生理学Chapt-5 呼吸生理

1、第五章 呼吸生理Respiration姚玲玲西7-,呼吸的全过程,血 液 循 环,肺泡,O2,CO2,组织,O2,CO2,O2,CO2,肺通气,肺换气,外呼吸 External respiration,血液运输,组织换气 内呼吸 Internal respiration,O2,CO2,呼吸道,呼吸全过程,呼吸全过程,外呼吸 (肺呼吸) 肺通气, 肺换气 气体在血液中的运输 内呼吸 (组织呼吸) 组织换气,第一节 肺通气（Pulmonary Ventilation）,定义：肺与外界环境之间的气体交换 结构基础：呼吸道，胸廓，呼吸肌，胸膜腔。,一、呼吸道气体进出肺的通道,上呼吸道：鼻，咽，喉 下呼

2、吸道：气管以下,第一节 肺通气 pulmonary ventilation,1.加温加湿 2.清洁过滤,3.保护： 2个反射,上呼吸道作用：,下呼吸道：,0-16级：导管部，无气体交换功能，是气体进出管道; 1-11级：有软骨和少数平滑肌, 12-16级：软骨消失，主要由平滑肌组成，平滑肌收缩和舒张影响支气管口径大小，直接影响气体流量。受迷走和交感双重支配，迷走兴奋：平滑肌收缩，管腔变小；交感兴奋：平滑肌舒张，管腔变大。,肺泡,（1）是吸入气体与血液交换的场所CO2多，O2少的静脉血成为O2多，CO2少的动脉血 （2）3亿个肺泡，100m2,安静呼吸时，人体需要40m2 , 很大储备，因疾病需

3、要切除1-2个肺叶，不明显影响呼吸功能,肺泡的细胞,二、肺通气原理（重点）,肺通气：气体流动进出肺的过程，动力和阻力的相互作用，动力要克服阻力，才能实现肺通气,（一）肺通气的动力,直接动力 肺内压与大气压之间的压力差 原动力 呼吸运动 必要条件 胸膜腔负压和肺的弹性,1.直接动力肺内压和大气压之间的压力差,P1 P2,肺内压呈周期性升降,吸气时，肺内压大气压； 吸/呼气末，肺内压=大气压。,肺内压变化与呼气和吸气的关系,2. 原动力呼吸运动,主要吸气肌：膈肌，肋间外肌 主要呼气肌：肋间内肌，腹肌,1.最强大，最主要。 2.形似钟罩，静止时向上隆起，构成胸腔底，收缩隆起的中心下移-上下径增大-吸

4、气， 3.平静吸气时：膈肌下移1-2cm， 深吸气时：下移7-10cm。 4.由于胸腔呈圆锥形，横截面积上部小，下部大，因此膈肌稍稍下降就可引起胸腔容积大大增加，平静呼吸时，因膈肌收缩引起的胸腔容积的增大占总通气量的4/5,因此膈肌是最主要的呼吸肌。,膈肌,肋间外肌,1.收缩-肋骨，胸骨上提，肋骨下缘向外侧偏转胸腔前后径，左右径增大吸气， 2.肋间外肌收缩越强，胸腔容积增大越多， 3.平静吸气时，肋间外肌所起作用小于膈肌。,呼气肌,1.平静呼吸：呼气运动不是由呼气肌收缩引起，而是吸气肌舒张-肺依靠其本身弹性回应力回位-牵引胸廓缩小-恢复到吸气前位置-呼气。 2.平静呼吸时，呼气是被动的，只有用

5、力呼气时，呼气肌参与收缩胸廓进一步缩小。 3.肋间内肌收缩肋骨，胸骨下移，肋骨向内旋转前后径左右径减小呼气。 4.腹肌收缩-压迫腹腔器官-推动膈肌上移，牵拉肋骨向下缩小胸腔容积协助产生呼气。,吸气,呼气,按吸气肌的运动： 腹式呼吸 abdominal breathing膈肌 胸式呼吸 thoracic breathing 肋间外肌,混合呼吸: 正常成人。 腹式呼吸: 婴儿、胸膜炎、胸腔积液 胸式呼吸: 严重腹水、腹腔有巨大肿块,(2)形式 按呼吸的深浅： 平静呼吸 eupnea -12-18次/min 用力呼吸 forced (deep) breathing -运动，吸入CO2多 -呼吸困难

6、dyspnea,2. 肺内压 intrapulmonary pressure 肺泡内的压力 一个呼吸周期内肺内压力的变化和气流方向 时相 压力 气流方向 吸气初 肺内压 大气压 外界气体流入肺部 吸气末 肺内压 大气压 无气体流动 呼气初 肺内压大气压 肺内气体外流 呼气末 肺内压 大气压 无气体流动,人工呼吸（artificial respiration）,原理：人为地改变肺内压的变化 意义：维持通气、纠正缺氧、促进呼吸的恢复 方法：呼吸机、口对口人工呼吸等,人工呼吸的方法,胸膜腔内压 = 肺内压 - 肺弹性回缩力,3.必要条件胸膜腔负压,浆液的作用： 润滑作用 使肺和胸廓相耦连，一起运动,

