中国医科大学生理学生理

中国医科大学生理学生理第1页/共58页第一节肺通气

PulmonaryVentilation一、肺通气的原理(一)肺通气的动力

1.呼吸运动Respiratorymovement

1)

吸气inspiration

肋间外肌收缩→肋骨上移→胸廓前后径和左右径增大→肺内压下降<大气压→气体入肺泡→吸气第2页/共58页

吸气呼气第3页/共58页膈肌收缩→膈下移→胸廓上下径增大→肺内压下降<大气压→气体入肺泡→吸气第4页/共58页2)呼气expiration

肋间外(膈)肌舒张→肋骨(膈)下(上)

移→胸廓前后(上下)径减小→肺内压上升>大气压→肺泡气体流出→呼气。

*平静呼吸时,因膈肌收缩而增加的胸腔容积约占总通气量4/5。所以膈肌

收缩在肺通气中起重要作用

∴呼吸运动是肺通气的原动力,由此造成的肺内压与大气压的压差是推动气体进出肺的直接动力。第5页/共58页第6页/共58页

2.

肺内压Intrapulmonarypressure

存在于肺泡内的压力。人工呼吸

artificialrespiration大气压第7页/共58页

3.胸膜腔内压Intrapleuralpressure

胸内压:存在于胸膜腔内的压力。

测定方法:直接法；间接(测食管内压)法

胸内压=大气压-肺回缩力=

-肺回缩力平静呼气末:-5~-3mmHg;

吸气末:-10~-5mmHg

意义:1)有利于维持肺的扩张状态;2)有利于静脉和淋巴回流。第8页/共58页吸气呼气肺内压胸内压-4cmH2O7cmH2O第9页/共58页呼吸时胸内压变化大气压第10页/共58页pneumothorax

气胸第11页/共58页人工气胸的临床应用第12页/共58页(二)

肺通气的阻力Resistance

肺的弹性阻力占总弹性阻力阻力胸廓的弹性阻力70%

气道阻力占总阻力非弹性阻力惯性阻力30%

粘滞阻力第13页/共58页1.弹性阻力和顺应性：

elasticresistance&compliance

*弹性阻力:弹性物体对抗外力作用引起变形的力。

*顺应性:指外力作用下弹性物体的可扩展性(即顺应外力引起变形的难易程度)。阻力小者易变形，顺应性大,故:C=1/R

*顺应性以单位跨壁压(跨肺压、跨胸壁压)所引起的容积变化来表示：

C=△V/△P=

NL/cmH2O

第14页/共58页(1)肺的弹性阻力和顺应性：

肺的弹性阻力:肺扩张时产生的回缩力

CLung=△V/△P=0.2L/cmH2O△P跨肺压(为肺内压与胸膜腔内压之差)

1)肺静态顺应性曲线第15页/共58页2)比顺应性specificcompliance①肺顺应性受肺总量的影响：肺总量大，顺应性大；肺总量小，顺应性小②肺比顺应性：单位肺容量下的肺顺应性。

=

——————————————

用于比较不同大小个体的肺组织弹性阻力平静呼吸时测得的肺顺应性(L/cmH2O)肺的功能残气量(L)第16页/共58页3)肺弹性阻力来源：

肺组织弹性纤维回缩力(占1/3)

液-气界面表面张力(占2/3)第17页/共58页4)表面张力：在液-气界面由于水分子之间的引力作用而产生的使界面的表面积趋于缩小力。根据Laplace公式：P=2T/r(P为肺泡的回缩压；T为表面张力；r为肺泡半径),将发生：第18页/共58页r=0.01cmr=0.005cm气流方向大肺泡趋于胀破，小肺泡趋于萎陷第19页/共58页呼吸膜结构示意图第20页/共58页5)肺表面活性物质pulmonarysurfactant分泌部位:肺泡Ⅱ型细胞分泌;主要成分:二软脂酰卵磷脂(DPPC)Dipamitoylphosphatidylcholine

