1、第七章 呼吸生理,第五章 呼 吸 (respiration),呼 吸 -机体与外环境之间的气体交换过程。呼吸过程的三个环节：,呼吸,肺呼吸（外呼吸）,气体在血液中的运输,细胞呼吸（内呼吸）,肺通气,肺换气,呼吸过程的三个环节：,O2,CO2,呼吸过程的三个环节：,O2,CO2,呼吸过程的三个环节：,O2,CO2,第一节 肺通气- 肺与外界环境之间的气体交换过程。*肺通气的器官：呼吸道、肺泡和胸廓等.*呼吸道的主要功能：(1)气体通道；(2)加温、加湿、过滤、清洁等；(3)保护功能：喷嚏反射、咳嗽反射等。,咽,气管,鼻腔,左肺,呼吸系统解剖图,一、肺通气的动力*通气的动力克服通气的阻力,原动力：
2、 呼吸运动,(一) 呼吸运动-呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小,包括吸气运动和呼气运动.,肋间内肌肋间外肌,膈,膈,吸气,呼气,呼吸运动的过程,呼吸运动和肺内压的变化：,膈肌收缩 肋间外肌收缩膈肌下降 肋骨、胸骨上提胸廓上下径 前后径、左右径增大胸腔扩大 肺扩张肺内压暂时下降（大气压）空气进入肺泡（吸气）,(1)平静吸气时(主动过程),吸气肌舒张膈肌上升、肋骨、胸骨下降胸廓上下径、前后径、左右径减小肺回缩肺内压升高大气压气体由肺泡内排出（呼气）,平静呼气时：(被动过程),吸气肌及辅助吸气肌收缩胸腔进一步扩大肺进一步扩张肺内压进一步下降吸气(增多)(主动过程),(2) 用力呼吸(深呼
3、吸)时的肺通气原理：,说明： 平静呼吸时，吸气是主动的，呼气是被动的；用力呼吸时，吸气和呼气均为主动过程。,腹式呼吸:以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动,腹壁明显起伏。 胸式呼吸:由肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动,胸壁明显起伏。 一般情况,呈腹式和胸式混合式呼吸。,2. 腹式呼吸和胸式呼吸,(二) 肺内压: 肺泡内的压力.吸气过程中: 肺内压先降后升;呼气过程中: 肺内压先升后降.*人工呼吸:负压式人工呼吸: 人为地(如举臂压背)帮助胸廓扩张,引起肺内压低于大气压;正压人工呼吸: 人为地提高气道内压力,使之高于肺内压(正压)。,一次呼吸周期过程中，肺内压、 胸内压和呼吸气容积的变化,吸气,呼气,+1
4、 +2 0 -1 -2,肺内压,(三) 胸膜腔内压: -胸膜腔内压通常低于外界大气 压，为负压, 称为胸内负压. 胸膜腔特点： (1) 密闭 (2) 浆液的作用 (3) 压力负压(低于大气压),胸内负压的形成： 形成条件: 肺的回缩趋向. 胸膜腔密闭和浆液分子内聚力. *形成原理: 胸内压,因吸气末或呼气末肺内压等于大气压,故胸内压 肺内压 肺回缩力,一般以大气压为零位标准,即大气压0,故： 胸内压 大气压 肺回缩力,大气压,0,一次呼吸周期过程中，肺内压、 胸内压和呼吸气容积的变化,吸气,呼气,+1 +2 0 -1 -2,胸膜腔内压,说明:1.平静呼吸过程中,胸膜腔内压始终为负压.2.而当关
5、闭声门用力作呼气动作时,肺内压明显升高, 胸内压可为正值.3.胸膜腔负压的生理意义(1)牵引肺,使肺扩张;(2)促进静脉血和淋巴液的回流。,气 胸,由于胸壁贯通伤或肺损伤时，胸膜腔内进入气体，使胸内负压减小甚至消失。,肺弹性阻力 由表面张力形成弹性阻力 由弹性纤维形成(70%) 胸廓弹性阻力:由弹性组织形成 肺通气 阻力非弹性 气道阻力阻力 惯性阻力(30%) 组织的粘滞阻力,二、肺通气的阻力,(一) 肺通气的弹性阻力 弹性阻力(R)弹性物体对抗外力作用所引起的变形的力。顺应性(compliance,C)在外力作 用下弹性组织的可扩张性。,说明:1) 顺应性为衡量弹性阻力的指标.2) 顺应性与
