2013呼吸系统基础医学概要申惠君学生

第五章 呼 吸RESPIRATION,新乡医学院三全学院 申惠君,呼吸（respiration）：机体与外界环境间的气体交换过程。“吸”：摄入O2 ； “呼”：排出CO2,呼吸的三个环节,肺通气,肺换气,组织换气,胞内氧化,呼吸的基本过程、环节,组织细胞,血液循环,肺,气体在血液中的运输,外呼吸,内呼吸,4,第一节 肺通气第二节 肺换气和组织换气第三节 气体在血液中的运输第四节 呼吸运动的调节,第一节 肺通气 Pulmonary ventilation,第一节 肺 通 气一、肺通气的概念二、肺通气的原理,（一）肺通气的动力 1.呼吸运动 2.肺内压 3.胸膜腔内压（二）肺通气的阻力 1.弹性阻力和顺应性,三、肺通气功能的评价,（一）肺容积和肺容量 1.肺容积 2.肺容量 （二）肺通气和肺泡通气量 1.肺通气量 2.无效腔和肺泡通气量,一、肺通气（Pulmonary ventilation）,：肺与外界环境之间的气体交换过程。,二、肺通气的原理,（一）肺通气的动力1.呼吸运动,（1）呼吸运动的过程直接动力：肺内压与大气压之间的压力差。原动力：呼吸肌收缩和舒张引起的节律性呼吸运动。,呼吸肌,主要：膈肌和肋间外肌,辅助：斜角肌和胸锁乳突肌,呼气运动：,吸气运动,主要: 腹肌和肋间内肌,（1）吸气运动（主动过程）,膈肌和肋间外肌收缩 膈顶下降、肋骨和胸骨上举、肋骨下缘外翻胸腔上下径、前后径、左右径 胸腔容量 肺被动扩张肺容积肺内压大气压外界气体进入肺泡,（2）呼气运动（被动过程）,膈肌、肋间外肌舒张膈顶上升、肋骨和胸骨复位 胸廓回位 胸腔容积 肺弹性回缩肺容积 肺内压力升高并大于大气压气体由肺排出,平静呼吸,用力呼吸,除了吸气肌舒张外，还有呼气肌（腹肌和肋间内肌）参与，是主动过程。也称深呼吸。,特点：吸气和呼气都是主动运动。,呼吸运动演示膈的变化,肺通气原动力： 来自呼吸肌收缩和舒张引起的节律性呼吸运动。,腹式呼吸: 婴儿、胸膜炎、胸腔积液 胸式呼吸: 严重腹水、腹腔有巨大肿块混合呼吸: 正常成人,腹式呼吸,胸式呼吸,按呼吸深度分: 平静呼吸和用力呼吸； 按动作部位分:,胸式呼吸、腹式呼吸和混合式呼吸,（2）类型,2、肺内压（Intrapulmonary pressure）,肺泡内的压力，正常1-2mmHg。,等于大气压,吸气,胸廓扩张,肺扩张,肺内压,气流进入,肺内压逐渐,肺内压 大气压,吸气开始,吸气停止,吸气末,肺内压 = 大气压,等于大气压,呼气,胸廓缩小,肺缩小,肺内压,气流流出,肺内压逐渐,肺内压 大气压,吸气开始,呼气停止,吸气末,肺内压 = 大气压,注意：肺内压 的变化是先负后正,肺内压 大气压,吸气开始,吸气末,肺内压 = 大气压,肺内压 大气压,吸气开始,吸气末,肺内压 = 大气压,正压人工呼吸,负压人工呼吸,3. 胸膜腔内压（胸内压）,胸膜腔：胸膜脏层（紧贴肺）与壁层（紧贴胸廓）间的一个密闭的潜在性腔隙。浆液作用： 润滑，降低呼吸过程中脏、壁胸膜之间摩擦力；靠液体分子内聚力，使胸廓与肺的运动相耦联。,1）胸膜腔,胸壁,胸膜壁层,胸膜脏层,胸膜腔,肺,2）胸内压的大小,直接测压法,测定方法,直接测定：动物实验,间接测定：用食管内压替代胸内压,直接测定,3）胸内负压的形成,肺因受到胸廓牵拉，处于被动扩张的状态，这使得肺产生了弹性回缩力。,弹性回缩力,肺内压,脏层外移,(大 气 压),肺 内 压,脏层恢复,(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力),肺 回 缩 力,胸内压肺内压肺回缩力,在平静吸气和呼气末：胸内压肺回缩力,结论： 平静呼吸时，胸内压总是低于肺内压和大气压的负压，而且该负压是肺回缩力引起的。