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1、第五章 呼吸 呼吸是指机体与外环境之间进行的气体交换过程。其主要意义就是排出细胞新陈代谢过程中产生的过多的 CO 2 ，补充消耗的O 2 。整个呼吸过程包括肺与外界的气体交换（肺通气）、肺泡与血液间的气体交换（肺换气）、气体在血液的运输、血液与组织细胞间的气体交换（组织换气）以及组织呼吸等几个相互联系的环节。组织呼吸主要是指细胞内进行的营养物质生物氧化中氧的利用和二氧化碳的生成过程，也称内呼吸。肺通气与肺换气合称为外呼吸。 第一节肺通气 气体经呼吸道进出肺的过程称为肺通气。 一、肺通气的功能结构 肺通气的实现依赖于呼吸道、肺、胸廓、呼吸肌和胸膜腔的正常功能。呼吸道是气体进出肺的通道，呼吸肌舒缩
2、引起胸廓的节律性运动是实现肺通气的原动力，密闭胸膜腔把肺和胸廓两个弹性结构耦联在一起。 （一）呼吸道和肺 呼吸道包括鼻道、咽、喉、气管及其各级分支、直至终末细支气管。临床上常将鼻、咽、喉称为上呼吸道，气管至终末细支气管为下呼吸道。终末细支汽管可逐级分为呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊。肺泡囊由多个肺泡组成。气管分支进入肺内，随逐级分支，管壁组织结构发生移行性改变。气管的U形软骨环逐渐消失，平滑肌相对增多。故细支气管的口径易受气道内、外的压力差和外力牵张、平滑肌舒缩的影响，并容易发生塌陷。 呼吸道平滑肌受迷走和交感神经的双重支配。迷走神经末梢释放的ACh作用于M受体，引起平滑肌收缩，呼吸道口径缩小
3、，增大气道阻力；交感神经末梢释放NE作用于 受体，引起平滑肌舒张，使呼吸道口径增大，减小气道阻力。 呼吸道不能进行气体交换，将呼吸道的容积称为解剖无效腔。其主要功能是传送气体进出肺，并具有调节吸入气体的温度和湿度、净化吸人气体的作用，以及防御和保护功能。 肺泡是进行气体交换的场所，故终末细支气管以下的分支形成肺的呼吸部。 （二）胸廓与呼吸肌 1.胸廓 由肋骨、胸骨、胸椎形成的骨架以及附着的软组织构成其四壁，底部由膈肌封闭，是具有弹性的中空结构。 2.呼吸肌 引起呼吸运动的肌肉统称为呼吸肌。呼吸运动是指胸廓的扩大与缩小的运动。由此造成肺内压与大气压间的气压差。它是肺通气的直接动力，而呼吸运动是肺
4、通气的原动力。 （l）吸气肌：使胸廓扩大引起吸气的肌肉，称为吸气肌。最重要的是膈肌。膈肌收缩时，增加胸腔的上下径。还还使肋骨缘向上、向外运动，增大胸廓左右径。其次是肋间外肌，收缩时，增大胸腔的前后径和左右径。肺随着胸腔的扩大而扩张，肺内压下降，低于大气压时，引起吸气。膈肌舒缩伴有腹壁起伏的呼吸运动，称为腹式呼吸；而由肋间肌舒缩使肋骨和胸骨运动产生的呼吸运动，称为胸式呼吸。 (2)呼气肌：使胸廓缩小引起呼气的肌肉，称为呼气肌。平静呼吸时，吸气主要是由膈肌和肋间外肌收缩引起的主动过程；而呼气则是两者舒张，胸廓和肺弹性回位，使肺内压升高至超过大气压，肺内气体被排出，是一个被动过程。在用力呼吸或呼吸困
5、难等情况下，呼气肌才参与呼气过程。腹壁的肌肉和肋间内肌是重要的呼气肌。 （三）胸膜腔 1胸膜腔的形成 覆盖于肺表面的脏层胸膜与紧贴于胸廓内壁的壁层胸膜在肺门处互相延续，在胸腔两侧各形成一密闭的间隙，称为胸膜腔。正常胸膜腔为一密闭的潜在腔隙，内有少量浆液，浆液分子的内聚力，使壁层和脏层胸膜紧贴在一起，从而把肺和胸廓两个弹性结构耦联在一起。 2.胸内压 胸廓的发育比肺快，胸廓的自然容积比肺的自然容积大。肺被扩张，胸廓则被压缩。被扩张的肺产生的回缩力使肺趋于缩小；被压缩的胸廓产生的外弹力使胸廓趋于扩大。两者作用于脏层胸膜和壁层胸膜，在胸膜腔内形成负压，称为胸膜腔负压，简称胸内负压。平静呼气末，肺回缩
