呼吸医学生理学

关于呼吸医学生理学第2页,共68页，2024年2月25日，星期天

第五章呼吸(Respiration)概述(Introduction)第一节肺通气

(PulmonaryVentilation)第二节呼吸气体的交换(RespiratoryGasesExchange)第三节气体在血液中的运输(GasTransportintheBlood)第四节呼吸运动的调节(RespiratoryRegulation第3页,共68页，2024年2月25日，星期天第一节肺通气（pulmonaryventilation）肺通气的器官包括呼吸道、肺泡和胸廓等呼吸道：具有加温湿润、过滤清洁等保护功能肺泡：气体与血液气体进行交换的场所胸廓：呼吸肌的运动是肺通气的动力（一）肺通气原理（直接动力取决于肺内压与大气压之间压力变化）1.肺通气的动力（原动力）第4页,共68页，2024年2月25日，星期天呼吸运动（胸廓运动）吸气肌（隔肌、肋间外肌）呼气肌（肋间内肌、腹肌及辅助肌）呼吸方式、特点及过程平静呼吸（eupnea)（吸气主动；呼气被动）用力呼吸（forcedbreathing）（吸气主动；呼气主动）呼吸类型腹式呼吸（abdominalbreathing）胸式呼吸（thoracicbreathing）第5页,共68页，2024年2月25日，星期天平静呼吸基本过程：吸气肌收缩肺容积增大胸廓容积增大肺内压下降外界气体流入吸气肌舒张胸廓容积缩小肺容积缩小肺内压上升肺内气体流出第6页,共68页，2024年2月25日，星期天用力呼吸基本过程：吸气肌收缩加强肺容积明显增大胸廓容积明显增大肺内压明显下降外界气体流入增加呼气肌主动收缩胸廓容积进一步缩小肺容积进一步缩小肺内压明显上升肺内气体流出加大第7页,共68页，2024年2月25日，星期天呼吸运动（胸廓运动）吸气肌（隔肌、肋间外肌）呼气肌（肋间内肌、腹肌及辅助肌）呼吸方式、特点及过程平静呼吸（eupnea)（吸气主动；呼气被动）用力呼吸（forcedbreathing）（吸气主动；呼气主动）呼吸类型及临床意义腹式呼吸（abdominalbreathing）胸式呼吸（thoracicbreathing）第8页,共68页，2024年2月25日，星期天2.肺内压在呼吸过程中周期性变化平静吸气开始（肺内压低于大气压1-2mmHg，外界气体进入肺内），当外界气体进入肺泡内达平衡时，吸气终止，即吸气末=大气压）；呼气则相反。因此，气体进出肺泡的动力来自肺泡与大气压之间的压力差。图示人工呼吸的原理：口对口；节律性举臂压背或挤压胸廓第9页,共68页，2024年2月25日，星期天第10页,共68页，2024年2月25日，星期天2.肺内压在呼吸过程中周期性变化平静吸气开始（肺内压低于大气压1-2mmHg，外界气体进入肺内），当外界气体进入肺泡内达平衡时，吸气终止，即吸气末=大气压）；呼气则相反。因此，气体进出肺泡的动力来自肺泡与大气压之间的压力差。图示人工呼吸（artificialrespiration）的原理：口对口；节律性举臂压背或挤压胸廓第11页,共68页，2024年2月25日，星期天平静呼吸基本过程：吸气肌收缩肺容积增大胸廓容积增大肺内压下降外界气体流入吸气肌舒张胸廓容积缩小肺容积缩小肺内压上升肺内气体流出第12页,共68页，2024年2月25日，星期天3.胸膜腔和胸膜腔内压胸膜腔结构（密闭潜在的腔隙，内有少量浆液）胸膜腔内压（intrapleuralpressure）测量方法：直接法；间接法通常胸膜腔内压为负压平静吸气末（-1.33~-0.665kPa,-10~-5mmHg）平静呼气末（-0.665~-0.399kPa,-5~-3mmHg）形成原因：作用于胸膜腔存在两种力（肺内压，使肺泡扩张；肺的回缩力，使肺泡缩小）胸膜腔内压=肺内压-肺回缩力第13页,共68页，2024年2月25日，星期天吸气末或呼气末，肺内压=大气压，若以大气压=0，则：

胸膜腔内压=-肺回缩力胸膜腔内压意义:1.牵引肺扩张2.促进腔静脉和胸导管内静脉与淋巴液的回流气胸(pneumothorax)临床意义小结，呼吸过程中肺内压与胸内压的变化规律（图示）第14页,共68页，2024年2月25日，星期天第15页,共68页，2024年2月25日，星期天（二）肺通气的阻力包括弹性阻力（肺与胸廓的弹性阻力，占70%）和非弹性阻力（主要是气道阻力，占30%）弹性阻力与顺应性(compliace)的概念及关系

C=1/R=（

V

/P）L/cmH2O1.肺的弹性阻力和顺应性：

肺顺应性（CL）肺容积的变化（

V）跨肺压的变化（P）跨肺压=肺内压-胸膜腔内压L/cmH2O=第16页,共68页，2024年2月25日，星期天肺静态顺应性曲线（图示）及意义比顺应性（specificcompliance）概念受肺总量的影响