6、弹性阻力成反变关系：弹性阻力大不易扩张顺应性小弹性阻力小易扩张 顺应性大,1. 肺的弹性阻力和顺应性 肺的弹性阻力由肺被扩张时产生的弹性回缩力所构成,是吸气的阻力.,弹性回缩力(1/3),肺泡液-气界面 的表面张力。（2/3）,肺的弹性阻力, 肺组织本身的的弹性回缩力(是吸气的阻力,呼气的动力) 随肺的扩张程度而变:吸气时肺扩张肺弹性回缩力增大;呼气时肺回缩肺弹性回缩力减小.肺气肿肺弹性回缩力呼气困难,(1) 肺泡表面张力,-存在于液-气界面(表面)的一种力.使液-气表面尽量缩小的一种力肺泡内液-气界面表面张力所产生的回缩力(约占2/3),表面张力使液-气表面尽量缩小的一种力。,肺泡表面张力是
7、向中心性的,使肺泡趋于缩小,形成肺泡弹性阻力,为吸气的阻力，呼气的动力.,根据Laplace定律:2TP r 肺泡回缩压(P)与肺泡半径(r)成反比，与肺泡表面张力成正比。,分析大小不同的两个相连的肺泡其回缩力和表面张力的关系: 假设两肺泡的T20dyn/cm2大肺泡r0.01cm小肺泡r0.005cm,0.01cm,0.005cm,P(大) 220 / 0.014000(dyn/cm2)4(cmH2O),P(小) 220 / 0.0058000(dyn/cm2)8(cmH2O),肺泡,肺泡内液层,肺泡表面活性物质,(2) 肺泡表面活性物质 合成与释放: 肺泡型细胞 主要成份: 二棕榈酰卵磷脂
8、,分布及特点:呈单分子层分布在肺泡液体层表面极性端插入液体层,非极性端朝向肺泡腔分布密度与肺泡大小有关,小肺泡分布密度大,大肺泡分布密度小。,* 肺表面活性物质的分布密度可随肺泡 半径的改变而改变:,肺泡表面活性物质的生理功能:-降低肺泡表面张力 有助于维持肺泡的稳定性：1)防止吸气和呼气时肺泡过度膨胀和塌陷。2)保持大小肺泡容积的相对稳定。,Laplace定律: P=2T/r 因此:实际P=2(T-X) / r,减少肺间质和肺泡内组织液的生成,防止肺水肿的发生.,降低吸气阻力，减少吸气作功，增加肺顺应性, 利于肺扩张.,2. 胸廓的弹性阻力和顺应性: 胸廓是一 双向弹性体,弹性的作用依其所处
9、位置而变.,自然位置(肺容量相当于67%肺 总量), 弹性阻力0,大于自然位置, 胸廓回缩力向内 成为吸气的阻力,呼气的动力.,小于自然位置,胸廓回缩力向外, 成为吸气的动力,呼气的阻力.,(二) 非弹性阻力: (动态阻力)惯性阻力非弹性阻力 粘滞阻力气道阻力,(占80%90%),气道阻力气体流经呼吸道时,气体分子间和气体分子与气道壁之间的摩擦力。大气压与肺内压之差(cmH2O)气道阻力单位时间内气体流量(L/S)产生气道阻力的主要部位:主支气管以上气道(占总阻80% 90%)小气道（口径2mm）（占总阻约10%）,影响气道阻力的因素: 气流速度: 流速愈快气流阻力愈大,呈正相关. 气流形式:
10、 层流阻力小，湍流阻力大； 气道管径: 为影响气道阻力的主要因素。气道阻力与气道半径的四次方成反比。,8LR R1/r4 4,三、肺通气功能的评定 (一) 肺容量肺容量: 肺所容纳的气体量.,肺 活 量 -指最大吸气后再用力呼气所能呼出的 最大气量. 正常男性: 3500ml; 女性2500ml. 肺活量= 潮气量补吸气量补呼气量.,用力呼气量(时间肺活量): -尽力最大吸气后再尽力尽快呼气, 在一定时间所 能呼出的气量,通常以它所占 用力肺活量百分比表示。第一秒 第二秒 第三秒83% 96% 99%,图5-7 用力肺活量和用力呼气量A:正常人 B:气道狭窄患者 纵坐标的“0” 等于残气量,A
11、,B,(二) 肺通气量 1.每分通气量: 指每分钟吸入或呼出的气体总量。肺通气量 = 潮气量呼吸频率 平静呼吸时, 正常成人约为:500ml(1218)次/分 69L/min 最大随意通气量: 尽力作深、快呼吸时的肺通气量。正常成人约为70120L/min,通气贮量百分比衡量通气功能贮备能力的指标。,正常值等于或大于93%.,2. 肺泡通气量 (1)无效腔-从鼻到肺泡, 凡没有参与肺泡与血液间的气体交换的容积.解剖无效腔:从鼻到终末细支气管的呼吸道容积, 正常成人约150ml。肺泡无效腔:没有与血液进行气体交换的肺泡的容积,平卧时很小。生理无效腔= 解剖无效腔+肺泡无效腔, 解剖无效腔,解剖无