6、力和胸廓外扩力处于平衡状态。这个位置既决定胸内负压的大小，也决定功能余气量的大小。如果气体进入胸膜腔，将两层胸膜分开，这种情况称为气胸。 二、呼吸阻力 呼吸阻力是指在肺通气过程中遇到的阻力，分为弹性阻力和非弹性阻力。 （一）弹性阻力 是来自胸廓和肺的弹性回位力。在呼吸气流停止时仍可存在，故为静态阻力。 1.弹性阻力与顺应性 弹性体在外力作用下变形时，具有对抗变形和自动回位的倾向，称为弹性。其对抗变形能力的大小，用弹性阻力表示。对于肺和胸廓，受外力作用，其变形表现为容积（即扩张程度）的改变。中空弹性体的可扩张性，称顺应性，即单位压力变化所引起的容积变化。顺应性与弹性阻力成反变关系。 2.肺的弹性
7、 （1）肺弹性阻力的来源：肺的弹性回缩力有肺组织本身的弹性回位力和肺泡液-气界面的表面张力两个成分： 1）肺组织成分的作用：肺组织的弹性主要是由弹性纤维产生。 2）肺表面张力：在肺泡表面有一液体分子层，与肺泡内的气体形成液-气界面，产生的肺泡表面张力形成的回缩压，使肺泡趋于缩小。 (2)肺表面活性物质：由肺泡II型细胞合成并分泌。其中起主要作用的成分是二棕榈酰卵磷脂(DPPC)。 生理意义是：降低肺泡表面张力、减小肺回缩力，增大肺顺应性。减少肺组织液的生成。稳定肺泡回缩压，增加肺泡的稳定性。 (3)肺的顺应性：是指单位跨肺压变化引起的肺容积变化。正常值约为0.2L/cmH 2 0。受许多因素的
8、影响： 1)肺容积的大小 比顺应性是指一单位肺容积的顺应性。 2)呼吸时相 3)体位： 4)肺组织疾病和肺表面活性物质异常，使肺顺应性发生相应改变。 3.胸廓的弹性：胸廓的顺应性是单位跨壁压变化引起的肺容积变化。正常值0. 2L/cmH 2 O。当肺容积约为肺总量的70时，跨壁压为0，胸廓处于自然位置；肺容积增大，胸廓产生向内的弹性回位力；反之，产生向外的弹性回位力。 4肺和胸廓的总顺应性 正常值约为0. 1 L/cmH 2 0。在呼吸系统总顺应性曲线上，肺向内的弹性回缩力与胸廓向外回位力的正常静息平衡位置在肺总量40左右的水平，该平衡点确定了功能余气量的大小。 （二）非弹性阻力 非弹性阻力包
9、括惯性阻力，粘滞阻力和气道阻力。 1.气道阻力的产生与测量 气体流经呼吸道时产生的阻力，称为呼吸道阻力或气道阻力。 2.影响气道阻力的因素 (1)对流加速阻力：相同的情况下，管道横截面积越大，其线速度越小，产生的阻力越小。 (2)气流形式： l）层流阻力：与气道的长度和气体粘滞度成正比，而与气道半径的4次方成反比。 2)湍流阻力：湍流时气体流动不规则，分子间的摩擦阻力加大。低密度气体可降低雷诺数，使湍流变为层流，减小气道阻力。 (3)气道口径：气道管径是影响气道阻力、从而影响流速的主要因素。 (4)肺容积：影响主要有两方面：一是肺实质对气道壁的牵张作用；二是气道内外压力差即跨气道壁压对气道的压
10、迫作用。跨气道壁压对气道口径的影响取决于气道的顺应性。 3.气道阻力的分布 大部分气道阻力存在于上呼吸道。 4.动态顺应性 在气体流动时测定的肺和胸廓的顺应性称为动态顺应性。在动态情况下，气道压是弹性和气流阻力的反映。因此，动态顺应性和静态顺应性两者之差可反映气道阻力的大小。 （三）呼吸功 呼吸功是指呼吸过程中，呼吸肌克服呼吸阻力实现肺通气所做的功；包括呼吸时克服呼吸器官弹性阻力和气道与组织非弹性阻力所做的机械功。 三、肺容量与肺通气量 （一）肺容量 1静态肺容量 反映静态或不考虑时间因素的情况下肺功能的极限。常分为： (1)潮气量：是指平静呼吸时，每次吸入或呼出的气体量。正常成人约400-5
11、00ml。 (2)补吸气量与深吸气量：补吸气量指平静吸气未，再用力吸气时所能吸入的最大气体量。正常成人约1500-2000m1。在平静呼气末用力吸气时所能吸入的最大气体量，称深吸气量。 (3)补呼气量：指平静呼气末用力呼气时所能呼出的最大气体量。正常约900-1200ml。 (4)肺活量：指在最大吸气后，再用力呼气所能呼出的最大气体量。正常成人男性约3500ml，女性约为2500ml。 (5)余气量和功能余气量：余气量也称残气量，是指补呼气末仍残留在肺内不能被呼出的气体量。正常成人，男性约为1500ml，女性约为1000ml。 (6)肺总容量：指用力作最大吸气后肺内所容纳的气体量。正常成人，男