表面活性物质结合蛋白(SP)Surfactant-associatedprotein

生理作用:降低肺泡液-气界面表面张力.这种作用的生理意义:

①有助于维持大小肺泡的稳定性第21页/共58页②增大顺应性，维持肺扩张，降低吸气阻力，减少吸气作功。③防止肺水肿。第22页/共58页(2)胸廓的弹性阻力和顺应性：

1)肺容量/肺总量=67%(平静吸气末)

胸廓处于自然位置，不表现弹性阻力；

2)肺容量/肺总量<67%(平静呼气或深呼气)

胸廓缩小，弹力向外，吸气动力，呼气阻力；

3)肺容量/肺总量>67%(深吸气)

胸廓扩大，弹力向内，吸气阻力，呼气动力；

4)

Cchestwall=△V/△P=0.2L/cmH2O

△V:胸腔容积的变化

△P:跨胸壁压(为胸膜腔内压与大气压之差)第23页/共58页(3)肺、胸廓的总弹性阻力和总顺应性：

∵肺和胸廓两者呈串联排列

∴1)总弹性阻力：

RL+chw=RL+RchW

2)总顺应性：

1/CL+chw=1/CL+1/CchW=1/0.2+1/0.2

CL+chw=0.1L/cmH2O第24页/共58页2.非弹性阻力non-elasticresistance

(1)惯性阻力:气流在发动、变速、换向时，因气流和组织的惯性所产生的阻力.(2)粘滞阻力:来自呼吸时组织相对位移所发生的摩擦;

(3)气道阻力:来自气体流经呼吸道时气体分子之间和气体分子与气道壁之间的摩擦;占非弹性阻力的80%~90%。气道阻力的表示：维持单位时间内气体流量所需的压力差。即:大气压与肺内压之差(cmH2O)气道阻力=单位时间内气体流量(L/s)第25页/共58页

(4)影响气道阻力的因素:

①气流速度②气流形式层流阻力小，涡流阻力大③气道管径阻力与半径4次方成反比:

a.跨壁压:气道内压高,跨壁压↑→管径↑,R↓

b.肺组织对气道外向放射状牵引；

c.副交感使气道平滑肌收缩，交感作用相反；

d.化学因素:PGF2α、组胺、白三烯等使气道平滑肌收缩；CA、PGE2使之舒张。第26页/共58页二、肺通气功能指标

(一)肺容积和肺容量

Pulmonaryvolumeand

pulmonarycapacities

第27页/共58页肺容积和肺容量图解肺总量肺活量功能残气量残气量补吸气量深吸气量补呼气量潮气量吸呼呼吸第28页/共58页

肺通气功能的测定及意义

1.深吸气量:是衡量最大通气潜力的指标之一。胸廓、胸膜、肺、呼吸肌病变此量减少。

2.功能残气量:缓冲呼吸过程中肺泡气PO2和

PCO2变化幅度，维持肺换气的稳定。

3.肺活量:尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气量。反映了肺一次通气的最大能力。

4.用力肺活量:一次最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气量。正常<肺活量。

5.用力呼气量(时间肺活量):一次最大吸气后再尽力尽快呼气时,在一定时间内所能呼出的气量.

以它占用力肺活量的百分数表示:1s=80%,2s=96%,3s=99%。是衡量肺通气功能的最佳指标。第29页/共58页(二)肺通气量和肺泡通气量

1.每分肺通气量minuteventilationvolume

定义:每分钟吸入或呼出的气体总量(基础状态下测定)。每分通气量=潮气量×呼吸频率

=500ml×12次/min=6L/min2.最大随意通气量maximalvoluntaryventilation

定义:尽力作深、快呼吸时，每分钟吸入或呼出的最大气体量。约为150L/min

最大通气量(150L)—每分通气量(6L)3.通气贮量百分比=━━━━━━━━━━━━×100%

最大通气量(150L)≥93%第30页/共58页解剖无效腔：鼻→终末细支气管肺泡无效腔：血流在肺分布不均引起4.生理无效腔Physiologicaldeadspace第31页/共58页5.肺泡通气量

