1、第七章呼吸系统生理,呼吸：机体与外界环境之间的气体交换过程。呼吸全过程：肺呼吸(外呼吸)运输细胞呼吸(内呼吸),呼吸：,呼吸三环节： 1. 外呼吸(肺呼吸): 肺通气： 肺换气： 2. 气体在血液中的运输 3. 内呼吸(组织呼吸): 组织换气： 细胞内氧化代谢：,呼吸 : 机体与外界环境之间的气体交换过程。 血液循环 肺 组织细胞 O2 O2 CO2 CO2 肺通气 肺换气 气体在血液 组织 细胞内氧 中的运输 换气 化代谢 外呼吸 内呼吸,呼吸系统包括了呼吸道和肺泡。呼吸道：分上、下两部分，上呼吸道由鼻、咽、喉组成，下呼吸道由气管及各级支气管组成。呼吸道有加温、润湿和净化空气的功能，有通过调
2、节支气管平滑肌的舒缩来改变呼吸道的口径进而影响气流阻力的功能，但呼吸道不具备气体交换的功能。,肺泡：人体左右肺共有6-7亿个，总面积约为70-100平方米。从由单层上皮细胞构成的肺泡膜到肺毛细血管壁，是气体交换必须穿越的结构，该结构称作呼吸膜，呼吸膜共有六层结构，其厚度仅为l从m，厚度越薄，气体的通透性越强。,呼吸道主要功能 1、加温湿润：主要在鼻咽部（血流丰富、粘液）。临床气管插管。 2、过滤清洁 上呼吸道：鼻毛、鼻甲(10微米)。 气管、支气管、细支气管：纤毛上皮细胞粘液毯(2-10微米)。干燥、抽烟、其它刺激性气体可破坏纤毛运动。 呼吸性细支气管以下：(肺容积； 壁层胸膜紧贴于胸廓内壁,
3、 大气压对其影响极小。,肺为何能随胸廓而运动：,(1) 密闭性; (2) 内聚力; (3) 肺的扩张性.气胸: 闭合性气胸 开放性气胸 张力性气胸,两种力： 肺内压 使肺扩张 肺的弹性回缩力 使肺泡回缩 胸内压 = 肺内压肺弹性回缩力 吸气末和呼气末,气流停止, 肺内压 = 大气压 胸内压=大气压肺弹性回缩力 若以大气压为0为标准 , 则： 胸内压=肺弹性回缩力,力学分析:,胸内压的生理意义,(1) 维持肺叶的扩张状态(气胸-肺不张)，有利于肺泡进行气体交换； (2) 有利于静脉血和淋巴液回流(腔静脉和胸导管) 临床上为了治疗目的,可入一定量的空气于一侧胸膜腔内造成局部闭所性气胸,以压缩结核性
4、空洞.人工气胸将自行吸收。,二、肺通气的阻力,弹性阻力(70%)-静态阻力 肺的弹性阻力 胸廓的弹性阻力 非弹性阻力 (30%)-动态阻力 气道阻力(80%) 惯性阻力(10%) 粘滞阻力(10%),呼吸运动产生的动力,在克服肺通气所遇到的阻力后,方能实现肺通气。阻力增高是临床肺通气障碍的常见原因。,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,肺容积变化(V) 肺顺应性(CL)= = 0.2L/cmH2O 跨肺压力变化(P) 肺内压与
5、胸膜腔内压之差,(一)弹性阻力: (1)肺的弹性阻力 顺应性 =(1/弹性阻力) 顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。 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,测得的肺顺应性（L/cmH2O） 比顺应性= 肺总量（L）,因肺顺应性还受肺总量的影响，所以应测单位肺容量下的顺应性，即比顺应性。,来源： 肺的弹性阻力,1.肺泡表面张力 说明肺泡内液-气界面（表面张力）是否存在，与肺的弹性阻力有着密切关系。,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。,肺弹性组织回缩力:1/3,肺泡表面张力:2/3,离体肺在充气和
