生理学第五章呼吸

情景导入请同学们欣赏以下视频，看完之后请思考视频中为什么要实施人工呼吸，人工呼吸的原理是什么？。第五章呼吸第一节肺通气第二节气体的交换和运输第三节呼吸运动的调节学习目标1.掌握肺通气的动力，胸膜腔负压形成的原理和生理意义，肺内压周期性变化。（重点、难点）2.熟悉呼吸的概念和基本过程，肺泡表面活性物质的来源、作用和生理意义。3.了解肺活量、用力呼气量、每分通气量和肺泡通气量及其生理意义。机体与外界环境之间的气体交换过程称为呼吸。呼吸的作用，在于使得机体可以从外界环境中摄取新陈代谢所需要的O2，同时排出其代谢所产生的CO2。一个体重70公斤的人：•体内贮存的O2量大约为1,550ml。•在基础状态下，机体耗O2量约为250ml/min。以此计算，体内贮存的O2仅够维持机体正常代谢6min左右的需要。因此，呼吸是维持机体生命活动的基本生理过程，一旦呼吸停止，生命便将终结。•外呼吸：包括肺通气（肺与外界环境之间的气体交换）和肺换气（肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换）。•气体在血液中的运输：循环血液将O2从肺运输到组织和将CO2从组织运输到肺的过程。•内呼吸或组织换气：血液与组织细胞之间的气体交换。呼吸由三个环节组成，彼此相互衔接并同时进行：由于肺通气是整个呼吸过程的基础，而肺通气的动力来源于呼吸运动，因而狭义的呼吸通常仅指呼吸运动。肺泡呼吸道空气肺毛细血管肺静脉动脉肺动脉右心静脉左心组织毛细血管组织细胞CO2O2CO2O2肺换气肺通气气体运输组织换气外呼吸(内呼吸)呼吸全过程示意图第一节肺通气肺通气是指肺与外界环境之间进行气体交换的过程。•呼吸道：是肺通气时气体进出肺的通道。同时，还具有加温、加湿、过滤、清洁吸入气体，以及引起防御反射（咳嗽反射和喷嚏反射）等作用。•肺泡：是肺换气的主要场所。•胸廓：其节律性呼吸运动是实现肺通气的原动力。实现肺通气的器官包括呼吸道、肺泡和胸廓等。第一节肺通气肺通气：气体经呼吸道进出肺的过程一、肺通气的原理取决于两个因素：一是推动气体流动的动力；二是阻止其流动的阻力，前者必须克服后者才能实现肺通气。（一）肺通气的动力直接动力肺内压与大气压之差肺内压﹥大气压肺内压﹤大气压肺的扩张和缩小胸廓的扩大和缩小胸膜腔负压的耦联呼吸肌的收缩和舒张原动力呼气吸气呼吸运动1.呼吸运动定义：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。其中，胸廓扩大称为吸气运动，而胸廓缩小称为呼气运动。呼吸肌•吸气肌：主要为肋间外肌和膈肌。•呼气肌：主要为肋间内肌和腹肌。辅助吸气肌：包括斜角肌、胸锁乳突肌等。（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,扩大胸廓前后径和左右径吸气（主动吸气）肋间外肌收缩→肋骨和胸骨上提膈肌收缩，膈顶下移膈肌和肋间外肌舒张，肋骨和膈肌弹性回位，缩小胸廓上下径、前后径和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（被动过程）X-rayofchestinfullexpiration(left)andfullinspiration(right).Thedashedwhitelineontherightisanoutlineofthelungsinfullexpiration.Notethedifferenceinintrathoracicvolume.呼吸过程中胸廓容积的变化呼吸运动：类别吸气过程的变化呼气过程的变化平静呼吸膈肌和肋间外肌收缩膈肌和肋间外肌舒张↓↓胸廓和肺的容积扩大胸廓和肺的容积缩小↓↓肺内气压低于大气压肺内气压高于大气压↓↓空气进入肺泡气体流出肺泡（主动）（被动）用力呼吸除同上外，吸气辅助肌如除同上外，腹壁肌、胸锁乳突肌、斜角肌等参肋间内肌也参与收缩。与收缩。（主动）（主动）─平静呼吸、用力呼吸和呼吸困难：•平静呼吸：安静状态下的呼吸运动，平稳而均匀，每分钟12~18次；吸气为主动，而呼气是被动。