（生理学课件）第五章呼吸

第五章 呼 吸,第一节 肺 通 气,第三节 气 体 运 输,第四节 呼吸运动的调节,第二节 气 体 交 换,概 述,概 述 呼吸：机体与外界环境之间的气体交换过程。,生理意义：稳定O2和CO2，平衡酸碱,呼吸全过程：,第一节 肺 通 气,肺通气原理:动力克服阻力,直接动力:肺内压与外界大气压间的压力差 原动力:呼吸运动,（一）肺通气的动力,呼吸肌,呼气肌,呼吸运动：呼吸肌的收缩和舒张引起的胸 廓节律性扩张与缩小。,吸气肌,腹壁肌,肋间内肌,肋间外肌,膈肌,1、呼吸运动 (respiration movement),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,平静呼吸的过程,平静呼吸(eupnea)：安静状态下平稳而均匀的自然呼吸。 吸气：主动过程 呼气：被动过程 用力呼吸(forced breathing)：加深加快的呼吸。 呼气：主动过程 吸气：主动过程,呼吸类型,据参与呼吸运动的肌群不同分为：,腹式呼吸: 以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动。婴儿、胸膜炎、胸腔积液 胸式呼吸: 以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动。严重腹水、腹腔有巨大肿块妊娠，肥胖 混合式呼吸,2.肺内压:指肺内气道和肺泡内气体的压力。 吸气初：肺内压 大气压（12mmHg）呼气开始 呼气末：肺内压 = 大气压 呼气停止 呼吸运动造成肺内压周期性变化,是呼吸的原动力,基本原理:使肺内与外界大气压间产生压力差 方法:负压吸气式(压胸法) 正压吸气式( 口对口呼吸法，呼吸机),临床应用：人工呼吸,3.胸内压 （1）概念: 指胸膜腔内的压力。 （2）测定方法: 间接法:气囊测定食管内压以间接反映胸内压 直接法:,（3）压力: 平静吸气时:胸内压 大气压（510mmHg） 平静呼气时:胸内压 大气压（35mmHg）,特点: 平静呼吸时胸内压始终为负压； 用力呼吸时负压变动更大； 有时可为正压(如紧闭声门用力呼吸)。,成因:,两种方向相反作用力的代数和 胸内压大气压肺回缩力 0肺回缩力,迫使脏层胸膜回位,迫使脏层胸膜外移使肺扩张,(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力),肺 回 缩 力,(大 气 压),肺 内 压,负压形成的三个决定因素： 胸膜腔是一个密闭潜在腔隙； 胸廓固有容积远大于肺固有容积； 肺和胸廓都有弹性。,(6)生理意义: 维持肺处于扩张状态； 促进血液和淋巴液的回流。, 气胸,胸膜因病变或受外伤破裂时气体进入胸腔形成胸膜腔积气称为气胸,分：创伤后气胸,原发性气胸,继发性气胸,吸气肌 收缩 （呼气肌） 舒张,（二）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,1、弹性阻力与顺应性,弹性阻力( R )：物体对抗外力作用所引起变形的力。包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力。 顺应性( C )：在外力作用下弹性组织的可扩张性。,顺应性（C ）=容积变化 / 压力变化(L/cmH2O),顺应性（C ）= 1/R,1） 肺的弹性阻力与顺应性(compliance) 肺在被牵张时的弹性回缩力是吸气的阻力,跨肺压的变化（P）,肺容量的变化（ V）,肺的弹性阻力,肺组织的弹性回缩力1/3,肺泡内液-气界面的表面张力2/3,（1）肺泡表面张力和肺表面活性物质,肺泡表面张力(surface tension) 肺泡的内表面覆盖一薄层液体，与肺泡内气体形成液-气界面，使液体表面尽量缩小的力。,阻碍肺泡扩张，增加吸气的阻力，降低肺顺应性； 使相通的大小肺泡内压不稳定； 促进肺部组织液生成，使肺泡内液体积聚。,肺泡表面张力,Laplace定律 P=2T/r,表面张力,肺泡表面活性物质(alveolar surfactant)： A.来源：肺泡型细胞 B.成分：二棕榈酰（软脂酰）卵磷脂 C.特性：垂直排列于液-气界面，随肺泡张缩而改变密度 D.作用：降低肺泡表面张力 降低吸气阻力； 减少肺泡内液的生成； 维持大小肺泡稳定性； 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 肺容量肺总量的67%时是吸气的阻力； 肺容量肺总量的67%时是吸气的动力; 肺容量=肺总量的67%时,无胸廓弹性阻力,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)但引起通气障碍的情况较少 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（airway resistance） 概念:气体通过呼吸道时,气体间及气体与管壁间产生摩擦力总和. 