医学生理学--呼吸系统

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1、第五章 呼 吸,医学生理学教研室 罗娟娟,Respiration,概述,呼吸的意义：维持机体O2与CO2含量的相对稳定，是机体新陈代谢和其它功能活动所必需的基本过程之一,呼吸：机体与外环境之间的气体交换过程,外呼吸,气体在血液中的运输,内呼吸,呼吸全过程,一、肺通气的原理,气体进出肺取决两方面因素： 动力：大气压与肺内压之间的压力差 阻力：弹性阻力和非弹性阻力,通气的动力克服通气的阻力,第一节 肺通气,呼吸运动,肺内压与大气压的压力差,肺通气,二、肺通气动力,原动力：,直接动力：,Process of external respiration,1、呼吸运动,概念： 呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓有

2、节律性扩大和缩小。包括吸气运动和呼气运动。,呼 吸 肌,斜角肌,胸锁乳突肌,肋间外肌,膈肌,肋间内肌,腹部 肌群,(1) 呼吸运动的过程,吸气： 膈肌收缩 肋间外肌收缩,呼气： 膈肌舒张 肋间外肌舒张,胸腔扩大肺容积增大肺内压降低肺内压大气压外界气体流入肺内,胸腔减小肺容积减小肺内压升高肺内压大气压气体由肺内流出,平静呼吸,平静呼吸特点,吸气膈肌、肋间外肌收缩引起主动,呼气膈肌、肋间外肌舒张引起被动,机体活动时或异常情况下引起深而快的呼吸，也称深呼吸,特点：吸气和呼气都是主动运动,呼气： 吸气肌、辅助吸气肌舒张 呼气肌收缩,吸气： 吸气肌、辅助吸气肌收缩,用力呼吸,a、胸式呼吸：肋间外肌收缩舒

3、张为主的呼吸运动。 见于肥胖、妊娠、腹腔巨大肿块、严重腹水等 b、腹式呼吸：膈肌收缩舒张为主的呼吸运动。 见于婴儿、胸膜炎、胸腔积液等 c、混合式呼吸： 正常人,(二) 呼吸运动形式,2、肺内压 概念：肺泡内的压力 吸气时：肺内压大气压 呼气末：肺内压=大气压,吸气胸廓扩大肺扩张肺容积增大肺内压下降小于大气压12mmHg气体入肺肺内压渐增肺内压=大气压吸气肌舒张胸廓、肺回位肺容积减小肺内压增大大于大气压12mmHg气体出肺外流进入大气呼气,人工呼吸,3、胸膜腔内压,1）概念 ：胸膜腔内的压力,润滑作用，减少摩擦 使肺总是处于扩张状态而不至于萎缩，肺可以随胸廓的扩大而扩张 作用于胸腔内其他器官，

4、如腔静脉和胸导管等，有利于静脉血和淋巴液的回流。,2）胸膜腔意义,3）胸膜腔内的测定,测定方法: 间接法:气囊测定食管内压以间接反映胸内压 直接法:,平静呼气末： -3-5 mmHg 平静吸气末： -5-10mmHg,肺回缩,以胸膜腔密闭且含浆液 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,胸内压=肺内压-肺回缩力 =大气压-肺回缩力 = -肺回缩力,3）胸膜腔负压的形成,肺内压,胸膜因病变或受外伤破裂时气体进入胸腔形成胸膜腔积气称为气胸,5）气胸,如：创伤后气胸,原发性气胸,三 肺通气的阻力,弹性阻力,胸廓的弹性阻力,非弹性阻力,气道阻力,惯性阻力,呼吸阻力,肺的弹性阻力

5、,粘滞阻力,忽略不计,弹性阻力是指在外力作用下，弹性体所产生的对抗变形的力 顺应性 是度量弹性体可扩张性的参数，它反映了弹性体在外力作用下发生变形的难易程度,1、弹性阻力和顺应性,顺应性与弹性阻力呈反变关系C=1R,肺顺应性（CL）,跨肺压 = 肺内压胸膜腔内压,a、肺的顺应性,肥胖、胸廓畸形 胸膜增厚，肺纤维化 肺、 胸廓顺应性 腹内占位病变,胸廓顺应性,b、胸廓的顺应性,跨胸壁压 = 肺内压胸膜腔内压,1）肺的弹性阻力,2、气-液交界面(表面张力)回缩力(2/3),1、肺弹性组织 回缩力（1/3),离体肺在充气和充水时（扩张肺至相同容积），可见充气所需的压力充水； 充生盐水顺应性大 ，弹性

