呼吸系统生理.ppt

,呼吸系统RespiratoryPhysiology,内容提要,第一节肺通气第二节呼吸气体的交换第三节呼吸气体在血液中的运输第四节呼吸运动的调节,呼吸(Respiration)过程,内呼吸,外呼吸,肺通气(PulmonaryVentilation):气体进出肺的过程，即外界环境与肺之间的气体交换过程。,第一节肺通气,呼吸道、胸廓、呼吸肌、肺泡、胸膜腔,Airway:上呼吸道：鼻、咽、喉下呼吸道：气管、支气管,Bronchoscope(气管镜),肺通气的结构基础：,1.通气功能2.加温加湿作用3.过滤清洁作用4.防御功能,呼吸道的功能,肺泡(Alveolus)-气体交换场所,呼吸肌,(一)肺通气的动力直接动力:肺泡气与大气之间的压力差原动力:呼吸肌的收缩与舒张,一、肺通气的原理,1.呼吸运动(RespiratoryMovement),概念:呼吸肌收缩、舒张引起胸廓节律性的扩大和缩小。,吸气运动呼气运动,一、肺通气的原理,呼吸的过程,呼吸时肋骨的运动方向,一、肺通气的原理,胸腔上下径增加,膈肌收缩,穹隆下降,胸腔、肺容积增加,吸气,胸腔前后、左右径增加,肋间外肌收缩,肋骨上举下缘向外偏转,胸腔、肺容积增加,吸气,呼吸运动过程（呼气、吸气过程相反）：,吸气过程,Animation,(1)平静呼吸和用力呼吸,吸气肌收缩,肺内压大气压,胸腔、肺容积缩小,肺内气体外流,呼气（被动）,平静呼吸(Eupnea）：,一、肺通气的原理,吸气肌收缩辅助吸气肌收缩,胸腔、肺容积增加,肺内压大气压,胸腔、肺容积缩小,肺内气体外流,呼气（主动）,用力呼吸(ForcedRespiration)：,一、肺通气的原理,胸式呼吸和腹式呼吸胸式呼吸（ThoracicBreathing）：以肋间外肌舒缩活动为主腹式呼吸(AbdominalBreathing)：以膈肌舒缩活动为主,一般情况下，呼吸运动是二者的混合形式。,一、肺通气的原理,混合呼吸:正常成人腹式呼吸:婴儿、胸膜炎、胸腔积液胸式呼吸:严重腹水、腹腔有巨大肿块,呼吸类型,一、肺通气的原理,2.呼吸时肺内压的变化吸气:0.1330.266kPa(12mmHg)呼气:0.1330.266kPa(12mmHg)用力呼吸:肺内压变化程度增大,一、肺通气的原理,呼吸时肺内压的变化,一、肺通气的原理,在呼吸过程中肺内压的周期性的变化，使肺内压和大气压之间的形成压力差，这一压力差是推动气体进出肺的直接动力。,一、肺通气的原理,人工呼吸（ArtificialRespiration）:基本原理:使肺内与外界大气压间产生压力差方法:负压吸气式(压胸法)正压吸气式(口对口呼吸法，呼吸机),一、肺通气的原理,3.胸膜腔内压（IntrapleuralPressure）(1)定义：胸膜腔：指由胸膜壁层与胸膜脏层围成的密闭、潜在的腔隙。胸膜腔内压：胸膜腔内的压力。,一、肺通气的原理,（2）测定方法:间接法:气囊测定食管内压以间接反映胸内压。直接法:,一、肺通气的原理,特点:平静呼吸时胸内压始终为负压用力吸气时负压更大用力呼气为正压,（3）胸膜腔内压的变化：呼气末期:35mmHg吸气末期:510mmHg,（4）胸膜腔负压的形成原因:,胸内压大气压肺回缩力胸内压0肺回缩力,迫使脏层胸膜回位,迫使脏层胸膜外移使肺扩张,(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力),肺回缩力,(大气压),肺内压,形成机制:,必要条件:胸膜腔密闭,胸膜腔负压,一、肺通气的原理,维持肺的扩张状态，保证肺通气和肺换气；降低中心静脉压，促进血液和淋巴的回流。,胸膜腔负压的生理意义：,一、肺通气的原理,呼吸肌的舒缩是肺通气的原动力，它引起胸廓的张缩，由于胸膜腔和肺的结构特点，肺随胸廓的张缩而张缩，肺容积的变化造成肺内压和大气压之间的压力差，此压力差是肺通气的直接动力。