《生理学》第五章-呼吸

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1、,第五章 呼 吸 （Respiration）,【目的与要求】,熟悉呼吸的概念及呼吸的基本过程。 了解呼吸器官的结构特点及功能意义。 掌握肺内压的变化，胸膜腔负压的形成及意义，肺表面活性物质的来源及意义，用力呼气量及肺泡通气量的概念及意义。 掌握肺换气的原理和影响因素，肺通气/血流比值的概念和意义。 熟悉气体运输的形式，掌握氧与Hb结合的特征、氧解离曲线的概念及影响因素。 熟悉呼吸中枢的概念和部位，掌握化学感受器的种类和化学性因素调节的途径。 熟悉肺牵张反射的概念及意义。,呼吸（Respiration）：机体与外界环境之间的气体交换过程。,三个相互衔接并同时进行的过程,1.外呼吸：包括肺通气和肺

2、换气 2.气体在血液中的运输 3.内呼吸：组织细胞与组织毛细血管之间 的气体交换以及组织细胞内的生物氧化过程,第一节 呼吸器官的结构特点及功能 第二节 肺通气 第三节 呼吸气体的交换 第四节 气体在血液中的运输 第五节 呼吸运动的调节,目 录,第一节 呼吸道和肺的结构与功能,呼吸道,上呼吸道,下呼吸道,呼吸道：具有加温、加湿、过滤和清洁作用,一、呼吸道,（Airway ),：呼吸道的平滑肌受神经、体液因素的调节 植物神经系统：副交感神经使呼吸道平滑肌收缩 交感神经使呼吸道平滑肌舒张,收缩：组织胺、 5-HT 、内皮素、缓激肽,舒张：儿茶酚胺、PGE2、氨茶碱,化学因素,肺泡上皮细胞,型细胞,型

3、细胞,二、肺泡,三、胸廓,第二节 肺 通 气 （pulmonary ventilation）,肺通气是指肺与外界环境之间的气体交换,肺通气的直接动力： 肺内压与大气压之间的压力差,肺通气的原动力：呼吸运动 (respiratory movement),呼吸运动（原动力） 胸内压变化（间接动力） 肺内压与大气压差变化（直接动力） 肺通气,一、肺通气的动力,吸气肌 收缩 （呼气肌） 舒张,呼吸肌,呼气肌,呼吸运动：呼吸肌的收缩和舒张引起的胸 廓节律性扩张与缩小。,吸气肌,腹壁肌,肋间内肌,肋间外肌,膈肌,（一）呼吸运动 (respiration movement),平静呼吸(eupnea)：安静状

4、态下平稳而均匀的自然呼吸。 吸气：主动过程 呼气：被动过程 用力呼吸(forced breathing)：加深加快的呼吸。 呼气：主动过程 吸气：主动过程,根据参与呼吸运动的肌群不同分为：,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。 混合式呼吸,呼吸暂停、声带开放、呼吸道通畅时： 肺内压大气压 呼吸运动过程中肺内压的周期性交替升降 肺内压和大气压之间的压力差 推动气体进出肺的直接动力,1. 肺内压(intrapulmonary pressure) 肺泡内的压

5、力,（二）呼吸时肺内压和胸膜腔内压的变化,吸气初：肺内压 大气压 呼气开始 呼气末：肺内压 = 大气压 呼气停止,（1）胸膜腔：位于两层胸膜之间的潜在、密闭的腔隙， 其内仅少量浆液,2. 胸膜腔内压(intrapleural pressure),（2）胸膜腔内压 ：胸膜腔内的压力。,测量：直接法 间接法,2. 胸膜腔内压 (intrapleural pressure),肺回缩,以胸膜腔密闭且含浆液为条件 胸廓生长肺生长 胸廓容积肺容积 胸廓将肺拉大 肺回缩 胸内负压,胸膜腔负压的形成,胸膜腔内压 = 肺内压 肺回缩力 在吸气末或呼气末 胸膜腔内压 = 大气压 肺回缩力 以大气压为0，胸膜腔内压

