生理学 第五章课件

1、 第五章 呼 吸第一节 肺 通 气第三节 气体在血液中的运输第四节 呼吸运动的调节第二节 肺换气和组织换气 概 述Chapter 5 Respiration【目的与要求】熟悉呼吸的概念及呼吸的基本过程。了解呼吸器官的结构特点及功能意义。掌握肺内压的变化，胸膜腔负压的形成及意义，肺表面活性物质的来源及意义，用力呼气量及肺泡通气量的概念及意义。掌握肺换气的原理和影响因素，肺通气/血流比值的概念和意义。熟悉气体运输的形式，掌握氧与Hb结合的特征、氧解离曲线的概念及影响因素。熟悉呼吸中枢的概念和部位，掌握化学感受器的种类和化学性因素调节的途径。熟悉肺牵张反射的概念及意义。概 述呼吸：机体与外界环境之间

2、的气体交换过程。 呼吸全过程：The gas exchange between the body and the external environment is named respiration. 呼吸三个相互衔接并同时进行的过程1.外呼吸：包括肺通气和肺换气2.气体在血液中的运输3.内呼吸：组织细胞与组织毛细血管之间 的气体交换以及组织细胞内的生物氧化过程概 述 呼吸道和肺的结构与功能呼吸道上呼吸道下呼吸道呼吸道：具有加温、加湿、过滤和清洁作用一、呼吸道（Airway )肺泡上皮细胞 型细胞型细胞二、肺泡1、肺泡上皮Alveolar epitheliumI型细胞：扁平形,占肺泡面积95%气

3、体交换II型细胞：球形或立方形，占肺泡面积5%合成和分泌表面活性物质电镜下，呼吸膜由六层结构组成： 1、含肺泡表面活性物质的液体层2、肺泡上皮细胞层3、上皮细胞基膜层4、间质层5、内皮细胞基膜层6、毛细血管内皮细胞层3、肺泡表面活性物质： 三、胸廓 吸气肌 收缩 （呼气肌） 舒张胸廓 扩大和 缩小肺内压降低大气压 呼气肺扩大和缩小浆液内聚力 胸内负压呼吸运动原动力肺内压与大气压的压力差直接动力呼吸肌呼气肌 呼吸运动：呼吸肌的收缩和舒张引起的胸 廓节律性扩张与缩小。吸气肌腹壁肌肋间内肌肋间外肌膈肌（一）呼吸运动(respiration movement)平静呼吸过程：肺内压大气压，气体经呼吸道出

4、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 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。 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)根据参与呼吸运动的肌群不同分为：腹式呼

5、吸(abdominal breathing) : 以膈肌舒缩活 动为主的呼吸运动。胸式呼吸(thoracic breathing) : 以肋间外肌舒缩 活动为主的呼吸运动。 混合式呼吸呼吸暂停、声带开放、呼吸道通畅时： 肺内压大气压呼吸运动过程中肺内压的周期性交替升降 肺内压和大气压之间的压力差 推动气体进出肺的直接动力1. 肺内压(intrapulmonary pressure) 是指肺内气道和肺泡内气体的压力。 （二）呼吸时肺内压和胸膜腔内压的变化吸气初：肺内压 大气压 呼气开始呼气末：肺内压 = 大气压 呼气停止呼气末吸气末（1）胸膜腔：位于两层胸膜之间的潜在、密闭的腔隙， 其内仅少量浆

6、液2. 胸膜腔内压(intrapleural pressure)（2）胸膜腔内压 ：胸膜腔内的压力。测量：直接法 间接法肺回缩以胸膜腔密闭且含浆液为条件胸廓生长肺生长胸廓容积肺容积 胸廓将肺拉大肺回缩 胸内负压胸膜腔负压的前提条件:胸膜腔负压的形成因素: 两种方向相反作用力的代数和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 胸膜腔负压及其生理意义： 维持肺泡的扩张状态，有利于肺的扩张 有利于静脉血及淋巴液的回流气胸 呼吸运动产生的动力,在克服肺通气所遇到的阻力后,方能实现肺通气。阻力

7、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肺弹性阻力气道阻力：与气体流动形式+气道半径有关粘滞阻力惯性阻力肺弹性回缩力: 1/3肺泡表面张力：2/3常态下可忽略不计二、肺通气的阻力70%30%（一）弹性阻力与顺应性 弹性阻力( R )：物体对抗外力作用所引起变形的力。包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力。 顺应性( C )：在外力作用下弹性组织的可扩张性。顺应性（C ）=容积变化 / 压力变化(L/cmH2O)顺应性（C ）= 1/R1. 肺的弹性阻力与顺应性(compliance) 肺在被牵张时的弹性回缩力是吸气的阻力 CL =L/cmH2O 跨肺

8、压的变化（P） 肺容量的变化（ V）肺的弹性阻力肺组织的弹性回缩力肺泡内液-气界面的表面张力（1）肺泡表面张力和肺表面活性物质 肺泡表面张力(surface tension):肺泡的内表面覆盖一薄层液体，与肺泡内气体形成液-气界面，使液体表面尽量缩小的力。Source of lungs elastic resistance a. The elastic recoil power of lungs elastic recoil powersurface tensionbeadliquid layerAlveolar surface tensionb. The recoil power cause