,4）呼吸过程中胸内压的变化,胸内压肺内压肺回缩力,吸气中：,肺进步扩张,肺回缩力,胸内压负压增大,呼气中：,肺扩张减小,肺回缩力,胸内压负压减小,胸内压,肺内压,肺容积,吸气,呼气,总结肺通气的直接动力：大气与肺泡之间的压力差肺通气的原动力：呼吸肌的活动胸内负压：是原动力转化为直接动力的关键,维持肺处于扩张状态，临床常见气胸、肺气肿；促进血液和淋巴液的回流；纽带作用，使胸廓与肺的运动相耦联。,5）胸内负压的生理意义,肺不张,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,第一节 肺 通 气一、肺通气的概念二、肺通气的原理,（一）肺通气的动力 1.呼吸运动 2.肺内压 3.胸膜腔内压（二）肺通气的阻力 1.弹性阻力和顺应性 2.非弹性阻力,三、肺通气功能的评价,（一）肺容积和肺容量 1.肺容积 2.肺容量 （二）肺通气和肺泡通气量 1.肺通气量 2.无效腔和肺泡通气量,（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,常态下可忽略不计,1.弹性阻力和顺应性：,弹性阻力（elastic resistance）：弹性组织对抗外力作用所引起的变形的力（对抗变形和回位）。,顺应性（compliance）：在外力作用下弹性组织发生变形的难易程度。,顺应性大 = 易扩张 = 弹性阻力小顺应性小 = 不易扩张 = 弹性阻力大,1）肺弹性阻力（阻止肺扩张的力）,两个来源：（1）肺弹性回缩 1/3 肺扩张 肺弹性纤维，胶原纤维被牵拉 肺的弹性回缩力 弹性阻力 肺性顺应性（2）表面张力 2/3,肺弹性阻力的度量,肺的静态顺应性曲线,肺容积变化(V) 肺顺应性(CL)= = 0.2L/cmH2O 跨肺压变化(P) 肺内压与胸膜腔内压之差,a曲线的斜率大，表示顺应性大，弹性阻力小；. b曲线的斜率小，表示顺应性小，弹性阻力大。,（1）肺弹性组织回缩,肺顺应性：描述肺与胸廓的弹性特性,（2）肺泡表面张力,叶片上的露水在表面张力的作用下形成水珠,表面张力发生在液体-气体界面,肺泡液,表面张力,使肺泡缩小，产生肺泡回缩压（P）,（2）肺泡表面张力,肺泡内存在液-气界面，液体分子产生表面张力，方向指向中心，使肺泡缩小；,吸气时，肺泡扩大，肺泡表面张力是吸气阻力。,呼气时，肺泡缩小，肺泡表面张力是呼气动力。,证明肺泡表面张力占肺弹性阻力2/3的实验：,离体肺在充气和充水使肺扩张至相同容积时， 充气所需的跨肺压，前者是后者的13。,r2,r1,P1,P2,T,T,P：肺泡液-气界面压强 r：肺泡半径T：表面张力系数,肺泡半径越大，相对表面积越小，表面张力跟肺泡大小成反比,小肺泡的回缩力大，大肺泡的回缩力小,来源：肺泡型细胞分泌成分 : 二棕榈酰卵磷脂,表面活性物质,特点： 具有双嗜性，降低表面张力，分子垂直排列于肺泡的液-气界面，极性端插入液体层，非极性端朝向肺泡腔，其密度随肺泡的张缩而改变。,a.降低肺泡表面张力降低吸气阻力； b.减少肺泡内液的生成防肺水肿的发生;c.维持肺泡内压的稳定性防肺泡破裂或萎缩；,作用：,肺泡内压=表面张力-表面活性物质产生的抵抗力,肺不张,临床： 成人肺炎、肺血栓等表面活性物质肺不张。 早产儿可因缺乏表面活性物质而发生肺不张和新生儿肺透明膜病呼吸窘迫综合征。,（2）胸廓的弹性阻力和顺应性,胸廓是一个双向弹性体，其弹性回位力的方向与胸廓所处的位置有关。