呼吸生理

第七章呼吸系统的结构与功能肺呼吸气体在血液中的运输细胞呼吸肺通气：肺泡外界大气肺换气：肺泡肺毛细血管血液组织换气：内环境细胞（外呼吸）（内呼吸）细胞内的有氧代谢生化范畴呼吸：机体与外界环境的气体交换过程。呼吸过程的三个环节：呼吸过程示意图肺通气肺换气气体在血液中运输细胞呼吸第一节呼吸系统的组成和结构呼吸道鼻咽喉气管支气管肺支气管树导管部：呼吸部：细支气管肺泡肺内支气管树呼吸部：呼吸系统概貌第二节肺通气一、肺通气的原理（一）肺通气的动力直接动力：肺内压和大气压之间的压力差吸气肺内压高于大气压呼气肺内压低于大气压原动力：呼吸运动1.呼吸运动（respiratorymovement）吸气肌：隔肌、肋间外肌呼气肌：肋间内肌、腹肌辅助吸气肌群：斜角肌、胸锁乳突肌等1）吸气2)呼气（1）呼吸运动过程概念：呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大和缩小。呼吸肌斜角肌胸锁乳突肌肋间外肌膈肌肋间内肌腹部肌群吸气肌呼气肌肋间外肌肋间内肌呼吸运动引起的胸廓容积变化（2）呼吸运动形式平静呼吸吸气主动、呼气被动用力呼吸吸气主动、呼气主动胸式呼吸肋间外肌活动为主腹式呼吸膈肌活动为主成人：胸式和腹式混合式呼吸婴幼儿：腹式呼吸为主妊娠后期：胸式呼吸为主2.肺内压:指肺泡内的压力。（1）呼吸过程中肺内压的变化肺内压吸气初：大气压末：=大气压呼气初：大气压末：=大气压呼吸过程中肺内压、胸内压及呼吸气容积的变化过程（2）人工呼吸的原理定义：人为地造成肺内压和大气之间的压力差来维持肺通气。人工呼吸机口对口的人工呼吸法有节律性地挤压胸廓的负压通气方法：前提：呼吸道通畅胸膜脏、壁两层在肺根处互相反折移行，在两肺周围分别形成两个互不相通、完全封闭的腔。（1）胸膜腔特点：潜在腔隙少量浆液润滑作用浆液分子的内聚力两层胸膜贴附3.胸膜腔内压胸膜腔：气胸：胸膜破裂，胸膜腔与大气相通，空气将立即进入胸膜腔内，形成气胸。胸内压大气压胸内负压胸膜腔（2）胸膜腔内压及其测定：（3）胸膜腔负压的形成：生长速度：胸廓肺（4）胸膜腔负压的生理意义①维持肺泡扩张状态，并随胸廓的运动而张缩，保证肺通气和肺换气②降低中心静脉压，促进胸腔淋巴液和静脉血回流。（二）肺通气的阻力1．弹性阻力概念：弹性组织受外力作用发生变形时所产生的对抗变形的力。度量指标：顺应性顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。顺应性弹性阻力（1）肺的弹性阻力与顺应性：肺组织：弹性纤维和胶原纤维的弹性回缩力肺泡内：液-气界面所产生的表面张力（2）肺泡表面张力与肺表面活性物质肺表面活性物质：降低弹性阻力维持大小肺泡的稳定性防止肺水肿（3）胸廓的弹性阻力和顺应性表面张力呼吸膜、肺泡表面张力与肺表面活性物质肺泡上皮C：Ⅰ型二软脂酰卵磷脂肺泡气液交界面的表面张力肺泡上皮C组织间隙毛细血管内皮C肺泡上皮基膜含表面活性物质的液体层（分泌C）1μmⅡ型呼吸膜：毛细血管肌膜2.非弹性阻力定义：在气体流动时产生的，并随流速加快而增加，故为动态阻力。包括惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力。（1）气道阻力定义：由气体流经呼吸道时，气体分子间及气体分子与呼吸道壁之间的摩擦所产生阻力。分布：鼻、声门、直径2mm以上细支气管、气管等部位。（2）影响气道阻力的因素气流速度气流形式管径大小（呼吸性细支气管）气道的跨壁压肺实质对气道壁的外向放射状牵引作用神经系统对气道管壁平滑肌舒缩活动的调节化学因素阻力层流阻力湍流阻力二、肺通气功能的评价（一）肺容积：是指肺内气体的容积1.潮气量：每次吸入或呼出的气量。