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第五章呼吸 Respiration 目的与要求 熟悉呼吸的概念及呼吸的基本过程 了解呼吸器官的结构特点及功能意义 掌握肺内压的变化 胸膜腔负压的形成及意义 肺表面活性物质的来源及意义 用力呼气量及肺泡通气量的概念及意义 掌握肺换气的原理和影响因素 肺通气 血流比值的概念和意义 熟悉气体运输的形式 掌握氧与Hb结合的特征 氧解离曲线的概念及影响因素 熟悉呼吸中枢的概念和部位 掌握化学感受器的种类和化学性因素调节的途径 熟悉肺牵张反射的概念及意义 3 呼吸 Respiration 机体与外界环境之间的气体交换过程 三个相互衔接并同时进行的过程 1 外呼吸 包括肺通气和肺换气2 气体在血液中的运输3 内呼吸 组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换以及组织细胞内的生物氧化过程 第一节呼吸器官的结构特点及功能第二节肺通气第三节呼吸气体的交换第四节气体在血液中的运输第五节呼吸运动的调节 目录 第一节呼吸道和肺的结构与功能 呼吸道 上呼吸道 下呼吸道 呼吸道 具有加温 加湿 过滤和清洁作用 一 呼吸道 Airway 6 呼吸道的平滑肌受神经 体液因素的调节植物神经系统 副交感神经使呼吸道平滑肌收缩交感神经使呼吸道平滑肌舒张 收缩 组织胺 5 HT 内皮素 缓激肽 舒张 儿茶酚胺 PGE2 氨茶碱 化学因素 肺泡上皮细胞 型细胞 型细胞 二 肺泡 8 三 胸廓 第二节肺通气 pulmonaryventilation 肺通气是指肺与外界环境之间的气体交换 肺通气的直接动力 肺内压与大气压之间的压力差 肺通气的原动力 呼吸运动 respiratorymovement 呼吸运动 原动力 胸内压变化 间接动力 肺内压与大气压差变化 直接动力 肺通气 一 肺通气的动力 10 吸气肌收缩 呼气肌 舒张 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 一 呼吸运动 respirationmovement 12 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 forcedbreathing 加深加快的呼吸 呼气 主动过程吸气 主动过程 13 根据参与呼吸运动的肌群不同分为 腹式呼吸 abdominalbreathing 以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动 胸式呼吸 thoracicbreathing 以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动 混合式呼吸 14 呼吸暂停 声带开放 呼吸道通畅时 肺内压 大气压呼吸运动过程中肺内压的周期性交替升降肺内压和大气压之间的压力差推动气体进出肺的直接动力 1 肺内压 intrapulmonarypressure 肺泡内的压力 二 呼吸时肺内压和胸膜腔内压的变化 15 吸气初 肺内压大气压呼气开始呼气末 肺内压 大气压呼气停止 16 1 胸膜腔 位于两层胸膜之间的潜在 密闭的腔隙 其内仅少量浆液 2 胸膜腔内压 intrapleuralpressure 2 胸膜腔内压 胸膜腔内的压力 测量 直接法间接法 17 2 胸膜腔内压 intrapleuralpressure 18 肺回缩 以胸膜腔密闭且含浆液为条件胸廓生长 肺生长胸廓容积 肺容积胸廓将肺拉大肺回缩胸内负压 胸膜腔负压的形成 19 胸膜腔内压 肺内压 肺回缩力在吸气末或呼气末胸膜腔内压 大气压 肺回缩力以大气压为0 胸膜腔内压 肺回缩力 负压是指其低于大气压 呼气末 3 5mmHg 吸气末 5 10mmHg 为什么平静呼气末胸膜腔内压仍然为负 20 胸膜腔负压及其生理意义 维持肺泡的扩张状态 有利于肺的扩张有利于静脉血及淋巴液的回流 气胸 21 弹性阻力 肺和胸廓 平静呼吸时约占总通气阻力的70 非弹性阻力平静呼吸时约占总通气阻力的30 气道阻力 惯性阻力与粘滞阻力 二 肺通气的阻力 22 一 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 23 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 