生理学第五章呼吸ppt课件

第五章第五章 呼呼 吸吸 制作人：张秀娟 专业班级：生物技术 121 学号： 12772005 第一节第一节 肺肺 通通 气气 第二节第二节 肺换气和组织换气肺换气和组织换气 第三节第三节 气体在血液中的运输气体在血液中的运输 第四节第四节 呼吸运动的调节呼吸运动的调节 总论 人体的呼吸过程是由三个相互衔接并同时进行 的环节来完成： （ 1）外呼吸： 指外界环境与肺毛细血管之间的气体 交换过程 ,包括 肺通气 （肺与外界空气之间的气体交 换过程）和 肺换气 （肺泡与肺毛细血管之间的气体 交换过程）。 （ 2）气体在血液中的运输。 （ 3）内呼吸又称组织换气 （血液与组织细胞之间的 气体交换过程）。 呼吸全过程示意图 肺通气：肺通气： 肺与外界环境之间的气体交换过程。肺与外界环境之间的气体交换过程。 肺通气的动力肺通气的动力 呼吸肌收缩和舒张呼吸肌收缩和舒张 第一节第一节 肺通气（肺通气（ Pulmonary Ventilation） 肺内压于大气压间压力差肺内压于大气压间压力差 直接动力直接动力原原 动动 力力 （ 呼吸运动）呼吸运动） 胸廓胸廓 扩大扩大缩小缩小 肺肺 扩大扩大缩小缩小 肺通气的原理 呼吸运动： 指由呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大 和缩小活动，包括吸气运动和呼气运动。 呼吸运动形式： 1.根据呼吸深度的不同，分为 平静呼吸 和 用力呼吸 2.根据运动方式的不同，分为 胸式呼吸 与 腹式呼吸 C肺内压指肺泡内气体的压力肺内压指肺泡内气体的压力 C肺内压随呼吸而发生周期性的变化肺内压随呼吸而发生周期性的变化 :1-2mmHg C吸气末、呼气末吸气末、呼气末 =大气压大气压 肺内压肺内压 胸内压概念： 胸内压是指胸膜腔内的压力 。 胸内压形成原理 ： 胸内压 =大气压肺回缩力 若大气压为 0，则： 胸内压 = 肺回缩力 胸膜腔负压的生理意义： （ 1）维持肺的扩张状态； （ 2）降低中心静脉压，有利于 静脉血和淋巴液的回流； （ 3）在呼吸运动和与肺通气之间起偶联作用。 （二）肺通气的阻力 Resistance of pulmonary ventilation 肺 通气的阻力 弹性阻力 70% 非弹性阻力 30% 1、 非弹性阻力 又称 气 道阻力 主要指气流通过呼 吸道时的摩擦阻力。 2、 弹性阻力 弹性阻力是指弹性体受外力作用时 所产生的一种对抗变形的力。 1.弹性阻力和顺应性弹性阻力和顺应性 elastic resistance and compliance 弹性阻力弹性阻力 :外力作用使物体发生变形，具有对抗变形外力作用使物体发生变形，具有对抗变形 的回位力。的回位力。 顺应性顺应性 :在外力作用下弹性组织的可扩展性在外力作用下弹性组织的可扩展性 (变形变形 的难易程度的难易程度 )。 容易扩张容易扩张 顺应性大，弹性阻力就小顺应性大，弹性阻力就小 不易扩张不易扩张 顺应性小，弹性阻力就大顺应性小，弹性阻力就大 C= 1R （ 1）肺的弹性阻力和顺应性）肺的弹性阻力和顺应性 1.肺的弹性阻力：肺的弹性阻力： 比顺应性比顺应性 （单位肺容量下的肺顺应性）（单位肺容量下的肺顺应性） =0.2L/cmH2O 肺组织的弹性回缩力肺组织的弹性回缩力 (1/3) 肺泡的表面张力肺泡的表面张力 (2/3) 图 5-4 充空气和充生理盐水时肺的顺应性曲线 肺的弹性阻力肺的弹性阻力 肺组织的弹性回缩力肺组织的弹性回缩力 (1/3) 肺泡的表面张力肺泡的表面张力 (2/3) 2.