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第五章呼吸 呼吸概述 I 概念 机体与外界环境进行的气体交换的过程 II 功能 给机体细胞提供氧气和从机体细胞排出多余的二氧化碳 调节血液pH的重要生理过程之一 肺和肺循环还具有一些非呼吸功能 III 过程 根据发生的位置不同 外呼吸 气体的运输和内呼吸三个环节组成 这些环节相互衔接又同时进行 外呼吸Name 肺呼吸Confi 肺通气 肺换气 气体在血液中的运输内呼吸Name 组织 细胞呼吸what 组织换气 前二个是生理过程 后一个是生化过程 IV 参与呼吸的器官和系统 空气泵与血流泵 呼吸系统做为空气泵 驱动空气流动 从空气中获得氧 将血液中多余的二氧化碳排出 循环系统做为血流泵 驱动血液流动 通过血液成分 运输氧和二氧化碳 两个系统互相合作 最终完成空气同所有组织细胞之间的气体交换 肺张缩的基本原理 1 胸廓和肺容积的改变 1 呼吸运动What 呼吸肌收缩和舒张时 所造成的胸廓扩张和缩小 进而引起气体进入和排出肺部的活动 Sig 肺通气的原动力 Essence 动力 阻力 气体开始流动 实现肺通气 当肺泡压不等于大气压时 小于大气压 产生吸气 大于大气压 产生呼气 气体顺压力差流动 Config 吸气 由于胸廓扩大使肺受牵拉扩大 肺泡内压力小于大气压 空气进入肺泡 呼气 由于胸廓缩小使肺回缩 肺泡内压力大于大气压 空气排出肺泡 Source 呼吸肌 引起呼吸运动的肌肉 肺泡 Sig 吸入气与血液进行气体交换的场所 1 呼吸膜Structure 6层结构组成 从肺泡起为 单分子的表面活性物质和肺泡液体肺泡上皮上皮基底膜细胞间隙毛细血管基底膜毛细血管内皮细胞Virtue 厚度约1um 最薄的地方只有0 2um Flow 当氧气由肺胞向RBC内扩散时 需经过的结构有呼吸膜 血浆和RBC膜 胸廓和胸膜腔内压 胸廓及其呼吸肌通过一定的机制产生肺通气的原动力 封闭的胸膜腔和可扩张的肺 使得在胸廓运动时胸膜腔和肺的容积发生改变 产生吸气和呼气动作 胸膜腔和胸膜腔内压 胸膜腔是封闭的潜在腔隙 其内的少量浆液起着润滑减少摩擦和通过内聚力使两层胸膜吸附在一起的作用 所以肺可以随胸廓运动 两层胸膜之间可以进行滑动 但是却不能相对垂直分开 第一节肺通气 一 结构基础实现肺通气的器官 呼吸道 呼吸肌 胸膜腔 肺泡和胸廓 一 呼吸道1 呼吸道增温 加湿 清洁作用2 呼吸道平滑肌受交感神经和迷走神经的双重支配3 解剖无效腔 二 肺泡 1 呼吸膜6层 1 m2 表面活性物质 二棕榈酰卵磷脂 dipalmitoylecithin DPL 肺泡 型细胞合成分泌3 肺表面活性物质的作用 1 降低肺泡表面张力 降低吸气阻力 2 稳定大小肺泡的容量 3 防止肺不张 4 保持肺内干燥 防止肺水肿 二 肺通气动力和阻力 一 肺通气的动力肺内压肺内压是指肺泡内的压力 是推动气体进 出肺的直接动力 在呼吸暂停 声带开放 呼吸道畅通时 肺内压与大气压相等 肺内压周期性 造成压力差 肺内压 大气压 吸气之初 肺容积增大 肺内压下降 低于大气压 空气在此压差下进入肺泡 随着肺内气体逐渐增加 肺内压也逐渐升高 至吸气末 肺内压已升高到与大气压相等 气流也就停止 在呼气之初 肺容积减小 肺内压升高并超过大气压 肺内气体便流出肺 使肺内压逐渐下降 至呼气末 肺内压又降到与大气压相等 应用 人工呼吸 artificialrespiration 1 呼吸运动 Def 呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大和缩小称为呼吸运动 吸气运动 呼气运动 Config 吸气 吸气肌收缩 胸廓扩张 肺扩张 肺容量增加 肺内压暂时下降 气体进入肺呼气 吸气肌 膈肌和肋间外肌 舒张 肺回缩 胸廓回缩 肺内压升高 气体被呼出 吸气运动 How 吸气肌主动收缩引起 吸气肌包括隔肌 肋间外肌和吸气辅助肌 是收缩时使胸廓容积扩大的肌肉 Class 腹式呼吸是由隔肌舒缩引起的呼吸运动 伴有腹壁起伏的呼吸样式 呼吸活动可以影响腹压 反过来腹压也可以影响呼吸 造成腹部的起伏 胸式呼吸是由肋间外肌舒缩 