6、阻力小； 充气顺应性小，弹性阻力大， 说明肺泡内液-气界面（表面张力）是否存在，与肺的弹性阻力有着密切关系。,存在于液-气界面使液体表面积尽量缩小的力,球形液-气界面, 表面张力指向球心,表面张力,表面张力对肺泡作用力,2）肺泡表面活性物质（DPPC),由肺泡型细胞合成并分泌，主要成分是二棕榈酰卵磷脂。 主要作用是： 降低肺泡表面张力，维持 肺的扩张 减少肺组织液的生成,防止 肺水肿 保持肺泡的稳定性。,新生儿呼吸窘迫综合症 (neonatal respiratory distress syndrome, NRDS),故早产儿易患新生儿呼吸窘迫综合症。,妊娠22-24 w 肺型细胞开始合成 妊

7、娠2530 w肺泡腔内开始出现 分娩时(40 w )肺泡腔内达高峰,式中：P：肺泡液-气界面的压强（N/m2），T：肺泡液-气界面的表面张力系数（即单位长度的表面张力，N/m）；r：肺泡半径（m）。,肺泡表面活性物质 alveolar surfactant,表面活性物质在肺泡表面的分布密度是不同的，它的分布随肺泡半径的减小而增多,2）胸廓的弹性阻力,胸廓的弹性阻力来自胸廓的弹性成分，且与胸廓的位置有关：,当胸廓处于自然容积位置时，肺容量约为肺总量的67%左（相当于平静吸气末的肺容量），此时胸廓无变形，不表现出弹性阻力。,当肺容量大于肺总量的67%时（如深吸气），胸廓被牵引向外而扩大，其弹性阻力

8、向内，成为吸气的阻力，呼气的动力 当肺容量小于肺总量的67%时（如平静呼气或深呼气），胸廓被牵引向内而缩小，其弹性阻力向外，是吸气的动力，呼气的阻力,所以，胸廓的弹性阻力既可能是吸气或呼气的阻力，也可能是吸气或呼气的动力，视胸廓的位置而定；而肺的情况与胸廓不同，肺的弹性阻力总是吸气的阻力,2、非弹性阻力（气道阻力）,只在呼吸运动时产生； 流速快阻力大 与气体流动形式有关： 层流阻力小 湍流阻力大 与气道半径的4次方成反比： （R1r4） 化学因素的影响：,三、肺通气功能的指标 (一)肺容积和肺容量,1、肺容积,潮气量（TV）： 400600 ml 补吸气量（IRV）： 15002000 ml

9、补呼气量（ERV） ： 900 1200 ml 残气量（RV）： 1000 1500 ml,深吸气量 深吸气量潮气量补吸气量 反映最大通气潜力 (2) 功能残(余)气量 功能残气量残气量补呼气量 有缓冲作用（吸气时氧分压不致升的太高，二氧化碳分压不致于降的太低，呼气时氧分压不致降的太低，二氧化碳分压不致于升的太高）,2 、肺容量,（3）肺活量 尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气量，是潮气量、补吸气量和补呼气量之和,（4）用力肺活量,尽力做最大吸气后，然后尽力尽快所呼出的最大气量，测定第1、2、3秒内呼出的气体量，用它占用力肺活量的百分数表示。 FEV1低于65%，提示有一定程度的气道阻塞，是评

10、定慢性阻塞性肺病严重程度的一个指标。,肺总量潮气量补吸气量补呼气量余气量 肺活量余气量 男：5000 ml 女：3500 ml,(5) 肺总量,在临床肺功能测定中：,主要指标：包括肺活量、余气量、功能余气量、肺总量。在这些指标中，肺活量低于正常为异常；而余气量、功能余气量、肺总量低于或高于正常皆为异常。 辅助指标：包括潮气量、深吸气量和补吸气量，一般不用作肺容量异常的依据。,1、 每分通气量：每分钟进出肺的气体总量 每分通气量=潮气量(TV) 呼吸频率,2、 2、肺泡通气量：每分钟进入肺泡并发生气体交换的气量 肺泡通气量 =（潮气量无效腔气量）呼吸频率,（二）肺通气量和肺泡通气量,3、无效腔量

