生理学 第五章 呼吸.ppt

概述机体与外界环境之间进行气体交换的过程,包括三个环节：,外呼吸：,外界空气与肺泡之间的气体交换(肺通气)和肺泡与肺毛细血管之间的气体交换(肺换气)；,气体在血液中的运输;,内呼吸：,细胞通过组织液与血液间的气体交换过程(组织换气)。,第一节肺通气,第三节气体在血液中的运输,第四节呼吸运动的调节,第二节肺换气和组织换气,第一节肺通气,肺通气(pulmonaryventilation):,肺与外界环境之间进行气体的过程,？气体是如何进出肺的？,肺通气的动力肺通气的阻力,(一)肺通气的动力,一、肺通气的原理：,1.呼吸运动：呼吸肌节律性的收缩舒张引起胸廓的扩大和缩小.,直接动力:肺内压与外界大气压间的压力差.,原动力:呼吸运动.,呼吸运动包括：,吸气运动呼气运动,吸气肌：膈肌和肋间外肌呼气肌：腹肌和肋间内肌呼吸辅助肌：斜角肌和胸锁乳突肌,平静呼吸和用力呼吸胸式呼吸和腹式呼吸,（1）平静呼吸：,肺内压大气压，气体经呼吸道入肺,胸廓容积扩大，肺在胸膜腔负压作用下被动扩张,吸气,在安静状态下的呼吸运动,膈肌收缩使膈顶下移,增大胸廓的上下径，肋间外肌收缩使肋骨上提,扩大胸廓前后、左右径,（1）平静呼吸：,肺内压大气压，气体经呼吸道入肺,胸廓容积扩大，肺在胸膜腔负压作用下被动扩张,吸气,在安静状态下的呼吸运动,膈肌收缩使膈顶下移,增大胸廓的上下径，肋间外肌收缩使肋骨上提,扩大胸廓前后、左右径,肺内压大气压，气体经呼吸道出肺,胸廓容积缩小,肺被动缩小,膈肌和肋间外肌舒张，肋骨和膈肌弹性回位，缩小胸廓上下、前后、左右径,呼气,(2)用力呼吸:,当进行运动时或吸入气的CO2含量增加或O2含量减少时，呼吸运动加深加快的形式,用力吸气：,膈肌、肋间外肌加强辅助吸气肌(胸锁乳突肌、斜角肌等),胸腔更加扩大吸气加强,用力呼气：,吸气肌()、辅助吸气肌()呼气肌(肋间内肌、腹肌),胸腔更加缩小呼气加强,(3)呼吸运动特点：,平静呼吸,用力呼吸,吸气膈肌、肋间外肌收缩引起主动呼气吸气肌舒张引起，无呼气肌收缩被动,吸气主动呼气主动,(4)人工呼吸:,基本原理:使肺内与外界大气压间产生压力差,方法:负压吸气式(压胸法)正压吸气式(口对口呼吸法,呼吸机),（5）型式:,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,混合呼吸:腹式呼吸:胸式呼吸:,正常成人。,婴儿、胸膜炎、胸腔积液。,严重腹水、妊娠、肥胖、腹腔有巨大肿块。,频率:,成人:1218次/分,婴儿:6070次/分,2.肺内压:平静吸气初:平静吸气末:平静呼气初:平静呼气末:用力呼吸时:,是指肺内气道和肺泡内气体的压力,肺内压大气压=0.30.4kPa气出肺,肺内压=大气压气流停,肺内压的升降变化有所增加。,3.胸膜腔内压：,（1）胸膜腔：肺和胸廓之间的密闭潜在的腔隙。,（2）胸膜腔内压:指胸膜腔内的压力。,（3）测定方法:,间接法:气囊测定食管内压以间接反映胸内压,直接法:用连有水检压计的针头刺入胸膜腔内直接测定,（4）胸膜腔内的压力:,特点:平静呼吸时胸膜腔内压始终为负压(又称胸内负压);用力呼吸时负压变动更大;有时可为正压(如紧闭声门用力呼吸).,平静吸气时:胸膜腔内压67),胸廓的弹性回缩力向内=吸气的阻力,呼气的动力。,略,2.非弹性阻力,非弹性阻力,气道阻力:80-90%，气体分子间、气体分子与气道壁的摩擦力,惯性阻力,粘滞阻力,忽略不计,略,影响气道阻力的因素,气流流速:从气管到呼吸道末端，总横截面积，气流线速度，气流阻力。,气流形式:层流阻力小，湍流阻力大。气道内粘液、异物、肿瘤湍流气道阻力,气管半径:气道阻力与气管半径的4次方呈反比。