,自然位置（平静吸气末，肺容量67%肺总量）胸廓回位力0；小于自然位置（平静呼气末，肺容量67%肺总量）胸廓回位力向外，是吸气动力，呼气阻力；大于自然位置（深吸气时，肺容量67%肺总量）胸廓回位力向内，是吸气阻力，呼气动力。,肺的弹性阻力永远是吸气的阻力，呼气的动力；胸廓的弹性阻力是视其位置而定。,，,占30%，包括气道阻力、惯性阻力和粘滞阻力，为动态阻力。,2.非弹性阻力：,惯性阻力：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肺通气的力。平静呼吸时，呼吸频率低、气流速度慢，惯性阻力小，可忽略不计。粘滞阻力：呼吸时组织相对位移所发生的摩擦。气道阻力：来自气体流经呼吸道时气体分子间和气体分子与气道壁之间的摩擦，是非弹性阻力的主要成分，约占8090%。主要分布于上呼吸道：鼻50%、声门25%、气管支气管15%，细支气管及以下10%。,第一节 肺 通 气一、肺通气的概念二、肺通气的原理,（一）肺通气的动力 1.呼吸运动 2.肺内压 3.胸膜腔内压（二）肺通气的阻力 1.弹性阻力和顺应性 2.非弹性阻力,三、肺通气功能的评价,（一）肺容积和肺容量 1.肺容积 2.肺容量 （二）肺通气和肺泡通气量 1.肺通气量 2.无效腔和肺泡通气量,（一）肺基本容积和肺容量,三、肺通气功能的评价,肺容积（pulmonary volume） ：肺内气体的容积称为肺容积；分为潮气量、补吸气量、补呼气量和余气量。,肺容量（pulmonary capacity）：肺容积中两项或两项以上的联合气体量称为肺容量；包括深吸气量、功能余气量、肺活量和肺总（容）量。肺容积全部相加后为肺容（总）量。,肺容积和肺容量是评价肺通气功能的基础和指标。,潮气量（tidal volume，TV）： 每次呼吸时吸入或呼出的气体量，平静呼吸约500 ml， 最大可达肺活量。 补吸气量（inspiratory reserve volume，IRV）： 平静吸气末再尽力吸气所能吸入的气体量，约1500-2000ml。 补呼气量（expiratory reserve volume，ERV）： 平静呼气末再尽力呼气所能呼出的气体量，900-1200 ml。 残（余）气量（reserve volume，RV）： 最大呼气末仍残留在肺内不能呼出的气量，约10001500 ml。肺气肿、支气管哮喘时增大。,（一）肺基本容积和肺容量 1.肺容积,深吸气量（inspiratory capacity，IC）： 平静呼气末尽力吸气所能吸入的最大气体量。 功能残气量（functional reserve volume，FRV）： 平静呼气末存留于肺内没有呼出的气量，约2500ml，可缓冲呼吸中肺泡气PO2和PCO2的变化。 肺活量（vital capacity，VC）： 尽力吸气后从肺内所能呼出的最大气量。反映肺一次最大的通气能力。正常男3500ml，女2500ml。受年龄、性别、体格诸多因素影响。 用力肺活量（forced vital capacity，FVC）： 一次最大吸气后尽力尽快呼气，从肺内所能呼出的最大气量。 用力呼气量（forced expriratory volume，FEV）： 一次最大吸气后，再尽力尽快呼气，分别记录第1、2、3s末呼出的气量。正常占FVC 80%、96%、99%。,（一）肺基本容积和肺容量 2.肺容量,（二）肺通气量和肺泡通气量,1、肺通气量： 每分钟吸入或呼出的气体总量称为肺通气量。正常成人平静呼吸时，肺通气量为6-9 L。,肺通气量=,潮气量呼吸频率,频率：,成人:1218次/分 婴儿:6070次/分,2. 