•用力呼吸：当机体运动，或吸入气中的CO2增加、O2减少，或肺通气阻力增大时，呼吸运动加深加快，此时不仅参与收缩的吸气肌数量更多，收缩更强，而且呼气肌也参与收缩，称为用力呼吸或深呼吸。•呼吸困难：在缺O2、CO2增多、或肺通气阻力增大较严重的情况下，可出现呼吸困难，表现为呼吸运动显著加深，鼻翼扇动，同时还会出现胸部困压的感觉。呼吸运动的型式根据参与活动的呼吸肌的主次、多少和用力程度不同，呼吸运动可呈现不同的型式。─腹式呼吸、胸式呼吸和混合式呼吸：•腹式呼吸：膈肌的收缩和舒张引起腹腔内器官位移，从而造成腹部的起伏，这种以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动称为腹式呼吸。呼吸运动的型式•胸式呼吸：肋间外肌的收缩和舒张导致胸部的起伏，故以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动称为胸式呼吸。•混合式呼吸：一般情况下，成年人的呼吸运动呈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运动形式。在婴幼儿，肋骨倾斜度小，位置趋于水平，主要呈腹式呼吸。肺内压：即肺泡内的压力。在呼吸运动过程中呈周期性波动。2.肺内压•吸气时：肺容积增大，肺内压下降并低于大气压（若以大气压为0，则肺内压为负值）→外界气体被吸入肺泡→随着肺内气体增加，肺内压逐渐升高，吸气末升高到与大气压相等→气流停止。•呼气时：肺容积减小，肺内压升高并超过大气压（为正值）→气体由肺内呼出→随着肺内气体减少，肺内压逐渐降低，至呼气末降低到与大气压相等→气流停止。人工呼吸的原理：人为的方法造成肺内压与大气压之间的压力差来维持肺通气。方法：1.用人工呼吸机进行正压通气2.口对口人工呼吸3.节律性地举臂压背或挤压胸廓等学生思考：呼吸运动过程中，肺容积随着胸廓容积的变化而变化，使肺内压与大气压之间出现压力差，实现了肺通气。但肺与胸廓在结构上并不相连，肺为何会胸廓的运动而张缩呢？•胸膜腔：是肺和胸廓之间一个潜在的密闭腔室，由紧贴于肺表面的胸膜脏层和胸廓内壁的胸膜壁层构成。3.胸膜腔内压胸膜腔的构成及其作用•胸膜腔内的浆液及其作用：腔内没有气体，仅有少量厚约10m的浆液。作用在于：•①在两层胸膜之间起润滑作用；•②浆液分子的内聚力使两胸膜层互相紧紧地贴附在一起，不易分开。•胸膜腔的作用：密闭的胸膜腔将肺和胸廓两个弹性体连接在一起，使不具有主动张缩能力的肺能够随着胸廓容积的变化而扩大和缩小。3.胸膜腔内压胸膜腔的构成及其作用胸膜腔内压：胸膜腔内的压力即为胸膜腔内压。胸膜腔内压的测定方法：可采用直接法和间接法进行测定。•直接法：将与检压计相连接的注射针头斜刺入胸膜腔内，直接测定胸膜腔内压；缺点是有刺破胸膜脏层和肺而导致气胸的危险。•间接法：让受试者吞下带有薄壁气囊的导管至下胸段食管，通过测定食管内压来间接获得胸膜腔内压（因为食管介于肺和胸壁之间，且壁薄而软，故其内压的变化与胸膜腔内压的变化基本一致）。呼吸过程中胸膜腔内压的变化•平静呼吸时：胸膜腔内压始终低于大气压，即为负压。与肺内压一样，胸膜腔内压也随呼吸运动发生周期性波动。平静呼气末胸膜腔内压为-5~-3mmHg，平静吸气末为-10~-5mmHg。胸膜腔负压的形成机制•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•肺回缩胸内负压可见，胸膜腔内压为肺内压和肺回缩压两种相反作用力的代数和：胸膜腔内压=肺内压＋（-肺回缩压）在吸气末或呼气末，呼吸道内气流停止，且与外界环境相通，此时肺内压等于大气压。因此，上式可写成：胸膜腔内压=大气压＋（-肺回缩压）胸膜腔内压=-肺回缩压•在呼吸过程中，肺始终处于被扩张状态并总是倾向于回缩，故平静呼吸时，胸膜腔内压始终为负值。•吸气时：肺扩张程度增大，肺回缩压增大，胸膜腔内负压更大。•呼气时：肺扩张程度减小，肺回缩压降低，胸膜腔内负压减小。若以大气压为0，则：在某些特定情况下，胸内压也可成为正压。