呼吸生理学

第五章呼吸第一节肺通气第三节气体运输第四节呼吸运动的调节第二节气体交换概述概述呼吸：机体与外界环境之间的气体交换过程。呼吸全过程：外呼吸、气体在血液中运输、内呼吸概述意义：从外界吸入氧，呼出体内新陈代谢过程中所产生的二氧化碳，维持机体内环境中O2和CO2含量的相对稳定，确保组织细胞代谢正常进行。第一节肺通气一、肺通气概念：肺与外界环境的气体交换过程。气体进出肺有赖于推动气体流动的动力和阻止其流动的阻力，只有推动气体流动的动力克服了阻力之后才能实现肺通气。原动力:呼吸运动是肺通气的原动力。直接动力:肺内压与外界大气压间的压力差。（一）肺通气的动力呼气肺内压＞大气压缩小肺脏吸气肺内压＜大气压胸廓呼吸肌缩小收缩舒张扩张扩张1.呼吸运动(1)型式:按呼吸深度分:平静呼吸和用力呼吸；按动作部位分:混合呼吸:正常成人。腹式呼吸:婴儿、胸膜炎、胸腔积液。胸式呼吸:(2)频率:成人:12～18次/分婴儿:60～70次/分(3)过程：①平静呼吸：肺内压＜大气压，气体经呼吸道入肺胸廓容积扩大，肺在胸膜腔负压作用下被动扩张膈肌收缩使膈顶下移，增大胸廓的上下径；肋间外肌收缩使肋骨上提,扩大胸廓前后、左右径吸气膈肌和肋间外肌舒张,肋骨和膈肌弹性回位，缩小胸廓上下、前后、左右径胸廓容积缩小,肺被动缩小肺内压＞大气压，气体经呼吸道出肺呼气②用力呼吸：③人工呼吸:(4)特点：①平静呼吸时，吸气是主动的，呼气是被动的。②用力呼吸时，吸气和呼气都是主动的。③平静呼吸时，肋间外肌所起的作用＜膈肌。用力吸气时，辅助吸气肌也参加。用力呼气时，除吸气肌舒张外，呼气肌（肋间内肌+腹壁肌）也收缩。基本原理:使肺内与外界大气压间产生压力差方法:负压吸气式(压胸法)正压吸气式(口对口呼吸法，呼吸机)①胸式呼吸：以肋间外肌舒缩引起肋和胸骨运动的呼吸运动，见于严重腹水、腹腔有巨大肿块、妊娠和肥胖。②腹式呼吸：由膈肌舒缩为主引起的呼吸运动，主要表现为腹壁明显起伏，见于胸廓运动受限、胸膜炎等疾病状态。③混合式呼吸：正常成人大多是两种呼吸型式同时存在(5)胸式呼吸和腹式呼吸•①定义：每分钟呼吸运动的次数，称为呼吸频率。•②正常成人平静时的呼吸频率：12~18次/分•③可因年龄、性别、肌肉运动和情绪变化等不同而有所变化。(6)呼吸频率2.呼吸时肺内压变化:肺内压是指肺内气道和肺泡内气体的压力。平静吸气初:肺内压大气压=0.3～0.4kPa→气入肺平静吸气末:肺内压=大气压──────→气流停平静呼气初:肺内压大气压=0.3～0.4kPa→气出肺平静呼气末:肺内压=大气压──────→气流停肺内压出现这种周期性变化，造成肺内压与大气压之间的压力差，成为实现肺通气的直接动力3.呼吸时胸膜腔内压变化：（1）概念:胸内压是指胸膜腔内的压力。（胸膜腔负压）（2）测定方法:间接法:气囊测定食管内压以间接反映胸内压直接法:（3）由肺回缩力决定（4）压力:平静吸气时:胸内压大气压=0.7～1.3kPa呼气时:胸内压大气压=0.4～0.7kPa特点:①平静呼吸时胸内压始终为负压；②用力呼吸时负压变动更大；③有时可为正压(如紧闭声门用力呼吸)。（4）决定因素：肺的弹性回缩力吸气→肺扩张→弹性回缩力增大，胸膜腔负压增大呼气→肺缩小→弹性回缩力减小，胸膜腔负压减小（5）生理意义:维持肺的扩张状态不至于萎陷；促进血液和淋巴液的回流。（6）气胸的发生:胸壁、肺损伤，破坏了胸膜腔的密闭性，气体进去胸膜腔；胸膜腔负压减小；肺因回缩力而萎陷；呼吸循环衰竭甚至死亡（二）肺通气的阻力弹性阻力非弹性阻力肺通气阻力胸廓弹性阻力：与胸廓所处的位置有关肺弹性阻力气道阻力：与气体流动形式+气道半径有关粘滞阻力惯性阻力肺弹性回缩力:1/3肺泡表面张力：2/3常态下可忽略不计1.弹性阻力:(1)肺的弹性阻力顺应性=(1/弹性阻力)，与弹性阻力呈反比关系。顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。肺弹性组织回缩力:1/3来源：肺的弹性阻力肺泡表面张力:2/3Ⅰ.