第四章--呼--吸

2020 4 21 1 第四章呼吸 Respiration 2020 4 21 2 呼吸 机体与外界环境之间的气体交换过程称为呼吸 2020 4 21 3 本章主要内容 肺通气原理 气体交换与运输 呼吸运动的调节 呼吸的全过程和呼吸器官 2020 4 21 4 机体同外界环境之间的气体交换过程 称为呼吸 respiration 它是由以下三个环节组成 一 呼吸的全过程 外呼吸 Externalrespiration 气体运输 Transpotation 内呼吸 Internalrespiration 外呼吸又称为肺呼吸 内呼吸又称为组织呼吸 第一节呼吸的全过程 2020 4 21 5 2020 4 21 6 第二节肺通气原理 一 呼吸系统的结构和功能 二 肺通气的原理 三 肺容量和肺通气量 2020 4 21 7 一 呼吸系统的结构和功能 一 呼吸道及功能 二 肺泡 2020 4 21 8 1 呼吸道 气体进出的通道 调节进出空气以及清洁空气的功能 防御性的反射 对机体有保护作用 2 呼吸道的功能 一 呼吸道及功能 2020 4 21 9 二 肺泡 是由单层扁平上皮组成的半球状含气小囊泡 其外表紧贴着丰富的毛细血管网和弹性纤维 1 肺泡壁上皮 细胞可以分为2种 大多数为扁平上皮细胞 I型细胞 少数为较大的分泌上皮细胞 II型细胞 2 呼吸膜 肺泡是气体交换的主要场所 气体进出肺泡所经历的结构被称为呼吸膜 呼吸膜主要由六层结构组成 含有肺泡表面活性物质的液体层 肺泡的上皮细胞层 肺泡的上皮基膜层 间质层 胶原纤维和弹性纤维组成的网 毛细血管的基膜层 毛细血管的内皮细胞 2020 4 21 10 2020 4 21 11 2020 4 21 12 在液体与气体的交界面上 由于液体分子之间的引力而产生的能够引起液体表面收缩的张力 肺内有成千上万个大小不同的肺泡 而它们各自形态的维持有赖于肺泡表面活性物质的作用 3 肺泡表面张力 2020 4 21 13 肺泡 型细胞分泌的一种复杂的脂蛋白 二软脂酰卵磷脂 4 肺泡的表面活性物质 形成单分子层分布于液 气界面 随肺泡的张缩改变密度 降低肺泡的表面张力 维持肺泡内压的相对稳定 防止肺泡积液 2020 4 21 14 2020 4 21 15 原动力 呼吸运动是肺通气的原动力 直接动力 肺内压与外界大气压间的压力差 一 呼吸运动呼吸运动 呼吸肌收缩 舒张造成的胸廓的扩大和缩小 吸气肌 使胸廓扩张产生吸气动作的肌肉 主要有肋间外肌和膈肌 呼气肌 使胸廓缩小产生呼气动作的肌肉 主要有肋间内肌和腹肌 辅助吸气肌 胸肌 背肌 胸锁乳突肌等收缩舒张则胸腔容积改变 二 肺通气的原理 2020 4 21 16 呼吸运动过程 吸气过程 呼吸过程 1 平静呼吸时 吸气是主动的 呼气是被动的 2 用力呼吸时 吸气和呼气都是主动的 1 吸气 inspiration 运动和呼气 expiration 运动 2020 4 21 17 肋间外肌收缩 肋骨向前向外移动 膈肌收缩 膈向后移动 胸腔容积增大 肺被动牵引而扩张 气体进入肺内 吸气运动 呼气运动 吸气肌舒张 膈和肋回位 肺失去牵引力 由于自身弹性和肺泡表面张力而回缩 气体被压出肺外 用力呼气时呼气肌才参与 2020 4 21 18 二 呼吸型 呼吸频率和呼吸音 1 呼吸型 哺乳动物呼吸型 breathingpattern 有三种 胸式呼吸 肋间肌收缩引起 胸部起伏明显腹式呼吸 膈肌收缩引起 腹部起伏明显胸腹式呼吸 混合式呼吸 肋间外肌和膈肌同程度活动 胸腹部均起伏明显 2020 4 21 19 2 呼吸频率 respiratoryfrequency 一分钟内呼或吸的次数为呼吸频率 3 呼吸音 呼吸运动时气体通过呼吸道及出入肺泡时与其磨擦产生的声音 常于胸廓的表面或颈部气管附近听取 有一定的临床诊断意义 喉音 气管音 肺泡音 2020 4 21 20 三 呼吸中胸膜腔内压的变化 1 胸膜腔内压即胸内压 