生理-第五章呼吸生理学第八版 沈霖霖 郑煜

1、1第五章 呼吸RESPIRATION 机体与外界环境之间的气体交换过程肺通气肺换气和组织换气气体在血液中的运输呼吸运动的调节2呼吸的过程：外呼吸（肺呼吸）肺通气（pulmonary ventilation）肺换气（gas exchange in lungs）气体在血液中的运输内呼吸（组织呼吸）组织换气 （gas exchange in tissues）细胞内氧化代谢3第一节 肺 通 气概念：肺与外界环境之间进行 气体交换的过程。 即气体经呼吸道进入肺泡的过程肺通气的原理：肺通气的动力 肺通气的阻力 肺通气呼吸运动肺内压与大气压 之间的压力差弹性阻力非弹性阻力4直接动力：肺泡气和外界大气的压力差

2、，直接推动气体进出肺；原动力：呼吸运动肺内压肺的扩张缩小胸廓的扩张缩小呼吸肌的收缩舒张肺通气的动力51. 呼吸运动呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小包括吸气运动和呼气运动参与呼吸运动的呼吸肌：吸气肌膈肌肋间外肌辅助吸气肌斜角肌胸锁乳突肌呼气肌肋间内肌腹肌6呼吸运动的过程：平静呼吸吸气（inspiration） 主动过程膈肌增大胸腔的上下径肋间外肌增大胸腔的左右径和前后径胸廓和肺容积 肺内压大气压气体进入肺呼气（exspiration） 被动过程膈肌和肋间外肌的舒张引起的肺依靠回缩力而回位肺容积肺内压大气压气体被呼出7用力呼吸吸气：吸气肌即膈肌和肋间外肌和辅助吸气肌共同收缩呼气：吸气肌舒

3、张+呼气肌收缩呼吸运动的形式腹式呼吸和胸式呼吸平静呼吸和用力呼吸呼吸肌收缩和舒张引起的节律性呼吸运动是肺通气的原动力82. 肺内压肺泡内的气压吸气时：肺容积 肺内压大气压 外界空气进入肺泡随肺泡内气体逐渐 肺内压 吸气末，肺内压大气压，气流停止。呼气时：肺容积 肺内压大气压 气体由肺流出随肺泡内气体逐渐 肺内压 吸气末，肺内压大气压，气流停止。肺内压周期性/造成压力差（肺内压大气压）是推动气体进/出肺的直接动力。9人工呼吸：在自然呼吸停止时，用人为的方法建立肺内压与大气压 之间的压力差，以维持肺通气。正压人工呼吸：口对口人工呼吸、呼吸机负压人工呼吸：举臂压背、挤压胸廓、呼吸机103. 胸膜腔、

4、胸膜腔内压胸膜腔（pleural cavity）：由两层胸膜构成的密闭、潜在的腔胸膜腔内有少量浆液作用：在两层胸膜间起润滑作用 浆液分子的内聚力使两层胸膜互相帖附在一起， 不易分开肺为什么可以随胸廓的张缩而张缩？ 肺本身具有弹性 肺与胸廓间有胸膜腔存在，两层胸膜间浆液分子的内聚力使两层胸膜互相帖附在一起，不易分开11胸膜腔内压：概念：胸膜腔内的压力 通常比大气压低，为负压形成：胸廓的发育速度较肺快：肺的内向回位力胸膜腔内压 胸廓的外向回位力胸膜腔内压 = 肺内压 肺回缩力 吸气末或呼气末： 肺内压 = 大气压胸膜腔内压= 大气压 肺回缩力 = 肺回缩力 胸膜腔负压的大小主要由肺的弹性回缩力决定

5、的：吸气 负压 呼气 负压12生理意义：牵张肺，维持肺的扩张状态，使其不致因肺的回缩力而萎陷；扩张心房、腔静脉、胸导管，降低其压力，促进静脉血、淋巴液回流。气胸（pneumothorax）:外伤或疾病等原因导致胸壁或肺破裂，胸膜腔与大气相通，空气自外界或肺泡进入负压的胸膜腔内，形成。肺通气功能障碍，血液和淋巴回流减少。13肺泡气和外界大气的压力差，直接推动气体进出肺呼吸肌的舒缩是肺通气的原动力呼吸运动引起的胸廓的舒缩，由于胸膜腔和肺的结构、功能特征，使肺随之张缩肺通气的动力14肺通气的阻力弹性阻力（70%）：物体在外力作用下所产生的对抗外力使其发生变形的力。平静呼吸时的主要阻力一般用顺应性（c