6、充水时（扩张肺至相同容积），可见充气所需的压力充水。,根据Laplace定律: P(N/cm) 肺泡内压力(P): 与表面张力(T)成正比, 与肺泡半径(r)成反比。,肺泡表面张力的作用： a.肺泡回缩肺通气（吸气）阻力 b.肺泡内压不稳定肺泡破裂或萎缩 c.促肺泡内液生成产生肺水肿,2T(N/cm),r(cm),（2）胸廓的弹性阻力,肺容量变化(P) 胸廓顺应性 = 0.2L/cmH2O 跨壁压(P),胸廓的弹性阻力则是由胸廓的弹性组织所形成。胸廓的弹性阻力的作用方向，则视胸廓扩大的程度而异: 胸廓处于自然位置时(肺容量67)，不表现有弹性回缩力；胸廓缩小时(肺容量67)，胸廓的弹性回缩力向
7、外=吸气的动力，呼气的阻力；胸廓扩大时(肺容量67)，胸廓的弹性回缩力向内=吸气的阻力，呼气的动力。,肺充血、肺不张、表面活性物质减少、肺纤维化和感染等原因肺弹性阻力(肺顺应性)吸气困难。,肺气肿时肺弹性成分破坏肺回缩力肺弹性阻力(肺顺应性)呼气困难。,故肺顺应性加大并不一定表示肺通气功能好。,肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚、腹内占位病变等原因弹性阻力(顺应性)但引起通气障碍的情况较少。,影响弹性阻力的因素：,(二)非弹性阻力气道阻力,推动气体流动的压力气道阻力= 单位时间内气体流量,气道阻力特点:,只在呼吸运动时产生；,流速快阻力大,与气体流动形式有关：,层流阻力小,湍流阻力大,与气道半径的4次方
8、成反比：,（R1r4）,影响气道阻力的因素：,跨壁压：呼吸道内压力高跨壁压大管径被动扩大阻力。肺实质对气道壁的外向放射状牵引作用：小气道的弹性组织对无软骨支持的细支气管保持通畅。气道管壁平滑肌舒缩活动：迷走NAch + M受体收缩气道阻力；交感NNE +2受体舒张气道阻力；非NE非Ach共存递质的调制(如神经肽）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。,化学因素的影响：,儿茶酚胺气道平滑肌舒张PGF2气道平滑肌收缩；PGE2气道平滑肌舒张。过敏反应时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、
9、释放肺内皮素气道平滑肌收缩。,(一)肺容量,机能余气量余气量补呼气量 肺总容量肺活量余气量 肺活量补吸气量潮气量补呼气量 正常值：t1末=83，t2末=96,t3末=99 。,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。,意义：反映肺活量容量的大小、呼吸所遇阻力的变化，是评价肺通气功能较好指标，阻塞性肺疾患的时间肺活量。,三、肺容量和肺通气量,肺容积：（基本的有四个，互不重叠1、潮气量：(tidal volume,TV) 概念、正常值 (平静时：400600 ml，运动时增大。)2、补吸气量吸气储备量：(inspiratory reserve volume,IRV) 概念、
10、正常值(15002000 ml)。3、补呼气量呼气储备量：(expiratory reserve volume,ERV) 概念、正常值(9001200 ml)。4、余气量残气量：(residual volume,RV) 概念：最大呼气末，尚存留于肺中不能再呼出的气量。 正常值(10001500 ml)。支气管哮喘和肺气肿患者，余气量增加。,补 吸 气 肺 深 量 肺 吸 潮 活 气 气 总 量 量 量 补 量 呼 功 气 能 量 残 残 气 气 量 量,概念：平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气量。 等效：潮气量补吸气量 或 肺活量补呼气量 生理意义：衡量最大通气潜力 临床：胸廓、胸膜、肺组织和
