肺换气和气体运输学习教案

1、会计学1肺换气和气体肺换气和气体(qt)运输运输第一页，共49页。一、一、 气体交换的原理气体交换的原理 Physical Principles of Gas Exchange :Diffusion of Oxygen and Carbon Dioxide （一）（一） 气体的扩散气体的扩散 概念：气体分子概念：气体分子(fnz)不停地进行着无定向的运动不停地进行着无定向的运动，其结果是气体分子，其结果是气体分子(fnz)从分压高处向分压低处发从分压高处向分压低处发生净移动，这一过程称为气体扩散生净移动，这一过程称为气体扩散 气体扩散的动力是气体的分压差气体扩散的动力是气体的分压差 第1页/共

2、48页第二页，共49页。气体交换气体交换肺部肺部:肺泡肺泡(fipo)气中气中O2的分压大于的分压大于 肺毛细血管肺毛细血管O2 的分压的分压, O2 进入血管进入血管. 肺泡肺泡(fipo)气中气中CO2 的分压小于的分压小于 肺毛细血管肺毛细血管CO2 的分压的分压, CO2进入肺泡进入肺泡(fipo). 组织组织:组织中组织中O2的分压小于毛细的分压小于毛细 血管血管O2 的分压的分压, O2进入组织进入组织. 组织中组织中CO2 的分压大于毛细的分压大于毛细 血管血管CO2 的分压的分压, CO2进入进入 血管血管. 第2页/共48页第三页，共49页。第3页/共48页第四页，共49页。

3、P. A .S. Td. MW .第4页/共48页第五页，共49页。1. 气体的分压差气体的分压差 气体分压（气体分压（ partial pressure ，P）：在混合气体的）：在混合气体的总压力中，某种气体所占有的压力，称为总压力中，某种气体所占有的压力，称为(chn wi)该气体的分压该气体的分压 气体分压气体分压 = 总压力总压力 该气体的容积百分比该气体的容积百分比. PO2 = 760 mmHg 20.1 % = 159.6 mmHg PCO2 = 760 mmHg 0.04 % = 0.3 mmHg第5页/共48页第六页，共49页。 气体的张力气体的张力 ：溶解在液体中的气体分子

4、：溶解在液体中的气体分子(fnz)从液体中逸从液体中逸出的力，称为液体中该气体的张力，张力就是液体中出的力，称为液体中该气体的张力，张力就是液体中该气体的分压。该气体的分压。: Pressure =Concentration of dissolved gasSolubility coefficient第6页/共48页第七页，共49页。2. 气体分子量与溶解度(S) A. 气体的溶解度 The solubility coefficient ：单位分压差(y ch)下溶解于单位容积的溶液中的气体量 The solubility is the volume of the gas in100ml wa

5、ter at one atmosphere pressure of the gas at 38(centigrade ) 在一个标准大气压下，38时，每100 ml 血浆中溶解的气体的 ml 数： O2的溶解度：21.1ml / L CO2的溶解度：515.0 ml / L CO2的溶解度是O2的溶解度的24倍 Solubility coefficient of different gases O2 CO2第7页/共48页第八页，共49页。 B. 气体的分子量越大，扩散速率越慢 气体的扩散系数 Diffusion coefficient: S/MW is called diffusion co

6、efficient of gas = S / (MW)1/2 CO2 的扩散系数是 O2的 20 倍 气体的分子量和溶解度是气体分子本身(bnshn)的性质第8页/共48页第九页，共49页。the Respiratory Membrane第9页/共48页第十页，共49页。第10页/共48页第十一页，共49页。4. 温度（T） 影响气体扩散速率的因素： DP*S*T*A / d*( MW ) 1 / 2 D： 扩散速率 P ：I扩散界面(jimin)两侧的某种气体分压差 A ：扩散面积 S：某气体的溶解度 MW: 气体的分子量 ：气体的粘滞度 d ：气体的扩散距离 CO2 的溶解度是 O2的 2