是指胸膜腔内的压力 两层胸膜 脏层 内 壁层 外 中间 胸膜腔 两层胸膜形成一个密闭的 潜在的腔隙 2020 4 21 21 胸膜腔内只有少量的浆液 没有气体 2 使两层胸膜贴附在一起 不易分开 所以肺就可随着胸廓的运动而运动 1 润滑作用 减小摩擦力 两层胸膜可互相滑动 胸膜腔的密闭性和两层胸膜间浆液分子的内聚力有重要生理意义 如果密闭性被破坏 在临床上产生气胸 pneumothorax 2020 4 21 22 2 胸内负压的形成原理 1 肺内压 intrapulmonarypressure 指肺泡内的压力 大气所加的压力 使肺泡扩张 实现肺通气的直接动力 2 肺的回缩力 肺弹性回缩力 肺泡表面张力 使肺泡缩小 2020 4 21 23 3 胸内压 肺内压 肺回缩力 设大气压为生理零值 吸气末或呼气末 肺内压 大气压胸内压 大气压 肺回缩力 0 肺回缩力 肺回缩力吸气 负压 呼气 负压 由此可见 胸内负压是由肺的回缩力造成的 2020 4 21 24 3 胸内负压的生理意义 1 保持肺泡呈扩张状态 利于肺通气与换气 2 降低中心静脉压 促进静脉血和淋巴液回流和右心充盈 3 利于呕吐反射及反刍动物的逆呕 2020 4 21 25 概括肺通气的动力如下 原动力 呼吸肌的舒缩形成的呼吸运动 直接动力 呼吸运动引起的肺的被动扩张和回缩所形成的肺内压与大气压之间的压差 胸内负压是实现肺通气的重要条件 气胸 一侧气胸时肺的情况 2020 4 21 26 四 肺通气的阻力 肺通气的阻力包括 弹性阻力 非弹性阻力 1 弹性阻力 弹性组织在发生变形时 产生阻止变形恢复原位的力 称弹性阻力 1 肺的弹性阻力 肺回缩力 2 胸廓的弹性阻力 2020 4 21 27 肺组织本身的弹性回缩力1 3 1 肺弹性阻力 肺回缩力 肺泡内气 液界面的表面张力2 3 2 胸廓的弹性阻力 只有当吸气扩大到超过自然位置才表现一般弹性阻力 2020 4 21 28 粘滞阻力 来自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 气体分子之间以及气体分子与气道壁之间的摩擦 这是非弹性阻力的主要成分 约占80 90 惯性阻力 气流在发动 变速 换向时因气流和组织惯性所产生的阻止气体流动的因素 2 非弹性阻力 主要包括气流通过呼吸道所遇到的摩擦阻力 粘滞阻力和气道阻力 和在呼吸运动中呼吸器官移位的惯性阻力 2020 4 21 29 三 肺容量和肺通气量 一 肺总容量 totallungcapacity TLC 1 肺活量 vitalcapacity VC 用力吸气后再用力呼气 所能呼出的气体量 肺活量 潮气量 补吸气量 补呼气量 1 潮气量 tidalvolume TV 平静呼吸 eupnea 时 每次吸入或呼出的气体量 2 补吸气量 inspiratoryreservevolume 平和吸气末 再尽力吸气 多吸入的气体量为补吸气量 吸气贮备量 3 补呼气量 expiratoryreservevolume 平和呼气末 再尽力呼气 多呼出的气体量为补呼气量 呼气贮备量 2020 4 21 30 2 余气量 residualvolume 补呼气后肺内残留的气体量 3 功能余气量 functionalresidualcapacity FRC 平和呼气后肺内残留的气体量 即补呼气量与余气量之和 生理意义 缓冲了肺泡中氧和二氧化碳分压 PO2和PCO2 的急剧变化 使肺泡气和动脉血液中的PO2和PCO2不会随着呼吸发生大幅度波动 4 肺总容量 totallungcapacity TLC 肺所容纳的最大气体量为肺总容量 即肺活量与余气量之和 2020 4 21 31 2020 4 21 32 二 肺通气量 肺通气量指单位时间内进出肺的气体量 1 每分通气量 minuteventilationvolume 指每分钟进或出肺的气体总量 每分通气量 潮气量 呼吸频率最大通气量 maximalventilatorycapacity 