11、呼吸肌等的病变，可使深吸气量减少而降低最大通气潜力。,1、深吸气量：,概念：平静呼气末尚存留于肺内的气量等效：余气量补呼气量 正常值：成人约2500ml生理意义：缓冲呼吸过程中肺泡气和动脉血中氧和二氧化碳分压（PO2和PCO2的过度变化,以利于气体交换。(稀释作用)临床：肺气肿、支气管哮喘、支气管阻塞患者以及老年人等功能余气量增加。 而实质性病变(肺纤维化等),功能余气量降低。,2、功能余气量（Functional residual capacity ,FRC),3、肺活量和时间肺活量,肺活量(Forced vital capacity FVC)概念: 最大吸气后，从肺内所能呼出的最大气量（V
12、C。反映一次吸气中肺的最大通气量,是静态肺功能的重要指标。等效：潮气量补吸气量补呼气量 正常值：正常成年男性约3500ml，女性 2500ml,影响因素：性别、年龄、体表面积、胸廓大小、呼吸肌发达程度以及肺和胸壁的弹性等因素有关，而且有较大的个体差异。 临床：肺活量反映了肺一次通气的最大能力，在一定程度上可作为肺通气功能的指标。但由于不限制时间故不能充分反映肺组织的弹性状态和气道的通畅程度。如病人患有严重的阻塞性肺气肿、肺组织弹性降低或呼吸道狭窄 通气功能已受到严重破坏，但若延长呼气时间，所测肺活量可以是正常的。 由于肺活量于同一个体的重复性较好，各次测定值之差一般小于 200 ml，所以适于
13、作自身比较。定期检查某个体的肺活量，将有助于了解其肺功能的变化、疾病的进展和治疗效果。,时间肺活量(timed vital capacity,TVC)或用力呼气量 (Forced expiratory volume,FEV),概念：单位时间内呼出的气量占肺活量的百分数。让受试者先作一次深吸气, 然后以最快的速度呼气分别测量第1、2、3s末呼出的气量，计算其所占肺活量的百分数，分别称为1、2、3s的时间肺活量。正常人分别为83%、96%、99%。(动态指标) 临床：阻塞性肺疾病，需5秒以上才能呼出全部的肺活量。,4 3 2 第1秒 肺 1 0 容 0 1 2 3 4 5 6 7 S 4 量 3
14、2 第1秒 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 S,4、肺总量(total lung capacity, TLC) 概念：肺所能容纳的最大气量。肺活量余气量 正常值：成年男性平均为 5000ml，女性 3500ml。 影响因素：同肺活量 临床意义：判断是否存在肺限制性疾病和疾病程度的最重要指标，根据肺总量减少的程度对肺限制性疾病进行分类： 肺总量大于 80% 正常预测值 轻度 肺总量小于 60% 正常预测值 中度 肺总量小于 40% 正常预测值 重度,（二）、肺通气量(Pulmonary ventilation),每分通气量：概念： 每分钟进或出肺的气体总量，包括无效腔和肺泡内的气量，每分
15、通气量 呼吸频率潮气量。正常成人 ： 1218次 500ml 69L 影响因素：性别、年龄、身材、活动量。一般测定基础条件下每平方米体表面积的每分通气量。,最大通气量：,概念：尽量作深快呼吸时，每分钟所不能吸入或呼出的气量。 生理意义：是估计一个人能进行多大运动量的生理指标之一； 测定方法：106 或154，70120L 通气功能的储备能力 ：以通气储备百分比表示，正常值大于或等于93% (P161). 影响因素: 年龄、身材、性别和被试者的合作程度。 临床： 肺或胸廓顺应性降低，呼吸道阻力增加、呼吸肌收缩力降低、呼吸中枢病变等，均可导致最大通气量降低。,肺泡通气,无效腔气量：每次吸入气中未能
16、进行气体交换的气量。生理无效腔解剖无效腔肺泡无效腔解剖无效腔：通道、净化、加温、湿润肺泡无效腔：正常人接近于零，肺A栓塞、肺A脉管炎、过度通气，肺泡无效腔增大,肺通气量： 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) 通气贮存量百分比= 2.肺泡通气量(潮气量-无效腔量)呼吸频率 解剖无效腔：无气体交换能力的腔（从上呼吸道呼吸性细支气管）。 肺泡无效腔：因无血流通过而不能进行气体交换的肺泡腔。 生理无效腔解剖无效腔肺泡无效腔,最大通气量,最大通气量-每分通气量,100%,93%(反映通气贮备能力),= 68 L/min,= 70120 L/min,= 4