,小结：,一、肺通气的原理,（二）肺通气的阻力(PulmonaryVentilationResistance),70%弹性阻力,30%非弹性阻力,肺通气阻力,胸廓弹性阻力,肺弹性阻力,气道阻力,粘滞阻力,惯性阻力,是指弹性组织在外力作用下产生的对抗自身变形的力。弹性阻力也弹性回缩力(ElasticRecoil),1.弹性阻力（ElasticResistance）,一、肺通气的原理,肺组织自身的弹性阻力肺泡表面张力,(1)肺弹性阻力,顺应性(C),1弹性阻力(R),顺应性(Compliance):在外力作用下肺的可扩张性。,比顺应性,肺顺应性(L/cmH2O)肺总容量(L),一、肺通气的原理,表面张力(SurfaceTension):是指液-气界面层的液体形成的内聚力。球型液-气界面的表面张力指向中心。,肺泡表面张力对呼吸的妨碍作用：,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,相连通的大小肺泡内压及气流方向图,T：肺泡表面张力P：肺泡内压r：肺泡半径,来源：肺泡型细胞化学成分：二棕榈酰卵磷脂（DPPC）生理作用：降低肺泡液-气界面的表面张力。,肺泡表面活性物质（AlveolarSurfactant）,T：肺泡表面张力P：肺泡内压r：肺泡半径,相连通的大小肺泡内压及气流方向图,减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防止肺水肿。,肺泡表面活性物质生理意义：,维持互相交通的、大小不同肺泡的稳定性，保持肺泡正常扩张状态。,降低吸气阻力，减少吸气作功。,一、肺通气的原理,成人肺炎、肺血栓等表面活性物质肺不张。胎儿在第67个月才开始分泌表面活性物质，故早产儿可因缺乏表面活性物质而发生肺不张和新生儿肺透明膜病呼吸窘迫综合征。,临床：,一、肺通气的原理,（2）胸廓的弹性阻力胸廓处于自然位置时，不表现有弹性回缩力；胸廓缩小时，胸廓的弹性回缩力向外吸气的动力，呼气的阻力；胸廓扩大时(肺容量67)，胸廓的弹性回缩力向内，是吸气的阻力，呼气的动力。,胸廓的弹性阻力可以是吸气的阻力或动力,一、肺通气的原理,故肺顺应性加大并不一定表示肺通气功能好。,肺充血、肺不张、表面活性物质减少、肺纤维化和感染等肺弹性阻力(肺顺应性)吸气困难。肺气肿肺弹性成分破坏肺回缩力肺弹性阻力(肺顺应性)呼气困难。,（4）影响弹性阻力的因素,一、肺通气的原理,2.非弹性阻力（Non-elasticResistance）,气道阻力：是由气体流经呼吸道时，气体分子间及气体分子与呼吸道壁之间的摩擦所产生。,一、肺通气的原理,(1)气流速度流速快阻力大(2)气流形式层流阻力小湍流阻力大(3)呼吸道口径（R1r4）,影响气道阻力的因素：,一、肺通气的原理,二、肺容积和肺容量,（一）肺容积（PulmonaryVolume）,1.潮气量（TidalVolume,TV）2.补吸气量（InspiratoryReserveVolume,IRV）3.补呼气量（ExpiratoryReserveVolume,ERV）4.余气量（ResidualVolume,RV）,1.深吸气量(InspiratoryCapacity，IC）2.功能余气量(FunctionalResidualCapacity,FRC)3.肺活量(VitalCapacity,VC)最大吸气后，从肺内所能呼出的最大气量。4.肺总量(TotalLungCapacity,TLC),（二）肺容量(PulmonaryCapacities),二、肺容积和肺容量,定义：用力吸气后再以最快速度呼气，在一定时间内呼出的气量占肺活量的百分数。正常成人在第1、2、3秒末分别为83%、96%、99%。意义：反映肺活量容量大小以及呼吸所遇阻力情况，是评价肺通气功能较好指标。,5.时间肺活量（TimedVitalCapacity）,二、肺容积和肺容量,时间肺活量（TimedVitalCapacity）,1.