动科动物生理学课件：2013breath physiology-第四章-呼吸

1、,Respiration physiology,Respiration:Gas exchange process between tissue cell and environment air. external respiration gas transportation internal respiration,Respiration biological significance,需氧生物代谢和机能活动的必需 基本生理过程 呼吸活动与机体代谢水平相适应,4.1.Pulmonary ventilation,4.1.1 肺通气的结构与功能 4.1.1.1 呼吸道生理功能 4.1.1.2 肺泡

2、 4.1.2 肺通气的原理 4.1.2.1 肺通气的动力 4.1.2.2 肺通气的阻力 4.1.3 肺容量与肺通气量 4.1.3.1 肺容量 4.1.3.2 肺通气量,4.1.1 肺通气的结构与功能,4.1.1.1 呼吸道生理功能 结构基础： 解剖学特点 上呼吸道（鼻、咽、喉）； 下呼吸道 （气管，支气管、终末支气管、呼吸单位）,呼吸单位： 具有气体交换功能结构的统称 呼吸性支气管 肺泡管 肺泡囊 肺 泡,结构特点： 呼吸道不断分级 气道数目，口径， 总横截面积，管壁厚度 储备 解剖无效腔；气体通道 呼吸单位：交换气体,组织学特点： 鼻咽 （丰富的血流，粘液腺；鼻毛、鼻甲）； 气管、支气管和细

3、支气管 （杯状细胞，粘液细胞、纤毛上皮细胞）; 呼吸单位（ 巨噬细胞）,生理功能： 保护功能:空气调节功能（加温湿润）； 过滤清洁作用； 防御保护； 调节通气量/调节气道阻力： 迷走神经： Ach+M型受体，气管平滑肌收缩； 交感神经: NE+2受体,气管平滑肌舒张 体液因素： 组织胺,呼吸道粘膜屏障结构,湿润 正常抵抗力机能 （空气污染） 受寒冷空气或有害气体等刺激，上呼吸道粘膜屏障受损伤时，易患气管炎、支气管 炎和肺炎等。,4.1.1.2 肺泡： 呼吸膜respiratory membrane： 肺泡表面活性物质； 肺泡表面液体分子层； 肺 泡 上 皮 细 胞； 间 隙 层 ； 毛 细 血

4、 管 基 膜 层； 毛细血管内皮层；,肺泡表面活性物质 alveolar surfactant 肺泡分泌细胞（II型细胞） 分泌二软脂酰 卵 磷脂（DPL,DPPC） 其功能：降低表面张力 Lplace定律：P=2T/r,肺泡表面活性物质作用： 维持肺泡容积保持相对稳定； 防止肺泡积液，保持肺泡干燥； 促进吸气与呼气相互转换, 降低吸气阻力，减少吸气作功,4.1.2 肺通气的原理 呼吸功 肺通气的动力 呼吸运动/胸廓运动Respiratory movement 呼吸肌收缩舒张所造成胸廓有节律地扩大和缩小 inspiratory movement/吸气运动 expiratory movement

5、/呼气运动,直接动力:肺内压与外界大气压间的压力差 原动力:呼吸运动,呼吸肌舒缩引起胸廓节律性扩大和缩小,呼吸运动参与肌肉（呼吸肌）,吸气肌：使胸廓扩大产生吸气动作 肌肉： 膈肌和肋间外肌 呼气肌：使胸廓缩小产生呼气动作 肌肉：肋间内肌和腹壁肌 辅助呼吸肌：只在用力呼吸时参与 肌肉：斜角肌、胸锁乳突肌,平和呼吸： 吸气（肋间外肌和膈肌主动收缩）； 呼气（呼吸肌自动弹性回位） 用力呼吸： 用力吸气 （肋间外肌和膈肌 ；呼吸辅助肌主动收缩） 用力呼气（吸气肌弹性回位；呼气肌主动收缩）,呼 气,肺内压大气压,缩 小,肺 脏,吸 气,肺内压大气压,胸 廓,吸 气 肌,缩 小,收 缩,舒 张,扩 张,扩

6、 张,平静呼吸的过程,呼吸率与呼吸型 胸式呼吸（thoracic breathing）： 肋间外肌活动加强 腹式呼吸(abdominal breathing)： 膈肌舒缩活动明显 胸腹式呼吸(comined breathing),肺内压与胸内压 肺内压（intrapulmonary pressure）： 肺泡内的压力 周期性变化 直接动力,胸内负压（intrapleural pressure）： 胸膜腔内的压力 胸内压=肺内压肺回缩力 胸内压=大气压肺回缩力 胸内负压= 肺回缩力,肺回缩力= 弹性回缩力+表面张力的回缩力 胸内负压的生理意义： 肺扩张重要的条件； 促进淋巴和静脉的回流； 利于逆