使肋骨和胸骨运动所产生的呼吸运动 造成胸部的起伏 2 肺内压和胸内压 1 胸膜腔形成胸膜腔由两层胸膜构成 即紧贴于肺表面的脏层和紧贴于胸廓内壁的壁层 胸膜腔内仅有少量浆液 没有气体 function 在两层胸膜之间起润滑作用浆液分子的内聚力使两层胸膜贴附在一起 不易分开 Danger 如果胸膜破裂 胸膜腔与大气相通 空气将立即进入胸膜腔内 形成气胸 此时两层胸膜彼此分开 肺将因其本身的回缩力而塌陷 3 胸膜腔负压的形成 胸膜腔内压Trait 常为负压 Value 吸气末 5 10mmHg呼气末 3 5mmHg How 胸内压的产生胸内压 肺内压 肺的弹性回缩力 由于肺内压 大气压 条件 在吸气末或呼气末 肺内压 大气压 若大气压 0 所以胸内压 肺的弹性回缩力 Pheno 在平静呼气末胸膜腔内压为负值 Why 在生长发育过程中 胸廓生长的速度比肺快 其自然容积大于肺的自然容积 所以肺始终处于扩张转态 Sig 作用于肺 牵张其扩张 作用于胸腔内壁薄而扩张性大的腔静脉和胸导管 促进静脉血和淋巴的回流 二 肺通气的阻力 Theory 肺通气的动力需要克服肺通气的阻力 肺通气的阻力Class 弹性阻力 肺和胸廓的弹性阻力 是平静呼吸时主要阻力 约占总阻力的70 非弹性阻力 包括气道阻力 惯性阻力和组织的粘滞阻力 约占总阻力的30 其中又以气道阻力为主 1 弹性阻力和顺应性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 为弹性阻力 一般用顺应性 compliance 来度量弹性阻力 顺应性 C 与弹性阻力 R 成反变关系 C 1 R2 非弹性阻力非弹性阻力包括惯性阻力 粘滞阻力和气道阻力 惯性阻力是气流在发动 变速 换向时因气流和组织的惯性所产生的阻止运动的因素 三 肺容量和肺通气量 一 肺容积与肺容量潮气量 每次呼吸时吸入或呼出的气体量 补吸气量 平静吸气末 再尽力吸气能吸入的 补呼气量 平静呼气末 再尽力呼气能呼出的 残气量 最大呼气末仍留在肺内不能再呼出的气体量 肺容量 指肺容积终两项或两项以上的联合气体量 深吸气量 平静呼气末作最大吸气时能吸入的气体量 潮气量 补吸气量 功能残气量 残气量 补呼气量 二 肺通气量 1 每分通气量每分钟吸入或呼出肺的气体量 等于潮气量 呼吸频率 2 无效腔与肺泡通气量每分钟进或出肺泡的气体量 即 潮气量 无效腔气量 呼吸频率 解剖无效腔 留在鼻或口与终末细支气管之间的呼吸道内 不参与肺泡与血液之间的气体交换 这部分呼吸道的容积 肺泡无效腔 进入肺泡的气体 因血液在肺内分布不均而未能与血液进行气体交换 未能发生交换的这部分肺泡容量 两者合称生理无效腔 第二节气体交换 一 气体交换的原理 一 气体的扩散Def 气体分子不停地进行着无定向的运动 其结果是气体分子从分压高处向分压低处发生净转移 这一过程称为气体扩散 于是各处气体分压趋于相等 Apply 机体内的气体交换就是以扩散方式进行的 二 气体交换的过程1 肺换气2 组织换气 二 影响气体交换的因素 1 呼吸膜的厚度在肺部肺泡气通过呼吸膜 肺泡 毛细血管膜 与血液气体进行交换 气体扩散速率与呼吸膜厚度成反比关系 膜越厚 单位时间内交换的气体量就越少 2 呼吸膜的面积气体扩散速率与扩散面积成正比 3 通气 血流比值的影响VA Q增大 肺泡无效腔增加 VA Q减小 发生功能性动 静脉短路 第三节气体在血液中的运输 一 氧和二氧化碳在血液中存在的形式O2和CO2都以两种形式存在于血液 物理溶解的和化学结合的 二 氧的运输O2的结合形式是氧合血红蛋白 HbO2 一 Hb分子结构简介 Structure 每1Hb分子由1个珠蛋白和4个血红素组成 每个血红素又由4个吡咯基组成一个环 中心为一铁原子 每个珠蛋白有4条多肽链 每条多肽链与1个血红至少连接构成Hb的单体或亚单位 Virtue 由4个单体构成的四聚体 Connect Hb的4个单位之间和亚单位内部由盐键连接 Hb与O2的结合或解离将影响盐键的形成或断裂 使Hb四级结构的构型发生改变 Hb与O2的亲和力也随之而变 Sig Hb氧离曲线呈S形和波尔效应的基础 二 Hb与O2结合的特征 