呼吸系统生理学

1、呼吸系统的结构与功能,呼吸系统的组成和结构,呼吸道,鼻,咽,喉,气管,支气管,肺支气管树,导管部：,呼吸部：,小支气管、细支气管、 终末细支气管,肺泡,支气管树：,肺的内部结构,终末细支气管,呼吸性细支气管,肺泡管,肺泡囊,肺泡,肺泡,外呼吸,气体在血液中的运输,内呼吸,肺通气：肺泡 外界大气,肺换气：肺泡,肺毛细血管血液,组织换气：组织中毛细血管血液 细胞,（肺呼吸）,（细胞呼吸）,细胞内的有氧代谢,生化范畴,呼吸：机体与外界环境的气体交换过程。,呼吸过程的三个环节：,呼吸过程示意图,肺通气,一、肺通气的原理,（一）肺通气的动力,直接动力：肺内压和大气压之间的压力差,吸气,肺内压高于大气压,

2、呼气,肺内压低于大气压,原动力：胸廓运动，即呼吸运动,1. 呼吸运动,概念：呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大和缩小。,吸气肌：隔肌、肋间外肌,呼气肌：肋间内肌、腹肌,辅助吸气肌群,斜角肌,胸锁乳突肌,胸廓示意图,呼吸肌,（1）呼吸运动过程,1）吸气：平静呼吸，由膈肌、肋间外肌收缩完成,2）呼气：平静呼吸，由膈肌、肋间外肌舒张完成,吸气,呼气,X射线下的肺呼吸时容积改变,吸气,呼气,（2）呼吸运动形式,成人：胸式和腹式混合式呼吸,婴幼儿：腹式呼吸为主,妊娠后期：胸式呼吸为主,平静呼吸吸气主动、呼气被动,用力呼吸吸气主动、呼气主动,胸式呼吸肋间外肌活动为主,腹式呼吸膈肌活动为主,2. 肺内压,定义：指

3、肺泡内的压力。,（1）呼吸过程中肺内压的变化,肺内压,吸气,初： 大气压,末：= 大气压,呼气,初： 大气压,末：= 大气压,（2）人工呼吸的原理,定义：人为地造成肺内压和大气之间的压力差来维持肺通气。,人工呼吸机 口对口的人工呼吸法 有节律性地挤压胸廓的负压通气,方法：,前提：呼吸道通畅,3. 胸膜腔内压,胸膜脏、壁两层在肺根处互相反折移行，在两肺周围分别形成两个互不相通、完全封闭的腔。,胸膜腔：,（1）胸膜腔特点：,潜在腔隙,少量浆液,润滑作用,浆液分子的内聚力,两层胸膜贴附,胸膜破裂，胸膜腔与大气相通，空气将立即进入胸膜腔内，形成气胸。,气胸：,胸内压 大气压,胸内负压,胸膜腔,（2）胸

4、膜腔内压及其测定：,（3）胸膜腔负压的形成：,生长速度：胸廓肺,（4）胸膜腔负压的生理意义,维持肺泡扩张状态，并随胸廓的运动而张缩，保证肺通气和肺换气,降低中心静脉压，促进胸腔淋巴液和静脉血回流。,（二）肺通气的阻力,1弹性阻力,概念：弹性组织受外力作用发生变形时所产生的对抗变形的力。,度量指标：顺应性,顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。,顺应性,弹性阻力,（1）肺的弹性阻力与顺应性：,肺组织：弹性纤维和胶原纤维的弹性回缩力,肺泡内：液-气界面所产生的表面张力,（2）肺泡表面张力与肺表面活性物质,肺表面活性物质：,降低弹性阻力,维持大小肺泡的稳定性,防止肺水肿,（3）胸廓的弹性阻力和顺

5、应性,表面张力,球形液-气界面的表面张力方向是向中心的，倾向于使肺泡缩小，产生弹性阻力,呼吸膜、肺泡表面张力与肺表面活性物质,肺泡上皮C：,型,二软脂酰卵磷脂,肺泡气液交界面的表面张力,肺泡上皮C,组织间隙,毛细血管内皮C,肺泡上皮基膜,含表面活性物质的液体层,（分泌C）,1 m,型,呼吸膜：,毛细血管基膜,2.非弹性阻力,定义：在气体流动时产生的，并随流速加快而增加，故为动态阻力。,包括惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力。,（1）气道阻力,定义：由气体流经呼吸道时，气体分子间及气体分子与呼吸道壁之间的摩擦所产生阻力 。,分布：鼻、声门、直径2 mm以上细支气管、气管等部位。,（2）影响气道阻力的因

6、素,层流阻力,湍流阻力,气流速度阻力,气流形式,管径大小,（呼吸性细支气管）,1）气道的跨壁压,2）肺实质对气道壁的外向放射状牵引作用,3）神经系统对气道管壁平滑肌舒缩活动的调节,吸气，交感神经兴奋，平滑肌舒张，阻力,呼气，副交感神经兴奋，平滑肌收缩，阻力,（一）肺容积：是指肺内气体的容积,1. 潮气量：每次吸入或呼出的气量。,2. 补吸气量：平静吸气末， 再尽力吸入的气量。,正常成人：400500 ml,正常成人：15001800 ml,3. 补呼气量：平静呼气末，再用力呼出的气量。,正常成人：10001500 ml,4. 残气量：,用全力呼气后，肺内所留的气体量。,（余气量）,正常成人：1

7、0001500 ml,（吸气储备量）,（呼气储备量）,二、肺通气功能的评价,肺容积和肺容量示意图,1. 深吸气量（inspiratory capacity）：1+2 2. 功能残气量（functional residual capacity）：3+4 3. 肺活量：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气量（vital capacity）。 4. 用力呼气量 ：指尽力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。 常用：1秒用力呼气量（FEV1） 5. 肺总量：1+2+3+4,（二）肺容量：,是肺容积中两项或两项以上的联合气量。,肺活量的测定,1每分通气量：潮气量频率 2无效腔和肺泡通气量

