1、呼 吸,Respiration,呼 吸机体与外界环境之间的气体交换过程,第一节 肺通气pulmonary ventilation,肺通气Pulmonary ventilation肺与外界环境之间的气体交换过程,肺通气的概念,Pharynx,Larynx,(Esophagus),Trachea,Right lung,Bronchus,Bronchiole,Diaphragm,Heart,SEM,Leftlung,Nasalcavity,Terminalbronchiole,Branch ofpulmonaryvein(oxygen-richblood),Branch ofpulmonaryart
2、ery(oxygen-poorblood),Alveoli,ColorizedSEM,50 m,50 m,肺泡,胸廓,呼吸道,阻力 - 阻止气体流动的力,动力 - 推动气体流动的力,动力 阻力 , 气体开始流动，实现肺通气,（一）肺通气的动力（power of pulmonary ventilation ）,肺内压变化,1. 呼吸过程中肺内压的变化,吸气：,肺内压周期性/造成压力差（肺内压大气压）是推动气体进/出肺的直接动力,呼气：,肋间外肌,膈肌,斜角肌,胸锁乳突肌,2. 呼吸运动 respiratory movement,肋间内肌,腹肌,呼气肌,（1） 呼吸过程 (平静呼吸),平静呼吸eu
3、pnea,用力呼吸forced breathing,吸气肌收缩,吸气,呼气,吸气肌舒张,主动,被动,（2）呼吸运动的形式,胸式呼吸Thoracic breathing,腹式呼吸Abdominal breathing,临床诊断中的意义,3、胸膜腔内压（intrapleural pressure）,平静呼气末: - 5 - 3mmHg平静吸气末: -10 - 5mmHg,（1）胸膜腔内压的测量,肺内压,肺回缩压,（2）胸膜腔内压的形成,胸膜腔是密闭的，不直接与外界相通胸廓坚固，外力不易直接作用在胸膜腔壁层胎儿在出生前和出生后胸廓的生长速度快于肺，造成胸廓经常牵引着肺，使肺始终处于扩张状态，只是程度
4、不同而已,使肺泡总是处于扩张状态 有利于血液和淋巴液回流,（3）胸膜腔内压的意义,气胸 （Pneumothorax）,（二）肺通气的阻力,1 .弹性阻力和顺应性 弹性阻力：物体对抗外力作用引起变形的力称为弹性阻力 顺应性 ( compliance ) ：单位跨壁压（P）变化所引起的容积（ V）变化,肺静态顺应性曲线：,CL = 0.2 L / cmH2O （平静呼吸时）,肺弹性阻力的来源1/3来自肺组织本身的弹性回缩力(弹性纤维）2/3来自肺泡表面张力表面张力：液面上存在的方向与表面相切的张力，称为表面张力,Laplace law : P = 2T / r P 压强 T 表面张力系数 取决于形
5、成界面的气体和液体的性质 r 肺泡半径 说明：半径越小，表面张力引起的回缩压越大,4 ) 肺泡表面活性物质性质：脂蛋白混合物（DPL/ SP） 肺泡型细胞合成、释放特点：DPL以单分子层垂直排列于肺泡液- 气界面,密度随肺泡的张缩而改变功能 ：降低肺泡液-气界面的表面张力,功能： 有助于维持肺泡的稳定性（密度变化） 维持大小肺泡的容积 防止吸气时肺泡过度扩张，呼气时过度缩小 减少肺间质和肺泡内的组织液生成 防止肺水肿发生 降低吸气阻力，减少吸气作功,与临床的关系 初生儿缺乏肺表面活性物质（ 呼吸窘迫综合征）,（2） 胸廓的弹性阻力和顺应性,惯性阻力 ：气流和组织的惯性所产生 的阻止肺通气的力,
6、粘滞阻力 ：呼吸时组织相对位移所发 生的摩擦,气道阻力 ：气体分子间，气体和气道 壁间的摩擦（8090）,动态阻力,2.非弹性阻力,影响气道阻力的因素,气流速度：流速快，阻力大,管径大小R: R = 1/r4,影响气道管径的因素,跨壁压,肺实质对气道壁的外向牵引作用,自主神经对气道壁平滑肌活动的调节,化学因素的影响,小 结,胸膜腔内压的作用,肺总量,肺活量,深吸气量,功能残气量,补吸气量,补呼气量,残气量,潮气量,二、肺通气功能的指标（一） 肺容积和肺容量,用力肺活量（ FVC ）用力呼气量 （FEV） 一定时间呼出气量占用力肺活量的百分比,肺通气量（minute ventilation vo
7、lume）1. 肺通气量指每分钟吸入或呼出的气体总量 每分通气量 = 潮气量 呼吸频率2.最大随意通气量是尽力作深快呼吸时每分 钟所能吸入或呼出的最大气体量3.通气贮量百分比反映了通气功能的储备能力,无效腔与肺泡通气量,无效腔（dead space ）,150,2500,解剖无效腔,呼气末,不同呼吸频率和深度对肺泡通气量的影响,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,结论：,正常安静,深慢呼吸,浅快呼吸,被测者,（三）呼吸功,定义：呼吸过程中，呼吸肌为克服弹性阻力 和非弹性阻力而实现肺通气所做的功,正常值（平静呼吸）：0.3 0.6 Kg m2呼吸功占全身总耗能的 3,第二节