6、ompliance）来度量弹性阻力: C=V/ P来源：肺的弹性阻力 胸廓的弹性阻力非弹性阻力（30%）：在有气流形成时才形成的阻力，为动态阻力气道阻力、惯性阻力、组织的粘滞阻力15肺的弹性阻力肺的弹性阻力是吸气的阻力、呼气的动力来源：1/3-肺组织本身的弹性回缩力来自弹性纤维和胶原纤维等弹性成分2/3-肺泡气-液界面的表面张力肺泡内衬液和肺泡气之间存在液-气界面表面张力方向：指向中心，倾向使肺泡缩小若将肺泡内充满生理盐水，因没有液-气界面无表面张力肺弹性阻力16Laplace定律 P=2T/r P-肺泡液-气界面的压强；T-肺泡液-气界面表面张力系数；r-肺泡半径17肺表面活性物质成分：二软

7、脂酰卵磷脂 DPPC-双嗜性分子，密度随肺泡的张缩而改变 表面活性物质结合蛋白 SP合成、分泌：肺泡型细胞作用：降低肺泡液-气界面的表面张力而使肺泡的回缩力生理意义：有助于维持肺泡的稳定性减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防止肺水肿的发生降低吸气阻力，减少吸气作工病理： 新生儿肺透明膜病（NRDS） 成人呼吸窘迫综合征（ARDS）18肺的弹性阻力肺的弹性阻力是吸气的阻力、呼气的动力来源：1/3-肺组织本身的弹性回缩力肺组织纤维化弹性阻力 吸气困难肺弹性成分被破坏弹性阻力 呼气困难2/3-肺泡气-液界面的表面张力表面活性物质弹性阻力 吸气困难19胸廓的弹性阻力来源于胸廓的弹性成分既可能是吸气或呼气

8、的阻力，也可能是吸气或呼气的动力，视胸廓位置而定胸廓处于自然容积位置 肺容量肺总量的67%（平静吸气末）：弹性阻力为0胸廓缩小 肺容量肺总量的67%（平静呼气或深呼气）：弹性阻力向外，是吸气的动力，呼气的阻力胸廓扩大 肺容量肺总量的67%（深吸气）：弹性阻力向内，是吸气的阻力，呼气的动力20肺的非弹性阻力气道阻力、惯性阻力、组织的粘滞阻力气道阻力气流速度气流形式：层流/湍流气道管径大小跨壁压肺实质对气道壁的牵引自主神经系统的调节副交感神经气道平滑肌收缩管径气道阻力交感神经气道平滑肌舒张管径气道阻力化学因素的影响21肺通气功能的指标肺容积1. 潮气量 (TV, tidal volume): 50

9、0 ml 2. 补吸气量 (IRV, inspiratory reserve volume ): 15002000ml 3. 补呼气量 (ERV, expiratory eserve volume): 9001200ml 4. 残气量 (RV, residual volume): 1000 1500ml。肺容量5. 深吸气量 (IC, inspiratory capacity) = TV+IRV6. 功能残气量 (FRC, functional residual capaity) = RV+ERV7. 肺活量 (VC, vital capacity) = IRV+TV+ERV8. 肺总量 (T

10、LC, total lung capacity) = IRV+TV+ERV+RV肺通气量肺泡通气量221. 潮气量 (TV) ：每次呼吸时吸入或呼出的气体量，500 ml 2. 补吸气量 (IRV)：平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气体量，15002000ml ，反映吸气的储备量3. 补呼气量 (ERV)：平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气体量， 9001200ml ，反映呼气的储备量4. 余气量 (RV)：最大呼气末尚存留于肺内不能再呼出的气体量，1000 1500ml。避免肺泡在低肺容积条件下的塌陷。235. 深吸气量 (IC) = TV+IRV平静吸气末作最大吸气时所能吸入的气体量衡量最