生理无效腔（physiological dead space）,解剖无效腔：从鼻到呼吸性支气管之间气道不能进行气体交换，其容纳气量，约 150 ml。 肺泡无效腔：即使是进入肺泡内气体也可能由于肺泡周围血流不足而没有发生气体交换，此肺泡容积为肺泡无效腔。正常平卧位接近于0。,3. 肺泡通气量（alveolar ventilation） 指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量，即：,肺泡通气量 （潮气量 - 无效腔量） 呼吸频率,浅而快的呼吸,深而慢的呼吸,正常在93%以上，表达了通气功能的储备能力。,通气贮量百分比 ,最大随意通气量,最大随意通气量每分平静通气量,100,最大随意通气量：尽力深快呼吸，每分钟所能吸入或呼出的最大气量。一般可达150L/min，25倍于肺通气量。,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 （一）气体的扩散（diffusion）,二、肺换气 （一）肺换气过程（二）影响肺换气的因素,三、组织换气,一、肺换气和组织换气的基本原理,（一）气体的扩散（diffusion）,肺换气和组织换气就是以气体的扩散（单纯扩散）方式进行的。通常将单位时间内气体扩散的容积称为气体扩散速率（diffusion rate, D）。,式中：P：气体在扩散界面两侧的分压差；T：温度；A：气体扩散的面积；S：气体分子的溶解度；d：气体扩散的距离；MW：气体的分子量。,气体分压差(P):气体扩散的动力 气体分压=总压力该气体的容积百分比气体的分子量（MW）和溶解度（S）： 扩散系数=S /（MW）1/2扩散面积(A)和距离(d)温度(T),二、肺换气,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,(一）肺换气过程,CO2,（二）影响肺换气的因素,呼吸膜（气体-血液）六层结构组成： 含肺表面活性物质的液体层、 肺泡上皮细胞层、 上皮基底膜、 肺泡上皮和毛细血管膜之间的间隙（基质层）、 毛细血管的基膜、 毛细血管内皮细胞层。,2扩散面积（A）：呼吸膜的面积,1.扩散距离（d）：呼吸膜的厚度,使呼吸膜增厚或扩散距离增加的疾病，都会降低气体扩散速率，减少扩散量，如肺纤维化、肺水肿.,肺不张、肺实变、肺气肿、肺叶切除或肺毛细血管关闭和阻塞，均使呼吸膜扩散面积减小，进而影响肺换气。,3通气/血流比值（ventilation/perfusion ratio）,定义：每分钟肺泡通气量和每分钟肺血流量之间的比值。正常成人安静时， 约为0.84。,VA/Q,比值增大，导致肺泡无效腔增大；比值降低，导致功能性动-静脉短路,正常人直立时肺通气和血流量的分布,三、组织换气,气体交换界面不同：换气的机制和影响因素与肺换气相似，不同的是气体的交换发生于液相介质（血液-组织液-细胞内液）之间。气体扩散的方向不同：由于细胞的有氧代谢，使得组织的PO2 动脉血，故动脉血液流经组织毛细血管时，O2从血液向组织液和细胞扩散，CO2则由组织液和细胞向血液扩散，动脉血因失去O2和得到CO2而变成静脉血。