7、胸膜腔内始终为负压,平静呼气末：-5 -3 mmHg 平静吸气末：-10 -5 mmHg,形成因素:,两种方向相反作用力的代数和 胸膜腔内压大气压肺回缩力,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,胸膜腔内压 0 ？,胸膜腔负压的意义：,充当胸廓运动与肺张缩的纽带 维持肺处于扩张状态 促进血液和淋巴回流,Suck here,Air flows in passively,胸膜腔负压维持肺处于扩张状态,胸膜腔负压被破坏时？,气 胸,肺扩张障碍 静脉和淋巴回流障碍,小结：肺通气的动力,呼吸肌的舒缩是肺通气的原动力，它引

8、起胸廓的张缩，由于胸膜腔和肺的结构功能特征，肺随胸廓的张缩而张缩，肺容积的变化造成肺内压和大气压之间的压力差，直接推动气体进出肺。,（二）肺通气的阻力,弹性阻力：肺的弹性阻力和胸廓的弹性阻力，是平静呼吸时的主要阻力是静态阻力 非弹性阻力：气道阻力、惯性阻力和组织粘滞阻力是动态阻力 肺通气阻力增大是临床上肺通气障碍最常见的原因,1.肺的弹性阻力,肺弹性阻力的大小可用肺顺应性表示 顺应性(compliance)：外力作用下弹性组织的可扩张性 顺应性越大，则弹性阻力越小,1. 弹性阻力和顺应性,弹性阻力 物质对抗外力所引起的变形的力 其方向总是和外力相反,顺应性 compliance 在外力作用下弹

9、性组织 的可扩张性,C 1 / R,肺的静态顺应性曲线,曲线斜率大： 肺的顺应性大，弹性阻力小 正常人平静呼吸时： C=0.2L/cmH2O 且位于曲线斜率最大的中段，呼吸阻力小，省力,充空气和充生理盐水时肺的顺应性曲线,滞后现象与表面张力有关,影响肺顺应性的因素 肺容量 肺总量大时，顺应性较大，总量小时，顺应性小 男性女性；成人儿童,比顺应性 Csp 单位肺容积下的顺应性 比顺应性=平静呼吸时的肺顺应性/功能余气量,肺的弹性回缩力,肺组织本身的弹性回位力 弹性纤维,肺泡液-气界面表面张力,1/3,2/3,肺弹性阻力的来源,1）肺组织本身的弹性： 肺泡与肺泡之间的肺泡隔内含有弹性纤维和胶原纤维

10、,肺组织的弹性回缩力,肺组织纤维化-回缩力 增大，顺应性减小，吸气困难 肺气肿-回缩力减小，顺应性增大，呼气困难,2）肺泡表面张力导致的阻力(占2/3),肺泡内表面覆有一薄层液体，与肺泡内的气体构成液-气界面，形成表面张力。,What is Surface Tension ?,肺表面张力 表面张力：液体分子间存在吸引力产生了使 液体表面尽量缩小的一种力,肺表面张力过大，会降低肺顺应性，增加吸气阻力，是引起滞后现象的主要因素。,表面张力使肺泡倾向于缩小，且肺泡越小，回缩力越大,Laplace定律: P (肺泡回缩压) = 2T (表面张力) r (肺泡半径),肺泡表面张力是肺弹性阻力的主要来源,

11、充生理盐水时 消除了肺泡内的液-气界面 消除了表面张力 肺顺应性增大,充气时，所需的跨肺压是充生理盐水时的3倍,Nature 1992, 359:110,1959年Avery和Mead证实新生儿呼吸窘迫综合征(RDS)为肺表面活性物质(PS)缺乏所致，首次阐述了PS与疾病的关系 1972年Robeson和Enhorning从兔肺制备PS，治疗早产兔RDS，能明显改善兔肺的顺应性和病理变化，首次阐明外源性PS治疗动物RDS有效。 1980年Fujiwara等从牛肺制备PS，治疗10例新生儿RDS患儿，结果明显改善了患儿动脉血气分析和临床表现，8例存活，PS替代疗法首次获得临床疗效。,Surfac

12、tant decreases the work of breathing Why? How?,Pulmonary surfactant,表面活性物质使表面张力大幅度降低,肺泡表面活性物质,来源：肺泡II型上皮细胞合成 有效成分：二软脂酰卵磷脂 作用：降低表面张力 意义：降低肺的弹性回缩力，稳定肺泡容积、防止液体渗入肺泡,表面活性物质使肺泡保持稳定,表面活性物质以单分子层分布于肺泡液-气界面，密度随肺泡张缩而改变。,Surfactant protein A, B, C and D,肺表面活性物质 pulmonary surfactant,生理意义： 增加肺泡稳定性 增加肺顺应性，减少吸气阻力 减