肺泡内液 气界面的表面张力 24 1 肺泡表面张力和肺表面活性物质 肺泡表面张力 surfacetension 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 26 肺泡表面活性物质 pulmonarysurfactant 由肺泡 型细胞产生的二棕榈酰卵磷脂作用 降低肺泡的表面张力生理意义 有助于维持肺泡的稳定性 减少肺间质和肺泡内的组织液生成 防止肺水肿发生 降低吸气阻力 增加肺的顺应性 27 肺表面活性物质减少肺不张肺弹性阻力增加 顺应性降低吸气困难肺弹性阻力减小 顺应性增大呼气困难 正常及几种异常情况下顺应性曲线 跨肺压 cmH2O 肺内压 胸内压 正常 肺气肿 emphysema 肺纤维化 fibrosis 肺不张 atelectasis 29 肺容量 肺总容量的67 无回弹力肺容量 肺总容量的67 向内的回弹力肺容量 肺总容量的67 向外的回弹力胸腔容积变化 V Cchw L cmH2O跨胸壁压力变化 P 2 胸廓弹性阻力和顺应性 compliance 肺容量占肺总容量百分比 胸廓弹性回位力 胸廓容积 67 自然位置 平静吸气末 无 自然容积 67 自然位置 深吸气状态 向内 吸气阻力 大于自然容积 67 自然位置 平静呼气末 向外 吸气动力 小于自然容积 31 二 非弹性阻力包括 气道阻力 惯性阻力 粘滞阻力气道阻力 非弹性阻力的80 90 由气流流速 气流形式和气道管径决定 为什么支气管哮喘病人呼气比吸气困难 32 潮气量 tidalvolume TV 400 600ml补吸气量 inspiratoryreservevolume IRV 1500 2000ml补呼气量 expiratoryreservevolume ERV 900 1200ml残气量 residualvolume RV 1000 1500ml 三 肺通气功能的评价 evaluationoffunctionofpulmonaryventilation 一 肺容积 33 肺容积 pulmonaryvolume 肺所容纳的气体量 34 1 深吸气量 inspiratorycapacity IC TV IRV 最大通气能力2 功能残气量 functionalresidualcapacity FRC ERV RV缓冲呼吸过程中肺泡气O2 CO2分压的过度变化 二 肺容量 35 1 VC TV IRV ERV单次肺通气的最大能力男性 3500ml女性 2500ml 2 FVC 尽力最大吸气后 尽力尽快呼气所能呼出的最大气量 3 FEV 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 通常以它所占FVC的百分数来表示 反映呼吸阻力的变化 正常 FEV1 FVC 约80 第一秒 3 肺活量和用力呼气量 36 用力呼气量 forcedexpiratoryvolume FEV 最大吸气后以最快速度用力呼气 在一定 单位 时间内所能呼出的最大气量 第1秒末 83 第2秒末 96 第3秒末 99 测定方法 作一次深吸气后 以最快的速度用力呼气 同时分别记录第1 2 3秒末所呼出的气量 计算其所占肺活量的百分比 37 用力肺活量和用力呼气量 生理情况下 气道狭窄时 38 4 肺总量 totallungcapacity TLC 肺所能容纳的最大气量 肺总量 VC RV 39 三 肺通气量 40 2 肺泡通气量 alveolarventilation 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 呼吸形式 肺泡通气量 毫升 分 呼吸频率 次 分 肺通气量 毫升 分 潮气量 毫升 正常安静 16 8000 500 5600 不同呼吸频率 潮气量时的肺通气量及肺泡通气量 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 43 第三节呼吸气体的交换 肺换气 肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换 从高分压点流向低分压点 组织换气 组织细胞与组织毛细血管血液之间的气体交换 44 一 气体交换的原理 形式 单纯扩散动力 气体分压 张力 差气体扩散速率 Diffusionrate