12、效腔,肺泡通气量-每分钟在肺泡中进行气体交换的有效通气量。 肺泡通气量(潮气量无效腔气量)呼吸频率 肺泡通气量比肺通气量更能反映肺通气的真实效能,第二节 气 体 交 换一、气体交换的原理 (一)气体交换的方式和动力 气体交换的方式扩散 气体扩散的动力区域间的气体分压差 气体分压(P): 混合气体中每种组成气体分子运动所产生的压力称为该气体的分压。 气体分压=总压力该气体的容积百分比,扩散速率(D): 单位时间内气体扩散的容积称为气体扩散速率. 扩散系数-溶解度与分子量的平方根之比. 气体扩散速率(D)的影响因素:,2. 血液气体和组织气体的分压(表5-2)不同组织的Po2和Pco2不同;在同一
13、组织中受组织活动水平的影响,动脉血: PO2:100mmHg PCO2:40mmHg,组织: PO2:30mmHg PCO2:50mmHg,静脉血: PO2:40mmHg PCO2:46mmHg,肺泡气: PO2:104mmHg PCO2:40mmHg,PO2=104PCO2=40,PO2=40 PCO2=46,PO2=100 PCO2=40,PO2=40 PCO2=46,PO2=100 PCO2=40,PO2=30 PCO2=50,气体交换过程,动脉血,静脉血,气体交换动画,二、气体交换的过程 (一) 肺换气过程：,肺泡气,血液,特点: 迅速,不到0.3s即可达平衡.而通常情况下,血液流经肺
14、Cap约0.7s, 即当血液流经肺Cap全长的约1/3时,已基本完成肺换气.,(二) 组织换气的过程 组织换气过程：,组织细胞,血液,(三)影响肺换气的因素： 呼吸膜的厚度: 反比； (0.21m) 2. 呼吸膜的面积: 正比; (70,安静时仅用40 ) 3. 通气/血流比值( ),通气/血流比值（ ）-每分肺泡通气量( )与每分肺血流量( )之间的比值. 正常值: 肺泡通气量: 4.2L/min肺血流量: 5L/min则:,肺动脉拴塞,1.680.84,意味着部分肺泡气未能与 血液充分交换,相当于肺泡无效腔增大,肺泡通气量下降而肺血流量不变, 则:,3,5,支气管痉挛,VA,0.60.84
15、,通气不足,V血中的气体不能 充分更新,犹如发生了动-静脉短路.,无论VAQ0.84或PCO2差,发生动、静脉短路时PO2下降 PCO2升高 2.CO2的扩散系数为O2的20倍, CO2不易潴留 3.动脉血PO2下降和PCO2升高时刺激呼吸有助于CO2排出却无助于O2的摄取.,肺脏不同局部VAQ值(不相同) *通气量: 肺尖部 肺底部血流量: 肺尖部 肺下部。 VAQ值： 肺尖部:3.3 0.84 肺底部:0.63 0.84,第三节 气体在血液中的运输O2和CO2在血液中存在的形式:物理溶解和化学结合(主要),肺泡 血液 组织,O2 溶解的O2 化学结合的O2 溶解的O2 O2,CO2 溶解的
16、CO2 化学结合的CO2 溶解的CO2 CO2,O2和CO2在血液中的运输形式,一、氧的运输运输形式:(1) 物理溶解：占1.5%；(2) 化学结合：占98.5%,与红细胞内的血红蛋白(Hb)结合成氧合血红蛋白(HbO2).,(一) Hb与O2结合的特征 1.反应快、可逆、不需酶的催化,受PO2的影响 (PO2高时结合, PO2低时解离)PO2高(肺)HbO2 HbO2PO2低(组织) 2. 是氧合,而不是氧化:Hb的Fe2+与O2结合后仍是二价铁。,3. 1分子Hb可结合4分子O2 ，1gHb可结合1.341.39ml O2 . Hb的氧容量(血氧容量)100ml血液中Hb所能结合的最大O2
