ME 5 第五章 呼吸

第五章呼吸Respiration 呼吸Respiration 机体与外界环境之间的气体交换过程 即机体吸入氧气 排出二氧化碳的过程 呼吸过程Respiratoryprocess 外呼吸Externalrespiration 肺呼吸 肺通气pulmonaryventilation肺换气气体在血液中的运输内呼吸Internalrespiration 组织呼吸 组织换气细胞呼吸 第一节呼吸道与肺泡 一 呼吸道Respiratorytract 上呼吸道 鼻 咽 喉下呼吸道 气管 支气管 肺的传导部结构与功能特点 呼吸道粘膜具保护作用 加温 湿润 清洁 平滑肌的舒缩作用调节气道阻力 二 肺泡Alveoli 1 肺泡 气体交换的主要部位半球状囊泡肺泡壁由单层上皮细胞构成 2 呼吸膜Respiratorymembrane 呼吸膜由六层结构组成 表面活性物质层极薄的液体层肺泡上皮细胞层间质层毛细血管的基膜毛细血管内皮细胞层 肺泡上皮层Alveolarepithelium I型肺泡上皮细胞 扁平细胞II型肺泡上皮细胞 球形 合成和分泌表面活性物质 型肺泡上皮细胞 立方形 刷状细胞brushcell 液体和表面活性物质层Fluidandsurfactantlayer 液体层表面张力Surfacetension产生肺泡回缩力recoilforce 表面张力对呼吸的不良影响 使肺泡不易扩张 增加吸气阻力 使肺泡内压不稳定 表面活性物质SurfactantII型细胞分泌的一种复杂的脂蛋白 主要成分是二软脂酰卵磷脂Dipalmitoylphosphatidylcholine DPPC 生理作用 降低表面张力 使表面张力降低到原来的1 4 1 7 维持肺泡容积大小的相对稳定 调整肺泡回缩力的作用 避免肺水肿 一 呼吸运动RespiratoryMovement 呼吸肌收缩和舒张所引起的胸廓的节律性扩张和缩小 第二节呼吸运动与肺通气 吸气肌 肋间外肌 膈肌 呼气肌 肋间内肌 腹肌 呼吸运动的过程 平和呼吸吸气为主动过程 呼气为被动过程 深呼吸或用力呼吸吸气和呼气均为主动过程 呼吸运动的型式 腹式呼吸Abdominalrespiration 膈肌活动为主胸式呼吸Thoracicrespiration 肋间外肌活动为主混合型呼吸 一 肺内压intrapulmonarypressure 肺泡内的压力 吸气初 吸气末 呼气初 呼气末大气压与肺内压之间的压力差是肺通气的直接动力 平和呼吸时肺内压变化幅度在2 3mmHg 二 肺内压和胸内压 二 胸膜腔内压PleuralCavityandIntrapleuralPressure 胸膜腔 密闭 潜在的腔隙胸 膜腔 内压 胸膜腔内的压力 低于大气压 故又称胸内负压 测量方法 直接法 间接法 1 胸内负压的正常值 平静呼气末约为 0 4 0 67kPa 3 5mmHg 平静吸气末约为 0 67 1 33kPa 5 10mmHg 用力吸气可降到 11 97kPa 90mmHg 用力呼气可升高到 14 63kPa 110mmHg 2 胸内负压的成因 胸内压 肺内压 肺的回缩力 大气压 肺的回缩力 肺回缩力胸内负压是肺的回缩力所造成胸廓的发育速度大于肺的发育速度 3 胸内负压的生理意义 使肺泡保持扩张状态而不致萎陷 降低中心静脉压 促进静脉血液的回流和淋巴液的回流 一 肺容量pulmonarycapacity 潮气量 Tidalvolume TV 平静呼吸时吸入或呼出的气体量 400 500ml补吸气量 Inspiratoryreservevolume IRV 吸气贮备量1500 2000ml补呼气量 Expiratoryreservevolume ERV 900 1200ml 三 肺容量与肺通气量 肺活量 Vitalcapacity VC 作最大深吸气之后 再作尽力深呼气 所能呼出的气体量肺活量 潮气量 补吸气量 补呼气量正常值 M 3500m1 F 2500m1意义 反映肺一次通气的最大能力 时间肺活量Timedvitalcapacity 一般指用力吸气后 再用力并以最快的速度呼气 在头几秒钟所呼出的气体量占肺活量的百分数 正常值 第一秒末占83 第二秒末占96 第三秒末占99 意义 反映了肺活量容量的大小 又反映了呼气时所遇阻力的变化 评价通气功能的较好指标 机能余气量和余气量Functionalresidualcapacityandresidualvolume余气量 男性约1500ml 女性约为1000ml机能余气量 余气量 补呼气量男性约为2500ml 女性约为2000ml肺总容量Totallungcapacity肺活量 余气量男性为5000ml 女性为3500ml 二 肺通气量pulmonaryventilationvolume 每分通气量Minuteventilation潮气量 呼吸频率 正常值约为6 7 5L 正常成人安静时呼吸频率约为12 