生理呼吸系统 课件

1、第五章第五章 呼呼 吸吸 (Respiration）呼吸过程呼吸过程呼吸呼吸 ：机体与外界环境之间的气体交换过程。：机体与外界环境之间的气体交换过程。 肺 通 气肺 通 气 （ P u l m o n a r y P u l m o n a r y ventilation)ventilation)：肺泡气与外界空气之肺泡气与外界空气之间经呼吸道进行气体交换的过程。间经呼吸道进行气体交换的过程。一、肺通气的动力一、肺通气的动力 气体进出肺泡取决于肺泡内压与气体进出肺泡取决于肺泡内压与大气压之间的差值（直接动力）。大气压之间的差值（直接动力）。呼吸运动（原动力）呼吸运动（原动力）呼呼 气气肺内压肺

2、内压大气压大气压缩缩 小小肺肺 脏脏吸吸 气气肺内压肺内压大气压大气压胸胸 廓廓呼呼 吸吸 肌肌缩缩 小小收收 缩缩舒舒 张张扩扩 张张扩扩 张张膈肌和肋间外肌弛缓，肺依靠本身膈肌和肋间外肌弛缓，肺依靠本身的回缩力量而回位。用力呼气时，的回缩力量而回位。用力呼气时，肋间内肌收缩，腹肌收缩使隔肌向肋间内肌收缩，腹肌收缩使隔肌向上移动。上移动。 1)1)平静呼吸和用力呼吸；平静呼吸和用力呼吸； 2)2)胸式呼吸、腹式呼吸胸式呼吸、腹式呼吸和混合式呼吸。和混合式呼吸。 混合呼吸混合呼吸: :正常成人。正常成人。 腹式呼吸腹式呼吸: :婴儿、胸膜炎、胸腔积液。婴儿、胸膜炎、胸腔积液。 胸式呼吸胸式呼吸

3、: :严重腹水、腹腔有巨大肿块、严重腹水、腹腔有巨大肿块、肺通气的动力肺通气的动力肺通气肺通气肺内压与大气压之间的压力差（直接动力）肺内压与大气压之间的压力差（直接动力）的周期性变化胸廓的扩大与缩小呼吸肌的舒缩（原动力）呼吸肌的舒缩（原动力）（1 1） 胸膜腔的密闭性和两层胸膜间浆液分子的胸膜腔的密闭性和两层胸膜间浆液分子的内聚力内聚力（2 2） 胸内负压是由肺的回缩力形成的胸内负压是由肺的回缩力形成的 两种力通过胸膜脏层作用于胸膜腔：两种力通过胸膜脏层作用于胸膜腔： 肺内压肺内压使肺泡扩张使肺泡扩张 肺的回缩力肺的回缩力使肺泡缩小使肺泡缩小 胸内压胸内压= =肺内压肺回缩力肺内压肺回缩力 在

4、吸气末和呼气末，肺内压大气压在吸气末和呼气末，肺内压大气压 胸内压胸内压= =大气压肺回缩力大气压肺回缩力 如以大气压为如以大气压为0,0,则：则：胸内压肺回缩力胸内压肺回缩力 压力压力: : 平静吸气时平静吸气时: :胸内压胸内压 大气压大气压= = 呼气时呼气时: :胸内压胸内压 肺的自然容积（胸廓的发育比肺快）肺的自然容积（胸廓的发育比肺快），即使胸廓因呼气而缩小时，肺仍处于扩张状态而具有回缩倾向，故为负值。肺弹性回缩力肺弹性回缩力: 1/3: 1/3肺泡表面张力：肺泡表面张力：2/32/3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

5、扩张= =弹性阻力大弹性阻力大C1/R肺的压力容积曲线肺的压力容积曲线 (pressure-volume curve):(pressure-volume curve): 充气：充气：肺充气和萎陷的压力容积曲线不同滞后现象。 充生理盐水：充生理盐水：在较低压力时就开始扩张，只要较小压力就能使肺完全充盈；滞后现象不明显。 上述差异的主要原因：上述差异的主要原因：用空气充盈时在空气肺泡用空气充盈时在空气肺泡液界面存在肺泡表面张力，液界面存在肺泡表面张力，是导致肺回缩的主要力量。是导致肺回缩的主要力量。 肺组织中弹性纤维受牵拉时产生的回缩力。肺组织中弹性纤维受牵拉时产生的回缩力。 肺泡表面张力产生的回