肺泡表面张力肺泡内的液-气界面，因界面层的液体分子受力不均匀，表现的内聚力（表面张力）方向是向中心的→使肺泡缩小。肺泡表面张力的作用：a.使肺泡回缩→肺通气（吸气）阻力b.使肺泡内压不稳定→导致肺泡破裂或萎缩c.促肺泡内液生成→产生肺水肿Ⅱ.表面活性物质(DPL或DPPC)肺泡Ⅱ型细胞分泌作用：a.降低肺泡表面张力→降低吸气阻力；b.减少肺泡内液的生成→防肺水肿的发生c.维持大、小肺泡内压的稳定性→防止肺泡破裂或萎缩临床：●成人肺炎、肺血栓等→表面活性物质↓→肺不张（肺泡萎陷）。●6～7个月胎儿才开始分泌表面活性物质，故早产儿可因缺乏表面活性物质而发生肺不张和新生儿肺透明膜病→呼吸窘迫综合征。吸气肺泡表面积↑DPL分散降表面张力的作用↓肺泡表面张力↑肺泡回缩防肺泡破裂(呼气)(↓)(密集)(↑)(↓)(扩张)(萎陷)2.非弹性阻力——气道阻力（最主要）⑴气道阻力影响因素:①气流速度：只在呼吸运动时产生；流速快→阻力大②气体流动形式：层流→阻力小湍流→阻力大③气道半径：与其4次方成反比：（R∝1／r4）2.非弹性阻力——气道阻力（最主要）⑴气道阻力影响因素:③气道半径：与其4次方成反比：（R∝1／r4）如支气管哮喘发作时：支气管平滑肌痉挛，呼气时气道口径变小，阻力更大，表现为为呼气性的呼吸困难更明显。④化学因素的影响：◇儿茶酚胺→气道平滑肌舒张。◇肥大细胞释放的组胺→气道平滑肌收缩。◇吸入气CO2↑→反射性支气管收缩。◇哮喘病人的气道上皮合成、释放肺内皮素↑→气道平滑肌收缩。三、肺容量和肺通气量(一)肺容量：肺所容纳的气体量潮气量：每次呼吸时，吸入或呼出的气体量。（400~600ml）功能残气量：平静呼气末，肺内所余留的气量。（2500ml）肺活量：在做一次最深吸气后，尽力呼出的最大气量。（男3500ml,女2500ml）。时间肺活量：用力吸气后再用力并快速呼出的气体量占肺活量的百分数。以第1秒用力呼气量最有意义。低于70%不正常。注：时间肺活量是评价肺通气功能较好指标肺总量：肺组织所能容纳的最大气体量。=肺活量+残气量(二)肺通气量：单位时间内进出肺的气体总量⒈每分通气量：每分钟内进或出肺的气量（6~9L/min）每分通气量＝潮气量×呼吸频率(次/分)最大通气量=最大限度潮气量×最快呼吸频率(次/分)反映肺通气功能的最大潜力。2.肺泡通气量（有效通气量）生理无效腔＝解剖无效腔＋肺泡无效腔(二)肺通气量：单位时间内进出肺的气体总量2.肺泡通气量＝(潮气量-无效腔量)×呼吸频率解剖无效腔：从鼻到终末细支气管无气体交换功能，称之。肺泡无效腔：进入肺泡内的气体由于血流分布不均而未能与血液进行气体交换的肺泡的容积，称之。取决于呼吸的深度和呼吸的频率浅而快的呼吸降低肺泡通气量，深而慢的呼吸增大肺泡通气量第二节气体交换一、气体交换的过程包括肺泡与血液、血液与组织细胞之间O2和CO2的交换肺换气：肺泡与血液之间O2和CO2的交换组织换气：血液与组织细胞之间O2和CO2的交换动力：膜两侧的气体分压差。二、肺换气与组织换气换气动力：分压差换气方向：分压高→分压低换气结果：肺Ｖ血组织Ａ血↓↓Ａ血Ｖ血O2CO2的运输O2的运输肺换气过程肺泡和肺毛细血管：呼吸膜进行O2：肺泡→肺毛细血管CO2：肺毛细血管→肺泡静脉血→动脉血（含O2多，含CO2少）组织换气过程组织与血液：O2：血液→组织细胞CO2：组织细胞→血液动脉血→静脉血（含O2少，含CO2多）三、影响气体交换的因素(一)气体扩散速率O2、CO2扩散速率（D）的比较——————————————————————————————————————分子量血浆溶解度肺泡气A血V血D——————————————————————————————————————O23221.413.913.35.31CO244515.05.35.36.12———————————————————————————————————————在同等条件下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血间分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。