,PO2 = 100 mm HgPCO2 = 40 mm Hg,PO2 = 30 mm HgPCO2 = 50 mm Hg,与肺换气相比较，组织换气有如下特点：,PO2 = 40 mm HgPCO2 = 46 mm Hg,一、O2和CO2在血液中的运输形式二、氧的运输（一）Hb与O2结合的特征（二）氧解离曲线（三）影响氧解离曲线的因素三、二氧化碳的运输 （一）二氧化碳的运输形式 （二）O2与Hb的结合对CO2运输的影响,第三节 气体在血液中的运输,一、O2和CO2在血液中的运输形式,二、氧的运输,（一）Hb与O2结合的特征,血红蛋白组成示意图,Fe2+,1个 HbO2 =1个珠蛋白+4个血红素+ 4分子O2,1个 Hb =1个珠蛋白+4个血红素,2. Fe2+与氧结合后仍是二价铁，是氧合不是氧化,3. 1分子Hb可以结合4分子O2,Hb(血)氧容量:100ml血液中，Hb能结合的最大O2量Hb(血）氧含量:100ml血液中，Hb实际结合的O2量Hb(血）氧饱和度:Hb氧含量与氧容量的百分比,发绀：去氧Hb5g/100ml，皮肤、粘膜呈暗紫色,Hb的氧容量约为20.1ml/100ml动脉血中氧含量约为19.4ml/100ml静脉血中氧含量约为14.4ml/100ml,4. Hb与O2的结合或解离曲线呈S形,与Hb变构有关,Hb的4个亚单位无论在结合或释放O2时，彼此间有协同效应,（二）氧解离曲线（oxygen dissociation curve),表示血液中Po2与血氧饱和度关系的曲线,1.上段（ Po2 60-100mmHg)特点：坡度较平坦。表明：Po2的变化对Hb氧饱和度影响不大。,意义：保证低氧分压时的高载氧能力。高原生活或呼吸道疾病时, Po2不低于70mmHg，不会有严重缺氧发生。,97.4,94,5 ml,2.中段（40-60mmHg)特点：坡度较陡。表明：Hb释放氧部分。每100 ml血液流经组织时释放了5mlO2。意义: 维持正常时组织氧供。,19.4-14.4=5ml,19.4,14.4,3.下段（15-40mmHg ）: 特点：曲线最陡的部分,是HbO2与O2解离的部位 。表明：当组织代谢活动加强时，PO2可降至15mmHg，Hb氧饱和度小于20，可供组织15 ml氧。意义: 代表了氧储备。,19.4-4.4=15ml,19.4,4.4,15,P50增大，曲线右移，Hb对O2的亲合力降低, 易解离；左移反之,（三）影响氧解离曲线的因素,P50 :使Hb氧饱和度达50%时的Po2。表示Hb对O2的亲合力,影响Hb对O2的亲合力或P50因素：血液的pH、Pco2、温度和有机磷化合物等,1.pH和Pco2的影响,波尔效应（bohr effect）：酸度对Hb氧亲合力的影响生理意义：既可促进肺毛细血管血液的氧合，又有利于组织毛细血管血液释放氧,pH或Pco2 亲合力 曲线右移,( 酸度),pH或Pco2 亲合力 曲线左移,( 酸度),2.温度,(1) TH+的活度 Hb与o2亲和力Hb释放o2 氧离曲线右移氧离易如：组织代谢局部 T+CO2H+曲线右移氧离易 (2)TH+的活度Hb与o2亲和力Hb结合o2 氧离曲线左移氧离难,如： a.低温麻醉时，应防组织缺o2 b.冬天，末梢循环+氧离难局部红、易冻伤,(1)高原缺氧 RBC无氧代谢 DPG 氧离曲线右移氧离易,(2)大量输入冷冻血DPG氧离曲线左移氧离难,3.2，3-二磷酸甘油酸（2，3-DPG）,2，3-DPG 亲合力 曲线右移,2，3-DPG 亲合力 曲线左移,影响氧离曲线的因素,4.其他因素,胎儿的Hb（HbF）与O2的亲合力较高，有助于胎儿血液流经胎盘时从母体摄取O2,CO与Hb的亲合力是O2的250倍，使氧解离曲线左移，CO既妨碍Hb与O2的结合，又妨碍O2的解离,镰状红细胞贫血：其Hb为S型，HbS的红细胞含有较多的2，3-DPG，因此与氧的亲和力降低，氧离曲线右移,一、O2和CO2在血液中的运输形式二、氧的运输（一）Hb与O2结合的特征（二）氧解离曲线（三）影响氧解离曲线的因素三、二氧化碳的运输 （一）二氧化碳的运输形式 （二）O2与Hb的结合对CO2运输的影响,第三节 气体在血液中的运输,三、二氧化碳的运输,（一）二氧化碳的运输形式,氨基甲酰血红蛋白,HbO2,1.