D 单位时间内气体扩散的容积 45 一 气体分压差 2 血液及组织中的气体分压 kPa mmHg 1 呼吸气与肺泡气的分压 46 二 气体的分子量与溶解度 溶解度 solubility 在1个大气压下 37 时 每100ml液体中所溶解的气体ml数 O2的分子量 32CO2的分子量 44 CO2的扩散系数是O2的20倍 47 三 扩散的面积和距离 四 温度 CO2溶解度 51 5 100mlO2溶解度 2 14 100ml PO2 和PCO2 时 刺激呼吸 有助于CO2的排出 却几乎无助于O2的摄取 48 二 肺换气 结构基础 呼吸膜动力 气体的分压差 静脉血动脉血 一 肺换气过程 O2 CO2 49 CO2和O2的扩散仅需0 3秒即达到平衡血液流经肺毛细血管耗时0 7秒 50 二 影响肺换气的因素1 呼吸膜的厚度 肺泡 毛细血管膜 由六层组成 约0 2 1 0 m 肺纤维化与肺水肿均可使呼吸膜变厚 51 2 呼吸膜的面积 52 3 通气 血流比值 Ventilation perfusionratio 每分肺泡通气量与每分肺血流量之间的比值 VA Q deadspace 肺泡无效腔 VA Q 肺血管栓塞 VA Q 支气管痉挛 VA Q 54 组织中气体交换的原理与在肺中交换相似 但该处交换在液相中进行 且扩散膜两侧的O2 CO2分压差随细胞内氧化代谢强度和组织血流量而异 三 组织换气 55 血液与组织细胞之间的气体交换过程 结构基础 毛细血管壁 细胞膜 动力 气体的分压差 静脉血动脉血 56 血液O2和CO2的含量 ml 100ml血液 第四节气体在血液中的运输 物理溶解 物理溶解 合计 化学溶解 合计 57 两种形式 物理溶解 化学结合 为主 两种形式处在动态平衡之中 气体应在溶解状态下进行交换 化学结合形式可看作贮备体 一 物理溶解PO2为13 3KPa 100mmHg 时 100ml血液只溶解0 3ml的O2 一 氧的运输 二 化学结合 58 1 O2与Hb结合的特征血液中的氧主要以氧合Hb HbO2 形式运输 1 可逆 快速 不需要酶催化 受O2分压的影响Hb O2HbO2 2 O2与Hb结合为氧合作用 不是氧化作用 3 氧解离曲线呈S型 与Hb的变构效应有关R型 疏松型 氧合HbT型 紧密型 去氧HbR型对O2亲和力是T型数百倍协同效应 oxygenation oxidation 59 4 HbO2呈鲜红色 去氧Hb呈暗红色 5 1分子Hb可结合4分子O2Hb氧容量 OxygencapacityofHb 100ml血液中Hb所能结合的最大O2量 取决于Hb的浓度 Hb氧含量 OxygencontentofHb 100ml血液中Hb实际结合的O2量 取决于PO2 Hb氧饱和度 Hb氧含量 OxygensaturationofHb Hb氧容量紫绀 去氧Hb 5g 100ml 体表表浅毛细血管血液中 100 60 2 氧解离曲线 oxygendissociationcurve S型氧离曲线是显示PO2与Hb氧饱和度关系的曲线 61 在PO2为8 0 13 3kPa 60 100mmHg 这个范围内 是Hb与O2结合的部分 PO2的变化对Hb氧饱和度影响不大 只要PO2不低于8 0kPa 60mmHg Hb氧饱和度仍维持在90 以上 1 氧解离曲线的上段 较平坦 62 PO2为5 3 8 0kPa 40 60mmHg 这个范围内 是HbO2释放O2的部分 当PO2 40mmHg 混合静脉血 Hb氧饱和度 75 氧含量为14 4ml 100ml 而PO2 100mmHg 动脉血 Hb氧饱和度 97 4 氧含量为19 4ml 100ml 表明100ml动脉血流经组织时 释放5ml的O2供组织利用 HbO2释放进组织的O2量动脉血中氧含量 氧利用系数 100 正常为25 2 氧解离曲线中段 较陡直 63 PO2稍有下降 HbO2释放大量的O2 有利于运动时组织的供氧 当组织活动加强时 耗O2量增多 PO2低至2 0kPa以下 氧利用系数达到75 代表O2贮备 3 氧解离曲线下段 最陡直 PO2为2 0 5 3kPa 15 40mmHg 这个范围内 是HbO2与O2解离的部分 64 3 影响氧解离曲线的因素 1 pH和Pco2的影响pH 或Pco2 Hb对O2的亲和力降低 P50增大 曲线右移 反之 曲线左移 酸度对Hb与O2亲和力的影响称为波尔效应 