肺泡表面张力：肺泡表面张力： 肺泡内肺泡内 液液 -气界面气界面 作用：作用： 使肺泡缩小，构成吸气阻力使肺泡缩小，构成吸气阻力 根据根据 Laplace公式：公式： P=2T/r (P肺泡液肺泡液 -气界面压强；气界面压强； T表面张力系数；表面张力系数； r肺泡半径肺泡半径 ) 肺表面活性物质肺表面活性物质 pulmonary surfactant C生理意义生理意义 ： 有助于维持大小肺泡的稳定性有助于维持大小肺泡的稳定性 保持肺泡干燥（防止肺水肿）保持肺泡干燥（防止肺水肿） 增大顺应性，降低吸气阻力增大顺应性，降低吸气阻力 C分泌：分泌： 肺泡肺泡 型型 C成分成分 : C作用：作用： 降低表面张力降低表面张力 C分布：分布： 平铺在肺泡表面，与表面积成反比平铺在肺泡表面，与表面积成反比 二软脂酰卵磷脂二软脂酰卵磷脂 (DPPC) 表面活性物质结合蛋白表面活性物质结合蛋白 (SP) （ 2）胸廓的弹性阻力和顺应性：）胸廓的弹性阻力和顺应性： 肺容量肺容量 =67%肺总容量肺总容量 胸廓的顺应性：胸廓的顺应性： 胸腔容积的变化胸腔容积的变化 /跨壁压的变化跨壁压的变化 Cchw= V/ P (L/cmH2O)=0.2 L/cmH2O 跨壁压跨壁压 =胸内压胸内压 -大气压大气压 2、非弹性阻力、非弹性阻力 影响气道阻力因素：影响气道阻力因素： l气流速度：快，阻力大气流速度：快，阻力大 l气流形式：气流形式： 层流阻力小，涡流阻力大层流阻力小，涡流阻力大 l气道口径（气道口径（ R=1/r4） 影响气道口径因素影响气道口径因素 跨壁压跨壁压 :气道内外的压气道内外的压 差差 肺实质对气道外牵作用肺实质对气道外牵作用 自主神经系统对气道平滑肌作用自主神经系统对气道平滑肌作用 化学因素：化学因素： 惯性阻力惯性阻力 粘滞阻力粘滞阻力 气道阻力气道阻力 (8090%) 组成组成 (一一 )肺容积和肺容量肺容积和肺容量 二、肺通气功能的指标二、肺通气功能的指标 500ml （一）肺容积（一）肺容积（ pulmonary volume） 1.潮气量（潮气量（ TV）：）： 2.补吸气量（补吸气量（ IRV） : l肺容积肺容积 :肺内气体的容积肺内气体的容积 l肺容量肺容量 :肺容积中的两项或两项以上的肺容积中的两项或两项以上的 联合气体量联合气体量 3.补呼气量（补呼气量（ ERV）：）： 4.余气量（余气量（ RV）：）： 9001200ml 10001500ml （二）肺容量（二）肺容量（ pulmonary capacity） 1.深吸气量（深吸气量（ IC）：）： 2.功能残气量（功能残气量（ FRC）：）： （意义）（意义） 2500ml 3.肺活量（肺活量（ VC）：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最）：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最 大气量潮气量大气量潮气量 +补吸气量补吸气量 +补呼气量补呼气量 男性：男性： 3500ml 女性：女性： 2500ml 单位时间内呼出的气体量占用力单位时间内呼出的气体量占用力 肺活量的百分数肺活量的百分数 如如 FEV1/ FVC 时间肺活量时间肺活量 FEV1 用力肺活量（用力肺活量（ FVC）：尽力）：尽力 吸气后，吸气后， 尽力尽快呼气尽力尽快呼气 ，所呼，所呼 出的最大气体量。出的最大气体量。 P142 图图 5-7 4.