医学教学课件：肺 通 气

1、第五章 呼 吸,RESPIRATION,呼吸过程的三个环节,外呼吸,内呼吸,气体运输,呼 吸,呼吸(respiration),机体与外界环境之间的气体交换过程,第一节 肺 通 气,呼 吸,PULMONARY VENTILATION,肺通气 (pulmonary ventilation),肺与大气之间进行气体交换的过程,实现肺通气的器官,呼吸道 肺泡 胸廓,第一节 肺通气,一、肺通气的原理,(一) 肺通气的动力,直接动力： 肺泡气与外界大气之间的压力差 原动力： 呼吸肌的收缩和舒张所引起的胸廓节律性扩张和缩小，即呼吸运动,第一节 肺通气,1.呼吸运动,呼吸运动 (respiratory move

2、ment),呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小,呼吸肌,吸气肌：膈肌和肋间外肌 斜角肌、胸锁乳突肌,呼气肌：肋间内肌、腹肌,(respiratory muscles),第一节 肺通气,（1）呼吸运动的过程,平静呼吸(eupnea)：,第一节 肺通气,肺内压大气压，气体经呼吸道入肺,胸廓容积扩大，肺在胸膜腔负压作用下被动扩张,膈肌收缩使膈顶下移，增大胸廓的上下径；肋间外肌收缩使肋骨上提,扩大胸廓前后、左右径,吸 气,膈肌和肋间外肌舒张，肋骨和膈肌弹性回位，缩小胸廓上下、前后、左右径,肺弹性回缩力的作用，肺容积缩小,肺内压大气压， 气体经呼吸道出肺,呼 气,* 吸气是主动的，呼气是被动的,

3、第一节 肺通气,用力呼吸(forced breathing)：,吸气 由膈肌、肋间外肌和辅助吸气肌收缩引起 呼气 由膈肌和肋间外肌舒张及肋间内肌和腹肌收缩引起,* 吸气和呼气都是主动的,第一节 肺通气,腹式呼吸(abdominal breathing) 以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动 胸式呼吸(thoracic breathing) 以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动,（2）呼吸运动的形式,第一节 肺通气,平静呼吸(eupnea) 吸气是主动的，呼气是被动 用力呼吸(forced breathing) 吸气和呼气都是主动的,第一节 肺通气,2. 肺内压,第一节 肺通气,平静吸气初: 肺内压 大气压

4、气出肺 平静呼气末: 肺内压 = 大气压气流停,(-2-1mmHg),(12mmHg),第一节 肺通气,人工呼吸 (artificial respiration),在自然呼吸停止时，用人工方法建立起肺内压与大气压之间的压力差以维持肺通气,正压法 负压法,第一节 肺通气,3. 胸膜腔内压,第一节 肺通气,浆液的作用,润滑作用减小两层胸膜间滑动的摩擦 阻力 浆液分子的内聚力使两层胸膜互相贴 附在一起，肺可以随胸廓的运动而运动,第一节 肺通气,胸膜腔内压 (intrapleural pressure) 指胸膜腔内的压力，简称胸内压,第一节 肺通气,第一节 肺通气,第一节 肺通气,胸膜腔内负压的形成:

5、,第一节 肺通气,跨肺压=肺内压-胸膜腔内压,肺内压=大气压(吸气末或呼气末),跨肺压=-胸膜腔内压,胸膜腔内压=肺内压+（-肺回缩压）,胸膜腔内压=大气压+（-肺回缩压）,胸膜腔内压= -肺回缩压,第一节 肺通气,胸内负压的生理意义,维持肺处于扩张状态 促进血液和淋巴液的回流,第一节 肺通气,气胸 (pneumothorax),第一节 肺通气,(二) 肺通气阻力,弹性阻力（70%）,非弹性阻力（30%）,肺弹性阻力,胸廓弹性阻力,肺弹性回缩力: 1/3,气道阻力,粘滞阻力,惯性阻力,肺泡表面张力：2/3,第一节 肺通气,弹性阻力(elastic resistance) 物体对抗外力作用引起变