7、4 倍 CO2 的扩散系数是 O2的 20 倍 肺换气中, CO2 的扩散速率是 O2的 2 倍第11页/共48页第十二页，共49页。二、肺换气二、肺换气(一一) 肺换气过程：肺换气过程： PO2和和PCO2分压差决定分压差决定(judng)扩散方向、扩散方向、动力动力 肺泡气肺泡气 ： PO2 102 mmHg PCO2 40 mmHg 肺毛细血管静脉端肺毛细血管静脉端 PO2为为 40 mmHg PCO2为为 46 mmHg 在肺，静脉血变为动脉血在肺，静脉血变为动脉血 PO2 100 mmHg PCO2 40 mmHg 第12页/共48页第十三页，共49页。 通常在血液流经肺毛细血管全长

8、的通常在血液流经肺毛细血管全长的1/3时，已完成肺换时，已完成肺换气气(hun q)过程过程第13页/共48页第十四页，共49页。第14页/共48页第十五页，共49页。(二二) 影响肺部气体影响肺部气体(qt)交换的因素交换的因素 Factors that Affect the Rate of Gas Diffusion Through the Respiratory Membrane 1. 气体气体(qt)的分压差的分压差 第15页/共48页第十六页，共49页。2. 呼吸膜的厚度呼吸膜的厚度 呼吸膜厚度：通常六层不足呼吸膜厚度：通常六层不足1m The thickness of the me

9、mbrane (edema fluid ,fibrosis of the lungs causes the increase in t hickness ) 3. 呼吸膜的面积呼吸膜的面积 3亿个肺泡亿个肺泡(fipo)，40 70 肺毛细血管丰富，血流慢、压强低、血管直径小肺毛细血管丰富，血流慢、压强低、血管直径小 （8 m），肺毛细血管总血量仅），肺毛细血管总血量仅60 140ml 肺水肿、肺纤维化时厚度增加，肺炎、肺气肿、肺水肿、肺纤维化时厚度增加，肺炎、肺气肿、 肺不张时面积减小，都使肺换气功能减弱肺不张时面积减小，都使肺换气功能减弱 运动时，肺血流速度加快运动时，肺血流速度加快 Th

10、e surface area of the respiratory membrane (removal of an entire lung ,emphysema) 第16页/共48页第十七页，共49页。第17页/共48页第十八页，共49页。4. 通气通气/血流比值血流比值(bzh) Ventilation /perfusion ratio (Va/Q) ：（：（Va） 通气通气/血流比值血流比值(bzh)（ventilation / perfusion ratio）：）： 每分肺泡通气量和肺血流量之间的比值每分肺泡通气量和肺血流量之间的比值(bzh) Va/Q is the ratio of

11、minute alveolar ventilation and minute pulmonary perfusion. 正常情况下正常情况下 Va / Q = 4.2 / 5 = 0.84 第18页/共48页第十九页，共49页。 Va / Q 比值在比值在0.84 时气体交换的效率最高时气体交换的效率最高 Va/Q比值大于比值大于0.84: 血泵功能下降时，血泵功能下降时，Va / Q 比值比值 大于大于 0.84 : 相当于增大了肺泡无效腔相当于增大了肺泡无效腔 “Physiologic dead space” increases when Va/Q is greater than norm

12、al ( 0.84 ). 气泵功能下降时，气泵功能下降时，Va / Q 比值小于比值小于 0.84 : 相当于发生相当于发生(fshng)了机能性了机能性 A - V短路短路 “physiologic shunt ” when Va/Q is below normal ( 0.84 )第19页/共48页第二十页，共49页。肺毛细血管(mo x xu un)动脉端肺泡(fipo)肺泡(fipo)肺毛细血管静脉端Va/Q第20页/共48页第二十一页，共49页。Va/Q肺毛细血管(mo x xu un)动脉端肺泡肺泡(fipo)肺泡肺泡(fipo)肺毛细血管静脉端第21页/共48页第二十二页，共49