rR,支气管分泌物、水肿、支气管收缩气道阻力副交感神经管径交感神经管径（拟肾上腺素药解除支气管痉挛）过敏组织胺、慢反应物质支气管收缩气道阻力(哮喘),略,（一）肺容积与肺容量,二、肺通气功能的评价,1肺容积:,(4)残(余)气量:最大呼气末仍残留在肺内的气体量，10001500ml。,(1)潮气量:每次吸入或呼出的气体量,平静呼吸时400600ml,(2)补吸气量：平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气量，又称吸气贮备量,15002000ml。,(3)补呼气量:平静呼气未，再用力深呼气所能呼出的气体量,9001200ml,又称呼气贮备量,指四种互不重叠的呼吸气量,全部相加后等于肺总容量,深吸气量：从平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气体量,2.肺容量:指肺容积中两项或两项以上的联合气体量。,(3)肺活量:最大深吸气后，尽力深呼气所能呼出的气体量。男性：3000ml；女性：2500ml,缺点：仅反映肺一次通气的最大能力，受年龄、性别、身材、呼吸肌强弱影响；由于测定肺活量不限制呼气时间，所以肺活量不能准确反映肺通气功能（气道阻力）。,(2)功能残(余)气量:平静呼气末留在肺内的气体量(2500ml),潮气量补吸气量反映最大通气潜力,残气量补呼气量缓冲肺泡气PO2和PCO2变化,=潮气量补吸气量补呼气量,用力吸气后，用力以最快的速度呼气所能呼出的最大气量。正常时略小于在没有时间限制条件下测得的肺活量。气道阻塞时，FVC明显减小。,用力肺活量(FVC),用力肺活量(FVC):用力吸气后，用力以最快速度呼气所呼出的最大气量。测定第1秒内的呼出气量占总的FVC的百分比称为1秒用力呼气量(FEV1)。,正常人FEV1、FEV2和FEV3分别为83、96和99。FEV1低于65%，提示有一定程度的气道阻塞，是评定慢性阻塞性肺病严重程度的一个指标。,肺总量潮气量补吸气量补呼气量余气量肺活量余气量男：5000ml女：3500ml,(4)肺总量:肺所能容纳的最大气体量,1.肺通气量：指单位时间内进出肺的气量。,（二）肺通气量和肺泡通气量,(1)每分通气量:指每分钟吸入或呼出肺的气体量潮气量呼吸频率(次/分)=68L/min,最大通气量最大限度潮气量最快呼吸频率(次/分)一般测15秒,将测得的值乘4;代表单位时间内肺发挥最大潜力时所能达到的通气量(70120L/min),(2)解剖无效腔：肺泡无效腔：生理无效腔,无气体交换能力的腔（从上呼吸道呼吸性细支气管）。,因无血流通过而不能进行气体交换的肺泡腔。,解剖无效腔肺泡无效腔,正常情况下肺泡无效腔容积不大，故生理无效腔与解剖无效腔几乎相等。,影响肺泡通气量的主要因素是呼吸频率和潮气量浅而快呼吸的肺泡通气量比深而慢呼吸时明显减少;从气体交换的效果看，适当深而慢的呼吸，肺泡通气量加大，有利于气体交换。,肺泡通气量,每分通气量,平静呼吸浅快呼吸深慢呼吸,500168000,250328000,100088000,(500150)165600,(250150)323200,(1000150)86800,(3)肺泡通气量：每分钟进入肺泡与血液进行气体交换的新鲜气体总量(潮气量-无效腔量)呼吸频率4.2L/min,复习思考题1.胸膜腔内负压是如何形成的？有什么生理意义？2.什么叫肺泡表面张力？肺泡表面活性物质有什么生理意义？3.为什么说用力肺活量更能反映肺通气功能？4.无效腔对肺泡通气量有何影响？5.何谓潮气量、残气量、功能残气量、肺活量、用力肺活量、每分通气量、肺泡通气量、肺的弹性阻力、顺应性？,第二节肺换气和组织换气,(一)气体的扩散：,一、肺换气和组织换气的基本原理,气体分子从压力高处向压力低处发生净转移的过程。肺换气和组织换气都是通过扩散实现的。,换气动力：分压差,肺换气与组织换气,1气体分压:,在混合气体的总压力中，某种气体所占有的压力。