9、d by surface tension between the liquid layer of inner alveoli and gas in alveoli.根据Laplace定律: P(N/cm) 肺泡内压力(P):与表面张力(T)成正比, 与肺泡半径(r)成反比。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 2T(N/cm)r(cm)肺泡表面张力.表面活性物质:(pulmonary surfactant) 来源：肺泡型细胞分泌，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:二棕榈酰卵磷脂( DPL或DPPC

10、 )。 作用:（1）Lower alveolar surface tension and reduce inspiration resistance.降低肺泡表面张力降低吸气阻力； （2）Accommodate surface tension and stable alveolar pressure.维持肺泡内压的稳定性防肺泡破裂或萎缩； （3） The effect of suction is reduced. Reduce the producing of alveolar liquid and prevent pulmonary edema.减少肺泡内液的生成防肺水肿的发生;临床：成人肺

11、炎肺血栓等表面活性物质肺不张。早产儿呼吸窘迫综合征。肺表面活性物质减少 肺不张肺弹性阻力增加，顺应性降低 吸气困难肺弹性阻力减小，顺应性增大 呼气困难正常及几种异常情况下顺应性曲线 跨肺压(cmH2O)（肺内压-胸内压）正常肺气肿（emphysema）肺纤维化(fibrosis)肺不张(atelectasis)肺容积(升)肺容量 = 肺总容量的67% 无回弹力肺容量肺总容量的67% 向内的回弹力肺容量肺总容量的67% 向外的回弹力 胸腔容积变化 (V)Cchw= L/cmH2O 跨胸壁压力变化(P)2. 胸廓弹性阻力和顺应性(compliance)肺容量占肺总容量百分比胸廓弹性回位力胸廓容积6

12、7（自然位置）（平静吸气末） 无自然容积 67（ 自然位置）（深吸气状态） 向内（吸气阻力）大于自然容积 67 （ 0.84(dead space)肺泡无效腔 o2与Hb亲和力 250 倍； co与Hb的结合位点与o2相同； co与Hb的某亚基结合后，将增加其余三个亚基对o2的亲和力。 Hb的Fe2+ Fe3+ : Hb失去结合o2的能力（如亚硝酸盐） 异常Hb：Hb的运o2能力（如地中海贫血） 胎儿Hb：胎儿Hb的4条肽链为22(成人为22)构成，其Hb与o2亲和力成人，这与胎儿所处的低氧环境是相适应的。5. Hb本身的性质4. Pco二、CO2的运输 （一）物理溶解 CO2的溶解的量约占C

13、O2的总运输量的5% （二）化学结合碳酸氢盐氨基甲酸Hb的 运 输 CO2 （88%）（7%）1. 碳酸氢盐 红细胞：CO2 + H2O H2CO3 HCO3+H+ 快速、可逆、碳酸酐酶能加速反应5000倍氯转移： HCO-3 Cl-载体将Cl- 从血浆移入红细胞2. 氨基甲酸Hb Hb（NH2）O2 + H+ + CO2 HHbNHCOOH + O2在组织在肺部碳酸酐酶 氧合作用是主要的调节因素CO2化学结合反应速度极快且可逆，反应方向取决PCO2差。 RBC膜上有Cl-HCO3-特异转运载体,Cl-转移维持电荷平衡,促进CO2化学结合的运输。需酶催化:碳酸酐酶加速反应0.5万倍, 具有双向

14、作用。在RBC内反应, 在血浆内运输。碳酸氢盐形式(88%)运输的特点：HbNH2O2H+CO2 HbNHCOOHO2 反应迅速且可逆，无需酶的催化。 主要调节因素是Hb氧合作用。 HbO2的酸性高，难与CO2结合，反应向左进行 Hb的酸性低，易与CO2结合，反应向右进行 虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式。氨基甲酸血红蛋白（7%）形式运输的特点：（三）CO的解离曲线 非S型、呈线性关系、无饱和点Haldane氏效应：O2与Hb结合促进CO2释放的效应。去氧Hb 较易与CO2 结合形成HbNHCOOH，去氧Hb的酸性弱于HbO2，也易与H+结合，促进反应向左侧进行。 （四）Hb氧合作用对C

15、O2运输的影响小 结组织中：何尔登效应促使血液摄取结合CO2肺中：Hb与O2结合，促使CO2释放CO2通过波尔效应影响O2的结合、释放O2通过何尔登效应影响CO2的结合、释放一、呼吸中枢与呼吸节律的形成（一）呼吸中枢 中枢神经系统内，产生和调节呼吸运动的神经细胞群，称为呼吸中枢(Respiratory center)。分布在脊髓、延髓、脑桥、间脑、大脑皮质等部位。 脊髓：脊髓-中继站和初级中枢(整合某些呼吸反射的初级中枢).膈肌颈35；肋间肌和腹肌胸段第四节 呼吸运动的调节PC: 呼吸调整中枢; PBKF: 臂旁内侧核和klliker-Fuse 核；DRG：背侧呼吸组；VRG：腹侧呼吸组；NT

