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呼吸生理概述1.概念：机体与环境间气体交换的过程2.生理意义：稳定O2和CO2，平衡酸碱3.两大系统参与，三个基本环节肺通气（PulmonaryVentilation）血管网粘液腺加湿、调温、过滤、清洁纤毛迷走N→ACh+M受体→收缩→气道阻力↑平滑肌(故哮喘病人夜间发作较多)交感N→NE+β2受体→舒张→气道阻力↓(拟交感药物治疗哮喘)注:体液因素(组织胺、5-HT、缓激肽等)→强烈收缩肺泡呼吸肌：与肺通气的动力有关胸膜腔：其负压与肺扩张有关呼吸道参与肺通气的器官肺通气的动力----呼吸运动：原动力①吸气（Inspiration）呼气(Expiration)②呼吸肌：吸气肌（膈肌、肋间外肌）呼气肌（肋间内肌、腹肌）辅助呼吸肌（斜角肌、胸锁乳突肌）③平静呼吸、用力呼吸④胸式、腹式、混合式呼吸⑤呼吸频率：12～18次/分；小儿快，老人慢。①肺泡内压力②呼吸过程中肺内压的变化A：周期性变化；B：变化与呼吸的缓急、深浅及呼吸道是否通畅相关。③肺内压和大气压之间的压力差是推动气体进出肺的直接动力。肺内压1、胸膜腔内压测定：直接、间接2、负压形成的三个决定因素：·密闭潜在腔隙：胸膜脏、壁层，没有气体，少量浆液：润滑，内聚力。·胸廓自然容积远大于肺自然容积·肺和胸廓都有弹性胸膜腔内压3、胸膜腔内压=肺内压－肺弹性回缩力4、负压的生理意义：·维持肺的扩张状态；·在呼吸运动和肺通气之间起偶联作用；·降低中心静脉压，有利于血液、淋巴液回流和心室充盈。5、气胸呼气肺内压＞大气压缩小肺脏吸气肺内压＜大气压胸廓吸气肌缩小收缩舒张扩张扩张胸膜腔负压增大负压减小肺通气过程全图肺通气的阻力弹性阻力非弹性阻力肺通气阻力胸廓弹性阻力：与胸廓所处的位置有关肺弹性阻力气道阻力：与气体流动形式+气道半径有关粘滞阻力惯性阻力肺弹性回缩力:1/3肺泡表面张力：2/3常态下可忽略不计•弹性阻力:弹性组织在外力作用下变形时，有对抗变形和弹性回位的倾向。•顺应性（compliance）:在外力作用下弹性组织的可扩张性。•顺应性=1/弹性阻力=容积的变化/压力的变化弹性阻力和顺应性1、肺的弹性阻力和肺顺应性•吸气的阻力，呼气的动力•肺顺应性=肺容积变化/跨肺压的变化•肺静态顺应性曲线比顺应性:顺应性/肺总容量意义：斜率大，顺应性大，弹性阻力小病理状态下，顺应性下降（如肺充血），吸气困难；反之（如肺气肿），呼气困难•肺弹性阻力的来源①肺组织弹力纤维和胶原纤维:1/3②肺泡内侧气-液界面的表面张力:2/3肺泡表面活性物质：A.来源：肺泡Ⅱ型细胞B.成分：二棕榈酰卵磷脂C.特性：排列于液-气界面，随肺泡张缩而改变密度D.作用：降低肺泡表面张力①降低吸气阻力；②减少肺组织液的生成；③防肺泡破裂或萎缩；E.影响因素：肺炎、肺血栓、早产儿2、胸廓的弹性阻力和顺应性肺容量小于肺总量的67%时是吸气的动力，反之，则为阻力。胸廓的顺应性=胸腔容积的变化/跨壁压的变化影响因素：肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚和腹内占位性病变等→弹性阻力↑(顺应性↓)3、总弹性阻力：肺与胸廓相加总顺应性：两者倒数相加（1）包括惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力（80-90%）。（2）气道阻力（airwayresistance）①计算：气道阻力=推动气体流动的压力/单位时间内气体流量②影响因素：气流速度、气流形式、气道口径非弹性阻力气道口径的影响因素：A：跨壁压（呼吸道内外的压力差）；B：肺实质对气道壁的外向放射状牵引；C：自主神经系统对气道管壁平滑肌的调节：副交感：收缩气管（M受体）；交感：舒张气管（β2受体）；NANC：调节递质释放量或效应器的反应；D：化学因素的影响：儿茶酚胺、前列腺素E2——舒张；前列腺素F2α、组胺、白三烯、吸入CO2含量增加、内皮素——收缩；肺容积肺通气功能的评价•深吸气量：衡量最大通气潜力，潮气量+补吸气量•功能余气量：2000-2500ml，稳定肺泡内气体比例，缓冲作用。