Alveolarventilation

定义:每分钟吸入肺泡的新鲜气量，是与血液进行真正有效气体交换的气量。

=(潮气量－无效腔气量)×呼吸频率

=(500-150)×12=350×12=4.2L/min

浅而快呼吸:(250-150)×24=100×24=2.4L/min

深而慢呼吸:(1000-150)×6=850×6=5.1L/min第32页/共58页(三)呼吸功Workofbreathing

呼吸肌收缩克服弹性及非弹性阻力实现肺通气所作的功。

W=

△V×△P=

NL/cmH2O△V:肺容积的变化；△P:跨壁压

1J=10.2L/cmH2O

正常一次平静呼吸作功仅0.25J。劳动、运动及疾病致肺弹性及非弹性阻力增大时，呼吸功增加。第33页/共58页第二节气体交换

Gasexchange一、气体交换的基本原理(一)

气体的扩散Diffusion1.气体分压=总压力×该气体容积百分比。分压差是气体扩散的动力

2.扩散速率(diffusionrate,D):单位时间内气体扩散的容积。第34页/共58页(二)影响气体扩散速率的因素

1.气体分压差

2.与分子量(MW)平方根成反比和溶解度(S)成正比。S

/√MW为扩散系数

CO2溶解度是O2的24倍,分子量大于O2,

故CO2扩散系数为O2的20倍。

3.与扩散面积成正比，与扩散距离成反比。

4.与温度成正比。第35页/共58页二、气体交换的过程(一)肺换气和组织换气O2(100),CO2(40)O2(40),CO2(46)第36页/共58页(二)

影响肺换气的因素1.呼吸膜厚度和面积2.通气/血流比值Ventilation/perfusionratio

每分钟肺泡通气量(VA)和每分钟肺血流量(Q)之间的比值。第37页/共58页V/Q=4.2/5=0.84V(增)/Q(或减)>0.84生理无效腔增大V(减)/Q(或增)<0.84

机能性动静脉短路3、临床影响因素性第38页/共58页(三)肺扩散容量diffusingcapacityoflung

单位分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体毫升数。

DL=V/PA-PC(ml/min•mmHg)

O2的DL=20;CO2的DL

=400ml/min•mmHg复习思考题1.概念：肺通气、肺换气、胸内负压、顺应性、功能残气量、肺活量、用力肺活量、用力呼气量、肺泡通气量、通气/血流比值2.呼吸时肺内压与胸内压怎样变化？3.肺表面活性物质分泌部位、主要成分及其生理作用？4.结合临床探讨影响气道阻力的因素。第39页/共58页一、运输方式:物理溶解;化学结合二、氧的运输Oxygentransport

(一)

血红蛋白(Hemoglobin)的分子结构第三节气体在血液中的运输

Gastransportintheblood(1)(2)(3)(4)O2=1.5%CO2=5%第40页/共58页（二）氧与血红蛋白化学结合的特征

1.Hb+O2HbO2(鲜红色)

1)反应快，可逆；

2)反应为氧合，而非氧化(Fe2+化合价未变)；

3)1分子Hb结合4分子O2，1gHb结合O2的最大量为1.34ml。

4)Hb与O2结合与解离有两种构型：去氧Hb为紧密型(T型);氧合Hb为疏松型(R

型)；R型对O2亲和力为T型500倍；Hb与O2

结合后，Hb分子由T型变为R型，对O2亲和力增加；Hb各亚单位在结合或释放O2上有协同效应PO2高PO2低第41页/共58页2.血氧容量Oxygencapacity(20.1ml/100ml血)

血氧含量Oxygencontent(1gHb=1.34ml)