11、,生理无效腔,解剖无效腔,肺泡无效腔,呼吸频率 潮气量 肺通气量 肺泡通气 （次/min） （ml） （ml/min）（ml/min） 16 500 8000 5600 8 1000 8000 6800 32 250 8000 3200,表7-1 不同呼吸频率和潮气量时的 肺通气量和肺泡通气量,对肺换气而言，慢而深的呼吸更为有效，浅快呼吸是不利的,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：单位时间内气体扩散的容积,第二节 肺换气和组织换气,气体扩散系数:气体的溶解度与其分子量 平方根之比. 在血浆中，CO2的扩散系数是O2的20倍。,静脉血: PO2:40mm

12、Hg PCO2:46mmHg,肺泡气: PO2:102mmHg PCO2:40mmHg,动脉血: PO2:100mmHg PCO2:40mmHg,组织: PO2:40mmHg PCO2:46mmHg,CO2,O2,换气结果：,肺:血 组织：血 血 血,三、影响肺换气的因素,呼吸膜很薄，平均总厚度约为0.6 m，有的部位只有0.2 m，气体易于扩散通过。 整个肺的呼吸膜面积很大，约为70 m2，而肺毛细血管总血量只有60 140 ml，非常有利于气体交换。,任何使呼吸膜增厚或扩散距离增加的疾病，都会降低气体扩散速率，减少扩散量（如肺纤维化、肺水肿等）。,1、呼吸膜厚度,正常成人，两肺约有3亿个肺

13、泡，总扩散面积达70 m2。 安静状态下，用于气体扩散的呼吸膜面积约40 m2，因此有相当大的贮备面积。 运动时，由于肺毛细血管开放的数量和开放程度增加，有效扩散面积也大大增加。,2、呼吸膜面积,肺不张、肺实变、肺气肿、肺叶切除或肺毛细血管关闭和阻塞，均使呼吸膜扩散面积减小，进而影响肺换气。,每分钟肺泡通气量与每分肺血流量之间的比值：V/Q=4.2/5.0=0.84,3、通气与血流比值的影响,整个肺脏的V/Q=0.84,是衡量肺换气功能的指标；但因肺脏各局部的肺泡通气量和血流量的不均性，故临床上更应测肺脏各局部的V/Q：,人体直立时肺局部的V/Q 肺上区 肺下区 V（L/min）0.24 0.

14、82 Q（L/min）0.07 1.29 V/Q 3.4 0.64,肺泡气,组织液,血液 循环,第三节 气体在血液中的运输,一、氧的运输,运输形式:,1、物理溶解：占1.5%，量少，但必需,2、化学结合：占98.5%，量多，为主要形式,PO2 (氧合),PO2 (氧离), 是氧合，非氧化；, 反应快、可逆、受PO2的影响、不需酶的催化；,1）O2与Hb结合的特征,Hb氧容量（血氧容量） 100 ml血液中Hb所能结合的最大氧量称Hb氧容量,氧含量（血氧含量） 100ml血液中，Hb实际结合的O2量称Hb的氧含量,Hb氧饱和度 Hb氧含量与氧容量的百分比为Hb氧饱和度。,Hb氧容量,Hb氧含量,

15、Hb氧饱和度（%）=,100%,1分子Hb可与4分子O2可逆结合,1Hb1珠蛋白4血红素,即当Hb某亚基与O2结合或解离后Hb变构其他亚基的亲O2力orHb4个亚基的协同效应便呈现S形的氧离曲线特征。,氧合Hb 为疏松型（R型） 去氧Hb 为紧密型（T型） R型的亲O2力为T型的数百倍,当血液中去氧Hb含量达5g/100ml以上，皮肤、粘膜呈蓝紫色称紫绀（一般是缺O2的标志） 一氧化碳中毒(HbCO) 高铁血红蛋白血症(HbFe3+OH ),3、氧解离曲线特征及生理意义,氧解离曲线： 表示血液PO2与 Hb氧饱和度关系 的曲线,上段: PO2 60100mmHg 坡度较平坦。 表明：PO2变化大时， 血氧饱和度变化小。 意义:保证机体低PO2环境下摄取和携带足够的O2,1）氧解离曲线的形态特征,意义:机体在安静状态下血液Hb对组织的供氧情况。,中段: PO2 4060mmHg 坡度较陡。 表明：PO2降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。