第十章呼吸生理

©2009吴中华2020/1/211第十章呼吸（respiration）©2009吴中华呼吸概念呼吸（respiration）是指机体与外界环境之间的气体交换过程。呼吸的三个基本环节外呼吸→气体在血液中的运输→内呼吸图1呼吸全过程的三个基本环节示意图©2009吴中华第七章呼吸第一节呼吸道与肺泡第二节呼吸运动与肺通气第三节呼吸气体的交换第四节气体在血液中运输第五节呼吸的调节第六节肺的非呼吸功能©2009吴中华第一节呼吸道与肺泡一、呼吸道的功能呼吸道上呼吸道下呼吸道☆呼吸道粘膜具保护作用（加温、湿润、清洁）☆平滑肌的舒缩作用调节气道阻力；结构与功能特点：图2呼吸系统组成示意图©2009吴中华二、肺泡图3肺小叶结构示意图©2009吴中华（一）肺泡的结构和功能图4肺泡及肺泡隔结构示意图肺泡是肺的气体交换的部位，也是其功能单位。©2009吴中华图6呼吸膜结构示意图©2009吴中华（二）肺泡表面活性物质液体层☆表面张力产生肺泡回缩力。☆表面张力对呼吸的不良影响：－使肺泡不易扩张，增加吸气阻力；使肺泡内压不稳定。表面活性物质☆II型细胞分泌的一种复杂的脂蛋白，主要成分是二软脂酰卵磷脂。☆生理作用：降低表面张力；维持肺泡容积大小的相对稳定。©2009吴中华第二节呼吸运动与肺通气一、呼吸运动呼吸运动是肋间肌和膈肌等呼吸肌群舒缩，使胸廓节律性扩大和缩小的运动。它是肺通气的动力。图7吸气示意图图8呼气示意图©2009吴中华平静呼吸时主要由膈肌和（或）肋间外肌的收缩和舒张来完成。因此，吸气是主动过程，呼气是被动过程。主要呼吸肌吸气肌膈肌：腹式呼吸主要是由膈肌收缩和舒张产生的呼吸（腹壁起伏）。肋间外肌：胸式呼吸是以肋间外肌收缩、舒张为主的呼吸。呼气肌：腹壁肌、肋间内肌。用力呼吸或深呼吸：当机体活动量增大、运动时，或者在某些病理情况时，呼吸运动加深加快。人工呼吸：是通过人工的方法，使胸廓扩大和缩小，维持肺通气；或用人工呼吸机，藉助正压把空气压人肺内，再使气体躯出。人工呼吸时，必须注意呼吸道的通畅。©2009吴中华（一）肺内压二、肺内压与胸内压的变化肺内压是指肺泡内的压力。在呼吸运动周期中，肺内压发生周期性变化。图8呼吸过程中压力和通气量的变化©2009吴中华（二）胸内压和肺的弹性回位1.胸膜腔胸膜壁层脏层☆两层之间的空隙，即为胸膜腔。图9胸膜腔结构示意图©2009吴中华胸内压就是指胸膜腔内的压力,呈负压状态又称胸内负压。2.胸内压©2009吴中华胸膜腔内负压是出生后形成的。①胸廓的生长速度大于肺的发育速度。②肺的弹性纤维回缩和肺泡内层液体层的表面张力。胸内压＝大气压－肺回缩力胸内压＝－肺回缩力肺回缩力肺结构中弹性成分肺泡内液表面张力①维持肺泡的扩张状态，有利于肺通气和肺换气②有利于静脉和淋巴回流生理意义图10人工气胸示意图©2009吴中华三、肺容量和肺通气量（一）肺容量肺容纳的气体量。图10人呼吸运动描记仪©2009吴中华基本肺容积和肺容量（BasicPulmonaryVolumeandPulmonaryCapacity）肺总容量肺活量深吸气量机能余气量补吸气量补呼气量余气量潮气量©2009吴中华潮气量：每次吸入或呼出的气量，称为潮气量。正常成人平静呼吸时约400～500ml。补吸气量：平静吸气未，再尽力吸入的气体量，称为～，约为1500～1800ml（吸气的最大储备量）。补呼气量：平静呼气未，再用全力呼出的气体量，称为～，约为1000～1500ml（呼气的最大储备量）。残气量（余气量）：用全力呼气后，肺内所留的气体量。功能残气（余气）量：指补呼气量加残气量。肺活量：补吸气量、潮气量和补呼气量三者之和称为肺活量。正常成年男子约为3500ml，女子约为2500ml。常作为肺通气功能的指标。©2009吴中华正常人与气道狭窄病人的时间肺活量比较时间肺活量：受试者作一次深吸气后，在一定的时间内以最快的速度所能呼出的气量。正常人在第1、2，3秒应分别呼出其肺活量的83％，96％和99％。图12正常人与支气管痉挛患者用力呼气量比较©2009吴中华（二）肺通气量每分肺泡通气量=（潮气量-解剖无效腔容量）×呼吸频率单位时间内吸入肺内或呼出肺外的气量。