生理学呼吸系统

第五章呼吸respiration张文霞天津医科大学生理学教研室呼吸运动的调节概述肺通气气体交换气体在血液中的运输主要内容呼吸respiration机体与外界环境之间的气体交换过程，称为呼吸。呼吸维持新陈代谢和其他功能活动所必需的基本过程之一。呼吸意义respiratorysignificance及时补充机体在新陈代谢过程中消耗的O2排除新陈代谢过程中生成的多余的CO2。呼吸的概念缺氧对中枢神经系统的影响人体的呼吸过程是由三个相互衔接并同时进行的环节来完成：（1）外呼吸：指外界环境与肺毛细血管之间的气体交换过程,包括肺通气（肺与外界空气之间的气体交换过程）和肺换气（肺泡与肺毛细血管之间的气体交换过程）。（2）气体在血液中的运输。（3）内呼吸又称组织换气（血液与组织细胞之间的气体交换过程）。呼吸运动的基本环节呼吸过程：外呼吸（肺通气和肺换气）气体运输内呼吸（组织换气）肺内及组织中气体交换示意图第一节呼吸器官的结构特点及其功能呼吸系统解剖图呼吸道为气体进出肺的通道上呼吸道(鼻、咽、喉、气管)下呼吸道(气管至各级分支支气管的整个通道)呼吸道功能气流通道加温、加湿吸入气体清洁、保护呼吸道、排除异物呼吸道平滑肌神经支配交感神经作用：气管系统平滑肌舒张,气道阻力减小(β2肾上腺素能受体作用)副交感神经：平滑肌收缩及腺体分泌(M型胆碱能受体作用)一.呼吸道随着呼吸道的不断分支，气道数目愈来愈多，管径愈来愈小，管壁愈来愈薄，总横切面积愈来愈大。下呼吸道二.肺泡肺泡(alveoli)为气管分支终末结构，是气体交换的场所。正常成人约有3亿个大小不等的肺泡，总面积达70m2。肺泡上皮细胞：Ⅰ型细胞（扁平细胞）机械性支持Ⅱ型细胞（分泌细胞）分泌肺泡表面活性物质第二节肺通气肺通气是气体进出肺的过程，取决于推动气体流动的动力和阻力的相互作用，动力必须克服阻力才能实现肺通气。(一)肺通气的动力直接动力：是肺内压力与大气压力之差原始动力：是呼吸运动肺通气的原理呼吸运动呼吸运动是呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小的运动。主要呼吸肌吸气肌：膈肌、肋间外肌呼气肌：肋间内肌、腹壁肌辅助呼吸肌：胸锁乳突肌、斜角肌（不参与平静呼吸）平静呼吸时横膈的移动范围在1－2cm，深呼吸时可达7－10cm。因膈肌收缩和增加的胸腔容积相当于肺通气量的4/5,所以膈肌是最重要的吸气肌。平静吸气时，吸气运动主要由膈肌和肋间外肌主动收缩完成。膈肌和肋间外肌收缩共同使胸腔和肺容积增大，肺内压低于大气压，气体入肺而完成吸气。吸气运动平静呼吸时，呼气运动并不是由呼气肌收缩引起的，而是由膈肌和肋间外肌舒张实现的。膈肌和肋间外肌舒张时，胸廓和肺依其自身的回缩力而回位，使胸腔和肺容积减小，当肺内压高于大气压时，完成呼气。因此平静呼吸时吸气是主动过程，呼气是被动过程。呼气运动X-rayofchestinfullexpiration(left)andfullinspiration(right).Thedashedwhitelineontherightisanoutlineofthelungsinfullexpiration.Notethedifferenceinintrathoracicvolume.呼吸过程中胸廓容积的变化呼吸形式按呼吸运动的深度分：平静呼吸：人体在安静时，平稳而自然的呼吸。12-18次/min.特点：吸气是主动过程，呼气是被动过程。用力呼吸或深呼吸:呼吸运动加深、加快。用力吸气时，除膈肌和肋间外肌加强收缩外，辅助吸气肌也参与收缩，使胸腔容积和肺容积进一步扩大，吸入更多气体。特点：吸气和呼气都是主动过程。按参与呼吸运动的主要肌群分：腹式呼吸abdominalbreathing以膈肌节律性运动为主所致的的呼吸运动，因腹部起伏较明显故名。膈肌活动对胸廓容量变化影响大(占70%)。