生理学第五章 呼吸

1、第五章 呼吸 Respiraion1呼吸（respiration）概念：机体与外界环境之间的气体交换过程。呼吸全过程： 外呼吸 肺通气 肺换气 气体在血液中的运输 内呼吸或组织呼吸2呼吸系统结构示意图3第一节肺 通 气肺通气（pulmonary ventilation）肺与外界环境之间经呼吸道进行气体交换的过程 吸气： 呼气：4一、肺通气的原理原动力:呼吸运动直接动力:肺内压与外界大气 压间的压力差肺通气取决于推动气体流动的动力推动气体流动的阻力5 （一）肺通气的动力 1.呼吸运动 呼吸肌收缩、舒张所造成的胸廓容积扩大和缩小，进而使肺容积随之扩大或缩小，改变肺内压，使气体被吸入或呼出的过程，称

2、为呼吸运动（respiratory movement）。膈肌6呼吸肌： 吸气肌 膈肌 肋间外肌 呼气肌 肋间内肌 腹壁肌 辅助呼吸肌 胸锁乳突肌 斜角肌7（1）平静状态下的呼吸运动的发生过程89（2）呼吸运动的形式按用力程度分类：平静呼吸：安静时的呼吸 吸气：主动过程 呼气：被动过程用力呼吸：加深加快的呼吸 吸气：主动过程 呼气：主动过程10 按动作部位分类: 混合呼吸:正常成人 腹式呼吸:以膈肌收缩和舒张活动为主，腹壁起伏明显的呼吸运动 常见于婴儿、胸膜炎及胸腔积液患者 胸式呼吸:以肋间外肌收缩和舒张活动为主的呼吸运动 常见于严重腹水、腹腔有巨大肿块者11肺内压是指肺泡内气体的压力平静吸气初

3、: 肺内压 大气压平静呼气末: 肺内压 = 大气压平静呼吸吸气时：2 mmHg1 mmHg呼气时：1 mmHg2 mmHg 用力呼吸肺内压的升降变化有所增加，如故意闭住声门而作剧烈呼吸运动2.肺内压（intrapulmonary pressure）12 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)133. 胸内压（intrapleural pressure） 概念: 胸内压是指胸膜腔内的压力。 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:将减压计的注射针头刺入胸膜腔内14平静呼气末：5 mmHg3 mmH

4、g 吸气末：10 mmHg5 mmHg 平静呼吸过程中，胸膜腔内压始终低于大气压 15胸内负压形成: 以胸膜腔的密闭性为前提（其中只含少量浆液）； 胸廓的自然容积 肺的自然容积； 肺受到胸廓的牵拉而始终处于被动扩张状态 肺发生弹性回缩胸内负压由于肺回缩力的存在，胸内压是低于大气压的，故称为胸内负压胸内压肺内压肺回缩力（在吸气或呼气末，肺内压等于大气压） 大气压肺回缩力 如以大气压为零参照点胸内压肺回缩力16胸内压大气压肺回缩力胸内压0肺回缩力迫使脏层胸膜回位迫使脏层胸膜外移使肺扩张(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力) 肺 回 缩 力 (大 气 压) 肺 内 压 结论：胸膜腔内负压是脏层胸膜受到两

5、个相反作用力 相互抵消的代数和，经脏层胸膜间接反映在胸 膜腔的压力 胸膜腔负压形成的原因肺的回缩力17胸膜腔负压的生理意义 保持肺的扩张状态，维持呼吸运动的正常进行； 降低中心静脉压，促进静脉血和淋巴的回流。1819（二）肺通气的阻力 肺通气阻力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胸廓弹性阻力：与胸廓所处位置有关肺弹性阻力肺泡表面张力（2/3）肺组织弹性回缩力（1/3）气道阻力：与气体流动形式和气道 半径有关粘滞阻力惯性阻力常态下可忽略不计20 1.弹性阻力:（1）肺的弹性阻力 度量法：顺应性 =(1/弹性阻力) 顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性 顺应性大 = 易扩张

