《生理学》第五章 呼吸

第五章呼吸（Respiration）【目的与要求】熟悉呼吸的概念及呼吸的基本过程。了解呼吸器官的结构特点及功能意义。掌握肺内压的变化，胸膜腔负压的形成及意义，肺表面活性物质的来源及意义，用力呼气量及肺泡通气量的概念及意义。掌握肺换气的原理和影响因素，肺通气/血流比值的概念和意义。熟悉气体运输的形式，掌握氧与Hb结合的特征、氧解离曲线的概念及影响因素。熟悉呼吸中枢的概念和部位，掌握化学感受器的种类和化学性因素调节的途径。熟悉肺牵张反射的概念及意义。呼吸（Respiration）：机体与外界环境之间的气体交换过程。三个相互衔接并同时进行的过程1.外呼吸：包括肺通气和肺换气2.气体在血液中的运输3.内呼吸：组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换以及组织细胞内的生物氧化过程第一节呼吸器官的结构特点及功能第二节肺通气第三节呼吸气体的交换第四节气体在血液中的运输第五节呼吸运动的调节目录第一节呼吸道和肺的结构与功能呼吸道上呼吸道下呼吸道呼吸道：具有加温、加湿、过滤和清洁作用一、呼吸道（Airway)：呼吸道的平滑肌受神经、体液因素的调节植物神经系统：副交感神经使呼吸道平滑肌收缩交感神经使呼吸道平滑肌舒张收缩：组织胺、5-HT、内皮素、缓激肽舒张：儿茶酚胺、PGE2、氨茶碱化学因素肺泡上皮细胞Ⅰ型细胞Ⅱ型细胞二、肺泡三、胸廓第二节肺通气（pulmonaryventilation）肺通气是指肺与外界环境之间的气体交换肺通气的直接动力：肺内压与大气压之间的压力差肺通气的原动力：呼吸运动(respiratorymovement)呼吸运动（原动力）胸内压变化（间接动力）肺内压与大气压差变化（直接动力）肺通气一、肺通气的动力吸气肌收缩（呼气肌）舒张胸廓扩大和缩小肺内压降低大气压吸气升高大气压呼气肺扩大和缩小浆液内聚力胸内负压呼吸运动原动力肺内压与大气压的压力差直接动力呼吸肌呼气肌呼吸运动：呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓节律性扩张与缩小。吸气肌腹壁肌肋间内肌肋间外肌膈肌（一）呼吸运动(respirationmovement)平静呼吸(eupnea)：安静状态下平稳而均匀的自然呼吸。吸气：主动过程呼气：被动过程用力呼吸(forcedbreathing)：加深加快的呼吸。呼气：主动过程吸气：主动过程根据参与呼吸运动的肌群不同分为：腹式呼吸(abdominalbreathing):以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动。胸式呼吸(thoracicbreathing):以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动。★混合式呼吸呼吸暂停、声带开放、呼吸道通畅时：肺内压＝大气压呼吸运动过程中肺内压的周期性交替升降肺内压和大气压之间的压力差推动气体进出肺的直接动力1.肺内压(intrapulmonarypressure)肺泡内的压力（二）呼吸时肺内压和胸膜腔内压的变化•吸气初：肺内压大气压吸气开始•吸气末：肺内压=大气压吸气停止•呼气初：肺内压大气压呼气开始•呼气末：肺内压=大气压呼气停止呼气末吸气末（1）胸膜腔：位于两层胸膜之间的潜在、密闭的腔隙，其内仅少量浆液2.胸膜腔内压(intrapleuralpressure)（2）胸膜腔内压：胸膜腔内的压力。测量：直接法间接法2.胸膜腔内压(intrapleuralpressure)•以胸膜腔密闭且含浆液为条件•胸廓生长肺生长•胸廓容积肺容积•胸廓将肺拉大•肺回缩胸内负压胸膜腔负压的形成胸膜腔内压=肺内压－肺回缩力在吸气末或呼气末胸膜腔内压=大气压－肺回缩力以大气压为0，胸膜腔内压=－肺回缩力（负压是指其低于大气压）呼气末：-3～-5mmHg；吸气末：-5～-10mmHg为什么平静呼气末胸膜腔内压仍然为负胸膜腔负压及其生理意义：维持肺泡的扩张状态，有利于肺的扩张有利于静脉血及淋巴液的回流气胸弹性阻力（肺和胸廓）平静呼吸时约占总通气阻力的70%非弹性阻力平静呼吸时约占总通气阻力的30%（气道阻力、惯性阻力与粘滞阻力）二、肺通气的阻力（一）弹性阻力与顺应性弹性阻力(R)：物体对抗外力作用所引起变形的力。