8、 肺换气和组织换气,一、 肺换气和组织换气的基本原理,气体的扩散气体分子从分压高处向分压低处发生净移动气体扩散速率：单位时间气体扩散的容积 气体的分压差 气体分子量，溶解度 扩散距离和面积 温度,概念：混合气体中，每种气体分子运动产生的压力称为该气体的分压人体不同部位气体的分压（mmHg）,二、肺换气, 概念 指肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换 肺换气的过程 特点：快、0.3秒达平衡,(三) 影响肺换气的因素,气体的分压差 呼吸膜的厚度 呼吸膜的面积通气/血流比值每分肺泡通气量和肺血流量之间的比值正常情况下 VA/Q = 4.2/5 = 0.84,呼吸膜的结构,V / Q 比值在0.84 时
9、气体交换的效率最高,血泵功能下降时，V / Q 0.84 : 相当于增大了肺泡无效腔气泵功能下降时，V / Q 0.84 : 相当于发生了功能性 A - V短路 V/Q比值不当时通常缺氧明显，CO2潴留不明显,原因： 动-静脉短路时，动-静脉间O2 的分压差远大于CO2 的分压差 CO2的扩散系数是O2的20倍 动脉血PO2下降和PCO2 升高时，可刺激呼吸运动加强，这有助于CO2的排出，却无助于O2的摄入，因为氧解离曲线呈 “ S ” 形,整个肺V/Q比值不均,(三)肺扩散容量,气体在1mmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体的ml数,肺扩散容量的大小反映呼吸膜的面积和厚度,三、组
10、织 换 气,影响因素：细胞内氧化代谢的强度和血流量,第三节 气体在血液中的运输,一、O2 和CO2在血液中存在的形式,二、氧的运输 运输的形式 物理溶解：占1.5% 化学结合：占98.5%，以HbO2形式, H b与O2结合的特征,反应快、可逆、不需酶的催化，受PO2影响,Hb氧容量：100ml血液中，Hb能结合的最大氧量Hb氧含量： 100ml血液中，Hb实际结合的氧量Hb氧饱和度：指氧含量与氧容量的百分比,反应为氧合，Fe2+结合O2后化合价仍为价分子Hb可结合4分子O2,Hb（Fe 2+）+ O2,T型（紧密型）Hb,R型（疏松型）Hb,盐键断裂,Hb对O2亲和力增加数百倍, Hb与O2
11、的结合或解离曲线呈S形，与Hb的变构效应有关,去氧Hb,氧合Hb, 氧解离曲线（oxygon dissociation curve）,概念定义：又称氧合血红蛋白解离曲线，是表示PO2与Hb氧饱和度关系的曲线意义：表明不同PO2下O2与Hb的分离情况，及不同PO2下O2与Hb的结合情况曲线特点：S形,上段(60100mmHg):平坦、Hb与O2结合、PO2影响小,中段(4060mmHg):较陡、Hb与O2解离,下段(1540mmHg):最陡、 Hb与O2解离、PO2影响大, 氧解离曲线的特点及功能意义,影响氧解离曲线的因素,pH和PCO2波尔效应温度2，3-DPG其它 Hb的状况 CO中毒,三、
12、CO2的运输,形式1.物理溶解（占5%）2.化学结合碳酸氢盐（占88%）氨基甲酸血红蛋白（占7%）,在肺, CO2 解离曲线,定义：血液中CO2含量与Pco2关系的曲线曲线特点：近似线性关系，无饱和点 何尔登效应：O2与Hb结合可促使CO2的释放；去氧Hb容易与CO2结合,第四节 呼吸运动的调节,一、呼吸中枢（respiratory center） CNS中，产生和调节呼吸运动的神经细胞群 各级中枢脊髓 初级中枢 前角有支配呼吸肌的运动神经元低位脑干 延髓 基本中枢，产生基本节律的呼吸, 脑桥上部 呼吸调整中枢，集中于PBKF核群。作用是限制吸气，促使吸气向呼气转换, 高位脑： 下丘脑 边缘系
13、统 大脑皮层：保证呼吸相关活动的完成。其呼吸调节系统是随意呼吸调节系统,二、呼吸节律的形成 呼吸节律形成的两种学说 起搏细胞学说 延髓per -Btzinger复合体中存在电压依 赖性起步神经元 神经元网络学说 中枢吸气活动发生器和吸气切断机制,中枢吸气发生器,吸气切断机制,CO2, 肺扩张 肺牵张感受器,二、呼吸的反射性调节,化学感受性反射肺牵张反射呼吸肌本体感受性反射防御性反射,（一）化学感受性呼吸反射,化学感受器 外周化学感受器 颈动脉体、主动脉体 感受动脉血PO2、PCO2和H+浓度,颈动脉体受刺激（型细胞）,细胞内Ca2+,外周传导通路,特点：对缺氧敏感，不易产生适应,（2）中枢化学