6、形的力 顺应性(compliance) 外力作用下弹性组织的可扩张性，通常用单位跨壁压(transmural pressure)所引起的容积变化表示,C=1/R C=V/P(L/cmH2O),1. 弹性阻力和顺应性,(1) 顺应性,第一节 肺通气,第一节 肺通气,肺顺应性(CL)=,跨肺压= 肺内压- 胸膜腔内压,肺容积变化(V),跨肺压变化(P),(L/cmH2O),(1) 肺的弹性阻力与肺顺应性,1) 肺顺应性,第一节 肺通气,比顺应性=,平静呼吸时的肺顺应性(L/cmH2O),功能余气量(L),2) 肺总量对肺顺应性的影响,比顺应性(specific compliance) 单位肺容量的

7、顺应性,第一节 肺通气,3) 肺弹性阻力的来源,肺的弹性阻力,肺弹性组织回缩力:1/3,肺泡表面张力:2/3,lung recoil force,alveolar surface tension,第一节 肺通气,肺泡表面张力(alveolar surface tension),肺泡内的液-气界面，因界面层的液体分子受力不均匀，表现的内聚力（表面张力）方向是向中心的使肺泡缩小,第一节 肺通气,第一节 肺通气,Laplace定律,P=2T/r,第一节 肺通气,肺表面活性物质(pulmonary surfactant),来源：肺泡细胞 成分：二棕榈酰卵磷脂和表面活性物质结合蛋白 作用：降低肺泡液-气

8、界面的表面张力,第一节 肺通气,生理意义：,降低吸气阻力，减少吸气做功 维持肺泡的稳定性 防止肺水肿,第一节 肺通气,(3) 胸廓的弹性阻力和胸廓顺应性,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),第一节 肺通气,(4) 肺和胸廓的总弹性阻力和总顺应性,(CL+chw),(CL),(Cchw),0.2,0.2,1,1,1,1,1,=,+,=,+,第一节 肺通气,(二) 非弹性阻力,(1) 非弹性阻力与气道阻力,惯性阻力 (inertial resistance) 粘滞阻力 (viscous resistance) 气道阻力 (airway re

9、sistance) 80%90%,第一节 肺通气,气道阻力 (airway resistance) 气流速度 气流形式 气道管径：与管道半径的4次方成反比,大气压与肺内压之差(cmH2O),单位时间内气体流量(L/s),=,R=,8L,r4,第一节 肺通气,影响气道管径的主要因素,跨壁压 肺实质对气道壁的外向放射状牵引作用 自主神经系统对气道管壁平滑肌舒缩活动的调节作用 化学因素的影响,第一节 肺通气,(一) 肺容积和肺容量,1. 基本肺容积 (pulmonary volumn),二、肺通气功能的评价,第一节 肺通气,潮气量(tidal volume, TV) 每次呼吸时吸入或呼出的气体量，4

10、00-600ml 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, 1500-2000ml 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, 900-1200ml 残气量(residual volume, RV)： 最大呼气末尚存留于肺内不能呼出的气体量, 1000-1500ml,第一节 肺通气,深吸气量(inspiratory capacity, IC) 从平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气体量，=潮气量+补吸气量 功能余气量(functional res

11、idual capacity, FRC) 平静呼气末尚存留于肺内的气体量，=残气量+补呼气量 肺活量(vital capacity, VC) 尽力吸气后再尽力呼气，从肺内所能呼出的最大气体量，=补吸气量潮气量补呼气量 肺总量(total lung capacity) 肺所能容纳的最大气体量，=肺活量+残气量,2. 肺容量 (pulmonary capacity),第一节 肺通气,用力肺活量(forced vital capacity, FVC) 一次最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气 体量 用力呼气量(forced expiratory volume, FEV)或时间 肺活量(timed

12、 vital capacity) 一次最大吸气后再尽力尽快呼气时，在一定时间内 所能呼出的气体量，通常以它占用肺活量的百分数表示,第一节 肺通气,第一节 肺通气,第一节 肺通气,1. 肺通气量(pulmonary ventilation),每分钟吸入或呼出的气体总量 =潮气量呼吸频率(次/分),(二) 肺通气量和肺泡通气量,第一节 肺通气,最大随意通气量(maximal pulmonary ventilation),在尽力作深、快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气体量,通气贮量百分比= 最大通气量 -每分钟平静通气量,最大通气量,100%,第一节 肺通气,2. 肺泡通气量,解剖无效腔 上呼吸

