精品课程生理学教案

精品课程生理学教案第五章呼吸（Respiration）【目的与要求】了解呼吸的意义及呼吸的基本过程，掌握肺通气和肺换气的原理，熟悉气体的血液运输形式，呼吸节律的产生和呼吸运动的调节。介绍肺内微环境调控研究的有关进展（如肺表面活性物质研究，气道高反应与哮喘等）。【重点】1．肺通气的动力：肺内压与胸内压的概念、形成、呼吸过程中的变化及意义。2．肺通气阻力：肺泡表面张力、肺表面活性物质、肺顺应性、比顺应性，非弹性阻力。3．时间肺活量、用力呼气量、肺泡通气量、功能余气量、肺换气过程及其影响因素。4．呼吸中枢节律的形成及呼吸运动的调节【难点】胸内压的形成、肺泡表面张力、肺顺应性、比顺应性、胸廓弹性回缩力、气道阻力、肺泡通气量、肺换气影响因素和呼吸运动调节。【课时】6h【授课对象】5年制医学本科生【教材】《生理学》（五版）北京：人民卫生出版社，2000【教具】多媒体投影仪案例：某男性患者，29岁因右下肺肺炎入院。血气分析显示，动脉O2分压（PaO2）49mmHg（正常值100mmHg）PaCO238mmHg（正常40mmHg），pH7.42；每分通气量12L/分。第二天因右肺炎症加重，呼吸增加到30次/分，虽吸入100％，但PaO2仍只有63mmHg，PaCO2分压反而降至32mmHg。（1）请解释该患者PaO2和PaCO2同时降低的原因。（2）你认为患者处于何种体位有利于改善患者呼吸功能图5-1呼吸系统概图O2呼吸：外界――――机体CO2体内贮存O21500ml，耗O2250/min，供O25－6分钟。人体细胞如何得到O2，排出CO2?图5-2呼吸全过程示意图第一节肺通气（pulmonaryventilation）一．肺通气的动力【投影】图5-3呼吸运动流程示意图1．肺内压（intrapulmonarypressure）：肺泡内的压力①吸气末及呼气末为零②平静呼吸：(－1～－2mmHg)～（＋1～2mmHg）用力呼吸：（－30～－100mmHg）～（＋60～140mmHg）由此可见，肺内压周期性↑/↓造成压力差（肺内压－大气压）推动气体进/出肺的直接动力。临床意义：人工呼吸（artificialrespiration）①人工呼吸机②口对口呼吸2．呼吸运动⑴呼吸肌：吸气肌①膈肌：胸腔容积增加à吸气成人↓1cmà↑250ml平静呼吸下降1～2cmà500ml用力呼吸(最大)下降7～10cmà2500ml②肋间外肌：收缩时，胸腔容积增加辅助吸气肌胸肌、背肌、胸锁乳突肌等收缩à胸腔容积↑呼气肌①肋间内肌②壁腹肌肌纤维走向与肋间外肌走向相反à收缩时，胸腔容积减少⑵平静呼吸(eupnea)：安静状态下的呼吸特点：①呼吸运动平稳、均匀。12～18次/分②吸气呼气平静呼吸主动（膈肌、肋间外肌）被动（膈肌、肋间外肌舒，无呼气肌缩）用力呼吸主动（辅助呼吸肌参与）主动（有呼气肌缩）(forcedbreathing)3．胸膜腔与肺内压⑴胸膜腔(pleuralcavity)：特点：①密闭、潜在腔隙、内无气体有少量浆液：（a）润滑（粘滞性），减少摩擦(b)内聚力（壁脏两层紧贴、不易分离）⑵胸内压（intrapleuralpressure）:胸膜内的压力①形成原理：作用于胸膜上的力脏层：紧贴于肺表面（壁薄柔软）作用于肺泡的力à脏层肺内压?使肺扩张肺回缩力à扩张的回缩力胸内压＝肺内压－肺回缩力呼气末、吸气末，大气压为0胸内压＝0－肺回缩力胸内压＝－肺回缩力图5-4吸气和呼气时，肺内压、胸膜腔内压及呼吸气容积的变化过程（右）和胸膜腔内压直接测量示意图（左）吸气时：肺扩张↑à肺回缩力↑à胸膜腔的负值↑（平吸－5～－10mmHg）呼气时：肺扩张↓à肺回缩力↓à胸膜腔的负值↓（平呼－3～－5mmHg）平静呼吸中，呼气末、吸气末总为负值。②生理意义：i.有利于肺扩张ii.有利于静脉血与淋巴液回流如果胸膜腔破裂à开放性气胸à肺萎缩à呼吸困难à循环血量↓à血压↓（V回心血↓）抢救措施：堵塞破口、抽气à恢复胸内负压小结：图5-5呼吸运动流程示意图-2二．