见于婴幼儿、胸膜炎和胸腔积液患者。胸式呼吸thoracicbreathing由肋间外肌等节律性运动为主引起的呼吸运动造成的胸壁起伏运动。见于妊娠妇女或腹膜炎、腹水或腹腔内肿瘤患者。通常为腹式和胸式呼吸的混合型呼吸肺内压intrapulmonarypressure肺内压：肺泡内的压力。呼吸过程中，肺内压的周期性交替升降，造成肺内压与大气压之间的压力差，为推动气体进出肺的直接动力。正压呼吸法负压呼吸法人工呼吸原理：自然呼吸停止，用人为的方法改变肺内压，建立肺内压与大气压之间的压力差，维持肺通气。胸膜腔及胸膜腔内压胸膜腔是由脏层胸膜和壁层胸膜构成；密闭的，里面只有少量浆液，没有气体。胸膜腔内浆液的作用：①减小两层胸膜之间的摩擦力；②能使两层胸膜贴附在一起不易分开。胸膜腔内压胸膜腔内压＝肺内压–肺回缩力吸气末或呼气末，肺内压等于大气压胸膜腔内压＝大气压–肺回缩力若以大气压为零：胸膜腔内压＝–肺回缩压(力)胸内压在呼吸过程中的变化在某些特定情况下，胸内压也可成为正压。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。特殊胸内压变化肺内压-胸内压-肺容量胸膜腔的密闭性是肺能够随胸廓扩张而扩张的根本原因。胸内负压的生理意义：①维持肺扩张状态，并使肺能随胸廓扩张而扩张；②促进静脉血和淋巴液的回流。气胸气胸弹性阻力（通气阻力的70%）非弹性阻力（通气阻力的30%）肺通气的阻力肺弹性阻力胸廓弹性阻力1/3由肺组织弹性成分产生2/3由表面张力所产生气道阻力惯性阻力粘滞阻力弹性阻力：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。肺的弹性阻力是吸气时由于肺扩张变性所产生的回缩力。弹性阻力与顺应性顺应性：指弹性组织在外力作用下发生变形的难易程度。是度量弹性阻力大小的指标。顺应性可用单位跨壁压（跨肺压、跨胸壁压）变化（△P)，所引起的容积（△V）变化来表示。单位：L/cmH2OC=(△V)(△P)(L/cmH2O)顺应性与弹性阻力成反比，即顺应性越大，弹性阻力就越小，在外力作用下易变形。顺应性（C）=1/R肺容积变化(△V)跨肺压的变化(△P)(肺内压－胸腔内压）L/cmH2O肺顺应性（CL)＝肺的弹性阻力和顺应性：肺在被动扩张时产生回缩力，是吸气的阻力，也是呼气的动力。可用肺的顺应性表示。肺的弹性阻力和顺应性肺弹性阻力的来源：肺组织弹性回缩力+表面张力。表面张力：在液-气界面上，由于液体分子之间的吸引力大于气体分子之间的吸引力，而使表面积趋向于缩小的力。静态肺顺应性曲线滞后现象：呼气和吸气时的肺顺应性曲线并不重叠的现象。产生原因：存在肺泡液-气界面的表面张力用盐水代替空气测定肺的顺应性，滞后现象不明显。充空气充盐水用同等压力充空气和盐水，何者易扩张肺？？充空气充盐水肺内分别灌注空气和生理盐水时肺容量的变化弹性阻力的来源：①弹性回缩力1/3②肺泡液-气界面的表面张力2/3来源于肺泡内液-气界面液体分子之间的吸引力，是使肺泡尽量缩小的力。构成肺弹性阻力。液体气体液-气界面肺泡表面张力:肺泡表面张力surfacetensionLaplace定律：P=2T/rP:肺泡回缩压；T：肺泡表面张力系数；r：肺泡半径表面张力相同时，小肺泡回缩压力大，大肺泡回缩压力小。结果是：小肺泡萎缩，大肺泡膨胀。来源：肺泡Ⅱ型上皮细胞合成和释放成分：二棕榈酰卵磷脂(DPPC)作用：降低肺泡表面张力肺泡表面活性物质(pulmonarysurfactant)ABCA.大小肺泡在无表面活性物质时，小肺泡回缩力大，气体流向大肺泡B.为A的结果C.大肺泡表面活性物质分布密度小，表面张力增大，小肺泡表面活性物质分布密度大，表面张力减小，大小肺泡容积相对稳定。肺泡表面活性物质生理意义：①维持肺泡容积的稳定性。