13、道至呼吸性细支气管 肺泡无效腔 未能发生气体交换的肺泡容量 生理无效腔 肺泡无效腔+解剖无效腔,无效腔 (dead space),肺泡通气量 (alveolar ventilation),每分钟吸入肺泡的新鲜空气量 = (潮气量-无效腔气量)呼吸频率,第一节 肺通气,第一节 肺通气,第一节 肺通气,第二节 肺换气和组织换气,Gas Exchange in Lungs and Tissues,一、气体交换的基本原理,(一) 气体的扩散 (Gas Diffusion),Fick弥散定律,气体的分压 (partial pressure) 混合气体中每一组成气体产生的压力 气体的张力 (tension

14、) 溶解的气体分子从液体中逸出的力,第二节 肺换气和组织换气,气体的分压差 气体的分子量和溶解度 扩散面积和距离 温度,影响气体扩散速率的因素：,扩散系数：,第二节 肺换气和组织换气,PO2(mmHg) PCO2(mmHg)Atmosphere 159 0.3Alveolar air 104 40Venous blood 40 46Arterial blood 100 40Tissue 30 50,(二) 呼吸气体和人体不同部位气体的分压,第二节 肺换气和组织换气,二、肺换气,(一) 肺换气过程,第二节 肺换气和组织换气,1.呼吸膜(respiratory membrane)的厚度,(二) 影

15、响肺换气的因素,第二节 肺换气和组织换气,2. 呼吸膜的面积,3. 通气/血流比值,通气/血流比值 (ventilation/perfusion ratio),每分钟肺泡通气量和每分钟肺血流量之间的比值，正常值为0.84,第二节 肺换气和组织换气,VA/Q肺通气或肺血流生理无效腔换气效率(如心衰、肺动脉栓塞) VA/Q肺通气功能性A-V短路换气效率（如支哮、肺气肿、支气管栓塞）,第二节 肺换气和组织换气,(三) 肺扩散容量(diffusing capacity of lung),在单位分压差(0.1333kPa, 1mmHg)的作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体的毫升数，是衡量呼吸气体通过呼吸

16、膜能力的一种指标,第二节 肺换气和组织换气,三、组织换气,距离毛细血管的距离 组织的血流量 组织的代谢率,第二节 肺换气和组织换气,第三节 气体在血液中的运输,Gas Transport in Blood,物理溶解(physical dissolution),化学结合(chemical combination),第三节 气体在血液中的运输,物理溶解(1.5%),化学结合(98.5%),一、氧的运输,以HbO2形式运输,第三节 气体在血液中的运输,(一) Hb的分子结构,Fe,第三节 气体在血液中的运输,(二) Hb与O2结合的特征,迅速而可逆 氧与血红蛋白结合的过程是氧合而非氧化 Hb结合O2

17、的量 氧解离曲线呈S型,第三节 气体在血液中的运输,发绀(cyanosis) 当体表表浅毛细血管床血液中去氧含量达到5g/100ml血液以上时，皮肤、黏膜呈暗紫色,氧容量(oxygen capacity of Hb) 100ml血液中Hb所能结合的最大O2量 氧含量(oxygen content of Hb) 100ml血液中Hb所能结合的实际O2量 血氧饱和度(oxygen saturation of Hb) Hb氧含量占氧容量的百分比,第三节 气体在血液中的运输,机制：与Hb 的变构有关： 氧合Hb疏松型 (R型) 去氧Hb为紧密型 (T型) R型的亲O2力为T型的数百倍,即当Hb某亚基与

18、O2结合或解离后Hb变构其他亚基的亲O2力orHb 4个亚基的协同效应便呈现S形的氧离曲线特征,第三节 气体在血液中的运输,(三) 氧解离曲线(oxygen dissociation curve),表示PO2与Hb氧结合量或Hb氧饱和度关系的曲线,第三节 气体在血液中的运输,97.4 19.4ml/100ml,75% 14.4ml/100ml,4.4ml/100ml,90 18ml/100ml,第三节 气体在血液中的运输,氧解离曲线的上段 PO2 60100mmHg，是 Hb与O2结合的部分 氧解离曲线的中段 PO2 4060mmHg，是HbO2释放的部分 氧解离曲线的下段 PO2 1540m

