中山大学生理课程之呼吸系统.ppt

（Respiration）,呼吸过程的三个环节：1.外呼吸：肺通气、肺换气2.气体在血液中的运输3.内呼吸(组织换气),本章主要内容1.肺通气:呼吸过程中胸内压、肺内压的变化,肺泡表面活性物质的作用2.肺换气和组织换气:原理,影响肺换气的因素3.气体在血液中的运输:O2运输形式,特点,氧解离曲线的意义及影响因素;CO2的运输形式4.呼吸运动的调节:CO2、H+和低O2对呼吸运动的调节,第一节肺通气一、肺通气的原理,呼吸肌收缩/舒张,胸廓容积扩大/缩小,肺容积扩大/缩小,肺内压与大气压的压力差,气体进出肺,原动力,直接动力,肺通气的动力：呼吸运动肺通气的阻力：弹性阻力（肺、胸廓）非弹性阻力（气道阻力、惯性阻力、组织粘滞阻力）,1.呼吸运动的形式（1）平静呼吸和用力呼吸平静呼吸：吸气主动，呼气被动用力呼吸：吸气主动，呼气主动（2）胸式呼吸和腹式呼吸2.肺内压呼吸过程中肺内压的变化,3.胸膜腔内压（胸内压、胸膜腔负压）（1）胸膜腔的结构特点密闭性脏层和壁层之间有少量浆液作用：润滑作用使两层胸膜贴附在一起,不易分开肺容积随胸廓运动而改变（2）胸膜腔内压的测量方法直接法间接法食道内压,2,（3）呼吸过程中胸膜腔内压的变化吸气:胸膜腔内负压,吸气末胸膜腔内负压达最大值呼气:胸膜腔内负压（4）胸膜腔内压的形成胎儿发育过程中,胸廓生长速度大于肺生长速度胸廓自然容积肺自然容积。出生后,胸廓由于弹性而向外扩，肺被动扩张肺容积肺自然容积肺弹性回缩，产生向内的回缩压。因此，胸膜腔内压是作用在胸膜腔内的两种,3,方向相反的力（肺内压和肺弹性回缩压）的代数和。胸膜腔内压肺内压肺弹性回缩压肺弹性回缩压吸气时肺扩张程度回缩力胸膜腔内负压；呼气时肺扩张程度回缩力胸膜腔内负压胸膜腔的密闭性是形成和维持胸膜腔内负压的必要前提气胸,2,（二）肺通气的阻力1.弹性阻力和顺应性弹性阻力:物体在外力作用下变形时,对抗变形和自动回位的能力,（5）胸内负压的生理意义使肺保持扩张状态,并随胸廓运动而张缩促进血液和淋巴液回流,顺应性:在外力作用下,弹性组织的可扩张性CC容积变化(V)压力变化(P)（1）肺的弹性阻力和顺应性,肺顺应性（CL）,肺容积变化（V）,跨肺压变化(P),正常值0.2L/cmH2O1)肺的静态顺应性曲线肺压力-容积曲线,1,比顺应性,平静呼吸时测得的肺顺应性,肺的功能残气量,2）比顺应性,3）肺弹性阻力的来源肺组织本身的弹性纤维和胶原纤维所产生的弹性回缩力(占肺总弹性回缩力的1/3)肺泡表面张力(占肺总弹性回缩力的2/3),肺泡表面张力表面张力:在液-气界面液体分子之间的吸引力使液体表面缩小的力,称为表面张力肺泡表面张力形成向肺泡中心的回缩力（回缩压），使肺泡趋于缩小，是吸气的阻力，呼气的动力。肺泡表面张力对呼吸的影响肺泡内压不稳定根据Laplace定律PTr，将引起,吸气时肺泡r回缩力肺泡较大时有破裂的可能，呼气时肺泡r回缩力肺泡不断缩小直至萎陷；以及大小肺泡之间不稳定。