肺通气的阻力分为：弹性阻力和非弹性阻力（一）弹性阻力(elasticresistance)1．肺的弹性阻力⑴肺的弹性回缩力：来源――肺组织中的弹性纤维、胶原纤维等扩张弹性阻力平静呼吸占1/3⑵肺泡表面张力(alveolarsurfacetension)表面张力：液体表面积尽可能缩小的力肥皂泡存在有液气界面àT，而大、小肥皂泡的T是一样大P＝μT/r,r大àP小R小àP大大、小肥皂泡连通，小à大（小：塌陷，大：破裂）同理，成人3亿个大小不等的肺泡内存在液气界面，即有T，r不等。如果大小肺泡相等T，则如图所示。图5-6相连通的大小不同的液泡内压及气流方向示意图肺泡表面活性物质（pulmonarysurfactant,PS）成分：PS为复杂的脂蛋白复合物磷脂占PS重量的80－90％其中主要成分为二棕榈酰卵磷脂（dipalmitoylphosphatidylcholine，DPPC）图5-7肺表面活性物质的构成成分来源：肺II型细胞合成、贮存、释放作用：降低肺表面张力机制：DPPC为双极性分子，一端为疏水的脂肪酸链、另一端为亲水的磷脂酰胆碱。亲水端插入液体分子间，疏水端朝向空气，成单分子层分布于肺泡液气界面。PS的生理功能：1、降低T由于PS的上述作用，故有其临床意义：早产儿PS少（胎儿：30W左右PS合成，40W达高峰）PS少，降T小，肺泡T↑à肺回缩力↑à吸气困难PS少，降T小，肺泡T↑；尤其是呼气末期容积↓、T很大à肺泡塌陷PS少，降T小，肺泡T↑à肺cap中液体抽吸作用↑à肺泡间液体↑à肺水肿早产儿常出现新生儿呼吸窘迫综合症(neonatalrespiratorydistresssyndrome,NRDS)2、PS与肺防御功能有关80年代以来，进一步研究表明：AM、N有PS时，吞噬、杀菌作用强；AM、N缺乏PS时，吞噬、杀菌作用弱些。说明：PS与肺防御功能有关。3、器官保护作用＊抗氧化性作用＊促进吸入异物颗粒排出＊抗弹性蛋白酶损伤＊降低矿物质粉尘的生物学活性＊下调炎症因子产生，抑制成纤维细胞增殖。4、维持气道的通畅PS生成的调控：（1）体液调节：促进PS合成的因素有：糖皮质激素、甲状腺激素、肾上腺素和胰岛素。本室的研究表明，内皮素、雌二醇和表皮生长因子等亦可促进PS的合成与分泌。（2）物理因素肺扩张刺激是出生后促进和调控PS分泌的主要因素。低温可抑制PS的合成。肺PS与肺部疾病（1）新生儿呼吸窘迫综合征(newbornrespireatorydiseasesyndrome,NRDS)PS促进胚胎肺的发育PS替代治疗NRDS（2）急性呼吸窘迫综合征(adultrespireatorydiseasesyndrome,NRDS)（3）哮喘哮喘时PS功能下降。DPPC的作用还需表面活性物质相关蛋白（surfactant-associatedprotein，SP），SP分为SP-A、SP-B、SP-C、SP-D，SP-A、SP-B、SP-D由肺泡Ⅱ型上皮细胞和支气管非纤毛上皮细胞（Clara细胞），SP-C仅由肺泡Ⅱ型上皮细胞。SP-A和SP-D为亲水性蛋白，SP-B和SP-C为疏水性蛋白。SP为pulmonarysurfactant发挥作用必需。⑷肺顺应性(lungcompliance)顺应性（compliance,C）：在外力作用下，弹性组织的可扩张性。弹性小，易扩张，C大；反之亦然。即C=1/R而顺应性可用单位压力变化所引起的容积变化衡量C=△V/△P肺顺应性：单位压力变化引起的肺容量变化CL=(△V)肺容量的变化/(△P)跨膜压的变化(L/cmH2O)（跨肺压＝肺内压－胸内压）图5-8充空气和充生理盐水时肺的顺应性曲线分步向肺内注空气后再抽气，随后注／抽生理盐水测定相应的肺容量和压力变化。以压力为横坐标，以容量为纵坐标，所得到的曲线称为压力容积曲线。曲线斜率为△V/△P＝CL分析压力容积曲线，①同样使肺扩张50％，注气比注NS所需的压力大，原因是注NS消除了液气界面à取消了T，克服的弹性阻力仅为肺弹性组织回缩力②不同肺基础容量下充气或注NS，使△V一样，△P不同。