13、页。第22页/共48页第二十三页，共49页。第23页/共48页第二十四页，共49页。影响组织换气影响组织换气(hun q) 的因素的因素 组织换气组织换气(hun q)时，组织和组织毛细血时，组织和组织毛细血管动脉端的氧和二氧化碳的分压差随细胞内管动脉端的氧和二氧化碳的分压差随细胞内氧化代谢的强度和血流量而异氧化代谢的强度和血流量而异 血流量不变时，代谢强则组织血流量不变时，代谢强则组织 PO2低，低，PCO2高高 ，分压差大。，分压差大。 代谢强度不变时，血流量大则细胞外代谢强度不变时，血流量大则细胞外 PO2高，高，PCO2低，分压差大。低，分压差大。第24页/共48页第二十五页，共49页

14、。第三节第三节 气体气体(qt)在血液中的运在血液中的运输输Transport of O2 and CO2 in the Blood第25页/共48页第二十六页，共49页。组织组织CO2溶解状溶解状化化学结合状学结合状肺泡肺泡CO2第26页/共48页第二十七页，共49页。实际上：实际上： 动脉血动脉血O2 含量约为含量约为 20 ml / 100 ml而不是而不是 故故O2 总运输量中总运输量中 物理溶解物理溶解(rngji)形式占形式占 1.5 %， 化学结合形式占化学结合形式占 98.5 % About 98.5 percent of O2 is transported in the fo

15、rm of chemical combination with Hb in the red blood cells, About 1.5% of O2 is transported in the dissolved state in the water of the plasma and the cells 第27页/共48页第二十八页，共49页。静脉血静脉血CO2含量约为含量约为 53 ml / 100 ml而不是而不是 故故CO2 总运输量中总运输量中 物理溶解形式占物理溶解形式占 5.8% 化学结合形式占化学结合形式占 94.2% only 5.8 percent of all CO2

16、is transported in dissolved state . About 94.2 percent of CO2 is transported in the form of chemical combination 血液中的气体绝大多数是以化学结合的形式存在血液中的气体绝大多数是以化学结合的形式存在(cnzi)和和运输的运输的 第28页/共48页第二十九页，共49页。 虽然溶解形式的O2 、 CO2很少，对气体运输意义不大，但对气体交换至关重要，因为: 肺和组织进行气体交换时，进入血液的O2 、 CO2都是先溶解提高分压形成化学(huxu)结合的方式 ; O2 、 CO2从血液释放时

17、，也是溶解的先溢出（或扩散）分压下降化学(huxu)结合形式的气体再解离为溶解形式的气体第29页/共48页第三十页，共49页。第30页/共48页第三十一页，共49页。(一一) Hb (hemoglobin)分子结构分子结构 由一个珠蛋白和四个血红素组成由一个珠蛋白和四个血红素组成 每个珠蛋白由两条每个珠蛋白由两条和两条和两条肽链组成肽链组成 每条肽链结合每条肽链结合(jih)一个血红素一个血红素 每个血红素含一个每个血红素含一个Fe + 每个每个Fe +可与一分子可与一分子O2结合结合(jih) Each Fe2+ carrying one molecule of O2 所以，一分子所以，一分

18、子Hb可与四分子可与四分子O2结合结合(jih)成为氧成为氧合血红蛋白合血红蛋白 One molecule of hemoglobin can bind with 4O2 第31页/共48页第三十二页，共49页。第32页/共48页第三十三页，共49页。Hb 的的4个亚单位之间和亚单位内部由盐键连接个亚单位之间和亚单位内部由盐键连接 Hb 与与 O2的结合或解离将影响盐键的形成（解的结合或解离将影响盐键的形成（解离时）或断裂（结合时），使离时）或断裂（结合时），使Hb的构型发生的构型发生改变，改变， Hb与与O2的亲和力也发生改变的亲和力也发生改变 氧离血红蛋白：紧密型（氧离血红蛋白：紧密型（T