每分钟肺能够吸入或呼出的最大气体量 每分最大通气量与每分通气量之差可表明肺的通气贮备量 是反映呼吸机能的良好指标 2 无效腔与肺泡通气量 alveolarventilation 解剖无效腔或死腔 anatomicaldeadspace 鼻 呼吸性细支气管内不参与气体交换的气体量 肺泡无效腔 alveolardeadspace 未能发生气体交换的这部分肺泡容量称肺泡无效腔 生理无效腔 physiologicaldeadspace 肺泡无效腔与解剖无效腔之和 2020 4 21 33 肺泡通气量按下式计算 每分肺泡通气量 潮气量 无效腔量 呼吸频率 从气体交换效果看 浅而快的呼吸对机体不利 适当深而慢的呼吸有利于气体交换 63 A 2020 4 21 34 第三节气体交换及运输 一 气体交换 二 气体运输 2020 4 21 35 一 气体交换 一 气体交换发生在两个部位 肺换气 肺与血液间的气体交换 组织换气 组织与血液间的气体交换 气体交换与运输 经肺换气与组织换气进入血液中的O2与CO2 经血液循环分别运送到组织和肺的过程 2020 4 21 36 二 气体交换原理 混合气体中 每种气体分子运动所产生的压力为该气体的分压 气体分子不停地进行着无定向运动 其结果是气体分子从高分压区域向低分压区域扩散 气体扩散速度 单位时间内气体扩散的容积 气体分子扩散速度与溶解度成正比 与分子量平方根成反比 CO2在血浆中的溶解度约为O2的24倍 分压差相等时 CO2扩散速度约为O2的20倍 临床多见缺氧而罕见二氧化碳潴留 2020 4 21 37 三 气体交换过程 2020 4 21 38 1 血液与肺泡间的气体交换 肺换气肺泡气中的O2透过呼吸膜扩散进入毛细血管内 而血中的CO2透过呼吸膜扩散进入肺泡内 2020 4 21 39 2 血液与组织液间的气体交换 组织换气组织中的CO2进入血液 而血液中的O2进入组织 毛细血管中的动脉血边流动边进行气体交换 逐渐变成静脉血 2020 4 21 40 3 影响肺内气体交换的主要因素 气体分压差 溶解度和分子量 呼吸膜的面积和厚度 通气 血流量比值 VA Q 指每分肺泡通气量 VA 和每分肺血流量 Q 之间的比值 VA Q 正常情况下 VA Q 4 2 5 0 84 VA Q 通气过剩 VA 或血流不足 Q 肺泡无效腔增大 通气不足 PO2 PCO2 VA Q 通气不足VA 或血流过剩Q 功能性动 静脉短路 肺泡通气不良 PO2 PCO2 2020 4 21 41 呼吸膜的厚度反比厚度大 扩散速率小 换气障碍 PO2 PCO2 肺纤维化 肺水肿 呼吸膜的面积 换气肺泡数量 正比面积小 扩散速率小 换气障碍 PO2 PCO2 肺不张 肺毛细血管闭塞 2020 4 21 42 0 84 适宜的气体交换 增大无效腔 部分静脉血未交换混入动脉血 2020 4 21 43 二 气体运输 气体 O2与CO2都以物理溶解和化学结合两种形式存在于血液中 并时刻保持着动态平衡 一 氧的运输 二 二氧化碳的运输 2020 4 21 44 每个血红素分子含一个亚铁离子 称为亚铁血红素 1 氧合 oxygenation 每个亚铁离子能结合一个氧分子 但这种结合是疏松的 血红蛋白与氧结合后 亚铁的价数不变 故称为氧合 oxygenation 而不是氧化 oxydation 一 氧的运输1 物理溶解形式的运输 仅占1 5 2 化学结合形式的运输 血红蛋白与氧的结合 占98 5 2020 4 21 45 HbO2 O2分压升高 Hb O2 O2分压降低 2020 4 21 46 血红蛋白和氧结合后铁为二价 该反应是氧合反应 反应快而可逆 不需要酶的催化 只受氧分压的影响 单独的血红素不能有效地结合氧 1分子的血红蛋白可以和4分子的氧结合 2 反应的特点 2020 4 21 47 1 Hb氧容量 血氧容量 OxygenCapacity 100ml血液中Hb所能结合的最大氧量称Hb氧容量 