生理学教学课件：11－呼吸-1

1、1 第五章第五章 呼呼 吸吸 RESPIRATION 2 Respiration的定义：的定义： 机体与外界环境之间的机体与外界环境之间的 gas exchange (气体气体 交换交换) 过程，称为过程，称为 respiration. 3 Respiration 全过程：全过程： 外呼吸外呼吸 (External respiration) Pulmonary ventilation 口径的变化调控气流阻力口径的变化调控气流阻力; 加温加湿过滤气体加温加湿过滤气体; 防御反射防御反射; * 呼吸道口径变化的神经体液控制呼吸道口径变化的神经体液控制 交感神经交感神经(NE+2受体受体)舒张支气管

2、平滑肌、气道舒张支气管平滑肌、气道 口径增大、通气阻力减小口径增大、通气阻力减小（拟交感药物治疗哮喘）（拟交感药物治疗哮喘）； 副交感神经副交感神经(ACh+M受体受体)增大通气阻力，并可使增大通气阻力，并可使 粘膜腺体分泌增多粘膜腺体分泌增多（故哮喘病人夜间发病较多）（故哮喘病人夜间发病较多）。 儿茶酚胺类、儿茶酚胺类、PGE2等舒张气道平滑肌；等舒张气道平滑肌； 组胺、组胺、 PGF2和慢反应物质等收缩平滑肌。和慢反应物质等收缩平滑肌。 14 三、三、 肺泡肺泡(Alveoli) Alveoli是是气体交换的场所气体交换的场所 肺肺 泡泡 15 肺泡结构：肺泡结构： I I型肺泡细胞型肺泡

3、细胞IIII型肺泡细胞型肺泡细胞 形形 态态 扁平扁平 无核部分极薄无核部分极薄 立方立方 数数 量量 占占25% 覆盖覆盖97 占占75% 覆盖覆盖3 结结 构构 细胞器不发达细胞器不发达 吞饮小泡吞饮小泡 细胞间紧密连接细胞间紧密连接 嗜锇性板层小体嗜锇性板层小体 内含二棕榈酰卵磷脂内含二棕榈酰卵磷脂 （表面活性物质）（表面活性物质） 功功 能能 气体交换气体交换 降低肺泡表面张力 降低肺泡表面张力 增生修复增生修复I I型细胞型细胞 肺泡上皮肺泡上皮 16 17 1. I 型肺泡上皮细胞与呼吸膜型肺泡上皮细胞与呼吸膜 6层，平均厚度0.5微米 II型肺泡上皮型肺泡上皮 I型肺泡上皮型肺泡

4、上皮 呼吸膜呼吸膜(respiratory membrane): 气气 血血 18 2. 型肺泡上皮细胞和肺表面活性物质型肺泡上皮细胞和肺表面活性物质 主要成分是二棕榈酰卵磷脂主要成分是二棕榈酰卵磷脂 ( DPPC, dipalmitoyl phosphatidyl ) Surfactant 以单分子层垂直以单分子层垂直 排列于肺泡液排列于肺泡液-气界面，密度气界面，密度 随肺泡的张缩而改变随肺泡的张缩而改变 Surfactant 的作用：的作用： 降低肺泡液降低肺泡液-气界气界 面的表面张力面的表面张力 型细胞的胞浆中含肺表面活性物质型细胞的胞浆中含肺表面活性物质(alveolar surf

5、actant) （管髓体） （板层体） （脂肪酸，胆碱， 甘油，氨基酸等） 19 第二节第二节 肺通气原理肺通气原理 肺通气肺通气(pulmonary ventilation)： 是肺与大气之间的气体交换，即气体经呼吸是肺与大气之间的气体交换，即气体经呼吸 道出入肺泡的过程。道出入肺泡的过程。 肺通气保证了肺泡气不断更新，是肺换气的基础。肺通气保证了肺泡气不断更新，是肺换气的基础。 肺通气实现的条件：肺通气实现的条件： 通气动力克服通气阻力通气动力克服通气阻力 P = QR Q：肺通气量：肺通气量 P：大气压肺内压：大气压肺内压 (肺通气动力肺通气动力) R：肺通气阻力：肺通气阻力 20 肋间