2.补吸气量：平静吸气末，再尽力吸入的气量。正常成人：400~500ml正常成人：1500~1800ml3.补呼气量：平静呼气末，再用力呼出的气量。正常成人：1000~1500ml4.残气量：用全力呼气后，肺内所留的气体量。（余气量）正常成人：1000~1500ml（吸气储备量）（呼气储备量）肺容积和肺容量示意图1.深吸气量（inspiratorycapacity）：1+22.功能残气量（functionalresidualcapacity）：3+43.肺活量：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气量（vitalcapacity）。4.用力呼气量：指尽力最大吸气后再尽力尽快呼气时，在一定时间内所能呼出的气量。常用：1秒用力呼气量（FEV1）5.肺总量：1+2+3+4（二）肺容量：是肺容积中两项或两项以上的联合气量。1．每分通气量：潮气量×频率2．最大随意通气量（自学）3．无效腔和肺泡通气量（三）肺通气量和肺泡通气量•每分肺泡通气量=（潮气量-解剖无效腔容量）×呼吸频率肺泡无效腔•无效腔：解剖无效腔生理无效腔不同呼吸频率和潮气量时肺通气量和肺泡通气量呼吸频率（次/分钟）潮气量（ml）肺通气量（ml/min）肺泡通气量（ml/min）165008000560081000800068003225080003200•深而慢的呼吸比浅而快的呼吸效率高。第三节肺换气和组织换气一、肺换气和组织换气的基本原理（一）气体的扩散肺换气：肺泡血液组织换气：血液组织动力：气体的分压差方式：扩散（二）气体扩散速率及影响因素S√MWd=1.气体的分压差：正比2.气体的分子量和溶解度S（溶解度）MWd（扩散速率）O2：2.14ml/L323.78CO2:51.5ml/L4477.64dCO2＝20dO2CO2的扩散速率大于O23.扩散面积和距离与扩散面积成正比，与扩散距离成反比4.温度：正比二、肺换气（一）肺换气过程（二）影响肺换气的因素1.呼吸膜的厚度厚度2.呼吸膜的面积扩散速率扩散量面积扩散速率扩散量3.通气血流比值=每分肺泡通气量（VA）每分肺血流量（Q）=0.84呼吸膜结构示意图通气/血流比值可能出现的三种情况VA/Q肺泡无效腔肺泡气更新率VA/Q功能性动-静脉短路血中PO2PCO2通气/血流比值可能出现的三种情况（三）肺扩散容量（自学）三、组织换气第四节气体在血液中的运输•运输形式：物理溶解：量少，是化学结合的前提化学结合：量多，以物理溶解为前提O2、CO2→溶解→化学结合→溶解一、氧的运输（一）氧在血液中存在的形式血液中O2和CO2的含量（ml/100ml血液）动脉血混合静脉血物理溶解化学结合总量物理溶解化学结合总量O20.3120.020.3170.1115.215.31CO22.5346.448.932.9150.052.91•以Hb为主要运输工具1．Hb分子的结构Hb+O2HbO2PO2高PO2低2．Hb与O2结合的特征（1）反应快，可逆，不需酶，反应方向取决于PO2高低（2）Fe2+与O2结合后仍是二价铁（3）1分子Hb可以结合4分子O2氧容量：100ml血液中Hb所能结合的最大O2量氧含量：100ml血液中Hb实际结合的O2量氧饱和度：血氧含量PO2血氧容量×100%Hb量（4）Hb的变构效应：紧密型（T型）：去氧Hb疏松型（R型）：氧合Hb氧解离曲线二、CO2的运输2.化学结合：1.物理溶解：5%（1）碳酸氢盐形式：88%血浆CO2CO2H2OCAH2CO3H+HCO3-Na+HCO3-NaHCO3Cl-可逆的红细胞（一）CO2的运输形式（2）氨基甲酸血红蛋白形式：7%HbNH2+CO2HbNHCOOH氧合作用HbNHCOO-H+调节因素：在组织在肺HbO2的酸性高，不易与CO2结合还原Hb的酸性低，容易与CO2结合（二）CO2解离曲线•表示血液中CO2含量与PCO2关系的曲线。