即压力容积曲线的斜率不同（不为直线），即不同肺容量下，CL不同，则肺弹性不同。③注气、抽气时，曲线相差很大，即有滞后（hysteresis）注NS、抽NS时，基本重合，无滞后。由此可见，滞后与肺T有关。CL反映了肺弹性阻力大小。肺顺应性曲线的临床意义：图5-9正常及几种异常的肺顺应性曲线1、正常成年人全肺平均CL＝0.2L/cmH2O2、肺纤维、肺不张时，曲线变平、右移（shifttotheright）。CL下降：0.1L/cmH2O,弹性阻力↑à呼吸困难3、弹性成分大量破坏，曲线左移(shifttotheleft)表示：CL增加0.4L/cmH2O,弹性阻力↓à呼吸困难à肺气量↑à肺气肿临床上CL常用作衡量肺弹性阻力变化的指标。但CL是否为反应肺弹性阻力的最好指标，下面看看：同样的道理，成人与新生儿身材不同à肺容量、CL不同，比顺应性(specificcompliance)一样。符合成人与新生儿肺弹性阻力相近的事实。2．胸廓的弹性阻力与顺应性：胸廓为弹性组织，呼吸运动时也产生弹性。图5-10不同状态下胸廓弹性回缩力对呼吸的影响可见，胸廓的弹性回缩力在胸廓容积不变时，可成为吸气的阻力/动力。胸廓的弹性阻力可用胸廓的顺应性(thoraciccompliance,CT)表示CT＝胸腔容积△V/跨壁压变化(△P＝胸内压－大气压)成人＝0.2L/cmH2O（二）非弹性阻力(non-elasticresistance)：包括气道阻力、惯性阻力和粘滞阻力气道阻力(airwayresistance,R)：占非弹性阻力的80－90％。R=压力差(cmH2O)/单位时间气流量(L/S)正常成年人平静呼吸时，总气道阻力为1－3cmH2O/L.S-1气道阻力的90％由大气道（直径32mm气道）产生。影响气道口径有：气道跨壁压、肺实质牵引、神经支配吸气时跨壁压↑，肺牵引↑以及交感N兴奋时口径↑à阻力↓呼气时跨壁压↓、肺牵引↓以及副交感N兴奋或内皮素等使口径↓à阻力↑气道阻力在吸气时小些，呼气时大些。所以临床上支气管痉挛（哮喘），气道阻力↑à呼吸困难，呼气时更明显。近年来气道高反应的机制与哮喘的研究成为呼吸功（workofbreathing）:呼吸肌为克服弹性阻力和肺弹性阻力所作的功。三、肺通气功能的评价(Evaluationoffunctionofpulmonaryventilation)图5-11肺容积和肺容量图解（一）基本肺容量(Pulmonaryvolumes)1．潮气量(tidalvolume，TV)：是指每次吸入或呼出的气量。平静呼吸时潮气量约为500ml。2．补吸气量(inspiratoryreservevolume，IRV)：指平静吸气末，再用力吸气所能吸入的气量。正常成年人补吸气量约为1500～2000ml。3．补呼气量(expiratoryreservevolume，ERV)：指平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气量。正常成年人补呼气量约为900～1200ml。4.余气量(residualvolume，RV)：最大呼气末存留于肺内不能再呼出的气量，正常成人约为1000～1500ml。支气管哮喘和肺气肿患者，残气量增加。(二)评价肺通气功能的指标(Evaluationoffunctionofpulmonaryventilation)1.深吸气量(inspiratorycapacity，IC)指在平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气量，等于潮气量和补吸气量之和。深吸气量一般与肺活量呈平行关系，是衡量最大通气潜力的重要指标。胸廓、胸膜、肺组织和呼吸肌等发生病变时，肺通气功能下降，深吸气量减少。2.功能余气量(functionalresidualcapacity,FRC)：指平静呼气末存留于肺内的气量，等于余气量与补呼气量相加。正常成年人约为2500ml，功能余气量的生理意义是