影响因素：气流速度、气流形式、气道口径,2、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（2受体） ； D：化学因素的影响： 儿茶酚胺、前列腺素E2舒张； 前列腺素F2、组胺、慢反应物质、 吸入CO2含量增加、内皮素收缩；,二、肺通气功能的评价 (一)肺容积和肺容量 1.肺容积,潮气量 补吸气量 补呼气量 残气量,深吸气量：潮气量补吸气量 衡量最大通气潜力； 功能余气量:残气量补呼气量 稳定肺泡内气体比例 男：2500ml ;女：2000ml； 肺气肿，肺实质性病变,2.肺容量,肺活量：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气量 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。,时间肺活量(timed vital capacity)： 正常值：1s 83%；2s 96%；3s 99%。主要看第一秒。 可反映呼吸阻力变化；降低时提示有阻塞性肺病。,肺总容量： 肺活量余气量 男5000ml；女3500ml,概念：每分钟进肺或出肺的气体量。 计算：每分通气量= 潮气量呼吸频率 正常值：68L/min 最大通气量：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%，它反映通气功能的贮备力。 93,(二) 肺通气量和肺泡通气量 1. 每分通气量,2. 肺泡通气量(alveolar ventilation) 每分钟吸入肺泡的新鲜空气量 =（TV 无效腔气量) 呼吸频率,肺泡无效腔( 接近于零）,生理无效腔,解剖无效腔(150ml),支气管扩张 解剖无效腔 肺A部分梗塞 肺泡无效腔,不同呼吸频率和潮气量时的肺通气量和肺泡通气量,意义：浅快呼吸对气体交换不利,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容积的变化，单位：J 3、呼吸耗能占全身总耗能的3%-5%,（三）呼吸功,复习思考题 1.胸膜腔负压是如何形成的？有什么生理意义？ 2.什么叫肺泡表面张力？肺泡表面活性物质有什么生理意义？ 3. 无效腔对肺泡通气量有何影响？,第二节 气 体 交 换,一、气体交换的原理 （扩散原理） 动力：膜两侧的气体分压差决定扩散方向。 速率： 扩散速率（D）：单位时间内气体扩散容积,扩散距离分子量,分压差温度气体溶解度扩散面积,=,分压：在混合气体中，每种气体分子运动产生的压力 混合气体总压力该气体所占的容积百分比,扩散系数,CO2的扩散系数约为O2的20倍； 在肺中， 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。,二、肺换气与组织换气,换气动力：分压差 换气方向： 分压高分压低 换气结果： 肺血 组织血 血 血,CO2,O2,1.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。,2. 气体在组织的交换, 交换机制、影响因素与肺泡处相似； 发生于液相之间； 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。,三、影响气体交换的因素 (一)气体扩散速率,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 O2 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1 CO2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2 ,在分压相同条件下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血间分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。,(ml/L) （KPa） （KPa） （KPa）,(二)呼吸膜,CO2,O2,6层1m厚,呼吸膜厚度： 0.6 m 肺毛细血管直径： 5 m 红细胞直径： 67 m 实际交换血管比例：1/3 1/2,1.厚度：呼吸膜厚度气体交换 2.