碳酸氢盐,H2CO3,HCO3- + H+,CO2+H20,碳酸酐酶,红细胞,在组织,在肺,Cl-（氯转移）,从组织扩散进入血液的CO2，大部分进入红细胞。大量CO2的存在形式是在胞内KHCO3和血浆中的NaCHO3,Cl-经由血浆进入红细胞以保持电荷平衡，这一现象称为Cl-转移。,调节这一反应的主要因素是氧合作用。HbO2比Hb更容易与CO2结合形成氨基甲酰血红蛋白，所以：, 在组织：HbO2解离释出O2，部分HbO2变成Hb，与CO2结合成HHbNHCOOH（氨基甲酰血红蛋白）。此外，Hb的酸性比HbO2弱，易与H+结合，也促进反应向右进行，并缓冲pH的变化。 在肺部：HbO2生成增多，促使HHbNHCOOH（氨基甲酰血红蛋白）解离，释放CO2和H+，反应向左进行。,2.氨基甲酰血红蛋白,氨基甲酰血红蛋白,HbO2,3.CO2解离曲线,CO2解离曲线是表示血液中CO2含量与PCO2关系的曲线，从该解离曲线可以看出：,血液中CO2的含量随PCO2的升高而增加。接近线性而不呈S形，且无饱和点，故CO2解离曲线的纵坐标不用饱和度而用浓度表示。,52 48 = 4 ml/100 ml,静脉血,动脉血,（二）O2与Hb的结合对CO2运输的影响,何尔登效应：O2与Hb结合可促使CO2释放，而去氧Hb则容易与CO2结合的现象。,CO2通过波尔效应影响O2与Hb的结合与释放，,波尔效应：CO2影响Hb结合、释放O2。,何尔登效应：O2影响Hb结合、释放CO2。,在PO2低处（如组织）：由于Hb与O2解离，何尔登效应促进了血液对CO2的摄取和结合，使血液CO2含量升高。在PO2低处（如肺部）：由于Hb与O2结合，何尔登效应促进了血液对CO2的释放，血液中CO2含量降低。,第四节 呼吸运动的调节,一、呼吸中枢,二、呼吸的反射性调节,（一）化学感受性呼吸反射,（二）肺牵张（黑-伯）反射,（三）呼吸肌本体感受性反射,一、呼吸中枢（respiratory center）,呼吸中枢 ，是指中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群 。,1.脊髓：联系脑和呼吸肌的中继站和整合某些呼 吸反射的初级中枢。,3.大脑皮质：随意呼吸调节系统,二、呼吸的反射性调节,（一）化学感受性呼吸反射,化学因素：指动脉血、组织液或脑脊液中的O2、CO2和H+,化学感受器（chemoreceptor）,位于颈动脉体和主动脉体感受动脉血中的Po2、Pco2 或H+,（1）外周化学感受器,（2）中枢化学感受器,Po2、Pco2 或H+ 呼吸加深加快,主动脉,主动脉体,颈动脉体,（2）中枢化学感受器,对三种化学因素的反应： 对脑脊液和局部细胞外液中的H+敏感； CO2不是其直接的生理性刺激因素； 不感受低氧的刺激。,(1)CO2：CO2 呼吸开始加深肺通气量 CO2 排出 CO2恢复正常CO2 超过一定量 肺通气量不足 呼吸减弱 CO2 麻醉。,呼吸加深加快,延髓呼吸中枢+,外周化学感受器+,中枢化学感受器+,CO2透过血脑屏障进入脑脊液: CO2H2OH2CO3H+HCO3-,CO2,机制:,1、CO2 、H+和低氧对呼吸的影响,(2)H+: H+升高呼吸加深加快 H+降低呼吸抑制 机制:与CO2一样，也是通过外周化学感受器和,中枢化学感受器实现的。,特点:主要