,气体分压总压力该气体的容积百分比。,气体的分压差(P)是推动气体扩散的动力。分压差大，则扩散快。,换气方向：分压高分压低,换气结果：肺血，组织血血血,CO2,O2,分子量(MW)小或溶解度(S)大,扩散速度快.,2气体的分子量和溶解度,扩散系数:溶解度与分子量的平方根之比（S/MW）,溶解度：CO2O2（24倍）分子量：CO2O2（1.4倍）扩散系数:CO2/O220,CO2扩散比O2快20倍。,3扩散面积和距离:,气体扩散速率(D),PTASdMW,气体扩散速率(D)与扩散面积(A)成正比，与扩散距离(d)成反比。,4.温度：气体扩散速率与温度(T)成正比。,（二）呼吸气体和人体不同部位的分压,吸气呼气,二、肺换气,（一）肺换气过程：,换气动力：分压差换气方向：分压高分压低,换气结果：静脉血动脉血,（二）影响肺换气的因素,1.气体扩散速率,O2、CO2扩散速率（D）的比较分子量血浆溶解度肺泡气V血A血DO23221.413.95.313.31CO244515.05.36.15.32,CO2的扩散系数是O2的20倍,在同等条件下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血间分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。肺功能衰竭患者往往缺O2显著，CO2潴留不明显。,分压差温度气体溶解度扩散面积,扩散距离分子量,=,(ml/L)（KPa）（KPa）（KPa）,2.呼吸膜的厚度和面积,CO2,O2,6层1m,呼吸膜：肺泡气体与肺毛细血管之间进行气体交换的组织结构。,组成:,含肺泡表面活性物质的液体层、肺泡上皮层、上皮基膜层、肺泡与毛细血管之间的间质层、毛细血管基膜层和毛细血管内皮层。,1.厚度：肺纤维化、尘肺、肺水肿呼吸膜厚度通透性气体交换；2.面积：肺气肿、肺不张、肺叶切除呼吸膜面积气体交换。,正常呼吸膜非常薄，通透性与面积极大(70m2)。,临床,血液流经肺毛细血管全长约需0.7s，而完成气体交换的时间仅需0.3s,(气体交换的时间储备),安静状态时仅有40m2参与气体交换,(气体交换的面积储备),3.通气(VA)/血流比值(Q),每分肺泡通气量/每分肺血流量,(4.2L/min)(5L/min)(VA)/(Q)0.84,VA/Q肺通气或肺血流增大生理无效腔换气效率(如肺动脉栓塞、心衰),VA/Q肺通气增大功能性A-V短路换气效率(如支哮、肺气肿、支气管栓塞),三、组织换气,换气动力：分压差换气方向：分压高分压低,换气结果：动脉血静脉血,复习思考题肺泡气体交换是如何进行的？影响肺泡气体交换的因素有哪些？通气/血流比值偏离正常范围对肺气体交换有何不良影响？为什么CO2扩散速度高于O2？呼吸膜由哪些结构组成？,第三节气体在血液中的运输,一、运输形式,1atm：O2物理溶解量=0.3ml3atm：O2物理溶解量=6.3ml（即20倍，是高压氧治疗的理论基础),（一）物理溶解,气体直接溶解于血浆中。,特征:量小,起桥梁作用；溶解量与分压呈正比：,化学结合,动态平衡,（二）化学结合:,气体与某些物质进行化学结合。,特征:量大,主要运输形式。,物理溶解,二、氧的运输,当表浅毛细血管床血液中去氧Hb达5g/100ml以上，呈蓝紫色称紫绀(一般是缺O2的标志)。,PO2(氧合),PO2(氧离),HbO2,鲜红色,暗红色,(一)物理溶解：(1.5%),(二)化学结合:(98.5%),O2与Hb的可逆性结合:,Hb+O2,1分子Hb可与4分子O2可逆结合(4个亚基各结合1个O2),2.O2与Hb结合的特征:,反应快,可逆,受PO2的影响,不需酶的催化；,氧容量氧含量氧饱和度,Hb+O2结合的最大量100ml血,Hb+O2结合的实际量,氧含量/氧容量的%,例如:正常人每100ml血液中血红蛋白含量约为15g,每克血红蛋白可结合1.34ml的O2,故氧容量是20ml。