的直接动力。3.胸膜腔和胸内压胸膜腔解剖：特点：1.密闭2.有少量液体:a.润滑,b.分子吸附作用作用:使肺脏能够随着胸廓的运动而运动.胸内压:指胸膜腔内的压力。与大气压相比较为负值。胸内负压的成因:有两种力通过胸膜脏层作用于胸膜腔：肺内压使肺泡扩张，肺的弹性回缩力使肺泡缩小。胸膜腔内压实际上是两种作用相反力的代数和。胸内压=肺内压－肺回缩力吸气末与呼气末（肺内压？）：胸内压＝－肺回缩力（约-5mmHg）胸膜腔负压是肺的弹性纤维回缩力造成。吸气时，肺扩张，肺的弹性回缩力增大，胸膜腔内压更负；呼气时，肺缩小，肺的弹性回缩力缩小，胸膜腔负压减少。胸膜腔内压力会变正吗？平静吸气末：-10～-5mmHg,用力吸气末可达-90mmHg。平静呼气末：-5～-3mmHg,用力呼气末可达110mmHg。胸膜腔负压的生理意义：1.作用于肺，使肺处于扩张状态，有利与肺通气；当胸膜腔密闭性遭到破坏时（气胸），肺因弹性回缩而塌陷。肺通气功能障碍。（插图2－10）2.作用于胸腔内其他脏器如壁薄而可扩性大的腔静脉、胸导管等，影响静脉血和淋巴液的回流。图5-1呼吸全过程示意图(二）肺通气的阻力:分类:弹性阻力:肺,胸廓非弹性阻力:惯性阻力、粘滞阻力、气道阻力1.弹性阻力和顺应性弹性阻力:物体对抗外力作用引起变形的力。在同样大小外力作用下，弹性阻力越大，变形程度越小；弹性阻力越小，变形程度越大。顺应性：用于度量弹性阻力的大小。指在外力作用下弹性组织的可扩张性。易扩张者，弹性阻力小，顺应性大。顺应性与弹性阻力成反变关系。C=1/R（弹性阻力）（插图2－17）肺的弹性阻力和顺应性:肺顺应性（CL)＝肺容积变化(△V)跨肺压的变化(△P)(肺内压－胸腔内压）L/cmH2O【充空气的肺和灌注生理盐水的肺，二者顺应性是否相同？】2.非弹性阻力惯性阻力、粘滞阻力、气道阻力:来自气流经呼吸道时气体分子间和气体分子与气道壁之间的摩擦.为非弹性阻力的主要成份.(80-90%)1.肺容量:包括四个互不重叠的基本容积。全部相加等于肺的最大容量。(1)潮气量:平静呼吸时每次吸入或呼出的气体量.500ml,运动时(2)补吸气量:平静吸气末再尽力吸气所能吸入的气体量.1500-2000ml(3)补呼气量:平静呼气末再尽力呼气所能呼出的气体量.900-1200ml(4)余气量：最大呼气末尚留存于肺中不能再呼出的余气量。只能间接测定。1000-1500ml三、肺通气功能评价(2)补吸气量:平静吸气末再尽力吸气所能吸入的气体量.1500-2000ml(3)补呼气量:平静呼气末再尽力呼气所能呼出的气体量.900-1200ml(4)余气量：最大呼气末尚留存于肺中不能再呼出的余气量。只能间接测定。1000-1500ml肺活量和时间肺活量肺活量:最大吸气后再用力呼气所能呼出的气量.=潮气量+补吸气量+补呼气量男:3500ml,女:2500ml时间肺活量:最大吸气后再用力并以最快的速度呼气,在头几秒钟内所呼出的气体量占肺活量的百分数.正常成人:1秒:83%,2秒:96%,3秒:99%.意义:动态指标,不仅反映肺活量容量大小,也反映阻力变化.是评价肺功能的较好指标.（1）肺通气量（每分通气量）每分通气量:每分钟进或出肺的气体总量.每分通气量=潮气量x呼吸频率平静呼吸时,正常成人:500mlx12-18,6-9L每分最大通气量:以最快的速度和尽可能深的幅度进行呼吸时,所得到的每分通气量.正常成人可达70-120L2．肺通气量（2）无效腔和肺泡通气量:生理无效腔：解剖无效腔:150ml肺泡无效腔:0正常人生理无效腔接近解剖无效腔计算真正的有效的气体交换，须采用肺泡通气量肺泡通气量=(潮气量-无效腔气量)x呼吸频率潮气量和呼吸频率对肺通气和肺泡通气都有影响。例:每分通气量肺泡通气量16x500=8000(500-150)x16=56008x1000=8000(1000-150)x8=680032x250=8000(250-150)x32=3200从气体交换角度而言，浅而快的呼吸是不利的。第三节气体与血液交换一.气体交换原理气体扩散:气体分子从分压高处向分压低处发生的净移动.单位时间内气体扩散的容积称气体扩散速率.气体扩散速率的影响因素:1.气体的分压差(△P):△P大，扩散快；2.气体的分子量和溶解度(MW,S):与MW平方根呈反比；与Ｓ呈正比。3．气体的扩散系数在单位分压差下，单位时间内通过单位面积扩散的气体量称为该气体的扩散系数。不同气体的扩散系数与各该气体的溶解度成正比，与各该气体的相对分子质量（MW）的平方根成反比4.扩散面积和距离(A,d):扩散速率与A呈正比；与d呈反比。5.温度(T):扩散速率与T呈正比。