肺总量：肺总量： 肺所能容纳的最肺所能容纳的最 大气体量大气体量 =肺活量肺活量 +余气量余气量 三、肺通气量和肺泡通气量三、肺通气量和肺泡通气量 1、肺通气量、肺通气量 p每分肺通气量 =潮气量 呼吸频率（ 6-9L/min） p最大随意通气量：约为 150L/min 通气储备百分比 93% l定义：未能与血液进行气体交换气道空间定义：未能与血液进行气体交换气道空间 l生理无效腔：生理无效腔： 解剖无效腔解剖无效腔 +肺泡无效腔肺泡无效腔 解剖无效腔解剖无效腔 ：鼻：鼻 终末细支气管约终末细支气管约 150ml 肺泡无效腔肺泡无效腔 ：正常人接近：正常人接近 0 2、无效腔和肺泡通气量、无效腔和肺泡通气量 l每分肺泡通气量每分肺泡通气量 =(潮气量无效腔气量潮气量无效腔气量 )呼吸呼吸 频率频率 =(500-150)12=350 12=4.2 L/min l肺泡气体更新率 = (潮气量无效腔气量 )/机能余 气量 =（ 500-150） /2500=1/7 呼吸频率呼吸频率 潮气量潮气量 肺通气量肺通气量 肺泡通气量肺泡通气量 (次次 /min) (ml) (ml/min) (ml/min) 16 500 8000 5600 8 1000 8000 6800 32 250 8000 3200 不同呼吸频率、潮气量对肺通气量和肺泡通气量的影响不同呼吸频率、潮气量对肺通气量和肺泡通气量的影响 适当的 深而慢 的呼吸可提高肺通气功能 一、气体交换的原理一、气体交换的原理 (一一 ) 气体的扩散气体的扩散 1.气体的分压差气体的分压差 :气体扩散的动力气体扩散的动力 2.与分子量与分子量 (MW)平方根成反比和溶解度平方根成反比和溶解度 (S)成正比成正比 S/MW 为扩散系数为扩散系数 3.与扩散面积与扩散面积 (A)成正比，与扩散距离成正比，与扩散距离 (d)成反比成反比 4.与温度成正比。与温度成正比。 扩散速率扩散速率 (diffusion rate,D):单位时间内气体扩散的容积单位时间内气体扩散的容积 第二节 肺换气与组织换气 (二二 )呼吸气体和人体不同部位气体的分压呼吸气体和人体不同部位气体的分压 肺换气和组织换气肺换气和组织换气 换气动力：分压差换气动力：分压差 换气方向：分压高换气方向：分压高 分压低分压低 换气结果：肺血换气结果：肺血 血血 组织血组织血 血血 二 肺换气 （一） 肺换气过程 O2与 CO2在血液和肺 泡间扩散迅速， 0.3s内可达平衡。血 液流经肺毛细血管时 间约 0.7s， 1/3时已 完成肺换气 肺换气与组织换气示意图 （二）影响肺换气的因素（二）影响肺换气的因素 1.呼吸膜的厚度呼吸膜的厚度 ( 肺泡肺泡 -Cap膜膜 )六层结构六层结构 2.呼吸膜的面积呼吸膜的面积 3亿个肺泡，总扩散面亿个肺泡，总扩散面 积积 70m2 3.通气通气 /血流比值血流比值 ： 每分钟肺泡通气量每分钟肺泡通气量 和每分钟肺血流和每分钟肺血流 量之间的比值。量之间的比值。 即即 V/Q=4.2/5.0=0.84 速记 影响肺换气的因素： 膜后（厚）面通气比血流 V/Q比值异常比值异常 肺换气效率肺换气效率 机体机体 缺缺 O2和和 CO2潴留潴留 主要表现为缺主要表现为缺 O2 原因：原因： PO2下降程度下降程度 PCO2升高程度升高程度 CO2扩散比扩散比 O2快，不易潴留快，不易潴留 PO2 ， PCO2(+) 呼吸呼吸 利于利于 CO2排出排出 整个肺脏的 V/Q=0.84,是衡量肺换气功能的指标； 正常生理情况下，人直立时从肺底到肺尖， V/Q比值 逐渐 。 第三节第三节 气体在血液中的运输气体在血液中的运输 物理溶解（量少）、物理溶解（量少）、 化学结合（量多）化学结合（量多） 气体气体 溶解溶解 化学结合化学结合 溶解溶解 气体气体 O2 、 CO2在血液中的存在形式在血液中的存在形式 动脉血动脉血 (ml/100ml) 静脉血静脉血 (ml/100ml) 物理溶解物理溶解 化学结合化学结合 合计合计 物理溶解物理溶解 化学结合化学结合 合计合计 O2 CO2 0.31 2.53 20.0 46.4 20.31 48.93 0.11 2.91 15.2 50.0 15.31 52.91 动态平衡动态平衡 (一 ) Hb 分子结构 一个 珠蛋白和 四个 血红素 1. 