包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力。顺应性(C)：在外力作用下弹性组织的可扩张性。顺应性（C）=容积变化/压力变化(L/cmH2O)顺应性（C）=1/R1.肺的弹性阻力与顺应性(compliance)肺在被牵张时的弹性回缩力是吸气的阻力CL=L/cmH2O跨肺压的变化（△P）肺容量的变化（△V）肺的弹性阻力肺组织的弹性回缩力肺泡内液-气界面的表面张力（1）肺泡表面张力和肺表面活性物质肺泡表面张力(surfacetension)肺泡的内表面覆盖一薄层液体，与肺泡内气体形成液-气界面，使液体表面尽量缩小的力。★阻碍肺泡扩张，增加吸气的阻力，降低肺顺应性；★使相通的大小肺泡内压不稳定；★促进肺部组织液生成，使肺泡内液体积聚。肺泡表面张力肺泡表面活性物质(pulmonarysurfactant)由肺泡Ⅱ型细胞产生的二棕榈酰卵磷脂作用：降低肺泡的表面张力生理意义：①有助于维持肺泡的稳定性②减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防止肺水肿发生③降低吸气阻力，增加肺的顺应性肺表面活性物质减少肺不张肺弹性阻力增加，顺应性降低吸气困难肺弹性阻力减小，顺应性增大呼气困难正常及几种异常情况下顺应性曲线跨肺压(cmH2O)（肺内压-胸内压）正常肺气肿（emphysema）肺纤维化(fibrosis)肺不张(atelectasis)肺容积(升)肺容量=肺总容量的67%无回弹力肺容量﹥肺总容量的67%向内的回弹力肺容量﹤肺总容量的67%向外的回弹力胸腔容积变化(△V)Cchw=L/cmH2O跨胸壁压力变化(△P)2.胸廓弹性阻力和顺应性(compliance)肺容量占肺总容量百分比胸廓弹性回位力胸廓容积67％（自然位置）（平静吸气末）无自然容积67％（自然位置）（深吸气状态）向内（吸气阻力）大于自然容积67％（自然位置）（平静呼气末）向外（吸气动力）小于自然容积（二）非弹性阻力包括：气道阻力、惯性阻力、粘滞阻力气道阻力：非弹性阻力的80%~90%，由气流流速、气流形式和气道管径决定。R∝1r4为什么支气管哮喘病人呼气比吸气困难潮气量（tidalvolume，TV）：400~600ml补吸气量（inspiratoryreservevolume，IRV）：1500~2000ml补呼气量（expiratoryreservevolume，ERV）：900~1200ml残气量（residualvolume，RV）：1000~1500ml三、肺通气功能的评价(evaluationoffunctionofpulmonaryventilation)（一）肺容积肺容积(pulmonaryvolume)肺所容纳的气体量1、深吸气量（inspiratorycapacity，IC）：TV+IRV，最大通气能力2、功能残气量（functionalresidualcapacity，FRC）：ERV+RV缓冲呼吸过程中肺泡气O2、CO2分压的过度变化（二）肺容量(1)VC=TV+IRV+ERV单次肺通气的最大能力男性：3500ml女性：2500ml(2)FVC：尽力最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气量(3)FEV：尽力最大吸气后再尽力尽快呼气时，在一定时间内所能呼出的气量，通常以它所占FVC的百分数来表示，反映呼吸阻力的变化。正常：FEV1/FVC%约80%(第一秒)3.肺活量和用力呼气量用力呼气量（forcedexpiratoryvolume，FEV）：最大吸气后以最快速度用力呼气，在一定（单位）时间内所能呼出的最大气量。第1秒末:83%第2秒末:96%第3秒末:99%。测定方法：作一次深吸气后，以最快的速度用力呼气，同时分别记录第1，2，3秒末所呼出的气量，计算其所占肺活量的百分比。用力肺活量和用力呼气量生理情况下气道狭窄时4.