易产生肺水肿肺泡表面活性物质肺泡型上皮细胞分泌的二棕榈酰卵磷脂(DPL)和表面活性物质结合蛋白（SP）作用:降低肺泡表面张力生理意义：,调节肺泡表面张力,维持肺泡的稳定性减少肺间质和肺泡内组织液生成,防止肺水肿发生吸气阻力新生儿呼吸窘迫综合征肺弹性阻力（肺充血、肺泡表面活性物质等）肺顺应性吸气困难肺弹性阻力（肺气肿等）肺顺应性呼气困难,（2）胸廓弹性阻力和顺应性1)胸廓弹性阻力的来源：胸廓的弹性成分2)胸廓弹性阻力的特点,3)胸廓的顺应性,胸廓顺应性(Cchw),胸廓容积变化（V）,跨胸壁压变化(P),正常值0.2L/cmH2O,(4)肺和胸廓的总顺应性,1CL+chw,1CL,+,1Cchw,0.2,0.2,+,0.1L/cmH2O,2.非弹性阻力（1）惯性阻力:气体在发动、变速、转向时的气流惯性和组织惯性阻止呼吸运动的力（2）黏滞阻力:呼吸时器官组织相对位移产生的摩檫力（3）气道阻力(约占非弹性阻力的8090%):气体在呼吸道内流动时,气体分子之间及气体与气道壁之间的摩檫力,影响气道阻力的因素气流的形式:层流阻力湍流阻力气流的速度气道的管径:R1/r4影响气道管径的因素:跨壁压：气道内压力管径扩大阻力肺泡壁弹性纤维对小气道壁的牵引作用,自主神经的调节作用:交感神经气道平滑肌舒张管径阻力；副交感神经作用相反化学因素:气道平滑肌舒张:CA，PGE2气道平滑肌收缩:PGF2,组胺,白三烯,CO2,内皮素等,二、肺通气功能的指标（一）肺容积和肺容量1.肺容积（1）潮气量(tidalvolume)（2）补吸气量（3）补呼气量（4）残气量2.肺容量（1）深吸气量（2）功能残气量（3）肺活量、用力肺活量和用力呼气量,肺活量（vitalcapacity）用力肺活量（FVC）用力呼气量（FEV）:在测定用力肺活量的基础上,分别测定呼气最初1s、2s、3s内呼出的气体量（FEV1、FEV2、FEV3），并以它们分别占FVC的百分数表示。正常值：FEV1约83%、FEV2约96%、FEV3约99%（4）肺总量,（二）肺通气量和肺泡通气量1.肺通气量肺通气量潮气量呼吸频率500ml(1218)次/min69L/min最大(随意)通气量：70120L/min通气储量百分比：,最大通气量平静时每分通气量,最大通气量,100%,正常值93%,2.肺泡通气量解剖无效腔(150ml)肺泡无效腔肺泡通气量(潮气量无效腔气量)呼吸频率肺泡气体更新率=肺泡气体更新率约1/7,生理无效腔,100%,(潮气量无效腔气量),功能残气量,呼吸频率和幅度对肺通气量和肺泡通气量的影响,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）肺换气和组织换气以气体扩散形式进行影响气体扩散速率的因素：1.气体的分压差气体的分压差(P)是气体扩散的动力,决定扩散的方向和速率,2.气体的分子量和溶解度（扩散系数）扩散速率与气体分子量的平方根(MW)成反比，与溶解度(S)成正比扩散系数S/MW3.扩散面积和距离扩散速率与扩散面积(A)成正比,与扩散距离(d)成反比4.温度扩散速率与温度(T)成正比扩散速率(D),P.T.A.S,d.MW,二、肺换气（一）肺换气的过程（二）影响肺换气的因素1.呼吸膜的面积和厚度肺不张、肺实变、肺气肿、肺毛细血管阻塞等呼吸膜的面积（扩散面积）肺换气效率肺纤维化、肺水肿等呼吸膜厚度（扩散距离）肺换气效率,2.