6、缩力，占肺泡表面张力产生的回缩力，占2 23 3。 肺泡表面张力：肺泡表面张力： 对于中空的球形液面，形成的指向球心的附加压强(P)与表面张力(T)成正比，与曲率半径(r)成反比。 Laplace 定律： P=2T / r 肺泡表面有一层液体分子层，与肺泡内气体形成液肺泡表面有一层液体分子层，与肺泡内气体形成液- -气界面，气界面，具有表面张力，其构成的回缩力，指向肺泡腔，使肺泡趋于缩小。具有表面张力，其构成的回缩力，指向肺泡腔，使肺泡趋于缩小。 肺泡表面活性物质由肺泡肺泡表面活性物质由肺泡IIII型细胞合成并分泌，为脂类型细胞合成并分泌，为脂类和蛋白质等组成的复杂混合物，和蛋白质等组成的复杂

7、混合物，起主要作用的成分是二棕榈酰起主要作用的成分是二棕榈酰卵磷脂，其亲水端与肺泡液体卵磷脂，其亲水端与肺泡液体相吸，疏水端朝向肺泡内气体，相吸，疏水端朝向肺泡内气体，排列成单分子层，形成液排列成单分子层，形成液- -气气界面。界面。 降低肺泡表面张力，从而减小肺回缩力，减少吸气作功。降低肺泡表面张力，从而减小肺回缩力，减少吸气作功。肺泡表面活性物质可将肺泡表面张力降至原来的1/7-1/14; 减少肺组织液生成，使肺泡保持减少肺组织液生成，使肺泡保持“干燥干燥”，防止肺水肿发生；，防止肺水肿发生； 维持肺泡的稳定性。维持肺泡的稳定性。 非弹性阻力非弹性阻力气道阻力气道阻力:80-90%，来自气

8、体分子间、气体分子与气道壁 的摩擦力惯性阻力惯性阻力粘滞阻力粘滞阻力忽略不计忽略不计气道阻力气道阻力（airway resistance) 正常人平静呼吸时总气道阻力1-3 cmH2O / L / s，主要主要发生于直径发生于直径2 mm2 mm细支气管以上的部位（上呼吸道），鼻腔的细支气管以上的部位（上呼吸道），鼻腔的阻力最大，约占阻力最大，约占50%50%，故气管切开术可大大减少气道阻力，改善肺通气功能。气道阻力气道阻力 呼吸道两端的压力差（cmH2O） 单位时间气流量（L / s）影响气道阻力的因素影响气道阻力的因素1. 1. 气流流速：气流流速：从气管到呼吸道末端，总横截面积逐渐最大，

9、气流线速度逐渐减小，气流阻力逐渐下降。2. 2. 气管半径：气道阻力与气管半径的气管半径：气道阻力与气管半径的4 4次方呈反比。次方呈反比。 r R r R 支气管分泌物、水肿、支气管收缩 气道阻力 副交感神经副交感神经管径管径 交感神经交感神经管径管径（拟肾上腺素药解除支气管痉挛）（拟肾上腺素药解除支气管痉挛） 过敏过敏组织胺、慢反应物质组织胺、慢反应物质支气管收缩支气管收缩气道阻力气道阻力(哮喘哮喘) )二、肺通气功能的评价二、肺通气功能的评价 功能残气量功能残气量 (1)(1)潮气量潮气量 : : 每次平静呼吸时吸入或呼出每次平静呼吸时吸入或呼出的气体的量的气体的量,400,400500