7、呕或呕吐；,呼吸肌的舒缩是肺通气的原动力，其引起胸廓的张缩；由于胸内负压的存在，肺随胸廓的张缩而张缩，从而形成肺容积的变化，肺容积的变化形成肺内压和大气压间的压力差，压力差成为气体进出肺的动力,肺通气的阻力,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,4.1.2.2 肺通气的阻力 elastic resistance 70%+30% 非弹性阻力 弹性阻力和顺应性： 肺弹性阻力 ：肺回缩力+表面张力： 胸廓弹性阻力,肺弹性阻力的来源

8、 肺组织弹力纤维和胶原纤维:1/3 肺泡内侧气-液界面的表面张力:2/3,肺弹性阻力: 吸气阻力,呼气动力 胸廓弹性阻力:自然位置 呼气 吸气,胸廓的弹性阻力和顺应性 肺容量肺总量的67%时：吸气的阻力； 肺容量肺总量的67%时：吸气的动力; 肺容量=肺总量的67%时,无胸廓弹性阻力,顺应性C：外力作用下，弹性组织可扩张性 C=1/R=V/ P 胸廓C：肥胖、胸廓畸形、 肋骨骨折、胸膜增厚 肺：肺纤维化、肺泡表面活性物质减少、 肺不张,、非弹性阻力 惯性阻力： 气流发动、变速、转向时， 惯性产生的阻止运动的因素。 粘性阻力： 气体与组织相对位移所产生的摩擦 气道阻力： 气体与呼吸道之间的摩擦。

9、 占非弹性阻力的8090,气流速度 气流形式 气道口径,气道阻力影响因素,4.1.3 肺容量与肺通气量 4.1.3.1 肺容量 ：肺所容纳气体的量 潮气量 ： 平和呼吸时末一次吸入或呼出气体的量 补吸气量/吸气储备量： 平和吸气末尽力吸入气体的量 补呼气量/呼气储备量： 平和呼气末尽力呼出气体的量,胸廓的顺应性=胸腔容积的变化/跨壁压的变化 影响因素： 肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚和腹内占位性病变等弹性阻力(顺应性)但引起通气障碍的情况较少,残气量： 补呼气后肺内残留气体的量 功能余气量： 平和呼气后肺内残留气体的量 肺活量： 补吸气量潮气量补呼气量 肺总容量： 肺所能容纳的最大气体的量 （肺活量

10、+残气量）,4.1.3.2 肺通气量 每分通气量：每分钟吸入或呼出肺的气体的量 每分通气量=呼吸频率潮气量 肺泡通气量=（潮气量无效腔量）呼吸频率 解剖无效腔+肺泡无效腔=生理无效腔,深慢呼吸和浅快呼吸的效率比较,呼吸频率,（次/min）,潮气量,（ml ）,肺通气量,ml/min,肺泡通气量,（ml/min ）,意义：浅快呼吸对气体交换不利,4.2. 气体交换 4.2.1 气体交换原理 4.2.2 气体交换过程 4.2.3 影响气体交换因素,4.2 气体交换 4.2.1 气体交换机理（肺换气，组织换气） 生物膜对气体有较大的通透性 扩散动力气体压力差 （大小和方向）,4.2.2 肺和组织内气

11、体交换过程,换气动力：分压差 换气方向： 分压高分压低 换气结果： 肺血 组织血 血 血,CO2,O2,4.2.3 气体交换影响因素 4.2.3.1 气体扩散的速率 分压差溶解度扩散面积温度 扩散距离分子量,O2、CO2扩散速率（D）的比较 分子量 血浆溶解度 肺泡气 A血 V血 D O2 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1 CO2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2 ,在分压相同条件下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血间分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。,(ml/L) （KPa） （KPa） （KPa）,4.2.3.2通气血流比