•血液CO2含量随PCO2上升而增加。•与氧解离曲线不同，二者之间接近线性关系而不是S形曲线，而且没有饱和点。•因此，CO2解离曲线的纵坐标不用饱和度而用浓度表示。•血液流经肺时每100ml血液释出4ml的CO2。CO2解离曲线（三）O2与Hb的结合对CO2运输的影响•O2与Hb结合将促使CO2释放，这一效应称为何尔登效应。•可见O2和CO2的运输相互影响。CO2通过波尔效应影响O2的结合和释放。O2又通过何尔登效应影响CO2的结合和释放。第五节呼吸运动的调节脊髓脑桥高位脑一、呼吸中枢与呼吸节律的形成基本中枢：延髓呼吸中枢示意图脑桥延髓二、呼吸的调节——神经调节为主（一）化学感受性反射对呼吸运动的调节1.化学感受器：适宜刺激为O2、CO2和H+等化学物质。外周化学感受器：颈动脉体和主动脉体中枢化学感受器：延髓腹外侧浅表部反射弧外周化学感受器中枢化学感受器区别外周化学感受器中枢化学感受器部位颈动脉体和主动脉体延髓腹外侧浅表部适宜刺激动脉血中PO2、PCO2和pH变化1.颈动脉体主动脉体2.三种刺激可协同作用脑脊液和局部细胞外液中H+浓度1.不感受缺氧的刺激2.对CO2的敏感性高于外周，但反应潜伏期长3.动脉血pH变化的作用小而缓慢主要作用机体缺氧时维持对呼吸的驱动调节脑脊液中[H+]→维持稳定的pH环境2.CO2、H+和O2对呼吸的调节A、一定范围内动脉血中的PCO2对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必要的。B、吸入气中CO2适当阈值：动脉血PCO2≥40mmHgPCO2适当呼吸加深加快过量（吸入气中CO2浓度超过7%）呼吸中枢呼吸（-）（-）（1）动脉血液中CO2分压对呼吸的调节过量呼吸中枢CO2麻醉（-）（吸入气中CO2浓度超过15%）动脉血中单纯PCO2、PO2、pH变化时的肺泡通气反应两条途径：颈A体主A体化学感受器窦N迷走N延髓呼吸加深加快PCO2脑脊液中H2CO3H+中枢化学感受器舌咽N传出NPCO2H2OCAHCO3-延髓（动脉血）（+）呼吸中枢（+）（+）透过血-脑屏障外周途径中枢途径（主要）血脑屏障通透性（2）动脉血液中[H+]对呼吸的调节外周化学感受器呼吸加快加深（+）动脉血[H+]（3）动脉血液中O2分压对呼吸的调节吸入气中O2含量10%动脉血PO28kPa低氧或缺氧外周化学感受器呼吸加快加深呼吸中枢（+）3．CO2、H+和O2在调节呼吸中的相互作用①PCO2[H+]增强CO2的作用[H+]②CO2排出PCO2抵消了一部分H+的刺激作用③PO2呼出较多的CO2PCO2和[H+]减弱了低O2的刺激作用PCO2、PO2、pH对肺泡通气的综合影响（二）肺牵张反射（黑-伯反射）定义：由肺扩张或缩小萎陷所引起的吸气抑制或吸气兴奋的反射性呼吸变化肺扩张反射（pulmonaryinflationreflex）肺萎陷反射（pulmonarydeflationreflex）肺的神经支配感觉神经肺泡牵张感受器膈肌运动神经迷走神经膈神经肋间外肌肋间神经呼吸中枢肺牵张反射（黑-伯反射）吸气肺扩张牵张感受器（+）迷走N吸气中枢呼气中枢传出N吸气肌舒张呼气（+）肺泡细支气管延髓躯体N吸气（-）传入N（N中枢）（效应器）意义：负反馈作用，使吸气不至于过长。正常人体平静呼吸时反射不明显。呼气肺缩小（-）吸气肌收缩（-）（+）切断家兔双侧迷走神经，呼吸有何变化？呼吸变得深而慢（三）呼吸肌本体感受性反射肌梭和腱器官是骨骼肌的本体感受器（四）防御性呼吸反射1、咳嗽反射2、喷嚏反射