血氧饱和度Oxyhemoglobinsaturation

3.去氧Hb()与发绀(Cyanosis)100ml血液中去氧Hb超过5g时，皮肤、黏膜呈浅蓝色的现象称为发绀。示机体缺氧。4.CO中毒:与Hb结合力亲和力是O2的250倍,

占据位点，造成缺氧；HbCO呈樱桃红色。紫蓝色第42页/共58页上段中段下段(三)氧离曲线:表示血液PO2与Hb氧饱和度关系mmHg15~40PO2变化对饱和度影响不大HbO2释放O2部分,利于为组织供氧HbO2与O2解离部分,利于活动强时为组织供氧O2利用系数：血液流经组织释放出的O2容积占动脉血O2含量的百分数。安静时为25%(5ml÷20ml)97%=19.4mlO275%=14.4mlO2上中下4.4mlO2第43页/共58页(四)影响氧解离曲线的因素1.P50是使Hb氧饱和度达50%的Po2。用来表示

Hb对O2的亲和力。正常为26.5mmHg。

P50示Hb对O2的亲和力曲线右移;P50示Hb对O2的亲和力曲线左移;2.(1)PCO2;(2)pH(H+

);曲线右移

(3)T;

(4)[2.3-DPG];

反之左移3.酸度对Hb氧亲和力的这种影响称为波尔效应

Bohreffect。意义:在肺PCO2，有利于结合O2；在组织PCO2，有利于释放O24.

右移原因:各因素促进Hb亚单位内部或各亚单位之间盐键形成，Hb向T型转变，对O2的亲和力第44页/共58页(26.5mmHg)第45页/共58页三、二氧化碳的运输Carbondioxidetransport

(一)物理溶解5%(二)化学结合(反应在组织向右,在肺向左进行)

1.碳酸氢盐88%，在红细胞内：

CO2+H2OH2CO3H++HCO3-

为电荷平衡,Cl-进入细胞内称Cl-转移

2.氨基甲酸(酰)血红蛋白7%HbNH2O2+H++CO2HHbNHCOOH+O2

*HbO2去氧Hb+O2，去氧Hb+CO2

,

中和了H2CO3解离产生的H+,缓冲了pH变化碳酸酐酶在组织在肺RBC内与K+血浆内与Na+第46页/共58页第47页/共58页(三)二氧化碳解离曲线血液中CO2含量与PCO2关系的曲线。(四)O2与Hb的结合对

CO2运输的影响

[

何尔登效应]Haldaneeffect*O2

与Hb结合促进CO2的释放。*在组织HbO2释放O2

，变成去氧Hb,易结合CO252ml48mlV血A血第48页/共58页

第四节呼吸运动的调节

RespiratoryRegulation一、呼吸中枢与呼吸节律的形成(一)呼吸中枢

１．基本节律中枢

－延髓

２．呼吸调整中枢

－脑桥上部

３．呼吸随意控制－高位脑第49页/共58页(二)呼吸节律形成的机理吸气切断机制

InspiratoryOff-switch,

IOS

脑桥呼吸调整中枢延髓脊髓第50页/共58页二、呼吸的反射性调节(一)肺牵张反射pulmonarystretchreflex

吸气→肺扩张→肺牵张感受器→迷走神经→延髓呼吸中枢→吸气转为呼气

Hering－Breuerreflex

黑－伯反射

1.肺扩张反射

2.肺缩反射肺萎陷时引起吸气活动的反射.脊髓延髓脑桥呼吸调整中枢第51页/共58页

(二)呼吸肌本体感受器反射

感受器为肌梭。当呼吸肌负荷加重时

(如,哮喘)发生本反射。

(三)防御性呼吸反射

1.咳嗽反射Coughreflex

2.喷嚏反射Sneezereflex

(四)肺毛细血管旁感受器(J感受器)反射肺淤血或肺水肿时→J感受器→迷走N→

延髓→呼吸暂停，继之浅快呼吸，血压下降,心率减慢第5