18次 min 每分最大通气量Minutemaximalventilationvolume以最快的速度和尽可能深的幅度进行呼吸时 所得到的每分通气量意义 代表单位时间内肺或呼吸器官发挥了最大潜力后 所能达到的通气量 无效腔Deadspace 不能与血液进行气体交换的气道空间解剖无效腔 鼻 咽 喉 气管 支气管等呼吸道150ml肺泡无效腔 肺泡中不能与血液进行气体交换的无效腔 正常人肺泡无效腔接近于零生理无效腔 解剖无效腔 肺泡无效腔 肺泡通气量Alveolarventilationvolume每分肺泡通气量 潮气量 无效腔气量 呼吸频率 500 150 12 4200ml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 一 弹性阻力和顺应性Elasticresistanceandcompliance 弹性阻力 弹性组织在外力作用下变形时产生对抗变形和回缩的力顺应性 弹性组织在外力作用下的可扩展性C V P L cmH2O 顺应性与弹性阻力的关系 C 1 R 四 肺通气的阻力Resistanceofpulmonaryventilation 1 肺的弹性阻力和顺应性 肺的弹性阻力 肺弹力纤维回缩力1 3 肺泡表面张力2 3肺的顺应性 一定的外来压力所引起的肺容量增加的比率CL 肺容积变化 V 跨肺压 P跨肺压 肺内压 胸内压静态肺顺应性 成年人为0 2L cmH2O 与肺顺应性有关的因素 肺弹性阻力 肺充血 肺组织纤维化 肺泡表面活性物质减少 弹性阻力 顺应性 肺气肿 弹性阻力 顺应性 肺的总容量大则肺顺应性也大比顺应性 所测肺顺应性 总肺容量 2 胸廓的弹性阻力和顺应性 胸廓弹性阻力胸廓的顺应性Tc V P L cmH2O P为跨壁压 胸内压 大气压正常值 0 2L cmH2O 3 肺和胸廓的总的弹性阻力 TLR 胸廓的弹性阻力 TR 肺的弹性阻力 LR 1 TLC 1 TC 1 LC总顺应性 TLC 0 1L cmH2O 二 非弹性阻力Non elasticresistance 1 气流阻力Gasflowresistance或气道阻力airwayresistance2 惯性阻力Inertialresitance 气流阻力的影响因素 气流的速度 形式和气道口径气道口径的影响因素包括跨壁压 肺实质的牵引作用 自主神经系统的作用以及化学因素的影响等 交感N兴奋 气道口径 气流阻力 迷走N兴奋 气道口径 气流阻力 吸气时 气流阻力 呼气时 气流阻力 组织胺 气道阻力 三 呼吸功Workofbreathing 呼吸肌收缩以克服弹性阻力与非弹性阻力而启动肺通气所做的功 弹性功 2 3非弹性功 1 3 五 人工呼吸 第三节呼吸气体的交换Exchangeofrespiratorygas 肺换气 气 液组织换气 液 液 一 呼吸气体交换的物理学基础Physicalbasisofrespiratorygasexchange 气体分压Gaseouspartialpressure 气体分压 各种气体的总压力 该气体的容积百分比气体溶解度Gaseoussolubility 当气体分压为101 08kPa 760mmHg 时 每毫升液体所能溶解的某气体量 气体张力Gaseoustension 溶解于液体中的气体分子从液体表面逸出的力 气体在液体中的扩散Gaseousdiffusioninfluid 气体分子从浓度高的区域向低的区域扩散 气体交换的动力 分压差 肺泡气 血液和组织内O2和CO2的分压kPa mmHg 肺泡气静脉血动脉血组织O213 65 3313 34 0 102 40 100 30 CO25 336 135 336 67 40 46 40 50 二 气体交换的过程Processofgasexchange 在肺部在组织 三 影响气体交换的因素Factorsaffectinggasexchange 1 气体扩散速率 单位时间内气体扩散的容积 P分压差 S溶解度 CO2的S为O2的24倍 A扩散面积 T温度 D扩散距离 MW气体分子量 2 呼吸膜的生理状态 呼吸膜的面积呼吸膜的厚度 低氧血症 3 通气 血流比值Ventilation perfusionratio V Q 每分钟肺泡通气量和每分肺血流量 即心输出量 的比值正常值 4 2L 5L 0 84 气体交换的效率最高比值小于0 84 功能性动静脉短路比值大于0 84 肺泡无效腔增大 肺通气与肺血流存在着自身调节 部分肺泡通气量减少时 O2分压下降 CO2分压升高 部分肺血管收缩 减少肺血流量部分区域血流量减少 则该区域肺泡气中的CO2分压下降 而使该区域的支气管收缩 减少通气量局部通气 血流比值不均匀 肺尖部可大于0 84 肺底部的比值则可小于0 84 四 肺换气的扩散容量 气体运输的形式Formsofgastransport 物理溶解Physicalsolution化学结合Chemicalcombination 