=测得的肺顺应性（L/cmH2O）/肺总量（L）肺弹性阻力的来源（肺组织的弹性回缩力，占1/3；表面张力，占2/3）Laplace定律，P=2T/r肺泡表面活性物质作用及临床意义有助于维持肺泡的稳定性减少肺间质和肺泡内组织液生成，防止肺水肿第17页,共68页，2024年2月25日，星期天第18页,共68页，2024年2月25日，星期天肺静态顺应性曲线（图示）及意义比顺应性（specificcompliance）概念受肺总量的影响（肺总量大，其顺应性亦大）

=测得的肺顺应性（L/cmH2O）/肺总量（L）肺弹性阻力的来源（肺组织的弹性回缩力，占1/3；表面张力，占2/3）Laplace定律，P=2T/r肺泡表面活性物质作用及临床意义有助于维持肺泡的稳定性减少肺间质和肺泡内组织液生成，防止肺水肿第19页,共68页，2024年2月25日，星期天第20页,共68页，2024年2月25日，星期天第21页,共68页，2024年2月25日，星期天降低吸气阻力，减少吸气作功

临床意义：胸廓的弹性阻力和顺应性自然位置（相当于肺总量的67%，胸廓不表现为弹性回缩力）小于自然位置（胸廓回缩力表现为向外，有利于吸气，不利于呼气）大于自然位置（胸廓回缩力表现为向内，有利于呼气，不利于吸气）胸廓的顺应性（Cchw）

=胸腔容积的变化（

V）/跨胸壁压的变化（P）（L/cmH2O）第22页,共68页，2024年2月25日，星期天2、非弹性阻力主要来自：气道阻力（airwayresistance）；位于鼻、声门、气管及支气管等部位，仅10%发生于口径<2mm的细支气管。正常平静呼吸总气道阻力为1-3cmH2O/L/s)。影响因素及临床意义受气流速度、形式（层流和湍流）和管径大小（1/r4）的影响；其中气道管径又受：跨壁压（管内压-管外压）肺实质对气道壁的外向放射状牵引（多种纤维牵引使没有软骨支持细支气管畅通）第23页,共68页，2024年2月25日，星期天神经调节（交感神经兴奋使之平滑肌舒张；副交感神经兴奋使之平滑肌收缩；以及其它共存的递质的调制）体液因素调节使支气管平滑肌收缩的因素（前列腺素F2

、组胺、白三烯、内皮素以及等吸入气中CO2增加反射引起等）使支气管平滑肌舒张的因素（儿茶酚胺、前列腺素E2等）呼吸功：呼吸过程中，呼吸肌克服阻力（弹性阻力和非弹性阻力）实现肺通气所作的功。平静呼吸为0.3~0.6kg·m/分钟；运动时可增至10kg·m/分钟；占总耗能的3%。第24页,共68页，2024年2月25日，星期天二.肺容积和肺容量（图示）潮气量tidalvolume500ml补吸气量（吸气储备量）1500-2000ml补呼气量（呼气储备量）900-1200ml残气量residualvolume1000-1500ml深吸气量(inspiratorycapacity)潮气量+补吸气量功能残气量(functionalresidualcapacity)补呼气量+残气量其意义：缓冲肺泡内PO2和PCO2的过度变化，以利于气体交换。第25页,共68页，2024年2月25日，星期天肺活量（vitalcapacity）：用力肺活量（forcedvitalcapacity）用力呼气量（forcedexpiratoryvolume）三者间的区别、正常值及应用意义（图示）肺总量totallungcapacity成人女：3500ml男：5000ml三、肺通气量每分通气量

minuteventilationvolume

=潮气量呼吸频率/分（测定条件及应用单位）最大（随意）通气量（maximalvoluntaryventilation）第26页,共68页，2024年2月25日，星期天第27页,共68页，2024年2月25日，星期天第28页,共68页，2024年2月25日，星期天通气贮量百分比（正常值

93%）无效腔肺泡通气量

=（潮气量--无效腔气量）呼吸频率为什么浅而快的呼吸对肺换气不利？

最大通气量最大通气量--每分平静通气量=100%生理无效腔解剖无效腔肺泡无效腔=或接近正常人生理无效腔第29页,共68页，2024年2月25日，星期天不同呼吸频率和潮气量时的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/分）（ml）（ml/min）（ml/min）