6、外肌膈肌收缩肋间外肌膈肌收缩 胸廓扩大胸廓扩大 肺扩张肺扩张 肺泡压大气压肺泡压大气压 Inspiration 肋间外肌膈肌舒张肋间外肌膈肌舒张 胸廓缩小胸廓缩小 肺缩小肺缩小 肺泡压大气压肺泡压大气压 Expiration 肺泡压与大气压的差肺泡压与大气压的差 肺通气直接动力肺通气直接动力 呼吸肌舒缩呼吸肌舒缩 肺通气原动力肺通气原动力 一、肺通气的动力一、肺通气的动力 21 1. 呼吸运动呼吸运动 (respiratory movement) 呼吸运动呼吸运动: : 呼吸肌节律性收缩和舒张引起的胸廓容量变化呼吸肌节律性收缩和舒张引起的胸廓容量变化 (扩大和缩小扩大和缩小) 的周期性运动的周

7、期性运动. 呼吸肌呼吸肌: : 吸气肌：膈肌、肋间外肌。斜角肌、胸锁乳突肌。吸气肌：膈肌、肋间外肌。斜角肌、胸锁乳突肌。 呼气肌：腹壁肌、肋间内肌。呼气肌：腹壁肌、肋间内肌。 (1)形式: 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。胸式呼吸、腹式呼吸和混合式呼吸。 混合呼吸:正常成人。 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、妊娠、 肥胖。 (2)频率: 成人:1218次/分 婴儿:6070次/分 22 (3)过程： 平静呼吸： 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

8、弹性回位 缩小胸廓上下、前后、左右径 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 (因肺无主动扩缩的组织结构) 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 吸 气 呼 气 23 呼吸过程中胸腔大小的变化。蓝线表示膈膜在吸气（a）和呼气（b）时的位置。 24 用力呼吸： 用力吸气时，辅助吸气肌也参加，胸廓容积进一步扩大。 用力呼气时，除吸气肌舒张外，呼气肌也参加（肋间内肌 +腹壁肌收缩），胸廓容积进一步缩小。 25 两种呼吸运动的比较两种呼吸运动的比较 平静呼吸平静呼吸 用力呼吸用力呼吸 频率：频率： 1218 次次

9、/分分 18 次次/分分 吸气动作吸气动作 膈肌，肋间外肌收缩（主动）膈肌，肋间外肌收缩（主动） 辅助吸气肌也参于收缩（主动）辅助吸气肌也参于收缩（主动） 呼气动作呼气动作 膈肌，肋间外肌舒张（被动）膈肌，肋间外肌舒张（被动） 辅助呼气肌也参于收缩（主动）辅助呼气肌也参于收缩（主动） 幅度：幅度： 膈顶下降膈顶下降 12 厘米厘米 膈顶下降膈顶下降 710 厘米厘米 2. 肺内压肺内压 (intrapulmonary pressure): 肺内压是指肺泡内气体的压力。平静平静呼吸时呈周期性波动。呼吸时呈周期性波动。 平静吸气初:肺内压 大气压气出肺 平静呼气末:肺内压 = 大气压气流停 用力呼

10、吸时:肺内压的升降变化有所增加。 26 27 人工呼吸人工呼吸 (artificial breathing)： 以人为的方法造成肺内压与大气压之间形成以人为的方法造成肺内压与大气压之间形成 压力差，维持肺通气。压力差，维持肺通气。 方法:负压吸气式(压胸法) 正压吸气式(口对口呼吸法，呼吸机) 肺通气的直接动力：肺通气的直接动力： 肺泡气与大气之间的压力差肺泡气与大气之间的压力差 0 0 呼气呼气 0 0 吸气吸气 28 可见，正常时可见，正常时 inspiration 或或 expiration，intrapleural pressure 都是负值都是负值 Intrapleural pres