17、.26.3 L/min,肺泡通气量(Alveolar ventilation)概念：每分钟吸入肺泡的新鲜空气量，等于(潮气量-无效腔气量)呼吸频率呼吸频率 潮气量 肺通气量 肺泡通气量 (次/min) (ml) (ml/min) (ml/min) 16 500 8000 5600 8 1000 8000 6800 32 250 8000 3200结论：深而慢的呼吸比浅而快的呼吸效率高,一、气体交换 原理：扩散。 动力：膜两侧的气体分压差。 条件：气体的理化特性、膜通透性和面积、分压差。 速率： 扩散速率（D）扩散速率与分压差、温度、气体溶解度、扩散面积呈正比；与扩散距离、分子量的平方根呈反比。
18、 气体的溶解度/分子量的平方根之比为扩散系数。扩散系数大，扩散速率快。,扩散距离分子量,分压差温度气体溶解度扩散面积,=,第三节气体交换和运输,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： 肺血 组织血 血 血,(一)气体交换过程,（二）、影响气体交换的因素 1、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 O2 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1 CO2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2 ,CO2的扩散系数是O2的20倍,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
19、分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。 肺功能衰竭患者往往缺O2显著，CO2潴留不明显。,(ml/L) （KPa） （KPa） （KPa）,2.呼吸膜,正常呼吸膜非常薄，平均厚度不到1m，通透性与面积极大(70-100m2)。安静状态时仅有40m2参与气体交换故呼吸膜有相当大的贮备面积,呼吸膜,正常呼吸膜通透性与面积极大(70-80m2)。 血液流经肺毛细血管全长约需0.7s，而完成气体交换时间仅需0.3s(前1/3段)=气体交换的时间储备； 安静状态时仅有40m2参与气体交换=气体交换的面积储备1.厚度：肺纤维化、尘肺、肺水肿呼吸膜厚度通透性气体交换； 特别在运动时，耗氧量肺血流
20、速（=气体交换时间），呼吸膜厚度气体交换 。 2.面积：肺气肿、肺不张、肺叶切除呼吸膜面积气体交换。,3.通气/血流比值,指每分钟肺泡通气量(VA)和每分钟肺毛细血管血流量(Qc)之比值，简写为VA/Qc。 安静时： VA/Qc比值(4200/5000)=0.84。 小于0.84，意味着通气不足； 大于0.84，意味着通气过剩，血流不足 。,4.局部器官血流量,通气/血流比值 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）,(5L/min 0.84),
21、(4.2L/min),几点说明： VA/Qor换气效率缺O2和CO2潴留的症状;但以缺O2为主，原因： A-V血间PO2PCO2 功能性A-V短路时，A血PO2的程度V血PCO2； CO2的扩散系数是O2的20倍，CO2的扩散速O2，不易出现CO2潴留的症状； A血PO2和PCO2时，可刺激呼吸，增加肺泡通气量，有助于CO2的排出，而几乎无助于O2的摄取（O2和CO2解离曲线的特点所决定的）。,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.