2 氧含量 血氧含量 Oxygencontent 100ml血液中 Hb实际结合的O2量称Hb的氧含量 3 Hb氧饱和度 Hb氧含量与氧容量的百分比为Hb氧饱和度 3 氧容量 氧含量 氧饱和度 2020 4 21 48 4 氧离曲线 oxygendissociationcurve 1 氧离曲线或称氧合血红蛋白解离曲线 以氧分压作横坐标 氧饱和度作纵坐标所做的曲线 是表示PO2与Hb氧饱和度的关系曲线 该曲线表示不同PO2下O2与Hb分离情况 同样也反映了不同PO2时O2与Hb的结合情况 2020 4 21 49 2 氧离曲线的特点和生理意义 氧离曲线呈 S 形 是血液运输O2有效的特性表现 第一阶段 PO2值在8 13 33kPa 60 100mmHg 维持氧饱和度 第二阶段 PO2值在5 33 8 0kPa 安静条件下代谢所需 第三阶段 PO2值在2 67 5 330kPa 机体的氧储备 2020 4 21 50 氧离曲线各段特点 PO2 kPa SO2 线形意义部位特点上段8 0 13 390 97 4平坦Hb与O2结合肺PO2变化对SO2影响不大中段5 3 8 075 90较陡HbO2释放O2安静组织PO25 3 100ml血液释放O25ml下段2 0 5 322 75最陡HbO2解离活动增强组织PO2略降 SO2 供给组织足够的O2 各段生理意义 上段 高原 高空 轻度呼吸功能不全 肺泡气PO2下降 只要不低于8kPa SO2 90 血液可携带足够的O2 机体不发生缺氧 下段 保证组织活动增强时有足够的氧供应 中段 血液流经组织时 释放适量的氧 保证安静状态下组织代谢需氧量 CO中毒 2020 4 21 51 3 氧离曲线的位移 Hb与氧的结合与分离受许多因素的影响 当氧离曲线的位置发生变化时 表明血红蛋白与氧的亲和力发生了改变 曲线右移 表明Hb与氧的亲和力下降 2020 4 21 52 pH值和CO2浓度的影响 血液pH下降或PCO2上升时 氧饱和度下降 曲线右移 反之 氧离曲线左移 温度的影响 温度升高 氧饱和度下降 曲线右移 反之 氧离曲线左移 2 3 二磷酸甘油酸 2 3 DPG 当血液中含量增加时 氧离曲线右移 4 影响氧离曲线位移的因素 2020 4 21 53 2020 4 21 54 二氧化碳在体内的运输也是以物理溶解和化学结合的方式进行的 2 化学结合95 1 物理溶解 5 碳酸氢盐 87 氨基甲酸血红蛋白 7 二 二氧化碳的运输 2020 4 21 55 2020 4 21 56 进入红细胞内的一部分二氧化碳能直接与血红蛋白的自由氨基结合 形成氨甲酰血红蛋白 carbaminohemoglobin 并能很快解离 这一反应无需酶的催化 调节它的主要因素是氧合作用 2020 4 21 57 第四节呼吸运动的调节 一 神经调节二 化学因素对呼吸的调节 2020 4 21 58 一 呼吸中枢 三 呼吸的反射性调节 二 呼吸节律的形成 另一方面是随意的控制 主要是大脑皮层的功能 它可以改变正常的呼吸节律 进行与意识有关的活动 如 屏气 说话 唱歌等 中枢系统对呼吸运动的调节分为两个方面 一方面是自动节律性的控制 主要是通过低位脑干的功能而产生正常的呼吸节律 一 神经调节 2020 4 21 59 结论 1 延髓存在基本的呼吸中枢 2 脑桥的1 3处存在呼吸调整中枢 1923年英国学者Lumsden用分段切除法成功地观察了呼吸节律的变化 提出了三级呼吸中枢的理论设想 一 呼吸中枢 2020 4 21 60 各级呼吸中枢 脊髓 中继站和整合某些呼吸反射的初级中枢 延髓 呼吸的基本中枢 生命活动的基本中枢 脑桥 呼吸的调整中心 高位脑 大脑皮层 边缘系统和下丘脑 2020 4 21 61 延髓存在基本的呼吸中枢 能发动和维持比较有规律的呼吸运动 延髓有多种类型的神经元 其中包括 1 背侧呼吸组 dorsalrespiratorygroupDRG 2 腹侧呼吸组 