11、sure 的测定：的测定： 3. 胸膜腔内压胸膜腔内压 (intrapleural pressure) 特点特点: : 平静呼吸时胸内压平静呼吸时胸内压 始终为负压；始终为负压； 用力呼吸时负压变用力呼吸时负压变 动更大；动更大； 有时可为正压有时可为正压( (如紧如紧 闭声门用力呼吸闭声门用力呼吸) )。 29 Intrapleural pressure = 肺内压肺内压- 肺回缩压肺回缩压 = 大气压大气压- 肺回缩压肺回缩压 = 零零 - 肺回缩压肺回缩压 = - - 肺回缩压肺回缩压 为何称为胸内负压？为何称为胸内负压？ 30 思考题：思考题： 肺为何总表现回缩倾向？肺为何总表现回缩倾

12、向？ 胸内负压有何意义？胸内负压有何意义？ 气胸气胸(pneumothorax)形成的原因形成的原因? 胸廓自然容积肺容积 维持肺处于扩张状态； 肺通气与呼吸运动纽带； 促进静脉血和淋巴液的回流。 胸膜腔密闭状态被破坏 肺通气的动力肺通气的动力 根本动力（原动力）：根本动力（原动力）： 呼吸肌的舒缩呼吸肌的舒缩 胸廓张缩胸廓张缩 肺容积变化肺容积变化肺内压肺内压 变化变化肺泡与大气压力差肺泡与大气压力差肺通气肺通气 肺张缩肺张缩 直接动力：直接动力： 肺泡气与大气之间的压力差肺泡气与大气之间的压力差 0 呼气呼气 0 吸气吸气 31 二、肺通气阻力二、肺通气阻力 呼吸运动产生的动力,在克服肺通

13、气所遇到的阻 力后,方能实现肺通气。阻力增高是临床肺通气障碍 的常见原因。 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：与气体流动形式与气体流动形式+气道半径有气道半径有 关关粘滞阻力 惯性阻力 常态下可忽略不计 70% 30% 32 肺弹性回缩力肺弹性回缩力: 1/3 肺泡表面张力：肺泡表面张力：2/3 33 1. 弹性阻力弹性阻力(elastic resistance) 肺和胸廓均有弹性。呼、吸改变了肺和胸廓肺和胸廓均有弹性。呼、吸改变了肺和胸廓 形状，需克服因弹性变形产生的阻力，才能形状，需克服因弹性变形产生的阻力，才能

14、实现有效的实现有效的 pulmonary ventilation. Elastic resistance ( R )与顺应性与顺应性 (compliance, C ) 呈反变关系：呈反变关系： C =V / P (L/cmH2O)=1 / R V：呼吸器官容积的变化，：呼吸器官容积的变化， P：跨壁压的变化：跨壁压的变化 度量法：度量法：= =顺应性顺应性 =(1/=(1/弹性阻力弹性阻力) ) 顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。 顺应性大顺应性大 = = 易扩张易扩张 = = 弹性阻力小弹性阻力小 顺应性小顺应性小 = = 不易扩张不易扩张

15、= = 弹性阻力大弹性阻力大 肺容积变化肺容积变化( (V)V) 肺顺应性肺顺应性(C(CL L)= = 0.2L/cmH)= = 0.2L/cmH2 2O O 跨肺压变化跨肺压变化( (P)P) 肺内压与胸膜腔内压之差肺内压与胸膜腔内压之差 测得的肺顺应性（测得的肺顺应性（L/cmHL/cmH2 2O O） 比顺应性比顺应性= = 肺总量（肺总量（L L） 因肺顺应性还受肺总量的影响，所以应测单位肺容量下因肺顺应性还受肺总量的影响，所以应测单位肺容量下 的顺应性，即比顺应性。的顺应性，即比顺应性。 （1）肺的）肺的 elastic resistance（compliance） 肺肺elast

