中国医科大学-生理学-课件-生理第5章课件

呼吸过程的基本环节：,血液循环 肺 组织细胞 O2 O2 CO2 CO2,第五章 呼 吸 respiration,肺通气,肺换气,气体在血 液中运输,组织 换气,细胞内 氧 化,外呼吸,内呼吸,第一节 肺通气 Pulmonary Ventilation,一、肺通气的原理 (一)肺通气的动力 1.呼吸运动 Respiratory movement 1) 吸气 inspiration 肋间外肌收缩肋骨上移胸廓前 后径和左右径增大肺内压下降<大 气压气体入肺泡吸气,吸气,呼气,膈肌收缩膈下移胸廓上下径增大肺内压下降<大气 压气体入 肺泡吸气,2)呼气 expiration 肋间外(膈)肌舒张肋骨(膈)下(上) 移胸廓前后(上下)径减小肺内压 上升大气压肺泡气体流出呼气。 *平静呼吸时,因膈肌收缩而增加的胸 腔容积约占总通气量4/5。所以膈肌 收缩在肺通气中起重要作用 呼吸运动是肺通气的原动力,由此 造成的肺内压与大气压的压差是推动 气体进出肺的直接动力。,2. 肺内压Intrapulmonary pressure 存在于肺泡内 的压力。 人工呼吸 artificial respiration,大气压,3.胸膜腔内压 Intrapleural pressure 胸内压:存在于胸膜腔内的压力。 测定方法:直接法；间接(测食管内压)法 胸内压=大气压-肺回缩力= -肺回缩力 平静呼气末:-5 -3mmHg; 吸气末:-10 -5mmHg 意义:1)有利于维持肺的扩张状态; 2)有利于静脉和淋巴回流。,吸气,呼气,肺内压,胸内压,- 4cmH2O,7cmH2O,呼吸时胸内压变化,大气压,pneumothorax 气胸,人工气胸的临床应用,(二) 肺通气的阻力 Resistance,肺的弹性阻力 占总 弹性阻力 阻力 胸廓的弹性阻力 70% 气道阻力 占总阻力 非弹性阻力 惯性阻力 30% 粘滞阻力,1.弹性阻力和顺应性： elastic resistance 主要成分:二软脂酰卵磷脂(DPPC) Dipamitoyl phosphatidyl choline 表面活性物质结合蛋白(SP) Surfactant-associated protein 生理作用:降低肺泡液-气界面表面张力. 这种作用的生理意义: 有助于维持大小肺泡的稳定性,增大顺应性，维持肺扩张，降低 吸气 阻力， 减少吸气作功。 防止肺水肿。,(2)胸廓的弹性阻力和顺应性： 1)肺容量/肺总量=67%(平静吸气末) 胸廓处于自然位置，不表现弹性阻力； 2)肺容量/肺总量67%(深吸气) 胸廓扩大，弹力向内，吸气阻力，呼气动力； 4) Cchest wall=V/P = 0.2 L/cmH2O V:胸腔容积的变化 P:跨胸壁压(为胸膜腔内压与大气压之差),(3)肺、胸廓的总弹性阻力和总顺应性： 肺和胸廓两者呈串联排列 1)总弹性阻力： RL+ch w=RL+Rch W 2)总顺应性： 1/CL+ch w=1/CL + 1/Cch W =1/0.2 + 1/0.2 CL+ch w =0.1 L/cmH2O,2.非弹性阻力non-elastic resistance (1)惯性阻力:气流在发动、变速、换向时， 因气流和组织的惯性所产生的阻力. (2)粘滞阻力:来自呼吸时组织相对位移所发 生的摩擦; (3)气道阻力:来自气体流经呼吸道时气体分 子之间和气体分子与气道壁之间的摩擦;占 非弹性阻力的80%90%。 气道阻力的表示：维持单位时间内气体流量所需的压力差。即:,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),(4)影响气道阻力的因素: 气流速度 气流形式 层流阻力小，涡流阻力大 气道管径 阻力与半径4次方成反比: a.跨壁压:气道内压高,跨壁压管径,R b.肺组织对气道外向放射状牵引； c.副交感使气道平滑肌收缩，交感作用相反； d.化学因素: PGF2、组胺、白三烯等使气 道平滑肌收缩；CA、 PGE2使之舒张。,二、肺通气功能指标(一)肺容积和肺容量 Pulmonary volume and pulmonary capacities,肺容积和肺容量图解,肺 总 量,肺 活 量,功 能 残 气 量,残气量,补 吸 气 量,深 吸 气 量,补 呼 气 量,潮气量,吸,呼,呼,吸,肺通气功能的测定及意义 1.深吸气量:是衡量最大通气潜力的指标之一。 胸廓、胸膜、肺、呼吸肌病变此量减少。 2.功能残气量:缓冲呼吸过程中肺泡气PO2和 PCO2变化幅度，维持肺换气的稳定。 3.肺活量:尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大 气量。反映了肺一次通气的最大能力。 4.用力肺活量:一次最大吸气后，尽力尽快呼气 所能呼出的最大气量。