12、性约为5000m1，女性约为3500ml。 2动态肺容量 (l)用力肺活量FVC：用力吸气到肺总量，再以最大的速度呼气，所能呼出的最大气量。 (2)用力呼气量：在测定FVC的基础上，再分别测定呼气的最初1s、2s、3s时间内呼出的气体量，分别称为FEV1,FEV2 ,FEV3。以它们各占FVC的百分数来表示。正常健康成人的FEV1约为83%, FEV2为96，FEV3约为99。 （二）肺通气， 1每分通气量 指每分钟进入肺的气体总量。等于潮气量乘呼吸频率。平静呼吸时，正常成人呼吸频率约为12-18次分，潮气量约为500ml，故每分通气量约为6-9L。 最大随意通气量又称最大通气量，指单位时间内
13、(1 min)以最快速度和最大用力呼吸时所能达到的通气量。反映在连续通气状态下肺的最大通气能力和贮备能力。 2.肺泡通气量 指每分钟吸入肺泡与血液进行气体交换的新鲜气体总量，等于每分肺通气量减去每分无效腔通气量，即： 肺泡通气量（潮气量-无效腔量）*呼吸频率 3.无效腔通气 无效腔指有通气但不进行气体交换的区域，包括解剖无效腔和肺泡无效腔。 (1)解剖无效腔：指由鼻或口腔直至终末细支气管的整个气体通道。成人解剖无效腔的容积平均约为150m1。 (2）肺泡无效腔和生理无效腔：肺泡无效腔是指无肺血流灌注的肺泡的容积。生理无效腔包括肺泡无效腔和解剖无效腔。 第二节呼吸气体交换 呼吸气体交换包括肺换气
14、和组织换气。肺换气指肺泡与肺毛细血管血液之间 O 2 和CO 2 的交换，组织换气指血液与组织细胞之间O 2 和CO 2 的交换。 一、肺换气 （一）肺的通气与血流 1.肺通气-血流比值 每分钟肺泡通气量和每分钟肺毛细血管血流之间的比值称为通气血流比值（V A /Q C ）。0.84是最适宜的比值。如果肺泡通气量减少或肺血流量增多, V A /Q C 值小于0.84，静脉血相对过多而不能被有效地动脉化，动脉血PO 2 降低；相反，肺泡通气量增加或肺血流量减少，V A /Q C 大于0.84，过多的肺泡通气量形成肺泡无效腔。 2.通气-血流比值的区域性差异 通气不均匀的原因有：胸廓的结构特点；吸
15、气时隔肌向下运动使肺下部的扩张大于肺上部的扩张；直立时，即使在同水平，吸气引起周围区域肺组织的扩张度比深部肺组织的大；重力作用使胸内压存在区域性差异。 肺血流分布不均匀的原因：肺循环是 4个低压系统，重力和血管周围压力都会明显影响肺内血流的分布；胸内压和肺泡扩张程度的区域性差异可加大肺血流的不均分布。 3.正常肺对V A /Q C 区域性差异的生理性调节 V A /Q C 降低，肺泡内PO 2 降低，局部的低氧血可引起该区域肺血管收缩，减少血流量，使血液分配到通气良好的肺泡区域。V A /Q C 增大，肺泡内PCO 2 降低，局部PCO 2 过低，引起支气管收缩，从而减少局部肺泡通气量。 （二）肺内气体交换 肺换气时，O 2 和CO 2 必须经过肺泡与肺毛细血管血液之间的呼吸膜进行交换。呼吸膜由六层结构组成：含表面活性物质的液体层；肺泡上皮细胞层；肺泡上皮细胞基膜层； 肺泡上皮和毛细血管基膜之问的间隙； 毛 细血管基膜层；毛细血管内皮细胞层。 肺内气体交换分为肺泡内气相扩散、穿越呼吸膜的液相扩散及血液中的化学反应三部分。 （三）影响肺内气体交换的因素 1气体的性质 (1)分子量：在气相还是在液相中，气体分子愈大，扩散愈慢。扩散速率与气体分子量的平方根成反比。O 2 的扩散速率约为CO 2 的1.17倍。 (2)气体的温度：气体温度升高时，扩散加快。扩散速率与绝