6、= 弹性阻力小 顺应性小 = 不易扩张 = 弹性阻力大 肺容积变化（V） 肺顺应性(CL) = （L/cmH2O） 跨肺压变化（P） 21肺弹性阻力的来源： 肺组织的弹性回缩力（占1/3） 当肺被扩张时，肺组织具有的弹性纤维因被牵拉而倾向于回缩肺泡表面张力（2/3） 在肺泡内壁覆盖有一薄层液体，它与肺泡内气体形成了液-气交界面，从而产生表面张力22肺泡表面张力 (alveolar surface tension)在肺泡内壁覆盖有一薄层液体，它与肺泡内气体形成了液-气交界面，而产生了表面张力。其作用是使液体表面积尽可能缩小而阻碍肺泡扩张，因而其合力指向肺泡中央，使肺泡趋于缩小。证据：离体肺在充气

7、和充水时（扩张肺至相同容积），可见充气所需的压力充水。 23肺泡表面张力的作用： a.肺泡回缩肺通气（吸气） 阻力 b. 肺泡内压不稳定肺泡破裂或萎缩 c. 促肺泡内液生成产生肺水肿 根据Laplace定律:2T(N/m) P(N/m2) r(m)肺泡液-气交界面的压强（P） 与表面张力系数（T）成正比 与肺泡半径 (r) 成反比2425表面活性物质（Pulmonary surfactant）来源: 肺泡型细胞（Type II alveolar epithelial cells）分泌，单分子层分布于肺泡液-气界面上，其密度随肺泡的张缩而改变。成分:二软脂酰卵磷脂（DPL或DPPC）肺泡DPPC

8、2627 表面活性物质的作用： 1.降低肺泡表面张力所造成的回缩力，从而减少吸气阻力和吸气做功； 2.维持肺泡的稳定性，保持肺泡正常扩张状态和正常的呼吸深度 3.减弱表面张力对肺毛细血管中液体的吸引作用，防止肺水肿的发生28临床： 在成年人患肺炎、肺血栓时表面活性物质肺不张。67个月胎儿才开始分泌表面活性物质，故早产儿可因缺乏表面活性物质而发生肺不张和新生儿肺透明膜病呼吸窘迫综合征。2930（2）胸廓的弹性阻力 胸廓的弹性阻力由胸廓的弹性组织所形成。 胸廓处于自然位置时(肺容量67)，不表现有弹性回缩 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

9、容量67)，胸廓的弹性回缩力向内 = 吸气的阻力，呼气的动力。31（3）影响弹性阻力的因素: 肺充血、肺不张、表面活性物质减少、肺纤维化和感染等原因肺弹性阻力(肺顺应性)吸气困难 肺气肿时肺弹性成分破坏肺回缩力肺弹性阻力(肺顺应性)呼气困难。 故肺顺应性加大并不一定表示肺通气功能好 肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚、腹内占位病变等原因弹性阻力(顺应性)但引起通气障碍的情况较少 322. 非弹性阻力（non-elastic resistance） 气道阻力（airway resistance）：是气体流经气道 时，气体分子间及气体分子与气道壁之间的摩擦 力，占非性阻力80%90%。 惯性阻力（inert

10、ial resistance）: 气流在发动、变速、 换向时，因气流和组织惯性所产生的阻力。 粘滞阻力（viscous resistance）：来自呼吸时组织相 对位移所发生的摩擦。平静呼吸时，惯性阻力和粘滞阻力较小，可以忽略不计。33气道阻力流速快、湍流、管径小 气道阻力大流速慢、层流、管径大 气道阻力小34气道阻力与气道半径的4次方成反比：（R1r4） 跨壁压：呼吸道内压力高跨壁压大管径被动扩大阻力。 肺实质对气道壁的外向放射状牵引： 自主神经系统对呼吸道平滑肌舒缩活动的调节： 迷走NACh + M受体收缩气道阻力 交感NNE +2受体舒张气道阻力 非NE非ACh共存递质的调制 (如神经肽