19、型型 ，盐键形成），盐键形成） 氧合血红蛋白：疏松型（氧合血红蛋白：疏松型（R型，盐键断裂）型，盐键断裂） 原因：氧与原因：氧与T型型 Hb的的Fe +结合后，结合后， Fe +的的电子自旋状态改变，则盐键断裂，电子自旋状态改变，则盐键断裂， T型型 Hb变变为为R型，而型，而R型型Hb对对O2的亲和力逐步的亲和力逐步(zhb)增加，增加， R型型Hb对对O2的亲和力为的亲和力为T型的数百倍型的数百倍， 反之，氧与反之，氧与R型型Hb解离时，解离时， R型型 Hb变为变为T型，型，Hb对对O2的亲和力逐步的亲和力逐步(zhb)减弱减弱第33页/共48页第三十四页，共49页。第34页/共48页第

20、三十五页，共49页。（二）（二）Hb与与O2结合的特征结合的特征 1. 反应反应(fnyng)快，可逆，不需酶催化，受快，可逆，不需酶催化，受PO2影响影响 Hb（去氧血红蛋白）（去氧血红蛋白） HbO2 （氧合血红蛋白）（氧合血红蛋白） PO2高（肺）高（肺） Hb + O2 HbO2 (暗红）暗红） PO2低（组织）低（组织） （鲜红）（鲜红） 2 . Fe2+与与O2结合为氧合（结合为氧合（oxygenation），不是氧化），不是氧化 反应反应(fnyng)（oxidation），因结合后铁仍为二价铁），因结合后铁仍为二价铁 第35页/共48页第三十六页，共49页。第36页/共48页第

21、三十七页，共49页。c. Hb氧饱和度氧饱和度 Oxygen saturation或血氧饱和度：或血氧饱和度： 氧含量氧含量/氧容量氧容量 Oxygen saturation := 100% d. Cyanosis（紫绀（紫绀(z n)，发绀），发绀）oxygen contentoxygen capacity第37页/共48页第三十八页，共49页。一氧化碳一氧化碳(yynghutn)中毒：中毒： CO和血红蛋白上氧的结合位点相结合，和血红蛋白上氧的结合位点相结合， CO和血红蛋白的亲和和血红蛋白的亲和力是力是O2的的250倍倍Combination of Hemoglobin with Car

22、bon Monoxide - Displacement of OxygenCO competes for the same binding sites in the Hb with O2 (competitive inhibition )The affinity of Hb for CO is about 250 times as great as for O2.第38页/共48页第三十九页，共49页。 CA PCO2 时，在组织(zzh) CA PCO2 时，在肺第39页/共48页第四十页，共49页。 2 . 形成氨基甲酸形成氨基甲酸Hb（ CO2与与Hb上的氨基结合）上的氨基结合） 占总运

23、输量的占总运输量的 7 %左右，可逆，快，无酶催化左右，可逆，快，无酶催化 HbNH2O2 + H+ + CO2 HHbNHCOOH + O2 在组织，在组织，HbO2 (酸性强）解离出酸性强）解离出 O2 ，变为，变为Hb（酸（酸性弱，易于性弱，易于(yy)结合结合H+使反应向右进行）使反应向右进行） 在肺在肺HbO2多多(酸性强），易于酸性强），易于(yy)促使促使H+ 和和 CO2 释放和解离，使反应向左进行释放和解离，使反应向左进行 在组织(zzh) 在肺第40页/共48页第四十一页，共49页。第41页/共48页第四十二页，共49页。（二）（二） CO2解离曲线解离曲线 carbon

24、dioxide dissociation curve a. 概念：概念： 是表明是表明PCO2 与与CO2含量关系曲线含量关系曲线 血中血中CO2含量随含量随 PO2的升高而增加的升高而增加 Concept: The curve showing the dependence of total blood CO2 in all forms on PCO2. b. 呈线性关系，无饱和现象呈线性关系，无饱和现象 c. 不同不同 PO2 时的时的CO2解离曲线位置不同，解离曲线位置不同， PO2升高时右移升高时右移(yu y) PO2降低时左移降低时左移 第42页/共48页第四十三页，共49页。第43页/共48页第四十四页，共49页。(三三) O2与与Hb结合对结合对CO2运输的影响运输的影响 何尔登效应何尔登效应 Haldane effect