呼吸系统生理讲义

呼吸系统生理呼吸机体与外界环境之间的气体交换过程组织换气细胞内氧化代谢肺换气气体运输肺通气O2CO2外呼吸（肺呼吸）气体在血液中运输内呼吸第一节肺通气pulmonaryventilation肺通气Pulmonaryventilation肺与外界环境之间的气体交换过程肺通气的概念PharynxLarynx(Esophagus)TracheaRightlungBronchusBronchioleDiaphragmHeartSEMLeftlungNasalcavityTerminalbronchioleBranchofpulmonaryvein(oxygen-richblood)Branchofpulmonaryartery(oxygen-poorblood)AlveoliColorizedSEM50µm50µm肺泡胸廓呼吸道阻力-阻止气体流动的力动力-推动气体流动的力动力阻力,气体开始流动，实现肺通气（一）肺通气的动力（powerofpulmonaryventilation）肺内压变化肺缩小扩张胸廓缩小扩张呼吸肌收缩舒张原动力直接动力1.呼吸过程中肺内压的变化吸气：肺内压周期性↑/↓造成压力差（肺内压－大气压）是推动气体进/出肺的直接动力呼气：肋间外肌膈肌斜角肌胸锁乳突肌2.呼吸运动respiratorymovement吸气肌呼气肌呼吸肌肋间内肌腹肌呼气肌InspirationExpiration（1）呼吸过程(平静呼吸)吸气运动吸气肌收缩→胸廓扩大→肺被动扩张→肺内压↓→气体入肺→低于大气压InspirationExpiration呼气运动吸气肌舒张→胸廓缩小→肺随之缩小→肺内压↑→气体出肺→高于大气压平静呼吸eupnea用力呼吸forcedbreathing吸气肌收缩吸气呼气吸气肌舒张主动被动呼气肌收缩吸气肌收缩吸气肌舒张（2）呼吸运动的形式胸式呼吸Thoracicbreathing腹式呼吸Abdominalbreathing临床诊断中的意义3、胸膜腔内压（intrapleuralpressure）胸膜腔pleuralcavity壁胸膜脏胸膜胸膜腔内压平静呼气末:-5~-3mmHg平静吸气末:-10~-5mmHg（1）胸膜腔内压的测量肺内压肺回缩压胸膜腔内压=-=大气压肺回缩压-（2）胸膜腔内压的形成肺回缩压=胸膜腔是密闭的，不直接与外界相通胸廓坚固，外力不易直接作用在胸膜腔壁层胎儿在出生前和出生后胸廓的生长速度快于肺，造成胸廓经常牵引着肺，使肺始终处于扩张状态，只是程度不同而已使肺泡总是处于扩张状态有利于血液和淋巴液回流（3）胸膜腔内压的意义气胸（Pneumothorax）（二）肺通气的阻力弹性阻力（占70%）非弹性阻力（占30%）肺弹性阻力胸廓弹性阻力气道阻力（占非弹性阻力的90%）粘滞阻力惯性阻力肺泡表面张力肺回缩力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称为弹性阻力顺应性(compliance)：单位跨壁压（△P）变化所引起的容积（△V）变化C=1/R=△V(L/cmH2O)△P2)比顺应性：为了消除肺总量的影响=测得的顺应性（L/cmH2O)肺功能残气量(L)1)肺静态顺应性曲线：CL=0.2L/cmH2O（平静呼吸时）3)肺弹性阻力的来源1/3来自肺组织本身的弹性回缩力(弹性纤维）2/3来自肺泡表面张力表面张力：液面上存在的方向与表面相切的张力，称为表面张力Laplacelaw:P=2T/rP压强T表面张力系数取决于形成界面的气体和液体的性质r肺泡半径说明：半径越小，表面张力引起的回缩压越大4)肺泡表面活性物质性质：脂蛋白混合物（DPL/SP）肺泡Ⅱ型细胞合成、释放特点：DPL以单分子层垂直排列于肺泡液-气界面,密度随肺泡的张缩而改变功能：降低肺泡液-气界面的表面张力功能：①有助于维持肺泡的稳定性（密度变化）维持大小肺泡的容积防止吸气时肺泡过度扩张，呼气时过度缩小②减少肺间质和肺泡内的组织液生成防止肺水肿发生③降低吸气阻力，减少吸气作功与临床的关系①初生儿缺乏肺表面活性物质（呼吸窘迫综合征）②肺充血肺纤维化DPL↓肺弹性阻力↑肺顺应性↓吸气困难③肺气肿肺弹性阻力↓肺顺应性↑呼气困难弹性成分破坏（2）胸廓的弹性阻力和顺应性吸气的阻力呼气的动力R向内＞67％肺总量吸气的动力呼气的阻力R向外＜67％肺总量胸廓无变形,R=0肺容量=67％肺总量惯性阻力：气流和组织的惯性所产生的阻止肺通气的力粘滞阻力：呼吸时组织相对位移所发生的摩擦气道阻力：气体分子间，气体和气道壁间的摩擦（80~90％）动态阻力2.