ventralrespiratorygroupVRG 集中在孤束核腹外侧 主要为吸气神经元 它以交叉方式支配对侧膈肌运动神经元 集中在凝核 后凝核 以及面神经核附近 有吸气神经元 也有呼气神经元 2020 4 21 62 在脑桥的1 3处呼吸的神经元相对集中的地方形成了臂旁内侧核和KF核团 合称BPKF核群 起呼吸的调整中枢的作用 其作用表现为 它们与延髓的呼吸中枢之间有双向联系 其作用是限制吸气 使吸气向呼气转换 目前认为 它是通过易化延髓 吸气切断 机制 促进吸气与呼气之间的相互转换 2020 4 21 63 二 呼吸节律的形成 1 在延髓存在一个吸气活动发生器 centralinspiratoryactivitygenerator CIAG 和吸气切断机制 inspiratoryoff switchmechanism IOS 2 在吸气活动发生器作用下 吸气神经元兴奋 其兴奋传向三个方面 下 传至脊髓吸气肌运动神经元 引起吸气 肺扩张 上 传至脑桥的PBKF核并加强其活动 横 传至吸气切断机制 使吸气切断机制兴奋 3 吸气切断机制则接受来自吸气神经元 PBKF核群和肺扩张后牵张感受器的冲动 冲动逐渐加强 达到阈值吸气切断机制兴奋发出冲动到吸气活动发生器 以负反馈终止其活动 吸气停止 转为呼气 2020 4 21 64 PBFK核群 局部神经元回路反馈控制假说 刺激 2020 4 21 65 三 呼吸的反射性调节 呼吸活动可受机体内外环境各种刺激的影响 如伤害性刺激 冷刺激 血压的骤然变化等都可使呼吸发生变化 重要的反射如下 1 肺牵张反射 Pulmonarystrechreflex 2 呼吸肌的本体感受性反射 3 防御性呼吸反射 2020 4 21 66 1 定义 由肺扩张或肺缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射称肺牵张反射 又称黑 伯二氏反射 Hering Beruerreflex 1 肺牵张反射 Pulmonarystrechreflex 肺扩张反射 肺缩小反射 2 意义 使呼吸不致过长 促使吸气及时转入呼气 它与脑桥呼吸调整中枢共同调节着呼吸的频率和深度 2020 4 21 67 1 定义 肌梭和腱器官是骨骼肌的本体感受器 它们所引起的反射为本体感受性反射 呼吸肌内也有本体感受器 当呼吸道通气阻力增大时 通过本体感受器反射增强呼吸肌的收缩力 克服通气阻力 保持足够的肺通气量 2 呼吸肌的本体感受性反射 2020 4 21 68 3 防御性呼吸反射 当鼻腔 咽 喉 气管与支气管的粘膜受到机械或化学刺激时 则会引起防御性反射 此反射具有清除刺激物 防止异物进入肺泡的作用 常见的呼吸性防御反射有 喷嚏反射 咳嗽反射 2020 4 21 69 二 化学因素对呼吸的调节 当血中或脑脊液中的CO2 H 浓度升高 或O2浓度降低时 通过刺激体内的化学感受器 对呼吸产生调节 从而排出体内过多的CO2 H 摄入O2以维持血液与脑脊液中CO2 O2 H 浓度的相对恒定 一 二氧化碳对呼吸的影响 二 低氧对呼吸的影响 三 氢离子对呼吸的影响 2020 4 21 70 1 中枢化学感受器 位于延髓腹外侧表层的对称化学敏感区域 引起中枢化学感受器兴奋的有效刺激是H 而不是CO2 2 外周化学感受器 颈动脉体和主动脉体 当血液中缺O2 二氧化碳分压和H 增高时其传入的神经冲动增加 2020 4 21 71 一 二氧化碳对呼吸的影响 血液中一定水平的CO2对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必需的 但血中PCO2增高或降低对呼吸有显著影响 实验证明 当动脉血中PCO2增高0 2kPa 1 5mmHg 便可使肺通气容量增大一倍 加快CO2的排出 以维持血中的CO2含量的相对恒定 若PCO2降低0 2kPa 1 5mmHg 会引起呼吸暂停 2020 4 21 72 20 为次要