八年制生理学-肺通气

八年制生理学-肺通气呼吸（respiration)是机体与外界环境之间进行气体交换的过程。通过呼吸,人体不断地从外界摄取氧，以氧化体内营养物质,供应能量和维持体温，同时将生物氧化过程中所产生的二氧化碳排出体外,从而维持内环境的相对稳定和保证新陈代谢的正常进行。正常成人体内02储存量约为1550ml。如果停止呼吸，体内储存的02仅能维持6min机体的正常代谢。因此，呼吸是维持机体生命活动所必需的基本生理过程之一,一旦呼吸停止,生命便将终结。在高等动物和人体，呼吸的全过程是由三个相互衔接并同时进行的环节组成（图14-1),即外呼吸、气体在血液中的运输和内呼吸。外呼吸（externalrespiration堤指肺与外环境之间的气体交换(肺通气）以及肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换(肺换气）过程;内呼吸（internalrespiration)是指组织毛细血管血液与组织细胞之间的气体交换以及组织细胞的生物氧化过程;而循环系统对气体的运输则将外呼吸和内呼吸衔接起来。在机体的不同功能状态下，机体对02的需求和代谢产生的co2量都可发生显著的变化,因此呼吸功能也必须发生适应性的调节。显然，呼吸的全过程是涉及呼吸、循环、神经等多个系统协调配合的生理过程。由于肺通气是整个呼吸过程的基础,通常所说的呼吸(breathing)，仅指肺通气即外呼吸而言。第一节肺通气原理肺与外界环境之间进行气体交换的过程，称为肺通气（pulmonaryventilation)。实现肺通气的器官包括呼吸道、肺泡和胸廓等。自鼻腔至终末细支气管(气管支气管树的第16级）的呼吸道被称为传导气道（conductingairways)，是肺通气时气体进出肺的通道，同时还具有加温、加湿、过滤和清洁吸入气体以及引起防御反射(咳嗽反射和喷嚏反射）等保护作用。肺泡是肺换气的主要场所，肺通气的过程使肺泡气体得到不断更新。胸廓不仅容纳和保护气道和肺，而且通过呼吸肌的运动为肺通气提供动力。肺通气能否进行，取决于推动气体流动和阻止气体流动两种力的相互作用,推动气体流动的动力必须克服阻止气体流动的阻力，方能实现肺通气。—、呼吸运动引起的肺内压变化是肺通气的动力(-)肺内压的变化是肺通气的直接动力气体沿压力梯度运动，因此，肺泡与大气之间的压力差是实现肺通气的直接动力。在一定的海拔高度，大气压是相对恒定的，只有通过肺内压的主动升降才能形成肺内压与大气压之间的压力梯度。当肺内压低于大气压时,气体进人肺泡，这一过程即是吸气（inspiration);当肺内压高于大气压时，气体从肺泡流出，这一过程即是呼气（expiration)。1.肺通气过程中肺内压的周期性变化肺泡内的压力称为肺内压（intrapulmonarypressure)。在呼吸暂停(如屏气)、声带开放、呼吸道畅通时,肺内压与大气压相等。吸气时，肺的容积增大,肺内压下降，低于大气压，外界的空气在肺内压与大气压之差的推动下进入肺泡，随着肺内气体逐渐增加，肺内压也逐渐升高,至吸气末,肺内压升高到与大气压相等，气流也就停止。在呼气时，肺的容积减小，肺内压升高并超过大气压，气体由肺内流出，肺内气体逐渐减少,肺内压逐渐下降，至呼气末,肺内压又降到与大气压相等。呼吸过程中肺内压变化的程度，与呼吸运动的缓急、深浅和呼吸道是否通畅有关。若呼吸浅慢，呼吸道通畅,则J3市内压变化幅度较小；若呼吸深快，呼吸道不够通畅，则肺内压变化幅度较大。平静呼吸时，呼吸运动和缓，肺容积的变化也较小。吸气时，肺内压较大气压低l~2mmHg(0.133~0.266kPa)，若以大气压为0,则肺内压为-2~-lmrnHgC-0.266~-0.133kPa);呼气时肺内压较大气压髙l~2mmHg(0.133~0.266kPa)o用力呼吸时，肺内压变动的程度增大。当呼吸道不够通畅时，肺内压的起伏幅度将更大。在紧闭声门的情况下尽力作呼吸运动，则吸气时肺内压可低至-100~-30mmHg(-13.3--4kPa)，呼气时可高达60~140mmHg(8~18.7kPa)。