非弹性阻力影响气道阻力的因素气流速度：流速快，阻力大管径大小R:R=1/r4气流形式：层流阻力小，湍流阻力大（气流快、管道不规则时，容易发生湍流）影响气道管径的因素跨壁压肺实质对气道壁的外向牵引作用自主神经对气道壁平滑肌活动的调节化学因素的影响小结肺通气原理肺通气的动力呼吸运动肺内压的改变肺通气的阻力弹性阻力非弹性阻力胸膜腔内压的作用肺总量肺活量深吸气量功能残气量补吸气量补呼气量残气量潮气量二、肺通气功能的指标（一）肺容积和肺容量用力肺活量（FVC）用力呼气量（FEV）一定时间呼出气量占用力肺活量的百分比肺通气量（minuteventilationvolume）1.肺通气量指每分钟吸入或呼出的气体总量每分通气量=潮气量×呼吸频率2.最大随意通气量是尽力作深快呼吸时每分钟所能吸入或呼出的最大气体量3.通气贮量百分比反映了通气功能的储备能力通气贮量百分比＝最大通气量－每分平静通气量最大通气量×100%无效腔与肺泡通气量⒈无效腔（deadspace）生理无效腔解剖无效腔肺泡无效腔1502500解剖无效腔呼气末吸气末呼气吸气3505001502500肺泡通气量指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量,=(潮气量-无效腔气量)×呼吸频率不同呼吸频率和深度对肺泡通气量的影响呼吸频率潮气量肺通气量肺泡通气量(次/min)（ml）（ml/min）（ml/min）165008000560081000800068003225080003200在一定的呼吸频率范围内深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更为有效结论：正常安静深慢呼吸浅快呼吸被测者（三）呼吸功定义：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做的功正常值（平静呼吸）：0.3~0.6Kg·m2呼吸功占全身总耗能的3％第二节肺换气和组织换气一、肺换气和组织换气的基本原理气体的扩散气体分子从分压高处向分压低处发生净移动气体扩散速率：单位时间气体扩散的容积气体的分压差气体分子量，溶解度扩散距离和面积温度概念：混合气体中，每种气体分子运动产生的压力称为该气体的分压人体不同部位气体的分压（mmHg）大气组织肺泡气静脉血动脉血PO215940102~1043097~100PCO2400.3405046二、肺换气㈠概念指肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换㈡肺换气的过程特点：快、0.3秒达平衡(三)影响肺换气的因素气体的分压差呼吸膜的厚度呼吸膜的面积通气/血流比值每分肺泡通气量和肺血流量之间的比值正常情况下VA/Q=4.2/5=0.84呼吸膜的结构①②③④⑤⑥V/Q比值在0.84时气体交换的效率最高血泵功能下降时，V/Q0.84:相当于增大了肺泡无效腔气泵功能下降时，V/Q0.84:相当于发生了功能性A-V短路V/Q比值不当时通常缺氧明显，CO2潴留不明显原因：动-静脉短路时，动-静脉间O2的分压差远大于CO2的分压差CO2的扩散系数是O2的20倍动脉血PO2下降和PCO2升高时，可刺激呼吸运动加强，这有助于CO2的排出，却无助于O2的摄入，因为氧解离曲线呈“S”形整个肺V/Q比值不均(三)肺扩散容量气体在1mmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体的ml数肺扩散容量的大小反映呼吸膜的面