19、mHg，也是HbO2与O2解离的部分，代表O2的储备,第三节 气体在血液中的运输,(四)影响O2运输的因素,P50 表示Hb对O2的亲和力，是使Hb氧饱和度达50%时的PO2 P50Hb对O2的亲和力 P50Hb对O2的亲和力,第三节 气体在血液中的运输,第三节 气体在血液中的运输,1. 血液PCO2和H+的影响 pH或PCO2Hb对O2亲和力，P50， 曲线右移 pH或PCO2Hb对O2亲和力，P50， 曲线左移 波尔效应(Bohr effect) 酸度对Hb氧亲和力的影响 意义：促进肺毛细血管血液的氧合 有利于组织毛细血管血液释放O2,第三节 气体在血液中的运输,2. 温度的影响,THb对

20、O2亲和力，P50，曲线右移 THb对O2亲和力，P50，曲线左移,3. 2,3-二磷酸甘油酸的影响,2,3-DPGHb对O2亲和力，P50，曲线右移 2,3-DPGHb对O2亲和力，P50，曲线左移,第三节 气体在血液中的运输,4. CO的影响,5. 其他因素,Hb对CO亲和力Hb对O2亲和力,Fe2+ Fe3+,第三节 气体在血液中的运输,二、二氧化碳的运输,物理溶解 (5%),化学结合 (95%),碳酸氢盐形式 (88%) 氨基甲酸血红蛋白形式 (7%),(一) 二氧化碳的运输形式,第三节 气体在血液中的运输,1.碳酸氢盐,氯转移,第三节 气体在血液中的运输,HbNH2O2+H+CO2

21、HHbNHCOOH+O2,组织,肺部,主要受氧合作用的调节,2. 氨基甲酸血红蛋白,第三节 气体在血液中的运输,(二) CO2的解离曲线(CO2 dissociation curve),表示血液中CO2含量与PCO2间关系的曲线,52ml/100ml,48ml/100ml,第三节 气体在血液中的运输,血液中CO2含量随PCO2的而，几乎成线性关系(非S形曲线)，且无饱和点 V血A点CO2的含量为52ml/100ml，而A血B点CO2的含量降为48ml/100ml，说明血液流经肺脏时，每100ml血液释放出4mlCO2 当血PO2时， CO2解离曲线下移,第三节 气体在血液中的运输,(三) 影响

22、CO2运输的因素,何尔登效应(Haldance effect) O2与Hb的结合可促使CO2释放，而去氧Hb则容易与CO2结合,第三节 气体在血液中的运输,第 四 节 呼吸运动的调节,Regulation of Respiratory Movement,一、呼吸中枢和呼吸节律的形成,呼吸中枢 (respiratory center) 中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群所在的部位,第四节 呼吸运动的调节,1. 脊髓,2. 低位脑干,延髓和脑桥不随意的自主节律呼吸调节系统,呼吸运动神经元支配呼吸肌,大脑皮层、边缘系统、下丘脑等随意呼吸调节系统,3. 高位脑,第四节 呼吸运动的调节,呼吸调

23、整中枢,长吸中枢,？,产生呼吸节律的基本中枢,三级呼吸中枢学说的形成,第四节 呼吸运动的调节,呼吸神经元在低位脑干的分布与功能,延髓背内侧部 吸气神经元 延髓腹外侧部 多种类型呼吸神经元 脑桥头端背侧部 呼气神经元,第四节 呼吸运动的调节,(二) 呼吸节律的形成,起步细胞学说 (theory of pacemaker) 神经元网络学说 (theory of neuronal circuit),第四节 呼吸运动的调节,脑桥呼吸调整中枢,迷走神经,神经元网络学说,第四节 呼吸运动的调节,(一) 化学感受性呼吸反射,1. 化学感受器 (chemoreceptor),外周化学感受器(periphera

24、l chemoreceptor) 中枢化学感受器(central chemoreceptor),二、呼吸的反射性调节,第四节 呼吸运动的调节,在动脉血PO2降低、PCO2或H+浓度升高时受到刺激，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，反射性地引起呼吸加深加快,(1) 外周化学感受器,颈动脉体 主动脉体,第四节 呼吸运动的调节,(2) 中枢化学感受器,延髓腹外侧浅表部位，生理刺激是脑脊液和局部细胞外液中的H+,第四节 呼吸运动的调节,2. CO2 、H+和低O2对呼吸的影响,第四节 呼吸运动的调节,(1) CO2对呼吸运动的调节,CO2浓度升高到1时呼吸开始加深 CO2浓度升高到4时呼吸加深加快， 肺