每分通气量(MinuteVentilationVolume)每分钟吸入或呼出的气体量。每分通气量潮气量呼吸频率(次min),69L/min,三、肺通气量,肺通气量(PulmonaryVentilationCapacity),指以最快的速度和尽可能深的幅度进行呼吸时的每分通气量。可反映呼吸功能的储备能力。,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=,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),70120L/min,2.最大通气量(MaximalBreathingCapacity),解剖无效腔(AnatomicalDeadSpace):约150ml肺泡无效腔(AlveolarDeadSpace)生理无效腔解剖无效腔+肺泡无效腔肺泡通气量:每分钟肺泡实际更新的气量。,3.肺泡通气量(AlveolarVentilationCapacity),(潮气量无效腔容积)呼吸频率,4.26.3L/min,潮气量呼吸频率肺通气量肺泡通气量500ml16次/分8000ml5600ml250ml32次/分8000ml3200ml1000ml8次/分8000ml6800ml,潮气量、呼吸频率和肺泡通气量的关系,在一定范围内，深慢呼吸比浅快呼吸好。,肺换气组织换气,第二节呼吸气体的交换,气体交换方式：扩散气体扩散：气体分子从分压高处向分压低处净转移的过程气体扩散速率：单位时间内气体扩散的容积,一、气体交换原理,气体扩散速率,扩散面积气体分压差气体溶解度温度,扩散距离,影响气体扩散速率的因素,1.气体的分压差2.气体的分子量和溶解度3.扩散面积和距离4.温度,一、气体交换原理,CO2,O2,二、气体交换过程,（一）分压差（二）气体的分子量和溶解度（三）呼吸膜的厚度负相关（四）呼吸膜的面积正相关,三、影响肺换气的因素,（五）通气血流比值,气体扩散速率,气体分压差扩散面积气体溶解度温度,扩散距离,O2、CO2扩散速率（D）的比较分子量血浆溶解度肺泡气静脉血D(mmHg)(mmHg)O23221.4102401CO244515.040462,CO2的扩散系数是O2的20倍，在相同的分压差作用下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血间O2和CO2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。,指每分肺泡通气量与每分肺血流量(心输出量)的比值。,通气血流比值4.250.84肺泡通气量与肺血流量的匹配最合适，肺换气效率最高。,正常成人安静时:,通气血流比值(Ventilation/PerfusionRatio):,三、影响肺换气的因素,肺尖和肺底的通气血流比值,通气血流比值大于0.84肺泡通气过度，肺血流不足，肺泡无效腔增大。通气血流比值小于0.84通气不足，血流过剩，功能性动-静脉短路。,四、肺扩散容量(PulmonaryDiffusingCapacity，DL)概念：气体在1mmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的ml数。意义：肺扩散容量是衡量呼吸气通过呼吸膜能力的一种指标。正常值：O2的DL=20mlmin-1mmHg-1CO2的DL=400mlmin-1mmHg-1,每分钟通过呼吸膜扩散的气体容积(ml/min)肺泡中该气体的平均分压肺毛细血管血液中该气体的平均分压,(mmHg),DL=,一、氧和二氧化碳在血液中的运输形式物理溶解化学结合,第三节呼吸气体在血液中的运输,(一)物理溶解：O2直接溶解于血浆中。特征:溶解量与分压呈正比；占血氧总量的1.5%,但不可缺少。(二)化学结合：O2与血红蛋白(Hb)进行化学结合。特征:占血氧总量的98.5%,主要运输形式。