余气量+补呼气量•肺活量：潮气量+补吸气量+补呼气量·受体位、身材、胸廓和肺的弹性、年龄、性别等影响·男：3500ml；女：2500ml·意义：反映一次呼吸的最大通气能力。严重降低时，提示有限制性肺病。肺容量时间（用力）肺活量：•正常值：1S：83%；2S：96%；3S：99%。•可反映呼吸阻力变化；降低时提示有阻塞性肺病。肺总量•肺所能容纳最大气体的量•与性别（男：5000ml；女：3500ml）、年龄、身材、运动锻炼情况和体位改变有关•限制性通气不足时降低肺通气量•概念：每分钟进、出肺的气体量。•计算：每分通气量=潮气量×呼吸频率•正常值：6～8L/min•最大随意通气量：最大速度最大深度呼吸时的每分通气量。70~120L。•通气贮量百分比=（最大通气量-每分平静通气量）/最大通气量×100%，正常大于等于93％，它反映通气功能的贮备力。•无效腔解剖无效腔：鼻或口至终末细支气管未能参加气体交换的呼吸道。约150ml肺泡无效腔：因血流分布不均匀而未能发生气体交换的肺泡容量。生理无效腔：解剖无效腔+肺泡无效腔•肺泡通气量：每分钟吸入肺泡的新鲜空气量。肺泡通气量=（潮气量－解剖无效腔气量）×呼吸频率•意义：浅快呼吸对气体交换不利肺泡通气量1、概念：在呼吸过程中，呼吸肌为克服弹性阻力和非弹性阻力而实现肺通气所作的功。2、计算：单位时间内的压力变化X容积的变化3、呼吸耗能占全身总耗能的3~5%呼吸功肺换气和组织换气气体交换原理1、原理：扩散。2、动力：膜两侧的气体分压差。3、扩散速率的影响因素气体分压差·温度·扩散面积·溶解度•D∝距离·√分子量O2、CO2扩散速率（D）的比较——————————————————————————————————————分子量血浆溶解度肺泡气A血V血D——————————————————————————————————————O23221.413.913.35.31CO244515.05.35.36.12———————————————————————————————————————(ml/L)（KPa）（KPa）（KPa）•扩散系数：溶解度与分子量平方根之比•CO2的扩散系数约为O2的20倍；A,V血中，O2分压差是CO2分压差的10倍•肺功能衰竭患者往往缺O2显著，CO2潴留不明显。气体在肺的交换过程0.3s达到平衡，相当于血液流经肺毛细血管全长约1/3时已基本完成交换过程。1、呼吸膜的厚度（1μm）肺纤维化、尘肺、肺水肿→呼吸膜厚度↑→通透性↓→气体交换↓；2、呼吸膜的面积总面积70m2，安静状态下约40m2，减少因素：肺不张、肺实变、肺气肿或肺毛细管关闭或阻塞影响肺部气体交换的因素3、通气/血流比值的影响（VA/Q）•每分肺泡通气量和每分肺血流量之间的比值。•正常值：4.2/5=0.84•VA/Q↑≈肺通气↑或肺血流↓→增大生理无效腔→换气效率↓(如心衰、肺动脉栓塞)•VA/Q↓≈肺通气↓→增大功能性A-V短路→换气效率↓（如支哮、肺气肿、支气管栓塞）肺扩散容量•概念：气体在单位分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体的ml数•计算：DL=V/（PA-PC）V是每分钟通过呼吸膜的气体容积（ml/min）PA是肺泡气中的平均分压（mmHg）；PC是肺毛细血管血液内的平均分压（mmHg）。•意义：测定呼吸气通过呼吸膜的能力；运动时增加，疾病时降低组织换气1、交换机制、影响因素与肺泡处相似；2、发生于液相之间；3、扩散两侧的O2和CO2的分压差随细胞内氧化代谢的强度和组织血流量而异。气体在血液中的运输O2和CO2在血液中存在的形式物理溶解：次要，与分压、溶解度成正比，与温度成反比。化学结合：主要•二者处于动态平衡之中物理溶解化学结合物理溶解肺组织利用O2的运输血红蛋白（hemoglobin,Hb）PO2↑(氧合)PO2↓(氧离)1、1分子Hb可以结合4分子O2；1gHb可结合1.34-1.39mlO2。Hb的氧容量：最大结合量，与Hb浓度有关。