Bohreffect 波尔效应的生理意义 促进肺毛细血管中Hb与O2的结合 有利于组织毛细血管释放O2 以满足组织代谢的需要 65 2 温度的影响温度 Hb对O2亲和力降低 P50增大 曲线右移 促使O2的释放 温度 Hb对O2亲和力升高 P50减小 曲线左移 O2释放减少 3 2 3 二磷酸甘油酸 2 3 DPG 2 3 DPG浓度 Hb与O2亲和力降低 P50增大 曲线右移 促使HbO2解离 2 3 DPG浓度 Hb与O2亲和力升高 P50减小 曲线左移 高原缺氧 66 pH 或Pco2 温度 2 3 DPG浓度 氧解离曲线左移 A图 pH 或Pco2 温度 2 3 DPG浓度 氧解离曲线右移 C图 正常 B图 67 4 其它因素Fe2 Fe3 Hb失去对O2的亲和力胎儿的Hb与O2高亲和力大异常Hb对O2亲和力低CO对Hb的亲和力比O2高出250倍 煤气中毒 68 二 CO2的运输 一 物理溶解CO2的溶解的量约占CO2的总运输量的5 二 化学结合 碳酸氢盐 氨基甲酸Hb 69 1 碳酸氢盐红细胞 CO2 H2OH2CO3HCO3 H 快速 可逆 碳酸酐酶能加速反应5000倍氯转移 HCO 3 Cl 载体将Cl 从血浆移入红细胞2 氨基甲酸HbHb NH2 O2 H CO2HHbNHCOOH O2 氧合作用是主要的调节因素 的运输 CO2 88 7 71 三 CO的解离曲线非S型 呈线性关系 无饱和点 72 Haldane氏效应 O2与Hb结合促进CO2释放的效应 去氧Hb较易与CO2结合形成HbNHCOOH 去氧Hb的酸性弱于HbO2 也易与H 结合 促进反应向左侧进行 四 Hb氧合作用对CO2运输的影响 73 一 呼吸中枢与呼吸节律的形成 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 称为呼吸中枢 Respiratorycenter 分布在脊髓 延髓 脑桥 间脑 大脑皮质等部位 1 脊髓 联系高位脑与呼吸肌的中继站 整合某些呼吸反射的初级中枢膈肌 颈3 5 肋间肌和腹肌 胸段 第五节呼吸运动的调节 74 A平面 在中脑和脑桥之间横切 呼吸无明显变化D平面 在延髓和脊髓之间横切 呼吸运动停止B平面 在脑桥上 中部之间横切 呼吸将变慢变深 如切断双侧迷走神经 则出现长吸式呼吸C平面 脑桥和延髓之间横切 长吸式呼吸消失 出现喘息样呼吸三级呼吸中枢理论 脑桥上部有呼吸调整中枢 中下部有长吸中枢 延髓有呼吸节律基本中枢 但目前尚未证实存在结构上特定的长吸中枢 a b c d 迷走神经完整 切断双侧迷走神经 PBKF 76 背侧呼吸组 DRG 在孤束核的腹外侧部 通过脊髓支配膈肌 腹侧呼吸组 VRG 疑核 后疑核及面神经后核附近的包钦格复合体 通过脊髓支配肋间内 外肌及腹肌 2 延髓呼吸中枢 77 3 脑桥呼吸调整中枢PBKF复合体 臂旁核与K lliker Fuse核 与延脑呼吸核团有双向联系破坏PBKF及切断迷走神经长吸式呼吸抑制吸气的呼吸调节中枢位于PBKF4 高位脑 大脑皮层 边缘系统 下丘脑大脑皮层 随意呼吸调节系统下位脑干 不随意的自主呼吸节律调节系统 78 二 呼吸节律的形成 神经元网络学说中枢吸气活动发生器与吸气切断机制 Inspiratoryoff switchmechanism 一 化学感受性反射 二 呼吸的反射性调节 1 外周化学感受器 peripheralchemorecptor 动脉PO2 PCO2 pH刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器 延髓呼吸中枢 呼吸加深加快颈动脉体主要调节呼吸 2 中枢化学感受器 centralchemorecptor 83 1 CO2 H 缺O2对呼吸运动的调节 84 CO2对维持呼吸和呼吸中枢兴奋性是必要的 是调呼吸活动的生理性因素 是经常起作用的重要化学刺激 85 但CO2过度积聚 压抑中枢神经系统 出现呼吸困难 头昏 甚至昏迷 称为CO2麻醉 87 颈动脉体灌流液 88 人工脑脊液 89 分析 90 91 CO2的两条作用途径 92 动脉血中 H 呼吸加深加快肺通气量增多中枢化学感受器对H 的敏感性较外周化学感受器大25倍 H 透过血脑屏障的速度较慢 限制其作用 脑脊液中的 H 才是中枢化学感受器的最有效的刺激 2 H 对呼吸运动的调节 脑脊液中的H 94 95 3 缺O2对呼