14、感受器：位于延髓腹外侧表浅部位,中枢传导通路：,特点： 不感受CO2本身，感受的是脑脊液中或局部细胞外液中的H+ 浓度，但血中 H+ 不易通过血脑屏障，血pH作用小 对 PCO2敏感，不感受缺氧,中枢化学感受器：调节脑脊液H+， 维持稳定的PH,外周化学感受器：在低O2状态，是维持呼 吸的驱动力, CO2 、 H+和O2对呼吸的调节（单因素）,PO2、PCO2和H+浓度均可引起呼吸加深加快，肺通气量增加三者引起的肺通气反应大致接近,CO2：刺激呼吸的机制：吸入含CO2的混合气，肺泡气Pco2动脉血Pco2,（快，20%）,（慢、重要，80%）,（1）CO2： PCO2轻度升高，兴奋呼吸,PCO
15、2重度升高，呼吸抑制，甚至出现CO2麻醉,（2） H+ 动脉血中H+增加时呼吸加深加快，肺通 气量增加 机制: 主要通过外周化学感受器反射引起,（3）O2： PO2低于80mmHg时使呼吸兴奋 机制: 通过外周化学感受器反射引起 缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制注意：慢性通气低下引起低氧时，不能吸纯氧，否则会导致呼吸抑制,3. CO2 、 H+和O2在呼吸调节中的相互调节,CO2作用最强，且比单独CO2作用强H+作用次之，比单独H+作用弱O2作用最弱，比单独O2作用弱,增加吸入气中CO2的浓度,Pco2,增大无效腔对呼吸的影响,进入肺内与血液进行气体交换的空气量,由家兔耳缘静脉注入3%乳酸12m
16、l,血液中H+, 概念:由肺扩张引起的吸气抑制，肺萎陷引起吸气兴奋的反射称为肺牵张反射，亦称为黑-伯反射 形式：肺扩张反射和肺萎陷反射,（二）肺牵张反射（ pulmonary stretch reflex）,肺扩张反射：,肺扩张 气管、细支气管平滑肌牵张感受器兴奋 迷走神经传入冲动增加 吸气切断机制兴奋，抑制吸气，转为呼气,肺萎陷反射,1.过程：肺萎陷气道平滑肌感受器兴奋吸气抑制2.生理意义防止呼气过深或肺不张,剪断双侧迷走神经, 呼吸肌本体感受性反射 防御性呼吸反射 咳嗽反射 喷嚏反射,掌握内容：,肺通气的动力，呼吸运动时肺内压的变化，空气进出肺的过程，胸内压的形成及其生理意义肺泡表面张力、
17、肺泡表面活性物质及其生理意义肺容量，每分通气量、无效腔和肺泡通气量。影响肺换气的因素。通气/血流比值及其与肺换气的关系Hb与O2结合的特征，氧离曲线与影响因素。O2与CO2在血液中的运输形式呼吸中枢的概念。肺牵张反射化学因素对呼吸的调节：化学感受器，CO2、低O2和H+浓度对呼吸的调节作用以及三者在调节呼吸中的相互作用,Fig. 42-27,Breathingcontrolcenters,Cerebrospinalfluid,Pons,Medullaoblongata,Carotidarteries,Aorta,Diaphragm,Rib muscles,O2 pickup CO2 relea
18、se,O2 release CO2 pickup,7. Deep-diving air-breathers stockpile oxygen and deplete it slowly,7. Deep-diving air-breathers stockpile oxygen and deplete it slowly,Adaptations to oxygen conservation Oxygen stores 2-3 x more than humansHumans: 36% of our total O2 in lungs and 51% in our blood.Weddell se
19、al holds 5% of its O2 in its small lungs and stockpiles 70% in the blood. Skeletal muscles and blood as primary storage site (myoglobin)Weddell seal to store about 25% of its O2 in muscle, 13% in humans,Deep-diving air-breathers stockpile oxygen and deplete it slowly,Adaptations to oxygen conservation Reduce heart rate when diving (120 beats/min to 6 b/min)seals and sea lions store oxygenated blood in their extra-large spleen (which can be 45% of their body weight)Maintain blood flow to brain, heart,