通气/血流比值(1)每分肺泡通气量(VA)/每分肺血流量(Q)VA/Q正常值4.2/50.84VA/Q表示肺泡无效腔VA/Q表示存在功能性动-静脉短路VA/Q不匹配肺换气效率机体缺O2和CO2潴留,主要是缺O2(2)VA/Q的区域性差异,（三）肺扩散容量定义：某气体在1mmHg的分压差下,每分钟通过呼吸膜的量(ml),DL,V,PAPC,CO2的DL为O2的20倍,三、组织换气（一）组织换气的过程（二）影响组织换气的因素1.细胞与毛细血管之间的距离组织水肿气体扩散距离组织换气量2.组织代谢水平代谢水平局部PO2、PCO2组织换气量3.毛细血管的血流速度血流速度过快或过慢组织换气量,2,第三节气体在血液中的运输一、气体在血液中存在的形式,O2、CO2,气体的物理溶解是化学结合和释放的必需步骤，溶解的气体量取决于该气体的分压和溶解系数二、氧的运输物理溶解1.5%化学结合（HbO2）98.5%,（一）O2与血红蛋白(Hemoglobin,Hb)结合的特征1.反应迅速、可逆，不需酶催化，反应方向取决于PO2的高低2.该反应是氧合反应,不是氧化反应3.1分子Hb可结合4分子O2(1gHb可结合最大O2量为1.34ml),O2+Hb,PO2高（肺）,PO2低（组织）,HbO2,Hb的氧容量（血氧容量）：100ml血液中的Hb能结合的最大O2量Hb的氧含量（血氧含量）：100ml血液中的Hb实际结合的O2量Hb的氧饱和度（血氧饱和度）：（Hb的氧含量/Hb的氧容量）100%血液中去氧Hb5g/100ml血液发绀4.Hb1个亚单位与O2结合或解离发生变构效应，引起Hb与O2亲和力改变，促进其他亚单位与O2结合或解离,HbHbO2（紧密型，T型）（疏松型，R型）（二）氧解离曲线反映PO2与Hb氧饱和度的关系1.曲线的特点:S型2.曲线各段的特点和功能意义(1)曲线上段(PO260100mmHg)特点：平坦。在此范围内，PO2变化对Hb的氧饱和度影响不大。,意义：反映Hb与O2结合情况。吸入气PO2在此范围内变动，血液仍可结合足够的O2量供机体利用。(2)曲线中段(PO24060mmHg)特点：斜率较大。PO2轻度变化使Hb的氧饱和度发生较大变化。意义：反映HbO2释放O2的情况。动脉血流经PO2较低的组织时，HbO2释放大量O2供组织利用。(3)曲线下段(PO24060mmHg),2,特点：斜率最大。PO2稍有,Hb的氧饱和度大幅度。意义：反映HbO2释放O2的情况。在组织活动时，动脉血可释放出更多的O2供组织所需。同时也反映血液的O2储备能力。,3.影响氧解离曲线的因素（1）PH、PCO2、温度、2,3-DPG：曲线右移（P50，表示Hb与O2亲和力）PH、PCO2、温度、2,3-DPG：曲线左移（P50，表示Hb与O2亲和力）波尔效应(Bohreffect)：H+对Hb与O2亲和力的影响（H+Hb与O2亲和力；H+Hb与O2亲和力）波尔效应的生理意义：在组织，促进HbO2解离；在肺，促进Hb与O2结合。,（2）其他因素Hb的Fe2+Fe3+，无O2结合能力CO中毒：妨碍Hb与O2结合和解离三、CO2的运输（一）CO2的运输形式1.物理溶解(5%)2.化学结合(95%)(1)碳酸氢盐形式(88%),CO2+H2O,碳酸酐酶,H2CO3,HCO3-+H+,特点：迅速、可逆酶促反应。RBC内有丰富的碳酸酐酶，使反应加快5000倍伴有氯转移(2)氨基甲酸血红蛋白形式(7%),HbNH2O2+CO2,HbNHCOOH+O2,在组织,在肺,特点:迅速、可逆,无需酶催化Hb的氧合作用调节反应的方向,(二)CO2解离曲线特点:1.