1.每分通气量每分通气量＝潮气量×呼吸频率2.肺泡通气量每次吸气时真正达到肺泡的新鲜气体量。解剖无效腔：指鼻、咽、喉、气管、支气管等呼吸道，仅具有通气而无气体交换功能。其容积一般成人约为150ml。©2009吴中华被测者肺泡通气量(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168000500浅快呼吸2503280003200深慢呼吸10008800068005600不同呼吸频率、潮气量对肺通气量及肺泡通气量的影响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：©2009吴中华四、通气阻力肺通气阻力：弹性阻力占70%，非弹性阻力占30%物体对抗外力作用所引起的变形的力（即回位力）。（一）弹性阻力肺弹性阻力肺组织弹性回缩力：占1/3肺泡内表面张力：占2/3总之：肺的弹性阻力是吸气的阻力，呼气的动力。惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力。（二）非弹性阻力胸壁的弹性阻力©2009吴中华第三节呼吸气体的交换©2009吴中华一、呼吸气体的分压和溶解度溶解度：是指气压为1个大气压时，一定量液体所能溶解的某种气体的容量。大气各组分气体的容积百分比及其分压合计O2CO2H2ON2容积百分比100.020.710.041.2578.0分压/mmHg760.0157.40.39.5592.8气体的溶解度（ml/dl，37℃，760mmHg）水血浆全血O22.3862.142.36CO256.751.548N21.2271.181.3©2009吴中华二、气体在肺和组织的交换DΔP.T.A.Sd.√MWΔP分压差T温度A扩散面积S溶解度d扩散距离MW分子量1.气体的扩散速度D与方向平和呼吸时，体内各部O2CO2含量和分压O2含量O2分压CO2含量CO2分压肺泡气14.4103/13.65.640/5.3动脉血19.0100/13.348.540/5.32组织－20-40/4－46－55/6.65静脉血14.440/5.3252.545/6.12©2009吴中华2.气体扩散系数DeS√MW血浆O2S/CO2S=2.14/51.5=24O2√MW/CO2√MW=1∶1.14肺泡气-血液△PO2/△PCO2=10肺换气时不是CO2的滞留，而是O2的交换不足。DΔP.T.A.Sd.√MW©2009吴中华三、影响气体交换的因素1.气体扩散的速率2.气体的分压差3.呼吸膜呼吸膜的通透性、厚度以及扩散面积均会影响气体交换的效率。4.通气血流比值（VA／Q）指每分肺泡通气量（VA）与每分肺血流量（Q）的比值。正常成人安静时VA／Q＝4.2／5＝0.84。©2009吴中华一、氧的运输二、二氧化碳的运输O2和CO2在血液中存在方式：物理溶解和化学结合。血液O2和CO2的含量（ml/dl)表动脉血混合静脉血物理溶解化学结合合计物理溶解化学结合合计O2CO220.046.40.302.6220.3049.020.123.0015.250.015.3253.00肺泡血液组织O2溶解的结合的溶解的O2CO2溶解的结合的溶解的CO2O2和CO2在血液中存在和运输方式图解（一）氧的化学结合1分子Hb可以结合4分子氧气。血红蛋白氧容量：100ml血液中，Hb所能结合的最大氧气的量。在13.3kPa时，每克Hb能结合1.43mlO2，若Hb为15g／dl，100ml血液中，Hb结合O2的量约为20ml。血红蛋白氧含量：实际结合的氧气量。血红蛋白氧饱和度：Hb的氧含量和氧容量的百分比。一、氧的运输（二）氧离曲线及其影响因素1.氧离曲线：表达氧分压与氧饱和度之间的关系的曲线。组织细胞中，氧分压稍有变化，即可释放氧。上段血氧高饱和度中段2.影响氧解离曲线的因素（1）pH和Pco2的影响－波尔效应意义：有利于活动组织从血液中获得更多的O2，也有利于肺泡毛细血管中的Hb与O2结合。