面积：呼吸膜面积气体交换,(三)通气/血流比值 每分肺泡通气量（VA）/每分肺血流量（Q） 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） 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),(4.2L/min),(5L/min ） 0.84,肺泡通气量和肺毛细血管血流量在肺内分布不均，因此局部通气/血流比值不同,影响气体扩散的因素,第三节 气 体 运 输,一、运输形式: （一）物理溶解:气体直接溶解于血浆中 特征:量小； 溶解量与分压呈正比,化学结合,动态平衡,物理溶解,（二）化学结合:气体与某些物质进行化学结合 特征:量大 主要运输形式。,血液O2和CO2的含量（ml / 100ml 血液）,物理溶解,物理溶解,合计,化学溶解,合计,二、氧的运输 (一)物理溶解：(1.5%) (二)化学结合:(98.5%) O2与Hb的可逆性结合:,血红蛋白的分子结构,PO2(氧合),PO2(氧离),HbO2,(鲜红色),(暗红色),Hb + O2,PO2 (氧合),PO2 (氧离),当表浅毛细血管床血液中去氧Hb达5g/100ml以上，呈蓝紫色称紫绀（一般是缺O2的标志）,1分子Hb可与4分子O2，可逆结合; Hb+O2结合的最大量 氧容量 100ml血 Hb+O2结合的实际量 氧含量 氧含量氧容量的% 氧饱和度,2. O2与Hb结合的特征: 反应快、可逆、受PO2的影响、不需酶的催化； 是氧合，非氧化; Fe2+,PO2(氧合),PO2(氧离),HbO2,Hb + O2, Hb+O2的结合或解离曲线呈S形,机制：与Hb 的变构有关： 氧合Hb 为疏松型（R型） 去氧Hb 为紧密型（T型） R型的亲O2力为T型的数百倍,即当Hb某亚基与1个O2结合or解离后Hb变构 其他亚基的亲O2力 or Hb 4个亚基的协同效应呈现S形的氧离曲线特征,（三）氧离曲线 特征及生理意义 表示血液PO2与Hb氧饱和度关系的曲线。 1.上段60-100mmHg : 坡度较平。 表明：PO2变化大时， 血氧饱和度变化小 9098,意义: 保证低氧分压时的高载氧能力。 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。,2.中段: 4060mmHg 坡度较陡。,上,中,下,表明：PO2降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。7590 释放氧5ml/100ml 意义:维持正常时组织的氧供。,O2利用系数：血液流 经组织时释放出的O2容 积占动脉血O2含量的百分数。安静时约25%。,表明：PO2稍有下降,血氧饱和度就急剧下降。 2275 释放氧15ml/100ml 意义:维持活动时组织的氧供。,上,中,下,3.下段: 1540mmHg 坡度更陡。,因下段释放O2量为正 常时的3倍(= O2储备段)，代表氧贮备。,P50：指氧饱和度达到50%时PO2，正常为26.5mmHg。 P50: 表明 Hb 对o2的亲和力（氧离易），需更高的PO2才能使Hb氧饱和度达到50%，曲线右移,（四）影响氧离曲线的因素,P50: 表明 Hb 对O2的亲和力（氧离难）, 较低的PO2便能使Hb氧饱和度达到50%，曲线左移,1. Pco2 PH Pco2PH氧离曲线右移 Pco2PH氧离曲线左移 CO2+ H2OHCO3-+H+H+ 当H+与Hb的某些A-的残基基 团结合，促进Hb盐键形成Hb构型变为T型氧离曲线右移。,组织：H+促进氧离 ；肺脏：H+ 促进氧合,酸度对Hb与o2亲和力的影响，称为波尔效应 (Bohr effect),2.温度 T氧离曲线右移 T氧离曲线左移,(1) TH+的活度 氧离易 如：组织代谢局部 T+ CO2和H+ 氧离易,(2)TH+的活度氧离难 如：低温麻醉时，应防组织缺O2 冬天，末梢循环+氧离难局部红、易冻伤,3. 2,3-DpG DpG 氧离曲线右移 DpG 氧离曲线左移 能与Hb结合形成盐键Hb构型变为T型； H+波尔效应,(1)高原缺氧 RBC无氧代谢 DpG氧离曲线右移 氧离易 对低O2适应的重要机制,(2)大量输入冷冻血DpG氧离曲线左移氧离难。 （冷冻血3周后，RBC无氧代谢停止DpG） 故：应注意缺氧。,4. Pco： Pco曲线左移氧离难 CO与Hb亲和力 O2与Hb亲和力 250 倍； CO与Hb的结合位点与O2相同，影响氧合； CO与Hb的某亚基结合后，将增加其余三个亚基 对O2的亲和力，妨碍氧解离 5. Hb本身的性质 Fe2+ Fe3+ : Hb失去结合O2的能力（如亚硝酸盐） 异常Hb：Hb的运O2能力（如地中海贫血） 胎儿Hb：22(成人为22)构成， 其Hb与O2亲和力成人，这与胎儿所处的低氧环境是相适应的,三、CO2的运输 (一)物理溶解： 5 (二)化学结合：95 HCO3-的形式：88 (1)反应过程：,碳酸酐酶,H2CO3,HCO3-H+,CO2H2O,(2)反应特征: 极快且可逆，反应方向取决PCO2差，需酶催化 RBC膜上有Cl-HCO3-特异转运载体，Cl-转移 在RBC内反应, 在血浆内运输,细胞,肺泡,H2CO3 CO2H2O CO2 CO2 CO2,CA,氨基甲酸血红蛋白的形式：7 (1)反应过程： HbNH2O2+H+CO2,在组织,在肺脏,HHbNHCOOHO2,(2)反应特征: 反应迅速且可逆，无需酶催化； CO2与Hb的结合较为松散； 反应方向主要受氧合作用的调节: 组织HHb的酸性低,易与CO2结合,反应向右进行 肺HbO2的酸性高,难与CO2结合,反应向左进行 占运输量的7%，却占释放量的17.5%,(三)CO2解离曲线 CO2解离曲线是表示血液 中CO2含量与PCO2间关系 的曲线。