11、大通气潜力的指标6. 功能余气量 (FRC) = RV+ERV平静呼气末尚存留于肺内的气体量缓冲呼吸过程中肺泡气氧和二氧化碳分压的变化幅度247. 肺活量 (VC, vital capacity) = IRV+TV+ERV尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气体量。反映肺一次通气的最大能力。 有个体差异：男性-3500ml，女性-2500ml 用力肺活量 (FVC) ： 最大吸气后尽力、尽快呼气所呼出的最大气量. 用力呼气量（FEV，时间肺活量）：第1、2、3 s末（ FEV1、 FEV2、 FEV3 ）呼出的气体量占用力肺活量的百分数。 80% , 96% , 99%。在临床鉴别限制性肺疾病和阻

12、塞性肺疾病有重要意义。268. 肺总量 (TLC, total lung capacity) = IRV+TV+ERV+RV肺所能容纳的最大气体量具有个体差异：男性-5000ml，女性-3500ml27肺通气量（pulmonary ventilation）每分钟吸入或呼出的气体总量。肺通气量=潮气量呼吸频率 （69 L）肺泡通气量（alveolar ventilation）解剖无效腔：鼻呼吸性细支气管内不参与气体交换的气体量.肺泡无效腔：肺泡内未参与气体交换的气体量.解剖无效腔 + 肺泡无效腔 = 生理无效腔每分钟吸入肺泡的新鲜空气量或能与血液进行气体交换的有效通气量肺泡通气量= (潮气量 无

13、效腔气量) 呼吸频率 4250 ml =( 500 - 150 ) 15对肺换气而言，浅而快的呼吸是不利的。28第二节 肺换气和组织换气 肺换气和组织换气是以扩散方式进行的29换气和组织换气的基本原理气体的扩散影响气体扩散速率的因素：气体的分压差扩散系数（diffusion coeffcient）： S/MW 取决于分子本身的特性：分子量、溶解度CO2的扩散系数是O2的20倍扩散面积和距离温度 气体扩散率(D) 分子量（MW） 扩散距离 (d)分压差(P) 温度(T)扩散面积(A)溶解度(S)在气体交换不足时，往往是缺氧显著（低氧血症），而CO2的潴留并不明显30肺换气肺换气的过程分压差是气体

14、弥散的动力31影响肺换气的因素呼吸膜的厚度呼吸膜（肺泡-毛细血管膜）构成：肺表面活性物质的液体层 肺泡上皮细胞层 上皮基底膜 毛细血管的基膜 毛细血管内皮细胞层 肺泡上皮和毛细血管膜之间的间隙（基质层） 特点：薄，m，易于气体扩散通过生理情况下，扩散距离短，气体交换速度快病理（e.g. 肺纤维化、肺水肿 ）呼吸膜增厚扩散速率呼吸膜的面积气体扩散速率与扩散面积成正比，贮备大病理（肺不张、肺实变、肺气肿、肺叶切除）呼吸膜面积扩散速率32通气/血流比值概念：每分钟肺泡通气量(VA)和每分钟肺血流量(Q)之间的比值正常成人安静状态下： VA可作为衡量肺换气功能的指标33VA/Q （） 通气过剩或血流相

15、对不足 部分肺泡气体未能与血液气体充分交换 肺泡无效腔增大e.g. 肺栓塞、肺顶部VA/Q （） 通气不足或血流相对过剩 部分血液流经通气不良的肺泡混合静脉血中的气体不能得到充分更新 功能性动 - 静脉短路 e.g. 肺炎、肺底部无论VA/Q增大或减小，都会妨碍有效的气体交换，导致集体缺氧和二氧化碳潴留，其中主要是缺氧。动静脉血液之间PO2差远大于PCO2差 PO2下降程度大CO2扩散快，不易潴留由氧解离曲线和CO2解离曲线特点决定，肺泡通气量增加有助于CO2排出，却几乎无助于O2的摄取34组织换气35第三节 气体在血液中的运输氧和二氧化碳在血液中存在的形式物理溶解指气体分子直接溶解在血浆中的