11、） 化学因素的影响： 儿茶酚胺气道平滑肌舒张。35（一）肺容积（pulmonary volume） 1. 潮气量（tidal volume，TV） 2. 补吸气量3. 补呼气量 4. 余气量二、肺通气功能的评价指标36（二）肺容量（pulmonary capacity） 肺容积中两项或两项以上相加的联合气体量 1.深吸气量 = 潮气量 + 补吸气量2.功能余气量 = 余气量 + 补呼气量3.肺活量和 时间肺活量4.肺总容量37 肺活量 （vital capacity） 定义：用力吸气后，再尽力呼气，所能呼出的气体量。 数值上 肺活量 = 补呼气量 + 潮气量 + 补吸气量正常值：男性 3500

12、 ml，女性 2500 ml意义：反映肺每次通气的最大能力。 用力呼气量（时间肺活量）定义：最大吸气后以最快的速度尽力呼气，第1、2、3秒末呼出的气体量占肺活量的百分数正常值：t1末 = 83 t2末 = 96 t3末 = 99意义：反映肺活量的大小 及呼吸阻力。38（二）肺通气量 肺通气量（pulmonary ventilation capacity）概念：每分钟吸入或呼出的气体量 计算：潮气量呼吸频率(次/分)正常值：69 L/min 2. 每分最大通气量（maximal voluntary ventilation）概念：肺脏最大限度的呼吸气量称最大通气量 最大限度潮气量最快呼吸频率(次/

13、分)正常值：7080 L/min 39（三）肺泡通气量（alveolar ventilation） 概念：指每分钟进入肺泡的新鲜空气量 (潮气量-无效腔量)呼吸频率= 4.26.3 L/min肺通气量和肺泡通气量呼吸频率 潮气量 肺通气量 肺泡通气量（次/min） （ml） （ml/min） （ml/min） 12 500 6000 4200 6 1000 6000 5100 24 250 6000 240040无效腔肺泡无效腔（alveolar dead space）因无血流通过而不能进行气体交换 的肺泡无效腔正常值：接近于零生理无效腔 = 解剖无效腔 + 肺泡无效腔无气体交换能力的腔（从上

14、呼吸道呼吸性细支气管）正常值：150 ml解剖无效腔（anatomical dead space）4142 第二节气体交换 一、气体交换的原理 原理：扩散。 动力：膜两侧的气体分压差 扩散速率： 扩散系数: 气体的溶解度/分子量的平方根之比 =气体分压差温度气体溶解度扩散面积 扩散距离分子量 肺功能衰竭患者往往缺O2显著，CO2潴留不明显，为什么?43二、气体交换的过程 换气动力：分压差换气方向： 分压高分压低换气结果： 肺血 组织血 血 血4445三、影响肺换气的因素（一）气体扩散速率 =分压差温度气体溶解度扩散面积扩散距离分子量46（二）呼吸膜 呼吸膜由六层结构组成 6层1m厚47特点：1

15、. 正常呼吸膜非常薄，通透性与面积极大（7080 m2）。2. 安静状态时仅有40 m2参与气体交换 = 气体交换的面积储备。3. 血液流经肺毛细血管全长约需0.7 s，而完成气体交 换的时间仅需0.3 s（前1/3段）= 气体交换的时间储备。48肺气肿、肺不张、肺叶切除呼吸膜面积气体交换肺纤维化、尘肺、肺水肿呼吸膜厚度通透性气体交换；特别在运动时，耗氧量肺血流速（=气体交换时间），呼吸膜厚度气体交换49（三）通气/血流比值 1. 定义：每分肺泡通气量（VA）/每分肺血流量（Q）2. 正常值：0.84 3. VA/Q 肺通气或肺血流增大肺泡无效腔换气效率(如心衰、肺动脉栓塞) VA/Q 肺通气

16、增大功能性A-V短路换气效率（如支 哮、肺气肿、支气管栓塞）50通气/血流比值5152 整个肺脏的VA/Q = 0.84，是衡量肺换气功能的指标；但因肺脏各局部的肺泡通气量和血流量的不均匀性，故临床上更应测肺脏各局部的VA/Q：人体直立时肺局部的VA/Q 肺上区 肺下区 VA（L/min）0.24 0.82 Q（L/min） 0.07 1.29 VA/Q 3.4 0.645354四、肺扩散容量（DL）概念：指各种气体在单位分压差（0.133kPa，1mmHg）作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体的毫升数 意义：是反映气体通过呼吸膜能力的一个生理指标正常值：平静呼吸时 O2的DL约为20 ml /