22、24 0.82 Q（L/min）0.07 1.29 VA/Q 3.4 0.64,*肺扩散容量（DL） 概 念：指气体在单位分压差作用下每分钟通过呼吸膜扩散的体积。 意 义：肺扩散容量是测定呼吸气通过呼吸膜的能力的一种指标。 正常值：O2的DL=21mLmin-1mmHg-1 剧烈运动时O2的DL可增加到60mLmin-1mmHg-1。 因为：肺血流量原关闭状态的肺泡毛细血管开放换气面积换气量； 肺通气量肺泡的通气-血流变得更加匹配换气效率。,CO2的DL=400450mLmin-1mmHg-1 每分耗氧量为21mLmin-1mmHg-111mmHg=230mLmin-1,二、气体在血液中的运输
23、,运输形式: （一）物理溶解:气体直接溶解于血浆中。 特征:量小,起桥梁作用； 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。 物理溶解 化学结合,动态平衡,（一）、氧的运输 物理溶解：(1.5%) 化学结合:(98.5%) O2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,1分子Hb可与4分子O2可逆结合（4个亚基各结合1个O2） Hb+O2结合的最大量氧容量 100ml血 Hb+O2结合的实际量氧含
24、量 氧含量氧容量的%氧饱和度,2. O2与Hb结合的特征: 反应快、可逆、受PO2的影响、不需酶的催化； 是氧合，非氧化:Hb-Fe2+ + O2 Fe2+-HbO2 （因O2结合在Hb的Fe2+上时，无电荷的转移）, Hb+O2的结合或解离曲线呈S形,机制：与Hb 的变构有关： 氧合Hb 为疏松型（R型） 去氧Hb 为紧密型（T型） 当O2与Hb的Fe2+结合后 Hb4个亚基间的盐键逐步断裂 Hb分子由T型R型 （即对O2 的亲和力逐步）R型的亲O2力为T型的数百倍,即：,当Hb某亚基与O2结合或解离后Hb变构其他亚基的亲O2力orHb4个亚基的协同效应便呈现S形的氧离曲线特征。,氧离曲线特
25、征及生理意义,1.上段:PO28.013.3kPa(80100mmHg）坡度较平坦。表明：PO2变化大时，血氧饱和度变化小。 意义:保证低氧分压时的高载氧能力。 2.中段:PO28.05.3kPa(4080mmHg)坡度较陡。表明：PO2降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。意义:维持正常时组织的氧供。 3.下段:PO25.32.0kPa(1540mmHg)坡度更陡。 表明：PO2稍有下降,血氧饱和度就急剧下降。 意义:维持活动时组织的氧供。,P50：指Po2 为26.5mmHg时Hb氧饱和度达到50%。P50表示氧离曲线的正常位置。,P50: 表明 Hb 对o2的亲和力（氧离易），需更高的
26、Po2才能使Hb氧饱和度达到50%。 即曲线右移（下移）：Pco2 PH2,3-DpG T P50: 表明 Hb 对o2的亲和力（氧离难）, 较低的Po2便能使Hb氧饱和度达到50%。 即曲线左移（上移）: Pco2 PH 2,3-DpG,影响氧离曲线的因素,T Pco,1. Pco2 PH Pco2PH氧离曲线右移 Pco2PH氧离曲线左移 CO2+ H2OHCO3-+H+H+ 当H+与Hb的某些A-的残基基团结合，促进Hb盐键形成Hb构型变氧离曲线位移。如：,(1)组织：H+促进Hb盐键形成Hb构型变为T型 Hb与o2亲和力氧离曲线右移氧离易。,这种酸度对Hb与o2亲和力的影响，称为波尔效应(Bohr effect)，其意义：在肺脏促进氧合在组织促进氧离。,(2)肺脏：H+ 促进Hb盐键断裂Hb构型变为R型 Hb与o2亲和力氧离曲线左移氧合易。,2.温度 T氧离曲线右移 T氧离曲线左移 T变化H+的活度变化Hb与o2亲和力变化Hb构型改变氧离曲线位移。如：,