,A：静脉血 B：动脉血,血液中CO2含量随PCO2 的而，几乎成线性 关系(非S形曲线)，且无 饱和点。 静脉血A点CO2的含量为 52ml/100ml,而动脉血B 点CO2的含量降为 48ml/100ml,说明血液流 经肺脏时，每100ml血液 释放出4mlCO2 。 当血PO2时，CO2解离 曲线下移（促解离，何 尔登效应）。,(四) 影响CO2运输的因素 1.O2与Hb结合的氧合作用对CO2运输的影响 在组织中，HbO2释放出O2而成为HHb，何尔登效应促使血液摄取并结合CO2 。 在肺中，Hb与O2结合，促使CO2释放。 O2和CO2的运输相互影响。 2.PCO2差对CO2运输的影响 因HCO3-运输形式的反应方向取决于PCO2差。,在肺脏,在组织,HHbNHCOOHO2,HbNH2O2+H+CO2,复习思考题 1.Hb氧解离曲线特征如何？其生理意义如何？ 2.影响氧解离曲线的因素有哪些？为什么？ 3. CO2运输的形式有哪些？各有何特征？ 4.影响CO2运输的因素有哪些？ 5. 为什么血PO2，CO2解离曲线会下移？,第四节 呼 吸 运 动 的 调 节,一、呼吸中枢 中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群， 分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓和脊髓等部位。,脊髓： 联系上位脑和呼吸肌的中继站； 整合某些呼吸反射的初级中枢。,脑桥上部有呼吸调整中枢（抑制吸气） 脑桥中下部有长吸中枢（兴奋吸气） 延髓有呼吸节律基本中枢,三级呼吸中枢理论：,脑干呼吸有关核团（左）和在不同平面横切脑干后呼吸的变化（右）示意图 DRG：背侧呼吸组 VRG：腹侧呼吸组 NPBM：臂旁内侧核 A、B、C、D为不同平面横切,2. 低位脑干,起源：大脑皮层、边缘系统和下丘脑 通路：皮质脊髓束、皮质-红核-脊髓束 作用：控制低位脑干呼吸神经元的作用 特点： 1、随意调节在脊髓背内侧索下行； 自主控制在脊髓背外侧索下行； 自主呼吸和随意呼吸分离 2、控制是有一定限度的。,3. 高位脑呼吸的随意调节系统,二、呼吸节律的产生,呼吸节律形成机制简化模式图 +：表示兴奋 -：表示抑制,1.基本呼吸节律的起源部位：前包钦格复合体(面神经后核腹尾侧) 2.基本呼吸节律形成的学说： (1)起步细胞学说： (2)N元网络学说：如吸气活动发生器和吸气切断机制模型。,三、呼吸运动的反射性调节 (一)肺牵张反射(黑-伯反射) 指肺扩张或缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射。 包括肺扩张、肺缩小反射。 迷走神经,1.肺扩张反射：,感受器：气管到细支气管的平滑肌中 适宜刺激：呼吸道受牵拉 传入神经：迷走N 中枢：延髓,过程：肺扩张肺牵感器兴奋迷走N延髓 兴奋吸气切断机制吸气转化为呼气 。,2. 肺萎陷反射(肺缩小反射) 肺萎陷较明显时引起吸气的反射。 平静呼吸调节中的意义不大。 对阻止呼气过深和肺不张等可能起一定作用。,敏感性有种属差异； 正常成人平静呼吸时这种反射不明显， 深呼吸时可能起作用； 病理情况下(肺充血、肺水肿等)肺顺应性 降低时起重要作用，牵张加强，呼吸浅快,特征:,加速吸气和呼气的交替，使呼吸频率增加； 与呼吸调整中枢共同调节呼吸频率和深度。,意义:, 化学感受性反射调节, 中枢化学感受器 部位：延髓腹外侧浅表部位, 左右对称, 分嘴中尾三区 适宜刺激：脑脊液和局部细胞外液的H+。但H+不易透过血脑屏障， 因此主要感受血液中的CO2，有延迟。 作用：调节脑脊液的H+。,1. 化学感受器, 外周化学感受器,组成：颈动脉体和主动脉体。 主动脉体在循环调节方面较为重要，颈动脉体主要调节呼吸。 适宜刺激： 对PO2、PCO2、H+高度敏感(对PO2敏感，对O2含量不敏感),2. CO2、H+和O2对呼吸的调节 CO2的影响,轻度，刺激呼吸 兴奋呼吸的生理性体液因子； 超过一定水平（60mmHg）后，压抑和麻醉中枢神经活动。 呼吸减慢 （过度通气后可发生呼吸