反应快、可逆、不需酶的催化、受反应快、可逆、不需酶的催化、受 PO2的影响。的影响。 紫绀紫绀 Cyanosis ：当血液中去氧：当血液中去氧 Hb含量达含量达 5g/100ml以上，以上， 皮肤、粘膜呈紫蓝色（示机体缺皮肤、粘膜呈紫蓝色（示机体缺 O2） CO中毒中毒 :造成缺氧；造成缺氧； HbCO呈樱桃红色。呈樱桃红色。 2. 是氧合，非氧化。是氧合，非氧化。 3. 1分子分子 Hb可以结合可以结合 4分子分子 O2 (二 ) Hb 与 O2结合的特征 Hb + O2 HbO2 PO2 PO2(去氧 Hb：紫蓝色 ) ( 氧合 Hb：鲜红色 ) 去氧去氧 Hb ：紧密型：紧密型 (T型型 ) 氧合氧合 Hb ：疏松型：疏松型 (R型型 ) Hb+O2结合的最大量结合的最大量 Hb 氧容量氧容量 20.1 ml/100ml 100ml血血 Hb+O2结合的实际量结合的实际量 Hb 氧含量氧含量 氧含量氧含量 氧容量的氧容量的 %Hb 氧饱和度氧饱和度 4. Hb与与 O2的结合或解离曲线呈的结合或解离曲线呈 S形形 氧解离曲线氧解离曲线 特点及生理意义特点及生理意义 上段上段 ： PO2 60 100 mmHg Hb与与 O2结合的结合的 部分部分 意义：意义： PO2的变化对的变化对 Hb 氧饱和度影响不大，氧饱和度影响不大， 利于肺换气，利于肺换气， 不发生明不发生明 显的低氧血症。显的低氧血症。 （ 1） 特征：特征： 曲线平坦曲线平坦 PO2在在 60-lOOmmHg时，时， 高原、高空高原、高空 PO2 明显而明显而 Hb结合结合 O2量变化不大；量变化不大； 轻度呼衰病人肺泡气轻度呼衰病人肺泡气 PO2 明显而明显而 Hb结合结合 O2量变量变 化不大。化不大。 对高原适应或有轻度呼吸机对高原适应或有轻度呼吸机 能不全的人均有好处能不全的人均有好处 下段 上段 （ 2） 中段中段 ： PO2 4060mmHg HbO2释放释放 O2 的部分的部分 特征：特征： 曲线较陡曲线较陡 意义意义 :维持正常时组织维持正常时组织 氧供氧供 下段：下段： PO215 40 mmHg HbO2与与 O2解离的部分解离的部分 特征：特征： 曲线曲线 最最 陡陡 意义：意义： 利于组织细胞摄利于组织细胞摄 取氧取氧 （ 3） PO2在在 6OmmHg以下时，以下时， 曲线逐渐变陡曲线逐渐变陡 PO2为为 40-lOmmHg时，时， 曲线更陡曲线更陡 下段 上段 有利人体的有利人体的 组织组织 摄氧摄氧 (四 ) 影响氧解离曲线的因素 1. P50：使 Hb氧饱和度达 50% 的 PO2，正常为 26.5mmHg。 P50 (Hb与与 O2的亲和力的亲和力 ) 1.pH和和 PCO2 pH值值 PCO2 Hb与与 O2亲和力亲和力 P 50 ，氧离曲线右移，氧离曲线右移 1）机理）机理 -波尔效应波尔效应 H+ R型型 T型型 Hb 与与 O2亲和力亲和力 2）波尔效应的意义）波尔效应的意义 肺肺 Cap： 血血 PCO2， H+ ，氧离曲线左移，利于，氧离曲线左移，利于 Hb 与与 O2的结合。的结合。 组织组织 Cap： 血血 PCO2，氧离曲线右移，促使，氧离曲线右移，促使 Hb结合结合 O2释释 放。放。 2.温度温度 温度温度 H+活度活度 Hb与与 O2亲和力亲和力 P50增大，增大， 曲线右移曲线右移 3. 2,3-二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（ 2,3-DPG） 意义：缺氧时促使意义：缺氧时促使 O2的释放。的释放。 