（2）温度的影响温度升高（运动中的肌肉）曲线右移，可解离出更多的O2供组织利用。反之温度下降（低温麻醉时），曲线左移，减少好氧量。（3）2，3-二磷酸甘油酸2，3-DPG增加，Hb对O的亲和力降低，氧解离曲线右移；2，3-DPG减少，Hb对O的亲和力增加，氧解离曲线左移。©2009吴中华（一）二氧化碳的化学结合二、二氧化碳的运输1.碳酸氢盐形式©2009吴中华2.氨甲酰血红蛋白HbNH2＋CO2＝HbNHCOOH＝HbNHCOO-＋H+（二）二氧化碳的运输与酸碱平衡©2009吴中华一、各级呼吸中枢及其相互关系二、呼吸的反射性调节三、化学因素对呼吸运动的调节呼吸分自主呼吸和随意呼吸，自主呼吸的节律、呼吸的深度和频率与外界环境相适应。©2009吴中华（二）脑干各级呼吸中枢一、各级呼吸中枢及其相互关系（一）脊髓呼吸肌的支配部位-3至5颈段和胸段。©2009吴中华1.对呼吸中枢的认识的历史与现状1824年Legallois发现破坏进入延髓部分的迷走神经时，呼吸停止。1842年Flourens提出第四脑室底闩部灰白质中，有呼吸中枢所在。1859年Budge发现吸气中枢与呼气中枢独立存在。1923年Lumsden通过分段横切脑干的方法提出三级呼吸中枢学说。1939年Pitts发现呼吸中枢并不是一个特定核团，而是网状结构的一部分。©2009吴中华1923年Lumsden实验：横切部位呼吸运动形式切断迷走神经后呼吸运动形式脑桥与中脑之间基本正常变深变慢脑桥中部基本正常长吸式呼吸脑桥与延髓之间不规则呼吸喘式呼吸延髓与脊髓之间呼吸停止呼吸停止©2009吴中华通过电刺激脑干、记录脑干神经细胞放电，同位素示踪、放射免疫等发现：延髓网状结构：吸气神经元（IN）－放电在吸气动作之前出现，终止与吸气动作之末。呼气神经元（EN）－放电始于吸气动作之后，延续到呼气的终末。吸－呼气神经元（IEN）－吸气相放电延续至呼气相，转相时放电频率最高。呼－吸气神经元（EIN）－呼气相放电延续至吸气相，转相时放电频率最高。这类神经元分布特点：相对集中但交错存在。©2009吴中华2.延髓呼吸中枢呼吸节律起源，产生呼吸节律3.脑桥呼吸中枢呼吸调整中枢：位于脑桥前段1/3集中在臂旁内侧核（NPBM）和相邻KF核，合称PBKF核群。电刺激PBKF核吸气转向呼气，对延髓吸气神经元有抑制作用，防止过深过长吸气，调整呼吸频率。切断双侧迷走神经长吸气损毁PBKF核背侧呼吸组（DRG）：孤束核的腹外侧部－吸气NC腹侧呼吸组（VRG）：疑核和后疑核－吸气和呼气NC©2009吴中华4.延髓呼吸中枢节律性活动1977年，Cohen吸气切断机制：局部神经元回路反馈控制假说（二）大脑皮层对呼吸运动的调节呼吸中枢:延髓基本呼吸中枢脑桥呼吸调整中枢©2009吴中华二、呼吸的反射性调节（一）肺牵张反射由肺的扩张或萎陷所引起的吸气抑制或兴奋反射。2.反射过程（1）肺扩张反射抑制延髓吸气中枢吸气肺扩张肺牵张感受器迷走N切断吸气转为呼气1.概念:（2）肺萎陷反射肺过渡缩小肺牵张感受器迷走N兴奋延髓吸气中枢吸气3.意义（1）扩张反射使吸气及时→呼气。有种属差异。（2）萎陷反射在平静呼吸中不起作用，过度缩小有用。②喷嚏反射：感受器位于鼻黏膜，为防御反射，以清除鼻腔中刺激物。（二）呼吸肌本体感受性反射感受器为肌梭——兴奋时传入冲动到达脊髓——反射性引起所在肌肉收缩加强。（三）防御性反射①咳嗽反射：感受器位于喉、气管、支气管黏膜，为防御反射。三、化学因素对呼吸运动的调节（一）化学感受器1.外周化学感受器感受动脉血的氧分压、二氧化碳分压、氢离子浓度的刺激2.中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位，左右对称，可以分为头、中、尾三个区。生理刺激是脑脊液和局部细胞外液中的H+；不感受缺氧的刺激。中枢化学感受器：在于维持脑脊液的环境稳定；外周化学感受器：在于低氧时兴奋呼吸。（二）CO2对呼吸的影响1.作用CO2是调节呼吸的最重要的体液因子，血中一定水平