8、,（三）肺通气量和肺泡通气量,每分肺泡通气量= （潮气量-解剖无效腔容量）呼吸频率,肺泡无效腔,无效腔：,解剖无效腔,生理无效腔,不同呼吸频率和潮气量时肺通气量和肺泡通气量,深而慢的呼吸比浅而快的呼吸效率高。,肺换气和组织换气,一、肺换气和组织换气的基本原理 （一）气体的扩散,肺换气：肺泡 血液 组织换气：血液 组织,动力：,气体的分压差,方式：扩散,（二）气体扩散速率及影响因素,1. 气体的分压差：正比,2. 气体的分子量和溶解度,S（溶解度） MW d（扩散速率） O2：2.14 ml/L 32 3.78 CO2: 51.5 ml/L 44 77.64,dCO2 20dO2,CO2的扩散速

9、率大于O2,3. 扩散面积和距离 与扩散面积成正比，与扩散距离成反比 4. 温度 ：正比,二、肺换气,（一）肺换气过程,（二）影响肺换气的因素 1. 呼吸膜的厚度,厚度,2. 呼吸膜的面积,扩散速率,扩散量,面积,扩散速率,扩散量,3. 通气血流比值=,每分肺泡通气量（VA）,每分肺血流量（Q）,= 0.84,呼吸膜结构示意图,通气/血流比值可能出现的三种情况,VA / Q,肺泡无效腔,肺泡气更新率,VA / Q,功能性动-静脉短路,血中PO2 PCO2,通气/血流比值可能出现的三种情况,三、组织换气,气体在血液中的运输,运输形式：,物理溶解：量少，是化学结合的前提,化学结合：量多，以物理溶解

10、为前提,O2 、CO2溶解化学结合溶解,一、氧的运输 （一）氧在血液中存在的形式,血液中O2和CO2的含量（ml/100 ml 血液）,以Hb为主要运输工具,2Hb与O2结合的特征,（1）反应快，可逆，不需酶，反应方向取决于PO2高低 （2）Fe2+与O2 结合后仍是二价铁 （3）1分子Hb可以结合4分子O2,氧容量：,100ml血液中Hb所能结合的最大O2量,氧含量：,100ml血液中Hb实际结合的O2量,氧饱和度：,血氧含量,PO2,血氧容量,100%,Hb量,（4）Hb的变构效应：,紧密型（T型）：去氧Hb,疏松型（R型）：氧合Hb,氧解离曲线,二、CO2的运输,2. 化学结合：,1.

11、物理溶解：5%,（1）碳酸氢盐形式：88%,血浆,CO2,CO2,H2O,CA,H2CO3,H+,HCO3 -,Na+,HCO3 -,NaHCO3,Cl -,红细胞,（一）CO2的运输形式,（2）氨基甲酸血红蛋白形式：7%,HbNH2 + CO2,HbNHCOOH,氧合作用,HbNHCOO-,H+,调节因素：,在组织,在肺,HbO2的酸性高，不易与CO2结合 还原Hb的酸性低，容易与CO2结合,呼吸运动的调节,脊髓 脑桥 高位脑,一、呼吸中枢与呼吸节律的形成,基本中枢：延髓,呼吸中枢示意图,二、呼吸的调节神经调节为主,（一）化学感受性反射对呼吸运动的调节,1. 化学感受器：适宜刺激为O2、CO

12、2 和H+ 等化学物质。,外周化学感受器：颈动脉体和主动脉体,中枢化学感受器：延髓腹外侧浅表部,反射弧,外周化学感受器,中枢化学感受器,2. CO2、H+ 和O2对呼吸的调节,A、一定范围内动脉血中的PCO2对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必要的。,B、吸入气中CO2适当,阈值：动脉血 PCO2 40 mmHg,PCO2适当,呼吸 加深加快,过量,（吸入气中CO2浓度超过7%）,呼吸中枢,呼吸,（-）,（-）,（1）动脉血液中 CO2分压对呼吸的调节,过量,呼吸中枢,CO2麻醉,（-）,（吸入气中CO2浓度超过15%）,动脉血中单纯PCO2、PO2、pH变化时的肺泡通气反应,两条途径：,颈A体,

13、主A体,化学感受器,窦N,迷走N,延髓,呼吸加深加快,PCO2,脑脊液中,H2CO3,H+,中枢化学感受器,舌咽N,传出N,PCO2,H2O,CA,HCO3-,延髓,（动脉血）,（+）,呼吸中枢,（+）,（+）,透过血-脑屏障,（2）动脉血液中H+对呼吸的调节,外周化学感受器,呼吸加快加深,（+）,动脉血 H+,（3）动脉血液中O2分压对呼吸的调节,吸入气中O2含量 10%,动脉血PO2 8kPa,低氧或缺氧,外周化学感受器,呼吸加快加深,呼吸中枢（+）,3CO2、H+ 和O2在调节呼吸中的相互作用, PCO2,H+,增强CO2的作用,H+,CO2 排出,PCO2,抵消了一部分H+ 的刺激作用,PO2,呼出较多的CO2,PCO2 和H+,减弱了低O2 的刺激作用,PCO2、PO2、pH对肺泡通气的综合影响,（二）肺牵张反射（黑-伯反射）,定义：由肺扩张或缩小萎陷所引起的吸气抑制或吸气兴奋的反射性呼吸变化,肺扩张反射,肺萎陷反射,肺的神经支配,肺牵张反射（黑-伯反射）,吸气,肺扩张,牵张感