△P•T•A•SDd•MW（插图：气体交换，3，4，5）扩散速率与上述诸因素的关系:呼吸气和人体不同部位气体的分压1.血液气体和组织气体的分压(张力)肺泡气动脉血混合静脉血组织PO210490-1004030PCO240404650二、气体在肺部的交换(肺换气）肺换气过程（插图）扩散速度极快，0.3秒便可达到平衡。血液流经肺毛细血管的时间为0.7秒。前1/3已基本完成气体交换过程。（插图9，10，11）三.肺泡通气与血流量的关系每分钟肺泡通气量(VA)与每分钟肺血流量(Q)之间合适比值。正常成人安静时:350x12/5,000=0.84物理溶解和化学结合.肺泡血液组织O2溶解的O2结合的O2溶解的O2O2CO2溶解的CO2结合的CO2溶解的CO2CO2第四节血液中O2和CO2的运输一.氧和二氧化碳在血液中存在的形式二、氧的运输血液中O2形式：1.5%为物理溶解，98.5%为化学结合。1.氧的结合形式:氧合血红蛋白(HbO2)(hemoglobin)血红蛋白（Hb）结构:由一个珠蛋白和四个血红素组成。一个血红素由4个吡咯环组成，中心为一个Fe2+。珠蛋白由四条多肽链组成，每条多肽链与1个血红素相连。Hb与氧结合的特征:1.反应快，可逆，不需酶催化，受PO2影响。2.是氧合(oxygenation)反应,不是氧化(oxidation)反应。Fe2+与O2结合后仍为二价铁。Hb+O2PO2高的肺部HbO2PO2低的组织3.1分子Hb可结合4分子O2.1gHb可结合1.34-1.39ml的O2.氧容量:100ml血液中Hb所能结合的最大氧量。15g×1.34=20.1ml(100ml血液）氧含量:100ml血液中Hb实际结合的氧量。氧饱和度:氧含量与氧容量的百分比，如15/20=75%HbO2呈鲜红色，去氧Hb(HHb)呈紫蓝色。HHb5g/100ml,出现紫绀。4.Hb与O2的结合或解离曲线呈S形，与Hb的变构效应有关。Hb两种构型:紧密型(T型)，即去氧Hb.疏松型(R型)，即氧和Hb.O2与Hb的Fe2+结合盐键断裂T型转为R型Hb亚单位变构效应Hb对O2的亲和力增加Hb的一个亚单位与O2结合后，由于变构效应，其他亚单位更易与O2结合；HbO2的一个亚单位释放出O2后，其他亚单位更易释放O2。因此，Hb氧离曲线呈S型。插图(3-4,5)(三）氧离曲线是表示PO2与Hb氧结合量或Hb饱和度关系的曲线。它既表示不同PO2下O2与Hb的分离情况,也表示O2与Hb的结合。特点及功能意义:1.氧离曲线的上段:60-100mmHg段特点:曲线平坦,PO2的变化对Hb影响不大。PO2100mmHg，饱和度97.4％PO270mmHg，饱和度94％生理意义：高原生活或呼吸道疾病时,PO2不低于70mmHg，不会有严重缺氧发生。2.氧离曲线的中段:40–60mmHg段特点:曲线较陡,是Hb释放氧部分。Hb氧饱和度为75％，血氧含量14.4ml，向组织释放5ml的氧。生理意义：可以向组织释放较多的氧。氧利用系数：血液流经组织时释放的氧容积占动脉氧含量的百分数。安静状态为25％。3.氧离曲线的下段:15–40mmHg段特点:曲线最陡的部分,是HbO2与O2解离的部位。生理意义：代表了氧储备。当组织代谢活动加强时，PO2可降至15mmHg，Hb氧饱和度小于20％，可供组织15ml氧。氧利用系数75%，为安静时的三倍。（四）影响氧离曲线的因素用来P50表示Hb对O2的亲和力。P50:指Hb氧饱和度达到50%时的PO2。正常为26.5mmHg。若P50↑，Hb对O2的亲和力↓；曲线右移。若P50↓，Hb对O2的亲和力↑；曲线左移。插图3-71.pH和PCO2pH或CO2:P50,,曲线右移,提示Hb对O2的亲和力pH或CO2:P50,曲线左移。,波尔效应:酸度对Hb氧亲和力的影响。H与Hb氨基酸残基结合，促进盐键形成，Hb变构成T型，降低与氧的亲和力。生理意义:即可促进肺毛细血管血液的氧合，又有利于组织毛细血管血液释放。影响因素包括：2.温度温度:曲线右移,促使O2释放温度:曲线左移,不利于O2释放.可能与H+的活度有关。3.2.3-二磷酸甘油酸(2.3-DPG)红细胞无氧酵解的产物。DPG:亲和力,曲线右移。4.Hb自身性质的影响Fe2+氧化成Fe3+时即失去运氧的能力。CO与Hb结合，占据O2结合位置。其与Hb的亲和力是O2的250倍，很低的PCO,就能与Hb结合。而且增加其余3个血红素对O2的亲和力，也妨碍氧的解离。插图3-7三、二氧化碳的运输1.二氧化碳的运输形式以物理溶解(5%)和化学结合(95%)形式运输.物理溶解:5%化学结合:碳酸氢盐,88%氨基甲酸血红蛋白,7%（1）碳酸氢盐CO2+H2O碳酸酐酶H2CO3H++H