16、S：孤束核；NRA：后疑核中 脑脑 桥延 髓脊 髓脑桥上部有抑制吸气的结构脑桥中下部有兴奋吸气的长吸中枢延髓可以独立产生呼吸节律脊髓是联系脑和呼吸肌的中继站 低位脑干A平面：在中脑和脑桥之间横切，呼吸无明显变化D平面：在延髓和脊髓之间横切，呼吸运动停止B平面：在脑桥上、中部之间横切，呼吸将变慢变 深，如切断双侧迷走神经，则出现长吸式呼吸C平面：脑桥和延髓之间横切，长吸式呼吸消失，出现喘息样呼吸 低位脑干起源：大脑皮层、边缘系统和下丘脑作用：控制低位脑干呼吸神经元的作用 上位脑呼吸的随意调节系统(二) 呼吸节律形成 Formation of respiratory rhythm 起步细胞学说：延

17、髓内起步细胞，有呼吸节律发生器的作用。神经元网络学说：即中枢吸气性活动及其切断机制假说。延髓的呼吸节律主要是吸气性活动的节律。(一) 肺牵张反射 Pulmonary stretch reflex定义：由于肺扩大和缩小引起吸气被抑制或兴奋的反射(黑-伯反射)。二、呼吸运动的反射性调节 Reflex control of respiration肺扩张反射inflation reflex:定义：肺扩张或充气时抑制吸气的反射。过程：吸气 肺扩张牵张感受器迷走N延髓兴奋吸气切断机制吸气停止转入呼气生理作用：阻止吸气过长过深，促使吸气及时转为呼气。St肺缩小反射deflation reflex: 定义：肺

18、缩小萎陷时引起吸气的反射。过程：深呼气 肺缩小牵张感受器迷走N延髓抑制吸气切断机制解除吸气抑制引起吸气。 生理作用：缩短呼气，减少呼吸深度，以防肺过度萎缩。 St (二) 呼吸肌本体感受性反射 肌梭是呼吸肌的本体感受器。 吸气阻力肌梭兴奋传入冲动频率吸气肌兴奋反射性增强吸气肌收缩力，以克服阻力保证肺通气量。1.化学感受性反射潮气量呼吸频率呼吸中枢效应器（呼吸肌）动脉血PCO2PO2H+化学感受器（三）化学感受性反射 Chemical Control of Respiration 主动脉体(aortic bodies)颈动脉体(carotid bodies)外周化学感受器(peripheral

19、Chemoreceptor)化学感受器(chemoreceptor)中枢化学感受器(central Chemoreceptor)迷走神经窦神经呼吸中枢（1） 外周化学感受器-颈A体主A体适宜刺激:血液PCO2，PO2，H+作用：使呼吸加深加快。 而不是动脉血O2的含量的影响舌咽N迷走N（2）中枢化学感受器-延髓腹外侧浅表部位适宜刺激：脑脊液及局部细胞外液H+ 特点： 不感受缺氧的刺激。 对CO2的敏感性比外周化学感受器的高，反应潜伏期较长。 两者的差异： 中枢化学感受器的主要作用是调节脑脊液的H+浓度，从而使中枢神经系统有一个稳定的pH环境。 外周化学感受器的主要作用主要是调节血液中的O2分压

20、。CO2的两条作用途径中枢化学感受器动脉血中PCO2升高H+外周化学感受器2、CO2对呼吸的影响H2O碳酸酐酶H2CO3中枢化学感受器H+HCO3动脉血中PCO2升高CO2血脑屏障一定量的CO2是维持呼吸中枢兴奋性的重要生理性刺激。1%CO24%CO27%CO2CO2 过度积聚，压抑中枢神经系统，出现呼吸困难、头昏，甚至昏迷，称为CO2 麻醉。正常呼吸超过一定的限度，有抑制和麻醉效应。外周途径（20%）PCO2颈A体 、主A体延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深、加快中枢途径（主要途径，80%）：St2、 CO2对呼吸的影响: CO2物理溶解 血脑屏障入脑脊液 CO2 + H2O H2CO3 HCO3-

21、+ H+ 延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深加快碳酸酐酶 对中枢的直接作用是抑制. 反射性加强呼吸运动,完全通过外周途径：PO2颈A体 、主A体延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深、加快St3、低O2对呼吸的影响: 对呼吸的刺激作用远不及PCO2和H+作用明显，仅在动脉血PO260mmHg以下时起作用。 低氧特点: 当长期高CO2和低O2状态（严重肺水肿、肺心病），中枢化学感受器对高CO2发生适应，此时低O2对外周化学感受器的刺激成为驱动呼吸的主要刺激。为什么低氧时不能吸入纯氧？H+浓度中枢化学感受器外周化学感受器脑脊液中的H+对呼吸运动的调节4、 H+机制：主要通过外周途经： H+颈A体 、主A体延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深、加快St4、 H+对呼吸的影响:CO2作用最强，且比单独CO2