正常<肺活量。 5.用力呼气量(时间肺活量):一次最大吸气后再 尽力尽快呼气时,在一定时间内所能呼出的气量. 以它占用力肺活量的百分数表示:1s=80%,2s=96%, 3s=99%。是衡量肺通气功能的最佳指标。,(二)肺通气量和肺泡通气量,1.每分肺通气量 minute ventilation volume 定义:每分钟吸入或呼出的气体总量(基础状态下测定)。 每分通气量=潮气量呼吸频率 =500ml12次/min=6L/min 2.最大随意通气量maximal voluntary ventilation 定义:尽力作深、快呼吸时，每分钟吸入或呼出的最大气体量。约为150L/min 最大通气量(150L)每分通气量(6L) 3.通气贮量百分比=100% 最大通气量(150L) 93%,解剖无效腔： 鼻终末细支 气管,肺泡无效腔： 血流在肺分布不均引起,4.生理无效腔 Physiological dead space,5.肺泡通气量 Alveolar ventilation 定义:每分钟吸入肺泡的新鲜气量，是与血液 进行真正有效气体交换的气量。 =(潮气量无效腔气量)呼吸频率 =(500-150)12=350 12=4.2 L/min 浅而快呼吸: (250-150)24=100 24=2.4 L/min 深而慢呼吸: (1000-150)6=850 6=5.1 L/min,(三)呼吸功 Work of breathing,呼吸肌收缩克服弹性及非弹性阻力实现肺通气所作的功。 W = VP = N L/cmH2O V:肺容积的变化；P:跨壁压 1J = 10.2 L/cmH2O 正常一次平静呼吸作功仅0.25J。 劳动、运动及疾病致肺弹性及非弹性阻力增 大时，呼吸功增加。,第二节 气体交换 Gas exchange,一、气体交换的基本原理 (一) 气体的扩散 Diffusion 1.气体分压=总压力该气体容积百 分比。分压差是气体扩散的动力 2.扩散速率(diffusion rate,D):单位 时间内气体扩散的容积。,(二)影响气体扩散速率的因素 1.气体分压差 2.与分子量(MW)平方根成反比和溶解 度(S)成正比。 S / MW 为扩散系数 CO2溶解度是O2的24倍,分子量大于O2, 故CO2扩散系数为O2的20倍。 3.与扩散面积成正比，与扩散距离成 反比。 4.与温度成正比。,二、气体交换的过程 (一)肺换气和组织换气,O2(100),CO2(40),O2(40),CO2(46),(二) 影响肺换气的因素 1.呼吸膜厚度和面积 2.通气/血流比值 Ventilation/perfusion ratio 每分钟肺泡通气量 (VA)和每分钟肺血流 量(Q)之间的比值。,V/Q=4.2/5=0.84 V(增)/Q(或减)0.84 生理无效腔增大 V(减)/Q (或增)<0.84 机能性动静脉短路 3、临床影响因素,性,(三)肺扩散容量diffusing capacity of lung 单位分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气 体毫升数。 DL=V/ PA-PC (ml/minmmHg) O2的DL =20; CO2的DL =400 ml/minmmHg 复习思考题 1.概念：肺通气、肺换气、胸内负压、顺应性、功能残气量、 肺活量、用力肺活量、用力呼气量、 肺泡通气量、 通气/血流比值 2.呼吸时肺内压与胸内压怎样变化？ 3.肺表面活性物质分泌部位、主要成分及其生 理作用？ 4.结合临床探讨影响气道阻力的因素。,一、运输方式: 物理溶解 ;化学结合 二、氧的运输 Oxygen transport (一) 血红蛋白(Hemoglobin)的分子结构,第三节气体在血液中的运输 Gas transport in the blood,(1),(2),(3),(4),O2=1.5% CO2=5%,（二）氧与血红蛋白化学结合的特征 1. Hb + O2 HbO2(鲜红色) 1)反应快，可逆； 2)反应为氧合，而非氧化(Fe2+化合价未变)； 3)1分子Hb结合4分子O2，1gHb结合O2的最大 量为1.34ml。 4)Hb与O2结合与解离有两种构型： 去氧Hb为紧密型(T型) ;氧合Hb为疏松型(R 型)；R 型对O2亲和力为T型500倍；Hb与O2 结合后，Hb分子由T型变为R型，对O2亲和 力增加；Hb各亚单位在结合或释放O2上有 协同效应,PO2高,PO2低,2. 血氧容量 Oxygen capacity(20.1ml/100ml血) 血氧含量 Oxygen content(1gHb=1.34ml) 血氧饱和度Oxyhemoglobin saturation 3. 