12、值 （ventilation/perfusion ratio） 每分钟肺泡通气量VA与 每分钟肺血流量Q比值 （VA/Q）（4.2/5=0.84）,Va/Q 增大：通气过剩、血流不足，肺泡无效腔增加,Va/Q 降低：通气不足、血流过剩，功能性 动静脉短路,4.3 气体运输,4.3.1 气体运输形式 4.3.2 氧气的运输 4.3.3 CO2的运输,4.3 .1 气体运输形式: 物理溶解 化学结合 血液中O2和CO2的含量(ml/100mlblood),物理溶解:气体直接溶解于血浆中 特征:量小； 溶解量与分压呈正比,化学结合,动态平衡,物理溶解,化学结合:气体与某些物质进行化学结合 特征:量大

13、 主要运输形式。,气 物理 化学 物理 气 体 溶解 结合 溶解 体 肺泡 组织,4.3.2 氧气的运输 PO2Pco2血温血pH2,3DPG PO2Pco2血温血pH2,3DPG 2，3 二磷酸甘油酸,O2 +Hb,HbO2,血红蛋白氧合作用,hemoglobin,HbO2特点 ： 氧合非氧化（Fe2+） （结合离解速度快，可逆，不需酶的催化） 运输容量大（4O2） Hb与氧的结合或离解具有变构效应 （协同效应）氧离曲线为S曲线,血红蛋白氧含量： 100ml血液中Hb实际所结合的O2量 血红蛋白氧容量： 100ml血液中Hb所能结合的最大O2量 血氧饱和度与血红蛋白氧饱和量,氧离曲线/氧合血

14、红蛋白解离曲线: 氧分压和氧饱和度的关系 氧离曲线的分析及其生理学意义 Po260-100mmHg: Po240-60mmHg:O2利用系数25 Po215-40mmHg:O2储备， O2利用系数75,、二氧化碳的运输 1、运输形式： 物理溶解: 5% 化学结合: KHCO3 ,NaHCO3 ， 碳酸血红蛋白HbCO2/氨基甲酸血红蛋白,4.4 呼 吸 的 调 节 respiratory regulation 呼吸的深度和频率的调控 （通气量） 4.4.1 神经调节/呼吸中枢及其呼吸节律调节活动 呼吸中枢： 中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的NC群 研究方法： 横切试验：中枢分布 引导试验：放

15、电与呼吸,脊髓： 联系高位中枢和呼吸肌的中继站， 整合一些呼吸反射的初级中枢。 低位脑干：脑桥和延髓 不随意的自主节律呼吸调整系统 延髓： 背侧呼吸组：吸气神经元 腹侧呼吸组： 呼气、吸气、 过渡性神经元 脑桥：PBKF核 臂旁内侧核 Kolliker-Fuse(KF)核,高级呼吸中枢：呼吸随意调节 边缘系统：情绪 下丘脑：体温调节 大脑皮层：条件反射 调控途径： 调控基本呼吸中枢 直接调节呼吸肌运动神经元,延髓：呼吸节律基本中枢 脑桥：呼吸调整中枢 上位脑：随意呼吸调整系统,呼吸反射性调节Reflect regulation of respiration 肺牵张反射/hering-Breue

16、r reflex 由肺扩张或肺缩小引起的吸气抑制或 兴奋的反射。,肺扩张反射pulmonary inflation reflex,牵张感受器:从气管到细支气管的平滑肌 传入N:迷走神经 机制： 延髓 兴奋吸气切断机制 吸气转换为呼气 意义：防止吸气过深， 调节呼吸频率和深度,肺缩小反射：感受器阈值 高 细支气管 迷走神经 center 呼吸肌本体感受性反射： 呼吸肌受到牵张刺激 反射性的引起受刺激肌梭所在肌的收缩 防御性呼吸反射,4.4.2 体液调节 呼吸调节血液中O2,CO2,H+的水平， 动脉血中O2、CO2、H+水平的变化又 作用于化学感受器调节呼吸， 从而维持内环境的相对稳定,4.4.2.1 化学感受器 外周化学感受器： 其生理刺激为外周血PO2,PCO2, H+变化/相互加强 。 中枢化学感受器： 位于延髓，其生理刺激为脑脊液和局部 细胞外液的H+,颈动脉体和主动脉体参与呼吸和循环调节 ， 颈动脉体主要参与呼吸的调节， 主动脉体主要参与循环的调节。,主动脉体和颈动脉体化学感受反射,血液O2 CO2 ,主动脉体和颈动脉体化学感受器,主动脉神经、 窦神经传入冲动,心抑制中枢,心加速中枢,缩血管中枢,心输出 外周阻力,AP,O2补充CO2排出,4.4.2.2 CO2、H+、O2对呼吸的影响