10、m1500m1。 (2)(2)补吸气量补吸气量 与与深吸气量深吸气量: : 在平静吸气之在平静吸气之末，再尽力吸气所能吸入的气体量称为末，再尽力吸气所能吸入的气体量称为补吸气补吸气量量，又称吸气贮备量，又称吸气贮备量,1500,15002000 m12000 m1。它与潮。它与潮气量之和称为气量之和称为深吸气量深吸气量, ,衡量最大通气潜力。衡量最大通气潜力。 深吸气量潮气量补吸气量深吸气量潮气量补吸气量 (3)(3)补呼气量补呼气量 : :在平静呼气之未，再尽力呼在平静呼气之未，再尽力呼气所能呼出的气体量气所能呼出的气体量,900,9001200m11200m1。（4 4）肺活量）肺活量 :

11、 :尽力吸气后，再尽力呼气，尽力吸气后，再尽力呼气，所能呼出的气体量称为肺活量。男性：所能呼出的气体量称为肺活量。男性：3500 3500 m1m1；女性：；女性：2500m12500m1。 肺活量肺活量 = =潮气量补吸气量补呼气量潮气量补吸气量补呼气量 用力呼气量用力呼气量 (forced expiratory volume, (forced expiratory volume, FEV)FEV)：用力吸气后，用力以最快的速度呼气所能：用力吸气后，用力以最快的速度呼气所能呼出的最大气量，测定第呼出的最大气量，测定第1 1、2 2、3 3秒内呼出的气秒内呼出的气体量，通常用它占用力肺活量的百

12、分数表示。体量，通常用它占用力肺活量的百分数表示。(6) (6) 肺总容量肺总容量 : : 肺总容量潮气量补吸气量补呼气量肺总容量潮气量补吸气量补呼气量残气量肺活量残气量残气量肺活量残气量(5) (5) 残残( (余余) )气量气量 : : 用力用力呼气末仍残留在肺内呼气末仍残留在肺内的气体量的气体量，100010001500ml1500ml。平静。平静呼气末留在肺呼气末留在肺内的气体量内的气体量为功能为功能残残( (余余) )气量气量, 2500 ml, 2500 ml。 1. 1. 肺通气量肺通气量 (minute ventilation volume, V(minute ventilat

13、ion volume, VE E) )：每分钟进出肺的每分钟进出肺的气体总量。气体总量。 每分通气量每分通气量 = = 潮气量潮气量呼吸频率呼吸频率 6-9 L/min6-9 L/min 500 ml 12-18500 ml 12-18次次/ /分分 （二）肺通气量和肺泡通气量（二）肺通气量和肺泡通气量2.2.无效腔和肺泡通气量无效腔和肺泡通气量 (1)(1)无效腔无效腔 (dead space)(dead space)：指有通气但不进行气体交换的区域，生指有通气但不进行气体交换的区域，生理无效腔包括理无效腔包括解剖无效腔解剖无效腔(anatomical dead space)(anatomi

14、cal dead space)和和肺泡无效腔肺泡无效腔(alveolar dead space)(alveolar dead space)。 解剖无效腔解剖无效腔指由鼻或口腔直至终末细支气管的整个气体通道。没有气体交换功能，成年人约150 ml150 ml。 (2) (2) 肺泡通气量肺泡通气量 (alveolar ventilation, VA)(alveolar ventilation, VA)：每分钟进入肺泡与血：每分钟进入肺泡与血液进行气体交换的新鲜气体总量。液进行气体交换的新鲜气体总量。 为每分肺通气量的有效部分。 肺泡通气量肺泡通气量 = =（潮气量一无效腔气量）（潮气量一无效腔气

15、量）呼吸频率呼吸频率肺泡通气量(500150)165600(250150)323200(1000150)86800每分通气量500168000250328000100088000平静呼吸浅快呼吸深慢呼吸 肺泡无效腔：肺泡无效腔：无血流灌注的肺泡的容积。无血流灌注的肺泡的容积。进入肺泡的气体，还可因血液在肺内分布不均匀等原因，不能都与血液进行气体交换。这部分不能与血液进行气体交换的无效腔，称为肺泡无效腔。 正常人肺泡无效腔很小，平卧时更小，接近于零。正常人平卧时正常人平卧时生理无效腔接近于解剖无效腔。生理无效腔接近于解剖无效腔。 任何减少肺血流量的因素（如肺血栓）均可增大肺泡无效腔。任何减少肺血