16、存在形式其量与气体分压和溶解度成正比，与温度成反比血液中以溶解形式存在的O2、CO2所占比例极小化学结合是气体分子转化为其他化合物，并在血液中运输的方式是呼吸气体的主要运输方式必须先有物理溶解才能发生化学结合36氧的运输Hb与O2结合的特征反应快、可逆、不需酶的催化，受PO2的影响Fe2+与O2结合后仍是二价铁，所以该反应是氧合而不是氧化1分子Hb可以结合4分子O2Hb与O2的亲和力与其变构效应有关，使其结合解离曲线呈现S形 去氧Hb 紧密型（T型） 亲和力低 氧合Hb 疏松型（S型） 亲和力高 Hb的4个亚单位在结合O2或释放O2时，彼此间有协同效应物理溶解（1.5%）化学结合（98.5%）

17、 氧合血红蛋白37Hb与O2结合的量Hb的氧容量100ml血液中Hb所能结合的最大O2量约为Hb的氧含量100ml血液中Hb实际结合的O2量Hb的氧饱和度Hb的氧含量与氧容量的百分比正常值： 95%97% , 是评价缺氧程度的重要指标.紫绀HbO2呈鲜红色，去氧Hb呈蓝紫色，当血液中去氧Hb含量达到5g/100ml以上时，皮肤粘膜呈浅兰色，称为紫绀。一般可作为缺氧的标志重症贫血 缺氧，但无紫绀CO中毒 缺氧，皮肤粘膜颜色红润红细胞增多症 不缺氧，可出现紫绀38氧解离曲线（特点、意义）表示血液PO2与Hb氧饱和度关系的曲线呈S形上段相当于在PO2 60100mmHg之间的氧饱和度反映Hb与O2结

18、合的部分曲线较平坦，表明在该范围内PO2的变化对Hb氧饱和度影响不大，只要PO2不低于60mmHg, Hb的氧饱和度仍维持90%以上, 血液可携带足够量的O2，不致发生明显的低氧血症。39中段相当于在PO24060 mmHg之间的氧饱和度反映Hb释放O2的部分曲线较陡，表明Hb与O2的亲和力变化显著随PO2变化既可迅速结合运输也易解离释放，有效地保证了在肺部氧的载入运输和周身组织的释放利用。下段相当于在PO2 1540mmHg之间的氧饱和度反映Hb与O2解离的部分组织活动加强时， PO2可降至15mmHg，促进HbO2释放出比安静时更多的氧可反映血液中O2的贮备40影响氧解离曲线的因素P50

19、使Hb氧饱和度达50%时的PO2，表示Hb对的O2亲和力。 P50，表明Hb对的O2亲和力，氧解离曲线右移 P50，表明Hb对的O2亲和力，氧解离曲线左移PH和PCO2的影响波尔效应 PH 或PCO2Hb对的O2亲和力P50氧解离曲线右移 PH 或PCO2Hb对的O2亲和力P50氧解离曲线左移机制：H+可以与Hb结合，促使Hb分子向T型转变意义：既可促进肺毛细血管内混合静脉血的氧合，又有利于组织毛细血管血液释放O241温度的影响温度Hb对的O2亲和力促进释放O2 、氧解离曲线右移 温度Hb对的O2亲和力不利于O2释放、氧解离曲线左移机制：温度H+活度Hb对的O2亲和力意义：组织代谢活动局部组织

20、温度、CO2、酸性代谢产物 有利于HbO2解离组织可获得更多的O2，能适应代谢增加的需要。2,3 二磷酸甘油酸（2,3 DPG） 红细胞无氧酵解的产物2,3 DPG Hb对的O2亲和力氧解离曲线右移 2,3 DPG Hb对的O2亲和力氧解离曲线左移机制： 2,3 DPG使Hb向T型转变，并能提高H+浓度42其他因素Fe2+氧化成Fe3+ ，Hb失去携O2的能力胎儿Hb与O2的亲和力较高，有助于胎儿血液流经胎盘时从母体摄取O2CO既妨碍Hb与O2结合，又妨碍Hb与O2解离 CO与Hb的亲和力是O2的250倍 CO与Hb中1个血红素结合后，将增加其余3个血红素与O2的亲和力，妨碍O2解离43CO2