17、（minmmHg） CO2的DL = 400450 mL /（minmmHg）55 第三节气体在血液中的运输一、气体在血液中的存在形式:物理溶解：气体直接溶解于血浆中。 特征: 量小，起桥梁作用； 溶解量与气体分压呈正比化学结合: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 化学结合动态平衡5657 二、氧的运输HbO2形式：物理溶解（1.5%） 化学结合（98.5%）58O2的运输59（一）Hb与O2结合的主要特征： 反应快、可逆、不需酶的催化，主要受PO2影响 属氧合反应，非氧化 1分子Hb可结合4分子O2 Hb与O2的结合存在着变构效应60Hb氧容量 100 ml血

18、的Hb所能结合的最大氧量。Hb氧含量 100 ml 血的Hb实际结合的氧量。Hb氧饱和度 Hb氧含量和Hb氧容量的百分比。61（二）氧离曲线特征及生理意义1.上段: PO2 60100 mmHg，坡度较平坦 表明：PO2变化大时，血氧饱和度变化小。 意义: 保证氧分压不低于60mmHg时血液仍有较高的携氧能力。2.中段: PO2 4060 mmHg，坡度较陡 表明：PO2 降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。 意义: 是HbO2释放O2的部分，维持正常时组织的氧供。3.下段: PO2 1540 mmHg，坡度更陡 表明：PO2稍有下降，血氧饱和度就 急剧下降。 意义: 维持活动时组织的氧供

19、，该段 曲线反映了血液的氧储备能力 。6263 曲线右移 表明氧与血红蛋白的亲和力下降，有利于氧与血红蛋白的解离，即在同样氧分压下，血氧饱和度较低（PCO2, PH, 2,3-DPG, T）（三）影响氧离曲线的因素 曲线左移 表明氧与血红蛋白的亲和力提高，有利于氧与血红蛋白的结合，即在同样氧分压下，血氧饱和度较高（PCO2， PH, 2,3-DPG, T）64 1. 二氧化碳分压和pH的影响 PCO2PH氧离曲线右移 PCO2PH氧离曲线左移 组织：CO2 进入血液（PH) 氧离曲线右移氧离易 pH对Hb与O2亲和力的这种影响，称为波尔效应（Bohr effect），其意义：在肺脏促进氧合 在

20、组织促进氧离。 肺脏：CO2 逸出血液（PH)氧离曲线左移氧合易65662. 温度的影响 T氧离曲线右移 如组织代谢局部 T+ CO2、H+曲线右移氧离易 T氧离曲线左移 如低温麻醉时，应防止组织缺O2 冬天，末梢循环+ 氧离难局部红、易冻伤673. 2, 3-DPG的影响 DPG氧离曲线右移DPG氧离曲线左移 如：高原缺氧 RBC无氧代 谢DPG氧离曲 线右移 氧离易。 注： 这一效应是机体对低O2适应的重要机制； 但此时肺泡PO2，RBC无氧代谢产生过多的DPG， 也防碍了在肺部的氧合，故是否对机体有利尚无定论 684. Hb自身性质的影响 胎儿Hb和O2的亲和力大，有助于胎儿血液流经胎盘

21、时从母体摄取O2 Hb的Fe2+氧化成Fe3+后失去运O2能力。69三、二氧化碳的运输运输形式: 物理溶解（6%） 化学结合 碳酸氢盐 （87%） 氨基甲酰Hb（7%）70 静脉血A点CO2的含量为52ml/ 100ml，而动脉血B点CO2的含量降为48ml/100ml,说明血液流经肺脏时，每100ml血液释放出4ml CO2 。 当血PO2时，CO2解离曲 线下移。 CO2解离曲线 定义：表示血液中CO2含量与PCO2间关系的曲线。 特点： 血液中CO2含量随PCO2的而，几乎成线性关系（非S形曲线），且无饱和点。71为什么血PO2，CO2解离曲线会下移？何尔登效应：O2与Hb的结合促使了C