肺总量（totallungcapacity，TLC）：肺所能容纳的最大气量.肺总量＝VC＋RV1.每分通气量(minuteventilationvolume)TV×呼吸频率6—9L/m2（基础状态下）最大通气量70—120L/m2（贮备力）通气贮量百分比=×100%最大通气量－每分通气量最大通气量正常：等于或﹥93%（三）肺通气量2.肺泡通气量(alveolarventilation)每分钟吸入肺泡的新鲜空气量=（TV－无效腔气量)×呼吸频率肺泡无效腔(接近于零）生理无效腔解剖无效腔(150ml)支气管扩张解剖无效腔↑肺A部分梗塞肺泡无效腔↑1502500解剖无效腔吸气呼气末150150350500呼气吸气末1502500呼气末150350肺泡气更新率=潮气量－无效腔量功能残气量呼吸形式肺泡通气量(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、潮气量时的肺通气量及肺泡通气量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：第三节呼吸气体的交换肺换气：肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换从高分压点流向低分压点组织换气：组织细胞与组织毛细血管血液之间的气体交换D∝△P...TS√MWAd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（Diffusionrate，D）：单位时间内气体扩散的容积。分压差×扩散面积×溶解度×温度扩散距离×分子量平方根D=（一）气体分压差2.血液及组织中的气体分压［kPa（mmHg）］动脉血混合静脉血组织PO213.3(100)5.3(40)4.0(30)PCO25.3(40)6.1(46)6.6(50)1.呼吸气与肺泡气的分压（二）气体的分子量与溶解度溶解度(solubility)：在1个大气压下，37℃时，每100ml液体中所溶解的气体ml数。O2的分子量：32CO2的分子量：44CO2的扩散系数是O2的20倍（三）扩散的面积和距离（四）温度CO2溶解度：51.5/100mlO2溶解度：2.14/100mlPO2↓和PCO2↑时，刺激呼吸，有助于CO2的排出，却几乎无助于O2的摄取二、肺换气结构基础：呼吸膜动力：气体的分压差静脉血动脉血（一）肺换气过程O2CO2CO2和O2的扩散仅需0.3秒即达到平衡血液流经肺毛细血管耗时0.7秒（二）影响肺换气的因素1.呼吸膜的厚度：肺泡—毛细血管膜由六层组成，约0.2~1.0μm肺纤维化与肺水肿均可使呼吸膜变厚气体扩散率与膜面积呈正相关毛细血管开放数量及开放程度与扩散面积有关双侧肺呼吸膜的总面积≈70m2平静呼吸=40m2贮备面积≈30m2肺实变、肺气肿及肺不张呼吸膜面积2.呼吸膜的面积3.通气/血流比值(Ventilation/perfusionratio)每分肺泡通气量与每分肺血流量之间的比值。0.84VA/Q0.84(deadspace)肺泡无效腔0.84(functionalshunt)功能性动-静脉短路VA/Q↑（肺血管栓塞）VA/Q↓（支气管痉挛）VA/Q组织中气体交换的原理与在肺中交换相似，但该处交换在液相中进行，且扩散膜两侧的O2、CO2分压差随细胞内氧化代谢强度和组织血流量而异。三、组织换气血液与组织细胞之间的气体交换过程。结构基础：毛细血管壁、细胞膜动力：气体的分压差静脉血动脉血动脉血化学结合混合静脉血O20.3120.020.310.1115.215.31CO22.5346.448.932.9150.052.91血液O2和CO2的含量（ml/100ml血液）第四节气体在血液中的运输物理溶解物理溶解合计化学溶解合计两种形式：物理溶解、化学结合（为主）两种形式处在动态平衡之中：气体应在溶解状态下进行交换；化学结合形式可看作贮备体（一）物理溶解PO2为13.3KPa(100mmHg)时，100ml血液只溶解0.3ml的O2。一、氧的运输（二）化学结合1.O2与Hb结合的特征血液中的氧主要以氧合Hb（HbO2）形式运输