17、量. Hb的氧含量(血氧容量)100ml血液中Hb实际结合的O2量. Hb的氧饱和度(血氧饱和度)Hb氧含量占Hb氧容量的百分比.,如: 某人Hb含量为15g/100ml血液,则Hb氧容量为:1.34 15 20.1ml/100ml.,如: 某人Hb浓度为15g/100ml血液,Hb氧容量为20.1ml/100ml.其动脉血Hb氧含量为20.1ml,Hb氧饱和度为: 20.1/20.1100%;其静脉血Hb氧含量为15ml,Hb氧饱和度为: 15/20.175%.,*Hb的颜色: HbO2 :鲜红色; 去氧Hb:紫蓝色; *紫绀 (发绀):当体表表浅毛细血管床血液中去氧Hb含量达5g/100m
18、l血液以上时,皮肤、粘膜呈浅蓝色的现象. 紫绀提示可能有缺氧。 注意: 缺O2不一定发绀如: 严重贫血 CO中毒发绀不一定缺O2 如:高原性红细胞增多症,(二) 氧解离曲线及其影响因素1.氧解离曲线-表示PO2与Hb氧饱和度(或Hb氧结合量)的关系的曲线.*氧解离曲线既可表示不同PO2下O2与Hb的分离情况, 同样也反映不同PO2下时O2与Hb的结合情况.,氧解离曲线呈 S 形,上段(PO260100mmHg ): 为Hb与O2结合的部分特点: 曲线平坦. 表明 PO2的改变对Hb氧饱和度影响不大,利于Hb结合较多的氧.,例: PO2 Hb氧饱和度 13.3kPa(100mmHg ) 97.4
19、% 20kPa(150mmHg ) 100% 9.3kPa(70mmHg ) 94%,意义:能为机体保持足够摄O2量提供较大的安全系数. 注意:以上解释了VA/Q不匹配时,如肺泡通气量增加,PO2升高,血氧饱和度增加有限,几乎无助于氧的摄取.,中段(PO24060mmHg):为HbO2释放O2的部分特点: 曲线较陡. 即当PO2下降时,Hb氧饱和度也下降,释放出所结合的氧(供组织利用)。,下段(PO21540mmHg):为HbO2释放O2的部分特点: 曲线坡度最陡. 即PO2稍下降,Hb氧饱和度便即大幅度下降，从而促使更多的HbO2解离,释放较多的O2 。,意义:表示血液有相当大的氧贮备量，能
20、满足组织活动增强时的需要。,动脉血 组织 PO2 100mmHg 15mmHg Hb氧饱和度 97.4% 18% 血氧含量 19.4ml% 4.4ml% O2的利用系数 = 1519.4100%=75%,2. 影响氧解离曲线的因素：*通常用P50来表示Hb对O2亲和力.*P50 使Hb氧饱和度达50%时的PO2.正常值: 26.5mmHg,50,50,波尔效应(Bohr effect)-酸度对Hb氧亲和力的影响 (酸度增大使Hb对氧亲和力降低; 酸度下降则使亲和力增高)。 波尔效应的生理意义:(1)促进肺毛细血管内Hb的氧合:血PCO2pH亲和力结合O2增加;(2)有利于组织毛细血管血液释放O
21、2:血PCO2pH亲和力释放O2增多.,(2)温度(T)的影响:(与 H+活度有关)T亲和力曲线右移促O2的释放T亲和力曲线左移不利O2的释放(3) 2,3-二磷酸甘油酸(2,3-DPG)2,3-DPG亲和力曲线右移促O2释放2,3-DPG亲和力曲线左移不利释放,(4) 其它因素1) Hb自身性质的变化：Hb中Fe2+Fe3+, Hb将失去运O2能力;2) CO 与Hb的亲和力是氧的250倍. 阻碍Hb与O2结合CO占据Hb与O2结合的位点; 妨碍HbO2对O2的解离增加其它3个血红素对O2的亲和力.,影响氧解离曲线的因素:,HbO2(%),PO2,左移 右移,二、CO2的运输(一) CO2的