22、O2的释放。 Hb与O2结合后酸性增强，与CO2的亲和力下降，使结合于 Hb的CO2释放出来； 酸性的HbO2释放出H+，H+与HCO3-结合成H2CO3，进一步 解离成CO2和H2O。727374一、呼吸中枢 呼吸中枢是指（分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓、脊髓等部位）产生和调节呼吸运动的神经细胞群。分段横切脑干等研究发现：脊髓是呼吸反射的初级中枢 不能产生呼吸节律延髓是呼吸基本中枢脑桥中存在呼吸调整中枢第四节呼吸运动的调节75二、呼吸运动的反射性调节（一）肺牵张反射 肺的扩张或缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射称为肺牵张反射或黑-伯反射。包括肺扩张反射和肺萎陷反射。76 1. 肺扩张反射： 过

23、程：肺扩张肺牵张感受器兴奋迷走N延髓 兴奋吸气切断机制N元吸气转化为呼气。 意义: 加速吸气和呼气的交替，使呼吸频率增加。 与呼吸调整中枢共同调节呼吸频率和深度。 特征: 敏感性有种属差异； 正常成人平静呼吸时这种反射不明显，深 呼吸时可能起作用； 病理情况下(肺充血、肺水肿等)肺顺应性 降低时起重要作用。 772. 肺缩小反射概念：当肺缩小时可引起吸气的反射。 在平静呼吸调节中的意义不大，但对阻止呼气过深和肺不张等可能起一定作用。 生理意义：使吸气不至于过深过长，促使吸气及时 转为呼气。78（二）呼吸肌本体感受性反射 肌梭和腱器官是呼吸肌的本体感受器。当吸气阻力升高时呼吸肌本体感受器兴奋传入

24、冲动频率和神经元同步兴奋反射性增强吸气肌收缩力，以克服阻力保证肺通气量。 特征：平静呼吸时作用不明显，当运动或气道阻力升高(如支气管痉挛)时作用明显。79（三）防御性呼吸反射 1.咳嗽反射 咳嗽时可将呼吸道内异物或分泌物排出，但剧烈咳嗽时，因胸膜腔内压，阻碍V血回流，使V压和脑脊液压。 2.喷嚏反射 喷嚏时清除鼻腔内的刺激物。 80（四）血压对呼吸的影响 血压大幅度变化时，可反射性影响呼吸运动：Bp呼吸；Bp呼吸（五）疼痛对呼吸的影响疼痛刺激可引起呼吸加深加快。手术后，若因麻醉太浅引起病人疼痛，导致呼吸加深加快，最终可因CO2排出过多而发生呼吸抑制。81（一）化学感受器1.外周化学感受器颈动脉

25、体 主要参于呼吸调节主动脉体 主要参于循环调节 适宜刺激：PO2、PCO2、H+（对PO2敏感，对O2含量不敏感） 三、化学因素对呼吸的调节82颈动脉体和主动脉体化学感受性反射PO2 ，H+， PCO2 等颈动脉体和主动脉体外周化学感受器（+）窦、迷走N孤 束 核心血管中枢兴奋性改变呼吸中枢（+）心率、冠脉舒心输出量内脏、骨骼肌血管收缩 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（主要）间接832.中枢化学感受器部位：位于延髓腹外侧的浅表部位适宜刺激：脑脊液和局部细胞外液中的H 特点： 不感受缺O2的刺激。 对CO2的敏感性比外周感 受器高， 反应潜伏期较长 CO2易透过血-脑屏障进入脑脊液: CO2H2OH2CO3H+HCO3- 发挥刺激作用的。84（二）CO2、H+和低O2对呼吸运动的调节 1. CO2对呼吸的影响： 1时呼吸开始加深； 4时呼吸加深加快，肺通气量1 倍以上 6时肺通气量可