每100ml动脉血中,氧含量是20ml,其氧饱和度为100%;在静脉血中,氧含量减少到15ml,其氧饱和度相应下降,为75%。,（三）氧离曲线特征及生理意义,以PO2为横座标，氧饱和度为纵座标，绘制出的曲线，即氧解离曲线(图)。,氧解离曲线：反映氧分压(PO2)与Hb饱和度的关系曲线,呈S型。,1.上段:PO28.013.3kPa(60100mmHg)坡度较平坦,上,中,下,表明：PO2变化大时，血氧饱和度变化小。,意义:保证氧分压降低时的高载氧能力。如:高原(2.0km),PO2明显而Hb结合O2量变化不大；轻度呼衰病人肺泡气PO2明显而Hb结合O2量变化不大,2.中段:PO25.38.0kPa(4060mmHg)坡度较陡。,上,中,下,表明：PO2降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。,意义:维持正常时组织的氧供。因正常时组织的氧供，PO2在中段范围变化。,表明：PO2稍有下降,血氧饱和度就急剧下降。,3.下段:PO22.05.3kPa(1540mmHg)坡度更陡。,上,中,下,意义:维持活动时组织的氧供。因下段释放O2量为正常时的3倍(=O2储备段)。,1.pH和PCO2的影响：,（四）影响氧离曲线的因素,EffectofpH,EffectofPCO2,pH或PCO2氧离曲线右移,Hb与氧的亲和力降低，有利于O2释放,活动组织(酸性代谢产物与CO2)从血液中获取更多的O2；反之左移，有利于血红蛋白在肺组织与O2的结合,波尔效应(Bohreffect),2.温度的影响：,温度Hb对O2的亲和力,曲线右移，可解离更多的O2供组织利用。温度下降则相反。肌肉运动时，肌肉温度促使HbO2释放更多的O2。,低温麻醉时，低温降低组织耗氧量，但HbO2释放O2也显著减少。20时,组织PO2低至40mmHg时,Hb的氧饱和度仍在90%以上,O2的释放量很少,导致组织缺氧和细胞损害。,EffectofTemperature,3.2,3二磷酸甘油酸（2,3-DPG）的影响,血液氧分压红细胞无氧酵解2,3-DPG生成氧离曲线右移,促使HbO2解离,慢性缺O2、贫血、高山缺O22,3-DPG有利于释放更多的氧气供组织利用。大量输长期贮存的血液，糖酵解停止，2,3-DPG生成,氧离曲线左移，O2不易解离。,Effectof2,3-DPG,CO与血红蛋白亲和力比O2大250倍，与血红蛋白结合形成一氧化碳血红蛋白(HbCO)，樱桃红色。CO与Hb结合后占据O2的结合位点，阻止O2与Hb的结合。Hb中只要有一个位点被CO占据，则其余3个位点对O2的亲和力增加，妨碍O2的释放。,空气中0.10.3的CO即可造成危害，甚至致命,PCO曲线左移氧离难,4.PCO,Hb的Fe2+Fe3+:Hb失去结合O2的能力(如亚硝酸盐)异常Hb：Hb的运O2能力(如地中海贫血)胎儿Hb：胎儿Hb的4条肽链为22(成人为22)构成，其Hb与O2亲和力成人，这与胎儿所处的低氧环境是相适应的。,5.Hb本身的性质,三、CO2的运输,碳酸氢盐形式：88%,氨基甲酸血红蛋白形式：7%,(一)物理溶解：,占总量5。动脉血约含CO22.5ml；静脉血约含2.8ml%,(二)化学结合：占总量95,化学结合的CO2可分为两种：,HCO3的形式：88,碳酸酐酶,H2CO3,HCO3H+,(2)反应特征:,(1)反应过程：,CO2H2O,反应速极快且可逆，反应方向取决PCO2差；,RBC膜上有Cl和HCO3特异转运载体，Cl转移维持电平衡（称氯转移）,促进CO2化学结合的运输；,需酶催化:碳酸酐酶加速反应5千倍,双向作用；,在RBC内反应,在血浆内运输。