165008000560081000800068003225080003200第30页,共68页，2024年2月25日，星期天第二节肺换气和组织换气一．气体交换的原理气体的扩散（取决于分压差）气体扩散速率（单位时间时间内气体扩散的容积），它受以下因素影响：分压差；分子量和溶解度（扩散系数）；扩散面积和距离；温度等扩散系数CO2>O220倍呼吸气体和人体不同部位的气体的分压呼吸气和肺泡的成分和分压（图表）血液气体和组织气体的分压（张力）图表第31页,共68页，2024年2月25日，星期天第32页,共68页，2024年2月25日，星期天第33页,共68页，2024年2月25日，星期天二．肺换气（静脉血变为动脉血）交换过程（图示）0.3秒达平衡；血液流经1/3毛细血管长度可基本完成。（图示）影响因素：与呼吸膜厚度呈反比（膜结构图示）与扩散面积呈正比（总扩散面积达70m2;安静为40m2）通气/血流比值：=0.84；>0.84(意味着肺泡无效腔增大）；<0.84(意味着动静脉短路）比值异常易造成血液缺O2和CO2潴留发生，尤其缺O2更明显，其原因：1、2、3第34页,共68页，2024年2月25日，星期天第35页,共68页，2024年2月25日，星期天第36页,共68页，2024年2月25日，星期天第37页,共68页，2024年2月25日，星期天通气/血流比值分布并不均匀肺扩散容量（pulmonarydiffusioncapacity)静息正常值平均为20ml/min0.133kPaDL=V/（PA-PC）是衡量呼吸气体通过膜的能力的一种指标三．组织换气（动脉血变成静脉血）第38页,共68页，2024年2月25日，星期天第39页,共68页，2024年2月25日，星期天第三节气体在血液中的运输一、Ｏ2和ＣＯ2在血液中存在的形式物理溶解：量虽少，但是进行化学结合必需的中间步骤。化学结合：运输的主要形式，量多，效率高体内血液Ｏ２和ＣＯ２的含量（见表）第40页,共68页，2024年2月25日，星期天第41页,共68页，2024年2月25日，星期天表5-4血液O2和CO2的含量(ml/100ml)

物理溶解动脉血化学结合合计O20.3120.020.31CO22.5346.448.93

物理溶解静脉血化学结合合计O20.1115.2015.31CO22.9150.052.91第42页,共68页，2024年2月25日，星期天二、氧的运输（物理溶解占1.5%；化学结合占98.5%)Hb与O2结合特征1、（反应快、可逆、不需酶催化、受PO2的影响）2、Fe2+与O2结合呈氧合反应(oxygenation)3、Hb氧饱和度（oxygensaturation）

=Hb氧含量（oxygencontent）/Hb氧容量（oxygencapacity）的百分比发绀（cyanosis）第43页,共68页，2024年2月25日，星期天4、“S”形解离或结合曲线氧离曲线(oxygendissociationcurve)含义及特点（图示）上段（>60mmHg；曲线平坦，提示氧分压变化对氧饱和度影响不大，具有缓冲能力）中段（40~60mmHg，相当于体内静脉血的PO2环境；曲线较陡，提示氧分压变化对氧饱和度影响较大，以满足组织供养需要。O2的利用系数的概念）下段（15~40mmHg；曲线更陡，提示氧分压进一步下降时，Hb释放O2的能力进一步增强；O2的利用系数可提高安静时的3倍）第44页,共68页，2024年2月25日，星期天第45页,共68页，2024年2月25日，星期天影响氧解离曲线的因素P50的概念（正常为26.5mmHg；P50

增大，提示Hb与O2的亲和力下降，曲线右移，反之则相反）图示pH和PCO2的影响（波尔效应机制及意义）温度2，3-DPG（2,3-diphosphoglycerate）其它因素Hb自身性质（氧化时、胎儿Hb及异常Hb）CO与Hb的结合的危害性第46页,共68页，2024年2月25日，星期天三．二氧化碳的运输运输形式（物理溶解占5%；化学结合占95%，其中以碳酸氢钠形式占88%，而氨基甲酸血红蛋白形式占7%）化学结合机制碳酸氢钠形式（图示）氨基甲酸血红蛋白形式(carbaminohemoglobin)HbNH2O2+H2+CO2bNHCOOH+O2调节这一反应的主要因素是氧合作用在组织在肺第47页,共68页，2024年2月25日，星期天二氧化碳解离曲线（carbondioxidedissociationcurve）接近线性关系（图示）氧与Ｈb结合对二氧化碳运输的影响何尔登效应（Haldaneeffect）O2和CO2的运输不是孤立进行的，而是相互影响的。CO2通过波尔效应影响O2的结合和释放；O2又通过何尔登效应影响CO2的结合和释放。第48页,共68页，2024年2月25日，星期天第49页,共68页，2024年2月25日，星期天第50页,共68页，2024年2月25日，星期天第51页,共68页，2024年2月25日，星期天第52页,共68页，2024年2月25日，星期天第四节呼吸运动的调节一．呼吸中枢与呼吸节律的形成呼吸中枢（对产生呼吸节律的影响）图示脊髓低位脑干（呼吸节律产生部位）延髓（背侧呼吸组；腹侧呼吸组）脑桥上部高位脑呼吸节律形成的假说（图示）第53页,共68页，2024年2月25日，星期天第54页,共68页，2024年2月25日，星期天第55页,共68页，2024年2月25日，星期天二．呼吸的反射性调节肺牵张反射（肺扩张反射、肺萎陷反射）化学感受性呼吸反射化学感受器外周化学感受器：图示中枢化学感受器：图示CO2、H+和O2对呼吸的调节PCO2

（生理刺激、范围、作用途径及意义）[H+]

（作用途径及特点）PO2

（作用途径及特点）第56页,共68页，2024年2月25日，星期天第57页,共