,二、氧的运输,肺泡,氧分子,氧离血红蛋白(Hb),氧合血红蛋白(HbO2),氧气在血液中的运输,组织细胞,O2的净扩散,oxyhemoglobin,deoxyhemoglobin,Animation,Hb与O2结合的特点：,1.反应快、可逆、受PO2的影响、不需酶的催化;2.Hb与O2结合是氧合而不是氧化;3.Hb与O2结合能力强，1分子Hb可与4分子O2可逆结合;4.Hb的变构效应直接影响对O2的亲和力。,二、氧的运输,二、氧的运输,PO2(氧合),PO2(氧离),当浅表毛细血管床血液中去氧Hb达50g/L以上时，皮肤、粘膜呈蓝紫色，称为紫绀(Cyanosis)(一般是机体缺O2的标志）。,鲜红色,蓝紫色,二、氧的运输,紫绀(Cyanosis)的鉴别,二、氧的运输,氧合Hb为疏松型（RelaxedForm,R型）去氧Hb为紧密型（TenseForm,T型）,即：,当Hb某亚基与O2结合Hb变构其他亚基亲O2力4个亚基的协同效应S形的氧解离曲线。,Hb的变构效应：,二、氧的运输,R型,T型,血红蛋白氧饱和度,（）,%,左移,右移,020406080100120,（mmHg）,氧解离曲线(OxygenDissociationCurve),PO2,二、氧的运输,1.上段结合部分PO2在10060mmHg，为保证机体摄取足够的O2量，提供了较大的安全系数。2.中段释放部分PO2在6040mmHg，保证为组织提供较多的O23.下段储备部分PO24015mmHg，代表O2的贮备能力。,氧解离曲线特点：,二、氧的运输,1.pH和PCO2波尔效应(Bohreffect)2.温度3.2,3-DPG,(四)影响氧解离曲线的因素,(一)物理溶解占总运输量的5%(二)化学结合,总运输量的95%,碳酸氢盐：88%,氨基甲酰血红蛋白：7%,三、二氧化碳的运输,1.以碳酸氢盐形式的运输88%,CO2H2O,碳酸酐酶,H2CO3,HCO3-H+,三、二氧化碳的运输,(1)反应过程：(2)反应特征:,反应迅速且可逆，无需酶催化；虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式。肺部排出的CO2有17.5是此释放的。,2.以氨基甲酰血红蛋白的形式7（Carbaminohemoglobin）,三、二氧化碳的运输,(三)CO2解离曲线,520ml/L,480ml/L,（四）O2与Hb的结合对CO2运输的影响,O2与Hb结合将促使CO2释放，这一效应称为何尔登效应(Haldaneeffect)。,在组织，CO2通过Bohreffect影响O2的结合和解离；在肺部，O2通过Haldanceeffect影响CO2的摄取和释放。,节律性随意性自主性,第四节呼吸运动的调节,脑桥,长吸中枢,节律中枢,呼吸中枢RespiratoryCenter,延髓,呼吸调整中枢,中脑,一、呼吸中枢(RespiratoryCenter),(背侧呼吸组),(臂旁内侧核),(腹侧呼吸组),1、呼吸中枢广泛分布于大脑皮层、间脑、脑桥、延髓和脊髓等部位2、脊髓不能产生节律性的呼吸运动3、延髓有呼吸节律基本中枢4、脑桥上部有呼吸调整中枢,一、呼吸中枢(RespiratoryCenter),二、节律性呼吸运动的形成,神经元网络学说,呼吸道机械感受器迷走神经延髓,膈神经膈肌肋间神经肋间外肌,三、呼吸的反射性调节,(一)肺牵张反射(PulmonaryStretchReflex)定义：肺扩张或缩小引起吸气兴奋或抑制的反射。,肺扩张反射肺缩小反射,生理意义：使吸气和呼气能及时相互转换。,三、呼吸的反射性调节,(二)呼吸肌本体感受性反射克服呼吸道阻力(三)防御性呼吸反射1.咳嗽反射2.喷嚏反射3.血压、疼痛对呼吸的影响,(一)化学感受器1.外周化学感受器部位：颈动脉体和主动脉体适宜刺激：动脉血PO2降低、PCO2或+浓度变化2.中枢化学感受器部位：延髓腹外侧的浅表部适宜刺激：脑脊液中的+