22、运输形式(1)物理溶解(5%)；(2)化学结合:碳酸氢盐(88%);氨基甲酸血红蛋白(7%).,结合成碳酸氢盐进行运输,血浆 红细胞,组织,+,Hb,Hb-CO2,CO2,1. 碳酸氢盐形式,H2O,2CO,HCO3-,+,碳酸酐酶,碳酸酐酶,(1)该过程中伴有红细胞内外的Cl-转移 ; (2)在血浆中HCO3-与Na+结合生成碳酸氢钠,在RBC内HCO3-与K+结合生成碳酸氢钾.,2.氨基甲酸血红蛋白(HHbNHCOOH)在组织 HbNH2O2+H+CO2 HHbNHCOOH+O2在肺特点:(1)无需酶的催化, 反应迅速可逆;(2)主要受氧合作用的调节.,(三) O2与Hb的结合对CO2运输
23、的影响,何尔登效应(Haldane effect):-O2与Hb结合可促使CO2释放;而去氧Hb易与CO2结合.原因: 去氧Hb酸性较弱, 容易与CO2和H+结合;而HbO2酸性较强.,第四节 呼吸运动的调节,呼吸运动的特点: 有自律性但又受意识的控制. 呼吸运动的调节系统包括:(1)自主呼吸节律调节系统(低位脑干)(2)随意呼吸调节系统(大脑皮层).,一、呼吸中枢与呼吸节律(一) 呼吸中枢-中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群。 基本呼吸中枢: 低位脑干-脑桥、延髓,1. 延髓呼吸中枢： 产生节律呼吸的基本中枢 (1)背侧呼吸组(DRG): 主要含吸气神经元群集中于孤束核的腹外侧部
24、(2)腹侧呼吸组(VRG):主要含呼气神经元群和吸气神经元群 集中于疑核、后疑核、面神经后核,2.脑桥的呼吸神经元:臂旁内侧核(NPBM)和Klliker-Fuse(KF) 合称为PBKF核群,其内有呼吸调整中枢.呼吸调整中枢的作用是限制吸气，促 使吸气向呼气转换. 3.高位脑： 大脑皮层（随意呼吸调节系统）、 边缘系统、下丘脑等,延髓中枢吸气活动发生器,吸气神经元,延髓吸气切断机制,二、呼吸的反射性调节 (一) 肺牵张反射(黑-伯反射)-由肺扩张或缩小引起的吸气抑制或吸气兴奋的反射.*包括: 肺扩张反射和肺缩小反射.*正常人体平静呼吸时, 肺牵张反射不参与对呼吸的调节。, 肺扩张反射,吸气
25、肺扩张 肺牵张感受器,延髓,迷走神经,吸气切断机制,抑制吸气发生呼气,(二) 化学感受性反射1.化学感受器:(1)外周化学感受器 : 颈动脉体和主动脉体;(2)中枢化学感受器 : 延髓腹外侧浅表部位. 化学感受器的适宜刺激: A血或脑脊液中的CO2、O2和H+浓度的变化.,化学感受器: 适宜刺激是化学物质的感受器. (1) 外周化学感受器,外周化学感受器,中枢化学感受器,脑脊液和局部组织间液的H+,(2)中枢化学感受器:延髓腹外侧浅表部位,影响呼吸的 化学敏感区,呼吸有关 核团,化学敏感区,H+HCO-3H2CO3 CO2H2O,A,B,中枢化学感受器A：延髓腹外侧的三个化学敏感区B：血液或脑
26、脊液PCO2升高刺激呼吸的中枢机制,CA,2. CO2 、H+ 和O2对呼吸的调节 (1) CO2对呼吸的影响,影响途径： 直接作用中枢化学感受器（主要途径） 兴奋颈动脉体和主动脉体外周化学感受器,吸入气的CO2含量,动脉血中的PCO2,二氧化碳迅速通过血脑屏障,脑脊液H+ ,刺激中枢化学感受器,呼吸中枢兴奋,呼吸加强,中枢途径,吸入气的CO2含量,动脉血中的PCO2,颈A体主A体,呼吸中枢兴奋,呼吸加强,窦 N 迷走N,外周途径,CO2对呼吸的影响：1. 一定水平PCO2维持呼吸中枢兴奋的必要条件； 2. 吸入气中的CO2浓度适量增加(1% 7%),使呼吸加深加快； 3. 但A血中PCO2过高可以引起呼吸中枢麻痹，抑制呼吸。,(2) H+对呼吸的影响,动脉血中 H+ ,外周化学感受器途径,呼吸加强,H不易通过血脑屏障, 对中枢化学感受器的影响很弱.,(3) O2对呼吸的影响,当动脉血中PO260mmHg时,呼吸无明显变化; 当动脉血中 40mmHgPO2 60mmHg时:称低氧或缺氧 呼吸加深加快; 当动脉血中 PO2 40mmHg时, 称重度缺氧 呼吸抑制.,抑制呼吸中枢,刺激外周化学感受器,兴奋呼吸中枢,呼吸加强,动脉血中PO2,直接,低氧对呼吸的影响机制:,