16、ic resistance是吸气的阻力、呼气的动力是吸气的阻力、呼气的动力 34 35 肺弹性阻力来源：肺弹性阻力来源：肺泡液肺泡液-气界面气界面表面张力表面张力产生的回缩力产生的回缩力(2/3) 弹性纤维和胶原纤维构成的回缩力弹性纤维和胶原纤维构成的回缩力(1/3) “充气扩张肺难于充气扩张肺难于 充盐水扩张肺充盐水扩张肺” 是由于液是由于液- -气界面气界面 表面张力表面张力的作用的作用 离体实验离体实验 肺泡内的液肺泡内的液- -气界面，因界面层的液体分子受力不均匀，气界面，因界面层的液体分子受力不均匀， 表现的内聚力（表面张力）方向是向中心的表现的内聚力（表面张力）方向是向中心的使肺泡

17、缩小。使肺泡缩小。 36 液液-气界面气界面表面张力表面张力的的 合力指向肺泡腔内：合力指向肺泡腔内： P: 肺泡液肺泡液-气界面压强气界面压强(N/m2), 引起引起肺泡回缩肺泡回缩 T：肺泡液：肺泡液-气界面的表面张力系数气界面的表面张力系数 单位长度的单位长度的表面张力表面张力(N/m) r : 肺泡半径肺泡半径(m) 如果如果T不变，则不变，则P与与r成反比成反比 3亿个大小不等的肺泡，亿个大小不等的肺泡， r 相差相差 3-4倍，将出现倍，将出现“稳定性危机稳定性危机” 37 正常肺泡为何不出现正常肺泡为何不出现“稳定性危机稳定性危机” ？ 因为有肺表面活性物质因为有肺表面活性物质(

18、pulmonary surfactant)， Surfactant 的的密度随肺泡张缩而变：密度随肺泡张缩而变： 肺泡张肺泡张(r增大增大 )密度变小；反之亦然。密度变小；反之亦然。 Surfactant 的的作用：作用： 降低降低肺泡液肺泡液-气界面的表面张力气界面的表面张力 此作用的生理意义：此作用的生理意义： 38 a. 维持肺泡稳定性，维持肺泡稳定性， 解除解除“对稳定的危机对稳定的危机” b. 减少肺间质和肺泡减少肺间质和肺泡 内的组织液生成内的组织液生成, 防止肺水肿防止肺水肿 c. 降低吸气阻力从而降低吸气阻力从而 减少吸气做功减少吸气做功 临床临床： 成人肺炎、肺血栓成人肺炎、

19、肺血栓 等等表面活性物质表面活性物质肺肺 不张。不张。 6 67 7个月胎儿才开始个月胎儿才开始 分泌表面活性物质，故早分泌表面活性物质，故早 产儿可因缺乏表面活性物产儿可因缺乏表面活性物 质而发生肺不张和新生儿质而发生肺不张和新生儿 肺透明膜病肺透明膜病呼吸窘迫综呼吸窘迫综 合征。合征。 吸吸 气气 肺泡表面积肺泡表面积 DPLDPL分散分散 降表面张力的作用降表面张力的作用 肺泡表面张力肺泡表面张力 肺泡回缩肺泡回缩 防肺泡破裂防肺泡破裂 ( (呼气呼气) ) ()() ( (密集密集) ) ()() ()() ( (扩张扩张) ) ( (萎陷萎陷) ) 39 40 41 （2）胸廓的）胸

20、廓的elastic resistance（compliance） 由胸廓的弹性组织所形成。 作用方向:视胸廓扩大的程度而异: 胸廓处于自然位置时(肺容量67): 不表现有弹性回缩力； 胸廓缩小时(肺容量67): 胸廓的弹性回缩力向外=吸气的动力，呼气的阻力 胸廓扩大时(肺容量67): 胸廓的弹性回缩力向内=吸气的阻力，呼气的动力 42 （3）肺和胸廓的总弹性阻力）肺和胸廓的总弹性阻力(总顺应性总顺应性) 平静平静呼呼: 吸气肌舒张，胸廓被牵引向内而缩吸气肌舒张，胸廓被牵引向内而缩 小，产生小，产生外向弹性回位力外向弹性回位力，但肺仍表现，但肺仍表现内向回内向回 缩力缩力 当当肺内向回缩力肺内向