缺氧缺氧 2,3-DPGH+ R型型 T型型 Hb与与 O 2亲和力亲和力 P50，曲线右移，曲线右移 意义：意义： 代谢活跃代谢活跃 温度温度 、 CO2、乳酸等酸性产物、乳酸等酸性产物 释放更多的释放更多的 O2 供组织利用供组织利用 二、二氧化碳的运输 (一 ) 运输形式 HbNH2O2 H+ CO2 HHbNHCOOH O2 在组织 在肺 物理溶解 : 5% 化学结合 : 95% 碳酸氢盐 (88%) 氨基甲酰血红蛋白 (7%) （二） CO2 解离曲线 血中血中 CO2 含量与含量与 Pco2关系的曲线关系的曲线 何尔登效应何尔登效应 Hb与与 O2结合可促使结合可促使 CO2 释放，去氧的释放，去氧的 Hb容易与容易与 CO2 结合结合 呼吸是一种由呼吸肌舒缩完成的节律性运动呼吸是一种由呼吸肌舒缩完成的节律性运动 耗耗 O2量量 ,CO2产量产量 运动程度运动程度 新陈代谢新陈代谢 呼吸深度呼吸深度 肺通气量肺通气量 呼吸频率呼吸频率 呼吸节律的形成呼吸节律的形成 肺通气量与代谢水平相适应肺通气量与代谢水平相适应 神经系统的调节神经系统的调节 第四节第四节 呼吸运动的调节呼吸运动的调节 Respiratory Regulation 一、呼吸中枢与呼吸节律的形成一、呼吸中枢与呼吸节律的形成 (一一 )呼吸中枢呼吸中枢 基本节律中枢基本节律中枢 延髓延髓 呼吸调整中枢呼吸调整中枢 脑桥上部脑桥上部 呼吸随意控制呼吸随意控制 高位脑高位脑 中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群 脑桥呼吸调整中枢 延 髓 脊 髓 (二二 )呼吸节律形成的机理呼吸节律形成的机理 1.起步细胞学说起步细胞学说 延髓内具有起步样节律兴奋延髓内具有起步样节律兴奋 的神经元的神经元 2.神经元网络学说神经元网络学说 延髓神经元之间的相互联系延髓神经元之间的相互联系 和相互作用和相互作用 二、二、 呼吸呼吸 运动运动 的的 反射性调节反射性调节 (一一 )肺牵张反射：由肺扩张或肺萎陷引起的吸气抑制肺牵张反射：由肺扩张或肺萎陷引起的吸气抑制 或兴奋的反射或兴奋的反射 1.肺扩张反射：肺扩张时抑制吸气的反射肺扩张反射：肺扩张时抑制吸气的反射 肺扩张肺扩张 肺牵张感受器传入冲动肺牵张感受器传入冲动 迷走迷走 N 兴奋吸气兴奋吸气 切断机制切断机制 切断吸气，转为呼气切断吸气，转为呼气 2.肺缩小反射：肺萎陷时引起吸气活动的反射肺缩小反射：肺萎陷时引起吸气活动的反射 肺萎陷肺萎陷 肺牵张感受器传入冲动肺牵张感受器传入冲动 迷走迷走 N 延髓延髓 对对 吸气神经元抑制解除吸气神经元抑制解除 产生吸气产生吸气 3. 生理意义：调节呼吸频率生理意义：调节呼吸频率 ， 阻止吸气过深过长，促阻止吸气过深过长，促 使吸气转为呼气（不参与人类平静呼吸的调节）使吸气转为呼气（不参与人类平静呼吸的调节） （二）化学（二）化学 感受性反射调节感受性反射调节 化学因素：化学因素： 动脉血或脑脊液动脉血或脑脊液 PO2、 PCO2、 H+浓度浓度 调节方式：负反馈调节方式：负反馈 意义：维持内环境的相对稳定意义：维持内环境的相对稳定 1,化学感受器化学感受器 （ 1）外周感受器：颈、主动脉体）外周感受器：颈、主动脉体 适宜刺激：血液中适宜刺激：血液中 PO2、 PCO2、 H+ （ 2）中枢感受器：不同于呼吸中枢的影响呼吸的化学）中枢感受器：不同于呼吸中枢的影响呼吸的化学 感受区感受区 位置：延髓腹外侧浅表部位置：延髓腹外侧浅表部 适宜刺激：脑脊液中或适宜刺激：脑脊液中或 局部局部 细胞外液中细胞外液中 H+ 作用：呼吸加深加快作用：呼吸加深加快 中枢化学感受器中枢化学感受器 外周化学感受器外周化学感受器 对对 H+变化敏感变化敏感 对对 PO2、 PCO2、 H+、 作用敏感作用敏感 潜伏期长潜伏期长 无明显潜伏期无明显潜伏