积和厚度三、组织换气影响因素：细胞内氧化代谢的强度和血流量血液组织细胞O2CO2第三节气体在血液中的运输一、O2和CO2在血液中存在的形式物理溶解化学结合二、氧的运输㈠运输的形式⒈物理溶解：占1.5%⒉化学结合：占98.5%，以HbO2形式㈡Hb与O2结合的特征①反应快、可逆、不需酶的催化，受PO2影响Hb氧容量：100ml血液中，Hb能结合的最大氧量Hb氧含量：100ml血液中，Hb实际结合的氧量Hb氧饱和度：指氧含量与氧容量的百分比Hb＋O2HbO2PO2低PO2高②反应为氧合，Fe2+结合O2后化合价仍为２价③１分子Hb可结合4分子O2Hb（Fe2+）+O2T型（紧密型）HbR型（疏松型）Hb盐键断裂Hb对O2亲和力增加数百倍协同效应④Hb与O2的结合或解离曲线呈S形，与Hb的变构效应有关去氧Hb氧合Hb㈢氧解离曲线（oxygondissociationcurve）⒈概念定义：又称氧合血红蛋白解离曲线，是表示PO2与Hb氧饱和度关系的曲线意义：表明不同PO2下O2与Hb的分离情况，及不同PO2下O2与Hb的结合情况曲线特点：S形上段(60~100mmHg):平坦、Hb与O2结合、PO2影响小中段(40~60mmHg):较陡、Hb与O2解离下段(15~40mmHg):最陡、Hb与O2解离、PO2影响大⒉氧解离曲线的特点及功能意义⒊影响氧解离曲线的因素pH和PCO2波尔效应温度2，3-DPG其它Hb的状况CO中毒三、CO2的运输㈠形式1.物理溶解（占5%）2.化学结合碳酸氢盐（占88%）氨基甲酸血红蛋白（占7%）在肺＋－碳酸酐酶＋HCO33222HCOCOHOH+2222OHHbNHCOOHCOOHbNH++在组织㈡CO2解离曲线定义：血液中CO2含量与Pco2关系的曲线曲线特点：近似线性关系，无饱和点何尔登效应：O2与Hb结合可促使CO2的释放；去氧Hb容易与CO2结合第四节呼吸运动的调节一、呼吸中枢（respiratorycenter）㈠CNS中，产生和调节呼吸运动的神经细胞群㈡各级中枢⒈脊髓初级中枢前角有支配呼吸肌的运动神经元⒉低位脑干⑴延髓基本中枢，产生基本节律的呼吸⑵脑桥上部呼吸调整中枢，集中于PBKF核群。作用是限制吸气，促使吸气向呼气转换背侧组：孤束核，吸气神经元为主腹侧组后疑核主含呼气神经元疑核主含吸气神经元面神经后核主含呼气神经元⒊高位脑：下丘脑边缘系统大脑皮层：保证呼吸相关活动的完成。其呼吸调节系统是随意呼吸调节系统二、呼吸节律的形成㈠呼吸节律形成的两种学说⒈起搏细胞学说延髓per-Bötzinger复合体中存在电压依赖性起步神经元⒉神经元网络学说中枢吸气活动发生器和吸气切断机制中枢吸气发生器（+）吸气肌运动神经元吸气呼吸调整中枢（+）吸气切断机制（+）（+）（-）（+）迷走神经CO2→肺扩张→肺牵张感受器二、呼吸的反射性调节化学感受性反射肺牵张反射呼吸肌本体感受性反射防御性反射潮气量呼吸频率呼吸中枢效应器（呼吸肌）动脉血PCO2PO2H+化学感受器（一）化学感受性呼吸反射⒈化学感受器⑴外周化学感受器——颈动脉体、主动脉体感受动脉血PO2↓、PCO2↑和H+浓度↑颈动脉体受刺激（Ⅰ型细胞）细胞内Ca2+窦N传入冲动迷走N传入冲动延髓呼吸中枢囊泡递质释放呼吸加深加快PO2PCO2H+外周传导通路特点：对缺氧敏感，不易产生适应（2）中枢化学感受器：位于延髓腹外侧表浅部位中枢传导通路：（血）CO2血脑屏障生成H2CO3H+中枢化学感受器兴奋呼吸中枢肺通气（慢、酶少）特点：①不感受CO2本身，感受的是脑脊液中或局部细胞外液中的H+浓度，但血中H+不易通过血脑屏障，血pH作用小②对PCO2↑敏感，不感受缺氧中枢化学感受器：调节脑脊液H+，维持稳定的PH外周化学感受器：在低O2状态，是维持呼吸的驱动力⒉CO2、H+和O2对呼吸的调节（单因素）PO2↓、PCO2↑和H+浓度↑均可引起呼吸加深加快，肺通气量增加三者引起的肺通气反应大致接近CO2：刺激呼吸的机制：吸入含CO2的混合气，肺泡气Pco2↑→动脉血Pco2↑窦N迷走N延髓（快，20%）兴奋呼吸中枢PCO2