6、=肺回缩力 （负压是指其低于大气压） 呼气末：-3 -5mmHg； 吸气末：-5 -10 mmHg,为什么平静呼气末胸膜腔内压仍然为负,胸膜腔负压及其生理意义：,维持肺泡的扩张状态，有利于肺的扩张 有利于静脉血及淋巴液的回流,气胸,弹性阻力（肺和胸廓） 平静呼吸时约占总通气阻力的70% 非弹性阻力 平静呼吸时约占总通气阻力的30% （气道阻力、惯性阻力与粘滞阻力）,二、肺通气的阻力,（一）弹性阻力与顺应性,弹性阻力( R )：物体对抗外力作用所引起变形的力。包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力。 顺应性( C )：在外力作用下弹性组织的可扩张性。,顺应性（C ）=容积变化 / 压力变化(L/cmH2O

7、),顺应性（C ）= 1/R,1. 肺的弹性阻力与顺应性(compliance) 肺在被牵张时的弹性回缩力是吸气的阻力,跨肺压的变化（P）,肺容量的变化（ V）,肺的弹性阻力,肺组织的弹性回缩力,肺泡内液-气界面的表面张力,（1）肺泡表面张力和肺表面活性物质,肺泡表面张力(surface tension) 肺泡的内表面覆盖一薄层液体，与肺泡内气体形成液-气界面，使液体表面尽量缩小的力。,阻碍肺泡扩张，增加吸气的阻力，降低肺顺应性； 使相通的大小肺泡内压不稳定； 促进肺部组织液生成，使肺泡内液体积聚。,肺泡表面张力,肺泡表面活性物质(pulmonary surfactant) 由肺泡型细胞产生的

8、二棕榈酰卵磷脂 作用：降低肺泡的表面张力 生理意义： 有助于维持肺泡的稳定性 减少肺间质和肺泡内的组 织液生成，防止肺水肿发生 降低吸气阻力，增加肺的 顺应性,肺表面活性物质减少 肺不张 肺弹性阻力增加，顺应性降低 吸气困难 肺弹性阻力减小，顺应性增大 呼气困难,正常及几种异常情况下顺应性曲线,跨肺压(cmH2O) （肺内压-胸内压）,正常,肺气肿（emphysema）,肺纤维化(fibrosis),肺不张(atelectasis),肺容量 = 肺总容量的67% 无回弹力 肺容量肺总容量的67% 向内的回弹力 肺容量肺总容量的67% 向外的回弹力 胸腔容积变化 (V) Cchw= L/cmH2

9、O 跨胸壁压力变化(P),2. 胸廓弹性阻力和顺应性(compliance),肺容量占 肺总容量百分比,胸廓弹性回位力,胸廓容积,67（自然位置） （平静吸气末）,无,自然容积, 67（ 自然位置） （深吸气状态）,向内 （吸气阻力）,大于自然容积, 67 （ 自然位置） （平静呼气末）,向外 （吸气动力）,小于自然容积,（二）非弹性阻力 包括：气道阻力、惯性阻力、粘滞阻力 气道阻力：非弹性阻力的 80%90%，由气流流速、气流形式和气道管径 决定。,为什么支气管哮喘病人呼气比吸气困难,潮气量（tidal volume，TV）： 400600 ml 补吸气量（inspiratory reser

10、ve volume，IRV）： 15002000 ml 补呼气量（expiratory reserve volume，ERV） ： 900 1200 ml 残气量（residual volume，RV）： 1000 1500 ml,三、肺通气功能的评价 (evaluation of function of pulmonary ventilation),（一）肺容积,肺容积 (pulmonary volume),肺所容纳的气体量,1、深吸气量（inspiratory capacity，IC）： TV+IRV，最大通气能力 2、功能残气量（functional residual capacity，

11、FRC） ： ERV+RV 缓冲呼吸过程中肺泡气O2、CO2分压的过度变化,（二）肺容量,(1) VC = TV+IRV+ERV 单次肺通气的最大能力 男性：3 500 ml 女性：2 500 ml (2) FVC：尽力最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出 的最大气量 (3) FEV：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，通常以它所占FVC的百分数来表示，反映呼吸阻力的变化。 正常：FEV1/FVC%约80% (第一秒),3. 肺活量和用力呼气量,用力呼气量（forced expiratory volume，FEV）：,最大吸气后以最快速度用力呼气，在一定（单位）时间内所能呼