13、少肺组织液生成，防止肺水肿 临床： 早产儿 NRDS 成 人 肺不张,A,B,胸廓处于自然容积时肺处于平静吸气末状态（相当于肺总量67%） 平静呼气，深呼气时小于67% 弹性阻力向外吸气动力，呼气的阻力 深吸气大于67% 弹性阻力向内吸气阻力，呼气的动力,2.胸廓弹性阻力,深吸气肺总量67%,呼气肺总量67%,3. 总弹性阻力,总弹性阻力=肺弹性阻力+胸廓弹性阻力,总顺应性,肺顺应性,胸廓顺应性,=,+,1,1,1,= 1/0.2 + 1/0.2,总顺应性 = 0.1L/cmH2O,2.非弹性阻力,非弹性阻力包括：气道阻力（占80-90%）、惯性阻力和组织粘滞阻力 气道阻力与气流流速、气流形式

14、和管径有关 气道管径与跨壁压、自主神经系统、化学因素、肺实质对气道管壁平滑肌的外向性牵引等因素有关,气道阻力 airway resistance 维持单位时间内气体流量（气流率）所需要的驱动压。单位：cmH2O/L/s,分布： 鼻50%, 声门25%, 气管和支气管15%, 气流形式的影响,不同气流形式下气流率与驱动压的关系,10,20,30,40,50,0,10,20,30,40,50,驱动压(cmH2O),气流率 (L/s),层流,湍流,气道口径的影响因素,1.跨壁压 2.肺实质对气道壁的牵引 3.自主神经系统的调节 4.化学因素的影响 吸气时，口径变大；呼气时，口径变小,化学因素的影响,

15、胆硷能作用 迷走N.AChM3受体口径 肾上腺素能作用 E. 2受体口径 非肾上腺素能非胆硷能 PGF2收缩，PGE2舒张等,支气管哮喘时，用拟肾上腺素能药物缓解,小结：肺通气的阻力,静态阻力 弹性阻力,动态阻力,惯性阻力 气道阻力 粘滞阻力,肺的弹性回缩力,表面张力,胸廓的弹性回缩力,小结：肺通气的原理,肺通气的动力 直接动力 肺内压与大气压之间的压力差 原动力 呼吸运动 必要条件 胸膜腔负压和肺的弹性 肺通气的阻力 弹性阻力 主要来自肺泡表面张力 非弹性阻力 气道阻力等,三、肺通气功能的评价指标,肺容积和肺容量Pulmonary Volume and Capacity,（一）基本肺容积指标

16、,潮气量（Tidal Volume ,TV ）：每次呼吸时吸入或呼出的气体量。平均500 ml 补吸气量(Inspiratory reserve volume ,IRV)：平静吸气末再尽力吸气所能吸入的气体量。1500 ml 补呼气量(Expiratory reserve volume ,ERV) ：平静呼气末再尽力呼气所能呼出的气体量。 900-1200 ml 残气量(Residual volume, RV) ：最大呼气末尚存留于肺内的气体量。1000-1500 ml,（二）肺容量指标,深吸气量(Inspiratory capacity, IC)：潮气量+补吸气量，即平静呼气末做最大吸气所能

17、吸入的气体量 功能余气量(Functional residual capacity, FRC)：余气量+补呼气量，即平静呼气末肺内存留的气体量，2500 ml 生理意义：缓冲呼吸过程中肺泡气PO2和PCO2的过度变化。,肺活量(Vital capacity, VC) ：潮气量+补吸气量+补呼气量，即最大吸气后所能呼出的最大气体量，反映肺一次通气的最大能力。约3500-4500 ml 用力呼气量（时间肺活量）(FVC - forced vital capacity)：以最快速度用力呼气时，一定时间内所呼出的气体量，可反映肺通气阻力的变化。 肺总容量(Total lung capacity) ：潮

18、气量+补吸气量+补呼气量+余气量，即肺所能容纳的最大气体量。,更好的反映通气功能： 用力肺活量 FVC 一次最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气体量，正常FVC与VC没有区别，气道阻力增高FVCVC 用力呼气量 FEV 尤其FEV1在临床鉴别限制性肺疾病和阻塞性肺疾病中有重要意义：限制性FEV1/ FVC 比值正常；阻塞性（COPD）FEV1 / FVC 比值 FEV1、FEV2、FEV3,83% 96% 99%,用力呼气量,(二) 肺通气量和肺泡通气量 肺通气量（每分通气量 VE ） 平静呼吸：潮气量呼吸频率=12500ml=69L 最大随意通气量（尽力做深快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气体量，只测10-15s，150L） 通气储量百分比=（最大通气量-每分平静通气量）/最大通气量100% 正常93%，顺应性，呼吸肌，气道阻力值减小,3. 无效腔 dead space,解剖无效腔 ：鼻/口腔终末细支气管 加温，加湿，净化，调节 150ml 肺泡无效腔 ：无肺血流灌注的肺泡