2.人工呼吸的原理由上可见，在呼吸运动过程中,正是由于肺内压的周期性交替升降，造成肺内压和大气压之间的压力差,这一压力差是推动气体进出肺的直接动力。根据这一原理,在人的自然呼吸停止时，可以用人为的方法建立肺内压和大气压之间的压力差,维持肺的通气，这就是人工呼吸（artificialrespiration)。人工呼吸的方法很多,例如用人工呼吸机进行正压通气、简便易行的口对口的人工呼吸、节律性地举臂压背或挤压胸廓等。在施行人工呼吸时，首先要保持患者的呼吸道通畅，否则人工呼吸的操作对肺通气仍将是无效的。(二）呼吸肌运动是肺通气的原动力自然呼吸情况下,肺的周期性扩张和缩小弓I起肺内压发生周期性变化，但是，肺本身不具有主动扩张和缩小的能力，肺容积及肺内压的变化是由胸廓的扩大和缩小引起的。胸廓是由脊柱、肋骨和胸骨等组成胸廓骨架与封闭胸廓的呼吸肌及其外面的皮肤共同构成的体腔。在中枢神经系统的控制下，呼吸肌发生节律性收缩和舒张，使胸廓腔的容积发生周期性变化,并带动胸廓内的肺也随之张缩。可见，呼吸肌收缩和舒张引起的节律性呼吸运动是肺通气的原动力。1.呼吸肌与呼吸运动呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小称为呼吸运动(respiratorymovement)。在功能上，呼吸肌可分为吸气肌和呼气肌，吸气肌收缩引起胸廓容积增大和吸气，呼气肌收缩引起胸廓容积缩小和呼气。吸气肌（inspiratorymuscle)主要是膈肌和肋间外肌，还有一些辅助吸气肌，如斜角肌和胸锁乳突肌等。膈肌位于胸腔与腹腔之间，构成胸腔的底，是最重要的吸气肌（图14-2)。静息时，膈肌呈穹隆状向上隆起，收缩时，隆起的顶部下移，从而增大胸腔的上下径。膈顶每下降lcm，胸腔容积可增大约250ml。肋间外肌分布于相邻的两肋之间，肌纤维起自上一肋骨的下缘，斜向前下方走行，止于下一肋骨的上缘。由于脊椎的位置固定，而肋骨和胸骨可以上下移位，所以当肋间外肌收缩时，可以将上位肋骨下拉而将下位肋骨上提，这一对下拉和上提的力大小相等而作用方向相反，但上肋力臂小于下肋力臂，所以肋间外肌收缩的净效应是肋骨和胸骨上举，同时肋骨下缘向外侧偏转，从而增大胸腔的前后径和左右径。平静呼吸时，膈肌和肋间外肌均参与吸气过程，使胸腔的上下径、前后径和左右径都增大，引起胸腔容积增大，其中因膈肌收缩而增加的胸腔容积约占一次通气量的4/5，而肋间外肌所起的作用远不如膈肌显著。用力吸气时，除膈肌和肋间外肌的收缩外，斜角肌和胸锁乳突肌等辅助吸气肌也发生收缩，加强上提胸骨和第一肋骨，使胸腔容积进一步增大。呼气肌（expiratorymuscle)主要有腹肌和肋间内肌。腹肌收缩时，腹内压升高，压迫腹腔脏器将膈肌向上推移，同时牵拉下部肋骨向下向内移位，使胸腔上下径减小。肋间内肌的走行方向与肋间外肌的相反，收缩时可使肋骨向下向内移位，同时向内侧翻转，使胸腔的前后径和左右径都缩小。因此，腹肌和肋间内肌收缩时，胸腔的容积减小。2.呼吸运动的形式正常人在安静时进行平稳而均匀的呼吸运动，称为平静呼吸（eupnea)，其频率为每分钟12〜18次，小儿较快，老人偏慢。平静呼吸时，吸气动作是主动的，是膈肌和肋间外肌收缩引起的。但呼气动作并不是呼气肌收缩引起的主动过程，而是由膈肌和肋间外肌舒张所致。膈肌和肋间外肌舒张时，胸廓和肺依靠其自身的弹性回缩力而回位，从而引起胸腔和肺的容积减小。平静呼吸时的呼气过程因没有呼气肌的收缩，所以称为被动呼气。在机体进行运动时，或吸入气C02含量增加而02含量减少时，或通气阻力增大等情况下，呼吸运动将加深加快，这种形式的呼吸运动称为用力呼吸（forcedbreathing)或深呼吸（deepbreathing)，这时不仅参与收缩的吸气肌数量更多，收缩更强，而且呼气时呼气肌收缩，因而吸气和呼气都是主动过程。在缺02或002增多较严重的情况下，不仅呼吸大大加深，而且可出现鼻翼扇动，同时还会产生胸部困压的感觉，称为呼吸困难（dyspnea)。因参与活动的呼吸肌的主次、多少和用力程度不同，呼吸运动可呈现为腹式呼吸和胸式呼吸。