去氧Hb( )与发绀(Cyanosis) 100ml血液中去氧Hb超过5g时，皮肤、黏膜 呈浅蓝色的现象称为发绀。示机体缺氧。 4.CO中毒:与Hb结合力亲和力是O2的250倍, 占据位点，造成缺氧；HbCO呈樱桃红色。,紫蓝色,上 段 中 段 下 段,(三)氧离曲线:表示血液PO2与Hb氧饱和度关系,mmHg,1540,PO2变化对饱和度影响不大,HbO2释放O2部分,利于为组织供氧,HbO2与O2解离部 分,利于活动强时 为组织供氧,O2利用系数：血液 流经组织释放出的O2 容积占动脉血O2含量的百分数。安静时为25%(5ml20ml),97%=19.4mlO2,75%=14.4mlO2,上,中,下,4.4mlO2,(四)影响氧解离曲线的因素 1.P50是使Hb氧饱和度达50%的Po2。用来表示 Hb对O2的亲和力。正常为26.5mmHg。 P50 示Hb对O2的亲和力 曲线右移 ; P50 示Hb对O2的亲和力 曲线左移 ; 2.(1)PCO2 ;(2)pH (H+ ); 曲线右移 (3)T ; (4)2.3-DPG ; 反之左移 3.酸度对Hb氧亲和力的这种影响称为波尔效应 Bohr effect。 意义:在肺PCO2，有利于结合O2；在组织PCO2，有利于释放O2 4. 右移原因:各因素促进Hb亚单位内部或各亚 单位之间盐键形成，Hb向T型转变，对O2的 亲和力,(26.5mmHg),三、二氧化碳的运输 Carbon dioxide transport (一)物理溶解 5% (二)化学结合(反应在组织向右,在肺向左进行) 1.碳酸氢盐 88%，在红细胞内： CO2+H2O H2CO3 H+HCO3- 为电荷平衡,Cl- 进入细胞内称Cl- 转移 2.氨基甲酸(酰)血红蛋白 7% HbNH2O2+H+CO2 HHbNHCOOH+O2 *HbO2去氧Hb+O2，去氧Hb+CO2 , 中和 了H2CO3解离产生的H+,缓冲了pH变化,碳酸酐酶,在组织,在肺,RBC内与K+,血浆内与 Na+,(三)二氧化碳解离曲线 血液中CO2含量与P CO2关系的曲线。 (四)O2与Hb的结合对 CO2运输的影响 何尔登效应 Haldane effect *O2 与Hb结合促进CO2的 释放。 *在组织HbO2释放O2 ， 变成去氧Hb,易结合CO2,52ml,48ml,V血,A血,第四节 呼吸运动的调节 Respiratory Regulation 一、呼吸中枢与呼吸节律的形成 (一)呼吸中枢 基本节律中枢 延髓 呼吸调整中枢 脑桥上部 呼吸随意控制 高位脑,(二)呼吸节律形成的机理 吸气切断机制 Inspiratory Off-switch, IOS,脑桥呼吸调整中枢,延髓,脊髓,二、呼吸的反射性调节 (一)肺牵张反射 pulmonary stretch reflex 吸气肺扩张肺牵张 感受器迷走神经 延髓呼吸中枢吸气转 为呼气 HeringBreuer reflex 黑伯反射 1.肺扩张反射 2.肺缩反射 肺萎陷时引 起吸气活动的反射.,脊髓,延髓,脑桥呼吸调整中枢,(二)呼吸肌本体感受器反射 感受器为肌梭。当呼吸肌负荷加重时 (如,哮喘)发生本反射。 (三)防御性呼吸反射 1.咳嗽反射Cough reflex 2.喷嚏反射Sneeze reflex (四)肺毛细血管旁感受器(J感受器)反射 肺淤血或肺水肿时J感受器迷走N 延髓呼吸暂停，继之浅快呼吸，血压下 降,心率减慢,三、化学因素对 呼吸的调节 (化学感受性呼吸反射) (一)化学感受器 1.外周感受器 Peripheral receptors 2.中枢感受器 Central receptors,(二)CO2、H+和O2对呼吸的调节 1.CO2的影响 CO2是调节呼吸的经常起作用的生理性 化学因素 CO2潴留(中枢化学感受器发生适应)与 呼吸功能不全 CO2 增加呼吸加深加快 1)直接作用中枢化学感受器 呼吸中枢兴奋 2)间接作用外周化学感受器 呼吸中枢兴奋,2.乏O2的影响 乏O2 呼吸加深加快 1)直接作用呼吸中枢抑制 2)间接作用外周化学感受器呼吸中枢兴奋 *临床吸O2 3.H+的影响 H+增加 呼吸加深加快 1)直接作用中枢化学感受器呼吸中枢兴奋 2)间接作用外周化学感受器呼吸中枢兴奋 *呼吸与酸碱平衡,肺通气不足：CO2蓄积，H+ -呼吸性酸中毒 肺通气过度：CO2排出过多， -呼吸性碱中毒,(三)CO2、O2、H+的相互影响,一个因素改变时 引起的通气效应接近,三个因素改变时 通气效应CO2H+O2,复习思考题 1.概念：氧容量 氧含量 血氧饱和度、Bohr效应、 Haldane效应 2.O2和CO2运输的方式有哪些？ 3.影响氧离曲线右移的因素有哪些？ 4.呼吸节律形成与呼吸中枢的关系？ 5.肺牵张反射的过程及意义？ 6.CO2、O2、H+对呼吸的影响及作用途径？ 7.临床严禁吸纯O2的机理是什么？,