21、的运输物理溶解（5%）化学结合（95%） 碳酸氢盐（ CO2 88%）氨基甲酰血红蛋白（7%）44CO2解离曲线表示血液中CO2含量与P CO2关系的曲线何尔登效应（Haldane effect）O2与Hb结合可促使CO2释放，而去氧则更容易与CO2结合。CO2和O2的运输是相互影响的：CO2 O2何尔登效应波尔效应45第四节 呼吸运动的调节呼吸中枢脊髓：高位呼吸中枢和呼吸肌联系的中转部位以及某些呼吸反射的初级整合中枢脑桥：呼吸调整中枢延髓：产生呼吸节律的基本中枢大脑皮层：随意呼吸调节系统46化学感受器外周化学感受器颈动脉体、主动脉体敏感刺激：动脉血PO2、PCO2或 H+ （三种因素有协同作

22、用）传入神经：窦神经、迷走神经中枢：延髓效应：反射性引起呼吸运动加深加快意义：在机体低氧时维持对呼吸的驱动作用化学感受性呼吸反射47中枢化学感受器延髓腹外侧浅表部刺激：脑脊液和局部细胞 外液中的H+- 动脉血CO2可通过血脑屏障，并解离出H+间接作用于中枢化学感受器- 动脉血H+的变化对中枢化学感受器作用较小、缓慢- 动脉血PO2的变化对中枢化学感受器无作用意义：调节脑脊液H+，使中枢神经系统有一稳定的PH环境 48CO2、H+和O2对呼吸的调节CO2对呼吸的调节CO2是调节呼吸运动的最重要的生理性化学因素动脉血PCO2在一定范围内升高，可以加强对呼吸的刺激作用动脉血PCO2超过一定限度则有抑

23、制和麻醉效应CO2刺激呼吸运动是通过两条途径实现的中枢化学感受器途径是主要的：更敏感、但反应慢外周化学感受器：引起快速呼吸反应中起作用当中枢化学感受器受到抑制，对CO2敏感性降低时CO2 中枢化学感受器外周化学感受器延髓呼吸中枢呼吸运动2mmHg10mmHg肺泡通气量4950H+对呼吸的调节中枢化学感受器对H+的敏感性较外周化学感受器高， 脑脊液中的H+是中枢化学感受器的最有效刺激动脉血H+（通过血脑屏障的速度较慢），以刺激外周化学感受器为主脑脊液H+中枢化学感受器延髓呼吸中枢呼吸运动加强肺泡通气量动脉血H+外周化学感受器51O2对呼吸的调节缺氧完全通过外周化学感受器实现对呼吸的刺激作用缺氧对

24、呼吸中枢的直接作用表现为抑制效应动脉血PO280mmHg时，才出现反射效应，对正常呼吸调节意义不大(严重肺气肿、肺心病患者)慢性肺通气或肺换气功能障碍患者氧疗时为什么不能吸入纯氧？PO2 外周化学感受器延髓呼吸中枢呼吸运动加强80mmHg严重缺氧肺泡通气量呼吸运动减弱52肺牵张反射（黑-伯反射）定义: 由肺扩张或肺萎陷引起的吸气抑制或吸气兴奋的反射.肺扩张反射：肺扩张时抑制吸气活动的反射感受器：气管到细支气管平滑肌中的牵张感受器传入神经： 迷走神经中枢：延髓作用：使吸气转为呼气意义：加速吸气过程呼气过程，使呼吸频率53关于通气/血流比值的叙述，正确的是（ ）。A正常值为0. 84B比值减小表示肺泡无效腔增大C比值增大表示通气不足，血流过剩D比值增大减小都可导致缺O2与CO2潴留E比值可衡量肺通气功能54氧离曲线右移是由于（ ）。A氧分压降低B二氧化碳分压降低CpH值降低D2，3-二磷酸甘油酸含量降低E温度降低55CO2通过呼吸膜扩散的速度比O2快的主要原因是（ ）。ACO2浓度高BCO2为易化扩散C压力梯度比O