Hb的氧含量：实际结合量，与PO2有关。Hb的氧饱和度：Hb的氧含量与氧容量的百分比。2、反应快、可逆、不需酶的催化、受PO2影响。3、Fe2+与O2结合后，仍是Fe2+，因此是氧合（oxygenation）,而不是氧化（oxidation）Hb与O2结合的特征•氧合血红蛋白呈鲜红色，脱氧血红蛋白呈紫蓝色。•紫绀：当动脉血中还原血红蛋白含量超过5%时，粘膜或甲床呈现兰色（一般是缺O2的标志）。氧离曲线（又称氧合血红蛋白解离曲线）•呈S形,与Hb的变构效应有关：去氧Hb为紧密型（T型），氧合Hb为疏松型（R型）；一个亚单位与O2结合后，其它亚单位更易与O2结合。•上段：PO2：60-100mmHg特点：曲线较平坦，氧饱合度从90%-100%。意义：（1）PO2压力不低于60mmHg，血液仍可携带足够氧。（2）通气/血流比值不匹配时，肺泡通气量增加几乎无助于氧的摄取。氧离曲线各段的特点及生理意义•中段：PO2：40-60mmHg；特点：曲线较陡，血氧饱和度从75%-90%。意义：（1）是流经组织时，HbO2释放O2的部分；（2）O2利用系数：血液流经组织时释放出的O2容积所占动脉血O2含量的百分数。安静时约25%。•下段：PO2：15-40mmHg特点：曲线最陡，血氧饱和度从22%-75%。意义：（1）是HbO2与O2解离的部分；（2）代表O2的贮备。•氧离曲线位置的偏移，表示Hb对氧的亲和力发生变化。•亲和力常用P50表示，即使Hb氧饱和度达50%时的PO2。P50↑，表示Hb对O2的亲和力降低，曲线右移；P50↓，表示Hb对O2的亲和力升高，曲线左移；1、pH和PCO2：pH降低或PCO2升高，Hb对O2的亲和力降低，P50增大，曲线右移，反之左移（波尔效应）。机制：酸度增加，促使Hb分子构型变为T型。意义：肺部促进O2的结合，组织中促进O2的释放。影响氧离曲线的因素2、温度影响温度↑→曲线右移→O2释放↑机制：温度↑→H+活度↑意义：①低温手术时，要考虑影响。②局部组织温度升高，有利于氧的利用。3、2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）来源：红细胞无氧糖酵解；影响：升高→亲和力↓→曲线右移；机制：促使Hb变成T型；提高[H+]；意义：在一定程度上促进组织利用氧。4、Hb自身性质的影响（1）Fe2+→Fe3+后，失去结合氧的能力；（2）胎儿Hb对氧亲和力大；（3）异常Hb：Hb的运O2能力↓（地中海贫血）•PCO↑→曲线左移→氧离难①CO与Hb亲和力O2与Hb亲和力250倍；②CO与Hb的结合位点与O2相同；③CO与Hb的某亚基结合后，将增加其余三个亚基对O2的亲和力。CO2的运输CO2的运输形式•物理溶解：5%•化学结合：95%（HCO3-:88%，氨基甲酰血红蛋白:7%）•化学反应主要在红细胞内完成。1、碳酸氢盐（1）过程：细胞内碳酸酐酶CO2+H2O————H2CO3————HCO3-+H+（2）Cl--HCO3-交换（转运体）、Cl-转移2、氨基甲酰血红蛋白①过程在组织HbNH2O2+H++CO2HHbNHCOOH+O2在肺②去氧Hb与CO2结合力强,且酸度弱,易结合H+③占运输量的7%，却占释放量的17.5%CO2解离曲线•表示血液中CO2含量与PCO2关系的曲线。•两者呈线性关系，没有饱和点。纵坐标以浓度表示。•何尔登效应(Haldaneeffect)：氧与Hb的结合促使CO2释放。原因：HbO2酸性较强，Hb酸性较弱呼吸运动的调节•脊髓：联系上位脑和呼吸肌的中继站和整合某些呼吸反射的初级中枢。•下位脑干脑桥上部：呼吸调整中枢；延髓：呼吸节律的基本中枢。呼吸中枢呼吸神经元分类脑干呼吸神经元分布1、延髓背侧呼吸组（DRG）：a.位置：孤束核的腹外侧部b.构成：吸气神经元为主c.支配：对侧脊髓膈运动神经元2、延髓腹侧呼吸组（VRG）：A、cVRG（尾段）：a.位置：后疑核b.构成：呼气神经元c.支配：对侧脊髓肋间内肌和腹肌B、iVRG（中段）：a.位置：旁疑核b.构成：吸气神经元为主c.支配：膈肌、肋间外肌C、rVRG（嘴段）面神经后核