1 反应快 可逆 不需酶的催化 受PO2的影响 2 Fe2 与O2结合后仍是二价铁 所以该反应是氧合 不是氧化 3 1分子Hb可以结合4分子O2 4 Hb与O2的结合或解离曲线呈S形 与Hb的变构效应有关 Hb有两种构型 去氧Hb为紧密型 T型 对O2的亲和力低 氧合Hb为疏松型 R型 对O2的亲和力高 O2与Hb的Fe2 结合后 盐键逐步断裂 Hb的4个亚单位彼此间有协同效应 即1个亚单位与O2结合后 由于变构效应的结果 其它亚单位更易与O2结合 反之 当HbO2的1个亚单位释出O2后 其它亚单位更易释放O2 三 氧离曲线 Name 氧合血红蛋白解离曲线 Def 表示O2压力与Hb氧结合量 Hb氧饱和度关系的曲线 Sig 不同氧气分压时 O2与Hb的结合情况 P50 当Hb氧结合量等于50 氧离曲线 1 氧离曲线的上段相当于60 100mmHg 即PO2较高的水平 Hb与O2结合的部分 这段曲线较平坦 表明O2分压的变化对Hb氧饱和度影响不大 2 氧离曲线的中段该段曲线较陡 相当于40 60mmHg HbO2释放O2的部分 3 氧离曲线的下段相当于15 40mmHg HbO2与O2解离的部分 曲线坡度最陡的一段 四 影响氧离曲线的因素 1 pH与PCO2的影响pH降低或升PCO2升高 Hb对O2的亲和力降低 P50增大 曲线右移 2 温度的影响温度升高 氧离曲线右移 促使O2释放 3 2 3 二磷酸甘油酸浓度升高 Hb对O2亲和力降低 氧离曲线右移4 Hb自身性质的影响 三 二氧化碳的运输 化学结合的CO2碳酸氢盐和氨基甲酸血红蛋白 第四节呼吸运动的调节 一 呼吸中枢Distr 在大脑皮层 间脑 脑桥 延髓和脊髓等部位 Trait 脑的各级部位在呼吸节律产生和调节中所起作用不同 正常呼吸运动是在各级呼吸中枢的相互配合下进行的 1 脊髓 WHAT 脊髓中支配呼吸肌的运动神经元 位于第3 5颈段 支配隔肌 和胸段 支配肋间肌和腹肌 脊髓的前角HOW 不产生呼吸节律 中继站 联系高位脑和呼吸肌初级中枢 某些呼吸反射 2 低位脑干 WHAT 脑桥和延髓HOW 产生基本的呼吸节律在脑桥的上 中部之间横断时 切断双侧迷走神经 出现长吸式呼吸 吸气延长 短暂的呼气 呼吸调整中枢 脑桥上部有抑制吸气活动的中枢 高位脑干对节律性呼吸运动的产生不是必需的 当在脑桥和延髓之间横断 不论迷走神经是否完整 出现喘息样呼吸 不规则的呼吸节律 脑桥中下部可能存在着兴奋吸气活动的长吸中枢 延髓能独立产生呼吸节律 3 高位脑 WHAT 大脑皮层 边缘系统 下丘脑HOW 大脑皮层通过皮层脊髓束和皮层脑干束控制低位脑干呼吸神经元 实现 说话 唱歌 哭笑 咳嗽 吞咽 排便等 在一定限度内的随意屏气或加快加深呼吸 包含杏仁核 海马回 乳状体及扣带回绕组织 调控在各个状况下所产生的情绪反应 海马回与记忆的形成 位于丘脑下部 自主神经系统的主要管制中枢 主要功能 体温调控 情绪 饥饿 口渴和生理时钟 指由皮层发出 经内囊 脑干下行到达脊髓前角运动神经元的传导束 大脑皮层对呼吸运动的调节是随意的呼吸调节系统 随意呼吸低位脑干的呼吸运动调节系统是不随意的自主呼吸节律调节系统 自主呼吸两个系统的下行通路是分开的 例子 当脊髓前外侧索下行的自主呼吸调控通路受损后 自主呼吸异常甚至停止 病人通过随意呼吸或者呼吸机维持通气 但如果不进行人工呼吸 一旦病人入睡 呼吸运动就会停止 二 呼吸节律形成的假说 呼吸节律是怎样产生的 尚未完全阐明 已提出多种假说 当前最为流行的是起步细胞学说和神经元网络学说 二 呼吸的反射性调节 一 呼吸的化学感受性反射 化学感受器 感受动脉血和脑脊液中O2 CO2和H 水平的感受器 1 外周化学感受器 颈动脉体和主动脉体PO2 PCO2 或H 颈动脉体 窦神经 舌咽神经 延髓 主动脉体 迷走神经 延髓 2 中枢化学感受器 延髓腹外侧浅表部位生理刺激 脑脊液和局部细胞外液中的H 颈动脉体 2 CO2 H 和O2对呼吸的影响 1 CO2的影响Sig 最重要的生理性化学因素 Func 动脉血 在一定范围内升高 可加强对呼吸的刺激作用 超过一定限度则有抑制和麻醉效应 Road PCO2 脑脊液中 H 中枢化学感