膈肌的收缩和舒张可引起腹腔内的器官位移，造成腹部的起伏，因此以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动称为腹式呼吸（abdominalbreathing)。肋间外肌收缩和舒张时主要表现为胸部的起伏，因此，以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动称为胸式呼吸（thoracicbreathing)。一般情况下，呼吸运动是腹式和胸式混合式呼吸，只有在胸部或腹部活动受限时才会出现某种单一的呼吸形式。例如•,在妊娠后期、肥胖、腹腔炎症等情况下，膈肌的活动受限制，则出现明显的胸式呼吸;胸膜炎或胸腔积液时，由于疼痛的影响，出现更明显的腹式呼吸;婴儿因肋骨斜度小，呼吸时不易扩大胸廓的前后与左右径，故主要是腹式呼吸。(三）胸膜腔内负压是维持肺扩张_态的重要条件肺位于胸廓内，随胸廓的张缩而扩大和缩小，这是实现正常肺通气的基本条件。如果将肺自胸腔取出（或者打开胸腔)，S市不仅不能主动地扩张，而且因组织的弹性回缩力,肺泡将塌陷（临床上称为肺不张）至其“自然容积”,此时肺内气体的容积约为500ml,相当于肺的最大容积的10%。但是，正常情况下，即使是用力呼气末，肺内的气体也并不全部排出体外，肺的容积（残气量）也远超过其“自然容积”，这说明肺始终都维持着一定程度的扩张状态。肺容积的这一特点对于正常肺通气和肺换气很重要。在肺与胸廓内壁之间存在一个密闭的腔隙,称为胸膜腔，其内的压力低于大气压。正是由于胸膜腔内的负压，使肺保持在扩张的状态。1.胸膜腔胸膜是覆盖在胸壁内面、膈上面和肺表面的一层浆膜。胸膜紧贴于肺表面并伸入肺裂内的部分称为胸膜脏层,而紧贴于胸廓内壁的部分称为胸膜壁层。胸膜脏层和壁层在肺根处相互移行，形成左、右两个封闭的腔隙,称为胸膜腔（pleuralcavity)(见图14-3)。左右胸膜腔互不相通。实际上胸膜腔是两个潜在的腔隙,胸膜脏层和壁层彼此紧贴，中间仅有一薄层浆液。这一薄层浆液有两方面的作用:一是在两层胸膜之间起润滑作用，减少呼吸运动中两层胸膜的摩擦;二是浆液分子的内聚力使两层胸膜贴附在一起，不易分开。因此，密闭的胸膜腔把肺和胸廓这两个弹性结构耦联在一起，使不具有主动张缩能力的肺可以自如地随胸廓的容积变化而扩大和缩小。2.胸膜腔内负压胸膜腔内的压力简称胸内压（intrapleuralpressure),可用连接检压计的注射针头斜刺入胸膜腔内直接测定,也可用测定食管内压来间接反映胸膜腔内压。在平静呼吸过程中，胸膜腔内压始终低于大气压（即负压),并随呼吸过程而发生周期性波动。胸膜腔内负压的形成与肺和胸廓的自然容积不同有关。在人的生长发育过程中，由于胸廓的发育比肺快，胸廓的自然容积大于肺的自然容积。在胸膜腔密闭的情况下，由于胸廓的自然容积比肺大，而脏层胸膜与壁层胸膜紧贴在一起，故肺总是处于一定程度的扩张状态。被扩张的肺所产生的弹性回缩力使肺趋于缩小。同时，由于肺回缩所形成的内向牵引也使胸廓的容积小于其自然容积,从而使胸廓形成向外扩展的弹性回位力，使胸廓的容积趋于扩大，以回到其自然容积位置。因此，在肺的内向弹性回缩力和胸廓的外向弹性回位力的作用下,胸膜腔的容积有扩大的趋势，故形成负压（图14-3)。由于重力和体位的影响,整个胸膜腔内的负压并不是均勻的。坐位或直立位时，胸膜腔内负压存在着自上而下的梯度,即胸腔顶部负压大而底部负压小(a14-4)。传统上采用连接水柱而非水银柱的检压计测量胸膜腔压力，所以胸膜腔内压通常用厘米水柱（cmH20)来表示。3.胸膜腔内负压的生理意义如前所述，在生理情况下，即使是在呼气末,肺也处于扩张状态。而肺的扩张状态能否维持，取决于跨肺压（transpulmonarypressure,)能否克服肺的弹性回缩压（elasticrecoilpressure,Pel)(图14-5)。跨肺压=肺内压一胸内压,在气流停止而气道与大气相通时（如吸气末或呼气末)，肺内压与大气压相等，此时，跨肺压内压。由此可见,正是由于胸膜