第四节气体在血液中的运输Gastransportintheblood 血液O2和CO2的含量 ml 100ml血液 一 O2的运输Transportofoxygen 物理溶解 溶解的量取决于PO2的大小 1 5 化学结合 O2和血红蛋白 Hemoglobin Hb 的结合 一 O2和Hb的化学结合 Hb 珠蛋白 血红素 Fe2 HbO2呈鲜红色 Hb呈暗红色 1 反应快 可逆 不需酶的催化 受氧分压影响 2 Fe2 与O2的结合是氧合oxygenation 不是氧化Oxidation3 1分子Hb可结合4分子O2 1克Hb结合1 34 1 36mlO2 血红蛋白氧容量Oxygencapacity 100ml血液中Hb能结合O2的最大量 20ml 血红蛋白氧含量Oxygencontent 100ml血液中Hb实际结合O2的量血红蛋白氧饱和度OxygenSaturation 血红蛋白氧含量占血红蛋白氧容量的百分比 97 4 75 4 Hb与O2结合具有变构效应 使氧离曲线呈S形 变构效应effectofconfiguration Hb的立体构型可因与O2结合而发生改变 从而增加对氧的亲和力 二 氧离曲线及影响因素 反映Hb氧饱和度与血液PO2关系的曲线 氧分压对Hb结合氧量的函数曲线 呈S形 可分3段 上段 相当于PO260 100mmHg 是Hb与O2结合的部分 曲线平坦 表明PO2的变化对Hb氧饱和度影响不大 意义 肺泡气PO2下降时保证血氧饱和度在90 以上 中段 相当于PO240 60mmHg 是HbO2释放O2的部分 曲线较陡 表明PO2的变化对Hb氧饱和度影响较大 下段 相当于PO215 40mmHg 也是HbO2释放O2的部分 曲线最陡 PO2稍有下降HbO2就可大大降低 代表的O2的储备 1 pH和PCO2 pH降低或Pco2升高 使Hb对O2的亲和力降低 曲线右移波尔效应 Bohreffect 促进肺毛细血管血液的氧合 有利于组织毛细血管血液释放O2 2 温度 温度升高 氧解离曲线右移 促进O2的释放 3 2 3 二磷酸甘油酸2 3 diphosphoglycericacid 2 3 DPG 浓度升高 氧解离曲线右移 促进O2的释放 二 CO2的运输Transportofcarbondioxide 物理溶解 5 化学结合 HCO3 的形式运输 88 氨基甲酸血红蛋白形式运输 7 1 碳酸氢盐形式 一 CO2的化学结合 2 氨基甲酸血红蛋白形式运输 HbNH2 CO2 HbNHCOOH 组织PCO2高 HbNHCOOH HbNH2 CO2 肺部PCO2低 HbNHCOOH HbNHCOO H 主要调节因素是氧合作用 二 CO2解离曲线 与氧离曲线不同 血液CO2含量随PCO2上升而增加 几乎成线性关系而不是S形 而且没有饱和点 因此 CO2解离曲线的纵坐标不用饱和度而用浓度来表示 何尔登效应 Haldaneeffect O2与Hb结合促使CO2释放 三 血液CO2运输与酸碱平衡 第五节呼吸的调节Regulationofrespiratory 神经调节 呼吸运动的节律性化学调节 动脉血的O2 CO2和H 一 呼吸中枢 中枢神经系统内与产生和调节呼吸运动有关的神经细胞群 一 呼吸中枢与呼吸节律Respiratorycentersandrhythm 分段切脑实验 A D 说明呼吸节律产生于低位脑干 B 提示脑桥上部有抑制呼吸 吸气 的结构 呼吸调整中枢 迷走神经传入冲动抑制吸气 C 脑桥中下部有长吸中枢 三级呼吸中枢假说 1 脊髓Spinalcord 支配呼吸肌的运动神经元位于C3 5和胸段前角 中继站和初级中枢 2 延髓Medulla 产生基本呼吸节律呼吸神经元 吸气神经元呼气神经元吸气 呼气神经元呼气 吸气神经元 延髓呼吸中枢 腹侧呼吸组VRGventralrespiratorygroup 位于延髓的腹外侧部 纵贯延髓全长 后疑核 呼 疑核 吸 背侧呼吸组DRGdorsalrespiratorygroup 孤束核的腹外侧部 绝大多数是吸气神经元 4 上位脑Upperbrain 大脑皮层 边缘系统 下丘脑等 3 脑桥呼吸中枢 长吸中枢呼吸调整中枢 二 呼吸节律的形成Formationofrespiratoryrhythm 中枢吸气性活动及其切断机制假说inspiratoryoff switchmechanism延髓的呼吸节律主要是吸气性活动的节律 二 呼吸的反射性调节Reflexcontrolofrespiration 一 肺牵张反射 二 呼吸肌本体感受性反射 三 防御性呼吸反射 一 肺牵张反射 肺扩张和肺缩小引起吸气抑制或兴奋的反射 黑 伯反射 肺扩张反射 肺扩张 牵张感受器 气管到支气管的平滑肌中 迷走神经 延髓 兴奋吸气切断机制 吸气转入呼气 呼吸频率 生理作用 阻止吸气过长过深 促使吸气及时转为呼气 肺缩小反射 肺缩小 细支气