例如：分娩或便秘时，可在用力吸气后，紧闭声门做强力呼气，肺中气体不能呼出，但肺受到胸廓强大压力，肺内压可上升到+65mmHg左右，减去此时肺回缩力15mmHg，仍有+50mmHg左右胸内压向下压迫膈肌，使腹内压也大大提高，以便于分娩或排便。特殊胸内压变化•可维持肺的扩张状态。外伤或疾病导致胸壁或肺破裂时，胸膜腔密闭性丧失，空气自外界或肺泡进入胸膜腔内，形成气胸。气胸时，胸膜腔内压等于大气压，肺内向回缩而塌陷，丧失呼吸功能。•降低中心静脉压，促进静脉血和淋巴液的回流。胸膜腔内负压的生理意义肺通气的过程中所遇到的阻力为肺通气的阻力。肺通气的动力须克服肺通气的阻力才能实现肺通气。肺通气的阻力分为弹性阻力和非弹性阻力：（二）肺通气的阻力•弹性阻力：包括肺的弹性阻力和胸廓的弹性阻力。弹性阻力在气流停止的静止状态下仍然存在，属静态阻力（约占总肺通气阻力的70%）。•非弹性阻力：包括气道阻力、惯性阻力和组织的粘滞阻力，其中以气道阻力为主。非弹性阻力只在气体流动时才有，为动态阻力（约占总肺通气阻力的30%）。肺通气阻力增大是临床上肺通气障碍的最常见原因。•弹性阻力：弹性物体对抗外力作用下时所产生对抗变形的力，即回位力。其大小可用顺应性来度量。•顺应性：度量弹性体可扩张性的参数，它反映了弹性体在外力作用下发生变形的难易程度。1．弹性阻力和顺应性顺应性大=易扩张=弹性阻力小顺应性小=不易扩张=弹性阻力大肺弹性阻力和肺顺应性总结：•在肺充血、肺组织纤维化或肺表面活性物质减少时，肺的顺应性降低，弹性阻力增加，患者表现为吸气困难。•在肺气肿时，肺弹性成分大量破坏，肺回缩力减小，顺应性增大，弹性阻力减小，患者表现为呼气困难。•肺泡内液-气界面的表面张力：该表面张力使肺泡缩小，为肺扩张的弹性阻力。肺的弹性阻力的来源和特点•肺弹性阻力的来源：①肺组织本身的弹性回缩力；②肺泡内面液体层与气体之间液-气界面表面张力所产生的回缩力。•肺组织本身的弹性阻力：由肺组织弹力纤维和胶原纤维等构成。肺扩张时，这些纤维被牵拉而倾向于回缩；而且，肺扩张越大，其回缩力和弹性阻力越大。肺表面活性物质的来源和作用•来源：是肺泡II型细胞分泌的一种脂蛋白混合物，主要成分是二棕榈酰卵磷脂。•作用为降低肺泡表面张力。无表面活性物质有表面活性物质肺表面活性物质的来源和作用生理意义为减小肺的弹性阻力，使肺容易扩张；防止肺水肿的发生；维持大小肺泡容积稳定性。新生儿呼吸窘迫综合症临床链接早产儿缺乏肺泡表面活性物质而发生新生儿呼吸窘迫综合症。肺泡表面活性物质缺乏或分泌减少→呼吸困难→肺不张和肺水肿→肺泡内表面透明质膜形成→死亡。（2）肺的弹性回缩力肺的弹性回缩力则是由肺的弹性组织所形成。肺的弹性阻力的作用方向，则视肺扩大的程度而异:在一定范围内，肺扩张越大肺的弹性回缩力越大。2.非弹性阻力——气道阻力⑴气道阻力特点:①只在呼吸运动时产生；流速快→阻力大②与气体流动形式有关：层流→阻力小湍流→阻力大③与气道半径的4次方成反比：（R∝1／r4）⑵影响气道阻力的因素：气道管壁平滑肌舒缩活动：迷走N→Ach+M受体→收缩→气道阻力↑交感N→NE+β2受体→舒张→气道阻力↓高气压：如深潜水环境下,由于气体密度增大,气道阻力增大,呼吸减慢加深,增加了呼吸肌作功和能量消耗。二、肺容积和肺容量肺容量和肺通气量是评价肺通气功能的基础和指标。（一）肺容量定义：肺容纳气体的量。（1）潮气量：每次呼吸时吸入或呼出的气体量。正常成人平静呼吸时潮气量为400~600ml（平均约为500ml）；运动时增大，最大可达肺活量大小。潮气量的大小取决于呼吸肌收缩的强度、胸和肺的机械特性以及机体的代谢水平。（2）补吸气量：平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气体量。正常成人补吸气量为1,500~2,000ml，反映了吸气的贮备量，故又称吸气贮备量。（一）肺容量（3）补呼气量：平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气体量。正常成人补呼气量为900~1,200ml，反映了呼气的贮备量，故又称呼气贮备量。（4）残气量和功能残气量：最大呼气末尚存留于肺内残余的气体量。正常成人余气量为1,000~1,