25、通气量增加1倍以上 CO2浓度升高到6时肺通气量可增大6-7倍 CO2浓度升高到7以上呼吸减弱CO2麻醉,第四节 呼吸运动的调节,机制,呼吸加深加快，肺通气量,延髓呼吸中枢,外周化学感受器,吸入气PCO2,动脉血PCO2,中枢化学感受器 (CO2透过血脑屏障进入脑脊液 CO2H2OH2CO3H+HCO3-),窦神经 迷走神经,(+),(+),(+),主要,第四节 呼吸运动的调节,(2) H+对呼吸运动的影响,动脉血H+呼吸加深加快，肺通气量,中枢化学感受器 对H+的敏感性较高，但H+通过血脑屏障的速度较慢，限制了它对中枢化学感受器的作用 外周化学感受器(主要),机制,第四节 呼吸运动的调节,(

26、3) O2对呼吸运动的影响,轻度缺氧 (动脉血PO280mmHg)呼吸加深加快肺通气量 重度缺氧呼吸抑制,低氧对呼吸的刺激作用完全是通过外周化学感受器实现的 低氧对中枢的直接作用是抑制,机制,第四节 呼吸运动的调节,3. CO2、H+和O2在呼吸调节中的相互作用,第四节 呼吸运动的调节,(二) 肺牵张反射(pulmonary stretch reflex),指肺扩张或萎陷引起的吸气抑制或兴奋的反射，又称黑-伯反射，包括肺扩张反射和肺萎陷反射,第四节 呼吸运动的调节,肺扩张反射(pulmonary inflation reflex) 肺扩张时抑制吸气活动的反射 肺扩张肺牵张感受器兴奋迷走N延髓兴

27、奋吸气切断机制吸气转化为呼气呼吸频率 肺萎陷反射(pulmonary deflation reflex) 肺萎陷时引起的吸气活动的反射 在平静呼吸调节中的意义不大，但对阻止呼气过深和肺不张等可能起一定作用,第四节 呼吸运动的调节,第四节 呼吸运动的调节,1. 肺的弹性回缩力见于 A吸气初 D吸气末 B呼气初 E以上都存在 C呼气末,2. 平静呼吸时，肺内压在下列哪一个相中 低于大气压？ A呼气初 D吸气末 B呼气末 E停止呼吸时 C吸气初,答案：E,答案：C,第五章 选择题,3. 胸膜腔内的压力是由下列哪个因素形成的？ A大气压-非弹性阻力 B大气压+跨肺压 C肺内压+跨胸壁压 D大气压-肺回

28、缩力 E大气压+肺回缩力,答案：D,第五章 选择题,4. 以下关于肺泡表面活性物质的描述，哪 一项是错误的？ A维持肺泡的扩张状态 B降低肺泡表面张力 C稳定肺泡容积 D降低肺的顺应性 E防止毛细血管内液滤入肺泡,答案：D,第五章 选择题,5. 正常情况下，肺通气阻力主要来自于 A气道阻力 B呼吸器官的惯性阻力 C肺泡表面张力 D肺弹性组织回缩力 E组织粘滞阻力,6. 在下列哪种情况下，肺的静态顺应性增加？ A气道阻力增加 D肺弹性阻力减小 B气道阻力减小 E肺胞表面活性物质减少 C肺弹性阻力增加,答案：C,答案：D,第五章 选择题,7. 评价肺通气功能，下列哪个指标较好？ A潮气量 D补吸气量 B功能余气量 E时间肺活量 C肺活量 8肺总容量等于 A潮气量+肺活量 B潮气量+功能残气量 C功能残气量+肺活量 D残气量+补吸气量 E残气量+肺活量,答案：E,答案：E,第五章 选择题,9. 呼吸频率从12次/min增到24次/min， 潮气量从500ml减少到250ml，则 A肺通气量增加 B肺泡通气量增加 C肺泡通气量不变 D肺通气量减少 E肺泡通气量减少,答案：E,第五章 选择题,10. 决定肺部气体交换方向的主要因素是 A气