16、流量的因素（如肺血栓）均可增大肺泡无效腔。第二节第二节 肺换气和组织换气肺换气和组织换气一、气体分压与分压差一、气体分压与分压差 1气体的分压差气体的分压差: 肺换气肺换气：V V血血 A A血血单位单位:mmHg:mmHg 组织换气：组织换气：A A血血VV血血 PO2 肺泡气肺泡气（102）V 血血(40) O2扩散入肺扩散入肺 V PCO2 肺泡气肺泡气（40） V 血血(46) CO2扩散入肺扩散入肺泡泡 PO2 组织液（组织液（30）A 血血(40) CO2扩散入扩散入 A 血血 （二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压（二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压气体的分子量：气体的分子量：

17、气体溶解度：气体溶解度：d 二、气体物理特性对气体扩散的影响二、气体物理特性对气体扩散的影响d 呼吸膜呼吸膜厚度厚度呼吸膜呼吸膜面积面积（s）：）：四、四、 运输形式运输形式物理溶解物理溶解化学结合化学结合物理溶解量很少，但它是化物理溶解量很少，但它是化学结合或释放的先决条件。学结合或释放的先决条件。化学结合化学结合动态平衡动态平衡物理溶解物理溶解二、二、O O2 2的运输的运输（一）（一）Hb的分子结构的分子结构（二）（二） HbHb与与O O2 2结合的特征结合的特征 氧合血红蛋白氧合血红蛋白(HbO2)呈鲜红色，去呈鲜红色，去氧血红蛋白呈紫蓝色；假如毛细血管内氧血红蛋白呈紫蓝色；假如毛细

18、血管内血液含还原血红蛋白达血液含还原血红蛋白达5g/100ml(血液血液)以上，则皮肤，甲床或粘膜出现浅蓝色以上，则皮肤，甲床或粘膜出现浅蓝色，称为紫绀。，称为紫绀。氧合氧合解离解离 2. 氧合氧合，Fe2+ 被氧化成被氧化成Fe3+ 时时Hb就失去带氧能力就失去带氧能力。O2结合的量。结合的量。 4. O2的结合或解离曲线呈的结合或解离曲线呈S形形。 Hb的 氧饱和度 100Hb氧含量Hb氧容量 1 g Hb结合1.34ml O2，正常健康人每100ml血液含Hb 15g，最多可结合O2约20.1 ml。 Hb氧容量氧容量：100ml血液中的Hb所能结合的最大O2量称为Hb的氧容量(oxyg

19、en capacity)。 Hb氧含量氧含量：100ml血液中的Hb实际结合的O2量称为Hb的氧含量(oxygen content)。 Hb氧饱和度氧饱和度：氧含量占氧容量百分比称为Hb的氧饱和度(oxygen saturation)。Hb结合氧的能力结合氧的能力 通常将Hb氧含量、Hb氧容量和Hb的 氧饱和度看作血氧含量、血血氧含量、血氧容量氧容量和血氧饱和度血氧饱和度（血液中溶解O2的很少，忽略不计）。(HbCO) 空气中0.10.3的CO即可造成危害，甚至致命。CO 氧离曲线氧离曲线(oxygen dissociation curve)(oxygen dissociation curve

20、)：反映反映血氧饱和度和血血氧饱和度和血氧氧分压（分压（PoPo2 2）关系的曲线，呈）关系的曲线，呈S S形。形。 （三三）氧离曲线氧离曲线 Hb与O2的结合或解离曲线呈S形，与Hb的变构效应有关，即当HbO2的1个亚单位释放出O2后，其它亚单位更易释放出O2，因此Hb氧解离曲线呈S型。 曲线的上段平坦曲线的上段平坦氧离曲线可分为氧离曲线可分为3 3段：段：1 1、pHpH和和PcoPco2 2的影响：血液的的影响：血液的pHpH降低或降低或PcoPco2 2的增加均使氧离曲线右移，的增加均使氧离曲线右移，使血红蛋白与氧的亲和力降低，有利于02的释放。 这一影响有利于活动组织（酸性代谢产物与