②减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防止肺水肿。③降低肺泡表面张力、减少吸气阻力，增加肺的顺应性，有利于肺的扩张。正常及几种异常情况下顺应性曲线胸廓弹性阻力和顺应性肺容量=肺总容量的67%无回弹力肺容量﹤肺总容量的67%向外的回弹力肺容量﹥肺总容量的67%向内的回弹力胸廓是一个双向弹性体，其弹性回缩力的方向视胸廓所处的位置而定。胸腔容积变化(△V)Cchw=L/cmH2O跨胸壁压力变化(△P)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)正常及几种异常情况下顺应性曲线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理解应用非弹性阻力(inelasticresistance)包括：气道阻力、惯性阻力、粘滞阻力气道阻力约占非弹性阻力的80%～90%。由气流流速、气流形式和气道管径决定（主要来自主支气管以上的大气道，细支气管、终末细支气管尽管口径很小，但数量极多，因而总阻力很小。）。在疾病情况下细支气管对气道阻力影响很大。气道阻力增加是临床上通气障碍最常见的病因。R∝1/r4肺通气功能的评价肺容积基本肺容积:包括四个互不重叠的基本容积。全部相加等于肺的最大容量。1.潮气量:每次呼吸时吸入或呼出的气体量.500ml2.补吸气量:平静吸气末再尽力吸气所能吸入的气体量.1500-2000ml（反应吸气储备）3.补呼气量:平静呼气末再尽力呼气所能呼出的气体量.900-1200ml（反应呼气储备）4.余气量：最大呼气末尚留存于肺中不能再呼出的余气量。1000-1500ml肺容量：基本肺容积中两项或两项以上的联合气体量1.深吸气量:平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气量.=潮气量+补吸气量2.功能残气量:平静呼气末肺内所留存的气体量.=余气量+补呼气量.肺气肿病人3.肺活量：最大吸气后再用力呼气所能呼出的气量.=潮气量+补吸气量+补呼气量男:3500ml,女:2500ml4.肺总容量：肺所能容纳的最大气体量。=肺活量+余气量肺容量时间肺活量（用力肺活量）：尽力最大吸气后再尽力尽快呼气时，在一定时间内（第1，2，3s末）所能呼出的气量，通常以它所占用力肺活量的百分数来表示，反映呼吸阻力的变化。正常值：成年人各为83%、96%和99%A.正常人B.气道狭窄患者阻塞性肺疾病患者肺活量可能正常，但时间肺活量显著降低。时间肺活量意义：反映肺通气阻力的变化，评价肺通气功能的较好指标。1.肺通气量：每分钟吸入或呼出的气体总量。成人呼吸频率12～18次/分每分通气量(L/分)＝潮气量(L)×呼吸频率(次/分)＝6L/分肺通气量每分最大通气量：单位时间内用力作快而深呼吸,所能吸入或呼出的气体总量。成年男性约100L，反映最大通气能力储备。肺泡通气量2.肺泡通气量：每分钟吸入到肺泡，并可与血液进行有效气体交换的总气量。计算真正的有效的气体交换，须采用肺泡通气量肺泡无效腔(肺泡内未发生其他交换，接近于零）生理无效腔解剖无效腔(从鼻至呼吸性细支气管，150ml)肺泡通气量=(潮气量-无效腔气量)x呼吸频率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结论：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。不同呼吸频率、潮气量时的肺通气量及肺泡通气量第三节呼吸气体的交换气体交换的原理气体扩散：气体分子从分压高处向分压低处发生净转移的过程。即分压差是气体分子扩散的动力。Δp：分压差随部位不同T：绝对温度A：扩散面积s：溶解度d：扩散距离MW：相对分子量MWdSATPD气体扩散速率D表示单位时间气体扩