12、出的最大气量。,第1秒末: 83% 第2秒末: 96% 第3秒末: 99%。,测定方法： 作一次深吸气后，以最快的速度用力呼气，同时分别记录第1，2，3秒末所呼出的气量，计算其所占肺活量的百分比。,用力肺活量和用力呼气量,生理情况下,气道狭窄时,4. 肺总量（total lung capacity，TLC）： 肺所能容纳的最大气量.,肺总量VCRV,（三）肺通气量,2. 肺泡通气量(alveolar ventilation) 每分钟吸入肺泡的新鲜空气量 =（TV 无效腔气量) 呼吸频率,肺泡无效腔( 接近于零）,生理无效腔,解剖无效腔(150ml),支气管扩张 解剖无效腔 肺A部分梗塞 肺泡无

13、效腔,呼吸形式,肺泡通气量 (毫升/分),呼吸频率 (次/分),肺通气量 (毫升/分),潮气量 (毫升),正常安静,16,8000,500,5600,不同呼吸频率、潮气量时的肺通气量及肺泡通气量,在一定的呼吸频率范围内 深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更为有效。,结论：,第三节 呼吸气体的交换,肺换气：肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换,从高分压点 流向低分压点,组织换气：组织细 胞与组织毛细血管血液之间的气体交换,一、气体交换的原理,形式：单纯扩散 动力：气体分压（张力）差 气体扩散速率（Diffusion rate，D）：单位时间内气体扩 散的容积。,（一）气体分压差,2. 血液及组织中的气体分

14、压kPa（mmHg）,1. 呼吸气与肺泡气的分压,（二）气体的分子量与溶解度,溶解度 (solubility)：在1个大气压下，37时， 每100ml液体中所溶解的气体ml数。,O2的分子量：32 CO2的分子量：44,CO2的扩散系数是O2的20倍,（三）扩散的面积和距离,（四）温度,CO2溶解度：51.5/100ml O2溶解度：2.14/100ml,PO2和PCO2时，刺激呼吸，有助于 CO2的排出，却几乎无助于O2的摄取,二、肺换气,结构基础：呼吸膜 动力：气体的分压差,静脉血 动脉血,（一）肺换气过程,O2,CO2,CO2和O2的扩散仅需0.3秒即达到平衡 血液流经肺毛细血管耗时0.

15、7秒,（二）影响肺换气的因素 1. 呼吸膜的厚度：肺泡 毛细血管膜,由六层组成，约0.2 1.0m,肺纤维化与肺水肿均 可使呼吸膜变厚,2. 呼吸膜的面积,3. 通气/血流比值(Ventilation/perfusion ratio),每分肺泡通气量与每分肺血流量之间的比值。,VA/Q,(dead space) 肺泡无效腔,VA/Q（肺血管栓塞）,VA/Q（支气管痉挛）,VA/Q,组织中气体交换的原理与在肺中交换相似，但该处交换在液相中进行，且扩散膜两侧的O2、CO2分压差随细胞内氧化代谢强度和组织血流量而异。,三、组织换气,血液与组织细胞之间的气体交换过程。,结构基础：毛细血管壁、细胞膜,动力：气体的分 压差,静脉血 动脉血,血液O2和CO2的含量（ml / 100ml 血液）,第四节 气体在血液中的运输,物理溶解,物理溶解,合计,化学溶解,合计,两种形式：物理溶解、化学结合（为主） 两种形式处在动态平衡之中：气体应在溶解状态下进行交换；化学结合形式可看作贮备体,（一）物理溶解 PO2为13.3KPa(100mmHg)时，100ml血液只溶解0.3ml的O2。,一、氧的运输,（二）化学结合,1. O2与Hb结合的特征 血液中的氧主要以氧合Hb（HbO2）形式运输 （1）可逆、