21、有利于活动组织（酸性代谢产物与C0C02 2增多）从血液中获取更多增多）从血液中获取更多的的0 02 2 ； 反之左移，有利于血红蛋白在肺组织与02的结合。2 2、温度的影响：、温度的影响： 温度升高时，温度升高时，HbHb对对O O2 2的亲和力下降，曲线右移，可解离更多的的亲和力下降，曲线右移，可解离更多的O O2 2供组织利用供组织利用。温度下降则相反。 肌肉运动时，肌肉温度升高可促使HbO2释放更多的O2。 低温麻醉时，低温有利于降低组织耗氧量，但HbO2释放O2也显著减少。在20时，组织Po2低至40 mmHg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

22、。3.2,33.2,3二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（2,3-DPG2,3-DPG）的影响：）的影响： 当血液的氧分压降低时，红细胞内无氧酵解增加，2,3二磷酸甘油酸(2,3-diphosphoglycerate, 2,3-DPG)2,3-DPG)生成生成增加，使氧离曲线右移，增加，使氧离曲线右移，促使促使HbOHbO2 2的解离。的解离。 目前认为，当2,3-DPG增加时,将限制肽链分子构型的变化，降低血红蛋白与氧的亲和力，使流经组织的血液在组织释放出更多的02 。 在慢性缺02、贫血、高山缺02等情况下，2,3-DPG增加，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，氧离曲线左移，

23、02不易解离。4. 其它因素其它因素 高铁血红蛋白血症高铁血红蛋白血症(methemoglobinemia): : 如亚硝酸盐中毒导致Hb中Fe2+氧化成Fe3+,不能与O2结合。 COCO中毒中毒 胎儿胎儿HbHb与与O O2 2的亲和力大的亲和力大，有利于胎儿经胎盘从母体摄取O2。肺部肺部HCOHCO3 3- -的形式的形式：88%88% (1) (1)反应过程反应过程：碳酸酐酶碳酸酐酶H H2 2COCO3 3HCOHCO3 3- -H H+ +反应速极快且可逆，反应方向取决反应速极快且可逆，反应方向取决PCOPCO2 2差；差； RBCRBC膜上有膜上有ClCl- -和和HCOHCO3

24、 3- -特异转运载体，特异转运载体， ClCl- -转移转移维持电平衡维持电平衡, ,促进促进COCO2 2化学结合的运输；化学结合的运输；需酶催化需酶催化: :碳酸酐酶加速反应碳酸酐酶加速反应0.50.5万倍万倍, ,双向作用；双向作用；在在RBCRBC内反应内反应, , 在血浆内运输。在血浆内运输。 (2) (2)反应特征反应特征: :COCO2 2H H2 2O O氨基甲酰血红蛋白的形式：氨基甲酰血红蛋白的形式：7 7 (1)(1)反应过程反应过程：在组织在组织在肺脏在肺脏HHbNHCOOHHHbNHCOOHO O2 2 反应迅速且可逆，无需酶催化；反应迅速且可逆，无需酶催化； COC

25、O2 2与与HbHb的结合较为松散；的结合较为松散； 反应方向主要受氧合作用的调节反应方向主要受氧合作用的调节: : HbOHbO2 2的酸性高的酸性高, ,难与难与COCO2 2结合结合, ,反应向左进行反应向左进行 HHbHHb的酸性低的酸性低, ,易与易与COCO2 2结合结合, ,反应向右进行反应向右进行 虽不是主要运输形式虽不是主要运输形式, ,却是高效率运输形式，却是高效率运输形式， 因肺部排出的因肺部排出的COCO2 2有有2020是此释放的。是此释放的。 带满带满O O2 2的的HbHb仍可带仍可带COCO2 2。(2)(2)反应特征反应特征: :HbNHHbNH2 2O O2