,2.氨基甲酸血红蛋白形式（7）,(1)反应过程：,在组织,在肺脏,HHbNHCOOH+O2,反应迅速且可逆，无需酶催化；,HbNH2O2+H+CO2,(2)反应特征:,CO2与Hb的结合较为松散；,反应方向主要受氧合作用的调节:HbO2的酸性高,难与CO2结合,反应向左进行HHb的酸性低,易与CO2结合,反应向右进行,虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式，因肺部排出的CO2有20是此释放的。,带满O2的Hb仍可带CO2。,(三)CO2解离曲线,略,(四)O2与Hb结合的氧合作用对CO2运输的影响,肺脏,组织,HHbNHCOOHO2,HbNH2O2+H+CO2,在肺中，HbO2的酸性高,难与CO2结合,反应向左进行；在组织中，HbO2释放出O2而成为HHb（酸性低），促使血液摄取并结合CO2；在肺中，Hb与O2结合，促使CO2释放（何尔登效应）。,CO2通过波尔效应影响O2的结合合释放，O2通过何尔登效应影响CO2的结合和释放。,复习思考题1.Hb氧解离曲线特征如何？其生理意义如何？2.影响氧解离曲线的因素有哪些？为什么？3.波尔效应有何生理意义？4.CO2运输的形式有哪些？各有何特征？,第四节呼吸运动的调节,呼吸运动特点：自动节律性呼吸：节律性来自呼吸中枢，受反射调节可有意识地调节呼吸：受大脑皮层控制,一、呼吸中枢与呼吸节律的形成,呼吸中枢：是指产生和调节呼吸运动的神经细胞群。正常呼吸运动是在各呼吸中枢的相互配合下进行的。,(一)呼吸中枢呼吸中枢分布在脊髓、延髓、脑桥、间脑及大脑皮层。它们在呼吸节律的产生和调节中所起的作用不同，其中以延髓最为重要，是呼吸节律起源的主要部位。正常的呼吸运动是在各级呼吸中枢的相互配合下实现的。,(二)呼吸节律形成的机制,略,吸气活动发生器和吸气切断机制模型,H+CO2,(二)呼吸节律形成的机制,二、呼吸运动的反射性调节,节律性呼吸运动还受到来自各种感受器传入信息的反射性调节，使呼吸运动的频率、深度和形式发生相应的改变。这些反射包括化学感受性反射、肺牵张反射、呼吸肌本体感受性反射和防御性呼吸反射等。,(一)化学感受性反射调节,血液化学成分的改变，特别是低氧、二氧化碳和氢离子浓度增加，可刺激化学感受器，引起呼吸中枢活动的改变，从而调节呼吸运动的频率和深度，增加肺的通气量，保证动脉血PO2、PCO2及pH值的相对恒定。,1.外周化学感受器,存在于颈动脉体和主动脉体，颈动脉体主要参与呼吸调节;主动脉体则在循环调节方面较为重要,适宜刺激：对PO2、PCO2、H+高度敏感(对动脉血PO2敏感，对动脉血O2含量不敏感)，且三者对化学感受器的刺激有相互增强的现象。,颈动脉体和主动脉体化学感受性反射,PO2H+PCO2等,颈动脉体和主动脉体外周化学感受器（+）,窦、弓神经,孤束核,心血管中枢兴奋性改变,呼吸中枢（+）,心率、冠脉舒心输出量,皮肤、内脏骨骼肌血管缩,心率、心输出量、外周阻力,外周阻力心输出量,血压,呼吸加深加快,间接,2.中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位存在一种化学感受器，与延髓呼吸中枢截然分开，称为中枢化学感受器。,适宜刺激:对H+高度敏感，不感受缺O2的刺激。因血液中H+不易透过血-脑屏障，而CO2容易透过血-脑屏障进入脑脊液:CO2H2OH2CO3H+HCO3-发挥刺激作用的。,CA,3.CO2、PO2和pH对呼吸运动的调节,(1)CO2对呼吸运动的调节：,CO2升高:2%：呼吸加深加快，肺通气量;7%：肺通气量不能继续增加,Pco2急剧，出现中枢神经系统毒性症状:不安、头痛、头昏、呼吸困难等;15%：意识丧失、惊厥;30%：呼吸中枢麻痹、死亡。CO2降