21、回缩力=外向弹性回位力外向弹性回位力时：时： 呼气结束，此时肺容积呼气结束，此时肺容积功能余气量功能余气量 肺总量的肺总量的40% 因此，平静因此，平静呼呼气末胸廓位置和肺容量大小取决于气末胸廓位置和肺容量大小取决于 肺回缩力肺回缩力与与胸廓外向弹性回位力胸廓外向弹性回位力之间的平衡之间的平衡 总弹性阻力总弹性阻力=肺弹性阻力肺弹性阻力+胸廓弹性阻力胸廓弹性阻力 43 在肺容积在肺容积肺总量的肺总量的40%的基础上的基础上 平静平静吸吸: 肺弹性阻力肺弹性阻力构成吸气阻力；构成吸气阻力； 胸廓胸廓外向弹性回位力外向弹性回位力构成吸气动力，构成吸气动力， 吸气肌收缩和胸廓吸气肌收缩和胸廓外向弹性

22、回位力外向弹性回位力克克 服逐渐增大的服逐渐增大的肺内向回缩力肺内向回缩力，直至吸，直至吸 气结束，此时肺容积气结束，此时肺容积=肺总量的肺总量的67% （4 4）影响弹性阻力的因素影响弹性阻力的因素: : 肺充血、肺不张、表面活性物质减少、肺纤维肺充血、肺不张、表面活性物质减少、肺纤维 化和感染等原因化和感染等原因肺弹性阻力肺弹性阻力( (肺顺应性肺顺应性)吸吸 气困难。气困难。 肺气肿时肺气肿时肺弹性成分破坏肺弹性成分破坏肺回缩力肺回缩力肺肺 弹性阻力弹性阻力( (肺顺应性肺顺应性)呼气困难。呼气困难。 故肺顺应性加大并不一定表示肺通气功能好。故肺顺应性加大并不一定表示肺通气功能好。 肥胖

23、、胸廓畸形、胸膜增厚、腹内占位病变等肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚、腹内占位病变等 原因原因弹性阻力弹性阻力( (顺应性顺应性)但引起通气障碍的但引起通气障碍的 情况较少。情况较少。 44 45 2. 非弹性阻力（非弹性阻力（non-elastic resistance） 气体流动时产生、随流速增加而增加、是动态气体流动时产生、随流速增加而增加、是动态阻力阻力 （1）惯性阻力（）惯性阻力（inertial resistance） 气流发动、变速、换向时，由于气流和组气流发动、变速、换向时，由于气流和组 织的惯性而产生，织的惯性而产生， 平静呼吸时可忽略不计平静呼吸时可忽略不计 （2）粘滞阻力）粘滞阻

24、力 (viscous resistance ) 呼吸时组织相对位移发生的摩擦，呼吸时组织相对位移发生的摩擦， 平静呼吸时亦较小平静呼吸时亦较小 46 （3）气道阻力）气道阻力(airway resistance) 占非弹性阻力的占非弹性阻力的 80% 90%， 由气体分子之间、气体分子与气道壁之间由气体分子之间、气体分子与气道壁之间 的摩擦产生的摩擦产生 气道阻力分布气道阻力分布 鼻鼻50%, 声门声门25%, 气管和支气管气管和支气管15%, 细支气管细支气管(内径内径2mm) 10% 影响气道阻力的因素影响气道阻力的因素 a. 气流形式对气道阻力的影响气流形式对气道阻力的影响 层流时层流时: : 湍流时：湍流时：气道阻力层流阻力气道阻力层流阻力 47 b. 气道管径对气道阻力的影响气道管径对气道阻力的影响 1. 2. 3. 4. 三、肺通气功能的评价三、肺通气功能的评价 （一）肺容积和肺容量（一）肺容积和肺容量 1. 1.潮气量潮气量 平静呼吸时每次吸入或呼出的气量平静呼吸时每次吸入或呼出的气量 2.2.补吸气量和深吸气量补吸气量和深吸气量 平静吸气末再尽力吸气，所能增加的吸入气量平静吸气末再尽力吸气，所能增加的吸入气量 补吸气量与潮气量之和补吸气量与潮气量之和 3.3.补呼气