26、 2+H+CO+H+CO2 2( (三三)CO)CO2 2解离曲线解离曲线 COCO2 2解离曲线解离曲线是表是表示血液中示血液中COCO2 2含量与含量与PCOPCO2 2间关系的曲线。间关系的曲线。 从图中可见：从图中可见：血液中血液中COCO2 2含量随含量随PCOPCO2 2的的而而，几乎成线性，几乎成线性关系关系( (非非S S形曲线形曲线) )，且无饱和点。，且无饱和点。静脉血静脉血A A点点COCO2 2的含量为的含量为52ml/100ml,52ml/100ml,而动脉血而动脉血B B点点COCO2 2的含量的含量降为降为48ml/100ml,48ml/100ml,说明血液流经肺

27、脏时，每说明血液流经肺脏时，每100ml100ml血液释放出血液释放出4mlCO4mlCO2 2 。当血当血POPO2 2时，时， COCO2 2解离曲线下移。解离曲线下移。 肺通气量的大小取决于节律性呼吸的频率和深度。机体通过调节呼吸的频率和深度使肺通气量适应机体代谢的需要。呼吸运动特点：呼吸运动特点：1.自动节律性呼吸：节律性来自呼吸中枢，受反射调节。2.可有意识地调节呼吸受大脑皮层控制。1 1、一、呼吸中枢和呼吸节律的形成一、呼吸中枢和呼吸节律的形成A A 中脑中脑- -脑桥脑桥D D 延髓延髓- -脊髓之间脊髓之间B B 脑桥上、中部脑桥上、中部脑桥、延髓）脑桥、延髓）:经典实验经典实

28、验脑干横切法（脑干横切法（延髓是呼吸基本中枢延髓是呼吸基本中枢, , 脑桥是呼吸调整中枢。脑桥是呼吸调整中枢。）C C 脑桥脑桥- -延髓延髓臂旁内侧核臂旁内侧核KF核核吸气活动发生器吸气活动发生器（CIAG）吸气切断机制吸气切断机制（IOS）吸气吸气肺扩张肺扩张肺牵张肺牵张感受器兴奋感受器兴奋（肺牵张反射）（肺牵张反射）吸吸气气肌肌运运动动神神经经元元迷迷走走神神经经延髓内吸气活动发生器使吸气神经元兴奋，引起吸气 ； 吸 气 切 断 机 制 （inspiratory off switch) 神经元使吸气切断而发生呼气。 吸气切断机制吸气切断机制神经元接受来自吸气神经元、脑桥PBKF核团(前包

29、钦格复合体，pre-Botzinger complex & Kolliker-Fuse nucleus)和肺牵张感受器的冲动，经总和达阈值时，引起吸气切断机制神经元兴奋，发出抑制性冲动传至中枢吸气活动发生器或吸气神经元，以负反馈形式终止其活动，使吸气停止，转为呼气。呼吸节律形成的假说呼吸节律形成的假说(二二) 呼吸节律的形成呼吸节律的形成二、肺牵张反射二、肺牵张反射（一）化学感受器的反射性调节（一）化学感受器的反射性调节 血液中的化学物质（血液中的化学物质（O O2 2、COCO2 2、H H+ +） 通过刺激化学感受器调节呼吸运动通过刺激化学感受器调节呼吸运动 （加深、加快）的反射（加深、加

30、快）的反射（2 2）中枢化学感受器：延髓腹外侧的浅表部位）中枢化学感受器：延髓腹外侧的浅表部位（1 1）外周化学感受器：颈动脉体、主动脉体）外周化学感受器：颈动脉体、主动脉体 （主要意义：维持（主要意义：维持CNSCNS的的pHpH相对稳定）相对稳定）：脑脊液和局部细胞外液的：脑脊液和局部细胞外液的H H+ +血血CO2CO2 血脑屏障血脑屏障CO2+HCO2+H2 2OOHH2 2COCO3 3HH+ + + HCO+ HCO3 3中枢化学感受器：中枢化学感受器：外周化学感受器：外周化学感受器：n刺激中枢化学感受器（刺激中枢化学感受器（80%80%）n刺激外周化学感受器刺激外周化学感受器（1 1） COCO2 2 中枢化学感受器位于延髓腹外侧的浅表部位。其适宜刺激是脑脊中枢化学感受器位于延髓腹外侧的浅表部位。其适宜刺激是脑脊液中的液中的H+H+，而不是，而不是COCO2 2分子。分子。