(ml/L)（KPa）（KPa）（KPa）1.厚度（6层＜1μm厚）：呼吸膜厚度↑（肺炎、肺水肿、肺纤维化）→气体交换↓2.面积：呼吸膜面积↓（肺气肿）→气体交换↓。(二)呼吸膜CO2O2(三)通气/血流比值（V/Q）每分肺通气量（VA）/每分肺血流量（Q）1.VA/Q↑≈肺通气↑或肺血流↓→增大生理无效腔→换气效率↓(如心衰、肺动脉栓塞)2.VA/Q↓≈肺通气↓→增大功能性A-V短路→换气效率↓（如支哮、肺气肿、支气管栓塞）●整个肺脏的VA/Q=0.84,是衡量肺换气功能的指标；但因肺脏各局部的肺泡通气量和血流量的不均性，故临床上更应测肺脏各局部的VA/Q：人体直立时肺局部的VA/Q肺上区肺下区VA（L/min）0.240.82Q（L/min）0.071.29VA/Q3.40.64第三节气体运输一、运输形式:（一）物理溶解:气体直接溶解于血浆中。特征:①量小；②溶解量与分压呈正比：（二）化学结合:气体与某些物质进行化学结合。特征:量大,主要运输形式。化学结合动态平衡物理溶解二、氧的运输(一)物理溶解：(1.5%)(二)化学结合:(98.5%)⒈O2与Hb的可逆性结合:Hb+O2当表浅毛细血管床血液中去氧Hb达5g/100ml以上，呈蓝紫色称紫绀（一般是缺O2的标志）。PO2↑(氧合)PO2↓(氧离)HbO2鲜红色暗红色CO与Hb结合的能力是O2的210倍，当CO中毒时，大量形成HbCO，使Hb失去与O2结合的能力而不能运输O2，造成机体缺O2。③1分子Hb可与4分子O2可逆结合Hb+O2结合的最大量——氧容量100ml血Hb+O2结合的实际量——氧含量氧含量⁄氧容量的%——氧饱和度2.O2与Hb结合的特征:①反应快、可逆、受PO2的影响、不需酶的催化；②是氧合，非氧化PO2↑(氧合)PO2↓(氧离)三、CO2的运输(一)物理溶解：5％(二)化学结合：95％⒈HCO3-的形式：88％(1)反应过程：碳酸酐酶H2CO3HCO3-+H+CO2＋H2O三、CO2的运输(2)反应特征:①极快且可逆，反应方向取决PCO2差；②RBC膜上有Cl-和HCO3-特异转运载体，Cl-转移入红细胞维持电平衡,促进CO2化学结合的运输；③需酶催化；④在RBC内反应,在血浆内运输（NaHCO3）。CO2的运输碳酸酐酶⒉氨基甲酸血红蛋白的形式：7％(1)反应过程：HbNH2O2+H++CO2(2)反应特征:①反应迅速且可逆，无需酶催化；②CO2与Hb的结合较为松散；③反应方向主要受氧合作用的调节:④虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式，⑤带满O2的Hb仍可带CO2。在组织在肺脏HHbNHCOOH＋O2在组织氧与二氧化碳运输形式在肺脏氧与二氧化碳运输形式第四节呼吸运动的调节本节讨论的中心内容：●调节呼吸运动的中枢？●呼吸为什么有节律？●调节呼吸运动的环节？一、呼吸中枢延髓是呼吸基本中枢,脑桥是呼吸调整中枢。1.外周化学感受器存在于颈动脉体和主动脉体，前者主要参入呼吸调节，后者则在循环调节方面较为重要。适宜刺激：对PO2↓、PCO2↑、[H+]↑高度敏感(对PO2↓敏感，对O2含量↓不敏感)，且三者对化学感受器的刺激有相互增强的现象。(二)化学感受性反射调节颈动脉体和主动脉体化学感受性反射PO2↓[H+]↑PCO2↑等↓颈动脉体和主动脉体外周化学感受器（+）窦、弓N孤束核心血管中枢兴奋性改变呼吸中枢（+）心率↓、冠脉舒心输出量↓皮肤、内脏骨骼肌血管缩心率、心输出量、外周阻力↑外周阻力↑＞心输出量↓血压↑↓↓↓↓↓↓↓呼吸加深加快↓↓间接2.中枢化学感受器位于延髓腹侧表面下0.2mm的区域，可分为头、中、尾三部分。适宜刺激：对H+高度敏感，不感受缺O2的刺激。因血液中H+不易透过血-脑屏障，乃通过CO2易透过血-脑屏障进入脑脊液发挥刺激作用的。CO2透过血-脑屏障3.CO2、H+和低O2对呼吸运动的调节(1)CO2：↑1％时→呼吸开始加