血液CO2含量与PCO2成正变关系,无饱和现象2.曲线水平受血液PO2影响何尔登效应（Haldaneeffect）:O2对Hb与CO2亲和力的影响(HbO2对CO2亲和力;去氧Hb对CO2亲和力)何尔登效应的生理意义：在肺部，Hb与O2结合促进CO2释放；在组织，Hb与O2解离促进与CO2结合,(三)O2和CO2运输的关系在组织:在肺部：,第四节呼吸运动的调节呼吸运动有自主的节律性活动，又有随意的呼吸调节和反射性调节一、呼吸中枢与呼吸节律的形成（一）呼吸中枢1.脊髓颈段35前角运动神经元膈肌胸段前角运动神经元肋间肌、腹肌,2.低位脑干三级呼吸中枢假说：脑桥上部呼吸调整中枢脑桥中、下部“长吸中枢”延髓基本中枢（1）延髓背侧呼吸群（DRG）主要为吸气神经元脊髓颈、胸段的膈肌、肋间外肌运动神经元吸气,腹侧呼吸群（VRG）尾段：主要为呼气神经元脊髓胸段的肋间内肌、腹肌运动神经元主动呼气中段：主要为吸气神经元脊髓颈、胸段的膈肌、肋间外肌运动神经元吸气头段：包钦格复合体(Botzingercomplex)主要为呼气神经元抑制DRG吸气神经元前包钦格复合体可能是呼吸节律起源的关键部位,（2）脑桥臂旁内侧核和Kolliker-Fuse核（PBKF核群）调节延髓呼吸神经核团的活动，吸气呼气3.高位中枢大脑皮层：随意的呼吸调节（二）呼吸节律的形成1.起步神经元学说:延髓前包钦格复合体可能是呼吸节律起源的关键部位2.神经元网络学说,二、呼吸运动的反射性调节（一）化学感受性反射1.化学感受器（1）外周化学感受器：颈动脉体和主动脉体适宜刺激：血液PO2、PCO2、H+（2）中枢化学感受器:延髓腹外侧浅表部位适宜刺激:脑脊液和局部脑组织细胞外液中的H+血液中的H+不易通过血-脑屏障,血液中CO2易通过血-脑屏障,进入脑脊液或脑组织，CO2+H2OH2CO3HCO3-+H+；而且中枢化学感受器对H+敏感性高，因此血液PCO2变化主要通过中枢化学感受器起作用。但脑脊液中碳酸酐酶含量少，反应潜伏期较长。不感受血液PO2,2.CO2、H+和低O2对呼吸运动的调节（1）CO2CO2对呼吸运动的影响生理水平的是维持呼吸中枢兴奋性所必需的最重要的化学因素吸入气中不同浓度CO2对呼吸的影响不同7%呼吸加深加快,肺通气量7%肺通气量不能再相应,动脉血PCO2,出现呼吸困难，头晕、头痛等症状15%产生呼吸中枢抑制，通气量，惊厥、昏迷、呼吸停止（CO2麻醉）,CO2对呼吸刺激作用的机制,血液PCO2,延髓呼吸中枢,呼吸加深加快,在血液PCO2突然或中枢化学感受器受抑制时,外周化学感受器可能起主要作用,(2)H+,血液H+,(3)低O2,血液PO2,呼吸中枢,呼吸加深加快,(+),(-),(80mmHg),2,呼吸中枢,呼吸加深加快,意义：对正常呼吸调节作用不大。在肺换气功能障碍（严重肺气肿、肺心病）时，由于长期低氧和CO2潴留，外周化学感受器对CO2刺激作用发生适应，此时PO2成为刺激呼吸的主要因素3.CO2、H+和低O2在呼吸调节中的相互作用,（二）肺牵张反射(黑-伯反射)1.肺扩张反射肺扩张气道平滑肌中的感受器迷走神经传入延髓呼吸中枢抑制吸气并转入呼气意义：加快吸气向呼气转换，呼吸频率反射的敏感性有种属差异。不参与成人的平静呼吸调节；在较剧烈运动或肺