第六章呼吸系统生理学

1、第六章第六章 呼吸系统的结构与功能呼吸系统的结构与功能 外呼吸外呼吸 气体在血液中的运输气体在血液中的运输 内呼吸内呼吸 肺通气：肺通气：肺泡肺泡 外界大气外界大气 肺换气：肺换气：肺泡肺泡肺毛细血管血液肺毛细血管血液 组织换气组织换气：组织中毛细血管血液组织中毛细血管血液 细胞细胞 （肺呼吸）（肺呼吸） （细胞呼吸）（细胞呼吸） 细胞内的有氧代谢细胞内的有氧代谢生化范畴生化范畴 呼吸：呼吸：机体机体与与外界环境外界环境的气体交换过程。的气体交换过程。 呼吸过程的三个环节：呼吸过程的三个环节： 呼吸过程示意图呼吸过程示意图 肺通气肺通气 肺换气肺换气 气体在血液气体在血液 中运输中运输 细胞呼

2、吸细胞呼吸 第一节第一节 呼吸系统的组成和结构呼吸系统的组成和结构 呼吸道呼吸道 鼻鼻 咽咽 喉喉 气管气管 支气管支气管 肺肺支气管树支气管树 导管部：导管部： 呼吸部：呼吸部： 小支气管、细支气管、小支气管、细支气管、 终末细支气管终末细支气管 肺泡肺泡 1 1、导管部、导管部 2 2、呼吸部、呼吸部 （肺泡）（肺泡） 支气管树：支气管树： 肺肺 的的 内内 部部 结结 构构 终末细支气管终末细支气管 呼吸性细支气管呼吸性细支气管 肺泡管肺泡管 肺泡囊肺泡囊 肺泡肺泡 肺泡肺泡 呼吸部：呼吸部： 呼吸系统概貌呼吸系统概貌 第二节第二节 肺通气肺通气 一、肺通气的原理一、肺通气的原理 （一）

3、肺通气的动力（一）肺通气的动力 直接动力：肺内压和大气压之间的压力差直接动力：肺内压和大气压之间的压力差 吸气吸气 肺内压高于大气压肺内压高于大气压 呼气呼气 肺内压低于大气压肺内压低于大气压 原动力：胸廓运动，即呼吸运动原动力：胸廓运动，即呼吸运动 1. 呼吸运动（呼吸运动（respiratory movement） 概念：呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大和缩小。概念：呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大和缩小。 吸气肌：隔肌、肋间外肌吸气肌：隔肌、肋间外肌 呼气肌：肋间内肌、腹肌呼气肌：肋间内肌、腹肌 辅助吸气肌群辅助吸气肌群 斜角肌斜角肌 胸锁乳突肌胸锁乳突肌 胸廓示意图胸廓示意图 呼吸肌呼吸肌 斜

4、角肌斜角肌 胸锁乳突肌胸锁乳突肌 肋间外肌肋间外肌 膈肌膈肌 肋间内肌肋间内肌 腹部腹部 肌群肌群 吸气肌吸气肌 呼气肌呼气肌 肋间肋间 外肌外肌 肋肋 间间 内内 肌肌 （1）呼吸运动过程）呼吸运动过程 1）吸气：）吸气：平静呼吸，由膈肌、肋间外肌平静呼吸，由膈肌、肋间外肌收缩收缩完成完成 2）呼气：）呼气：平静呼吸，由膈肌、肋间外肌平静呼吸，由膈肌、肋间外肌舒张舒张完成完成 吸气吸气呼气呼气 P9 呼吸运动引起的胸廓容积变化呼吸运动引起的胸廓容积变化 X射线下的肺呼吸时容积改变射线下的肺呼吸时容积改变 吸气吸气呼气呼气 （2）呼吸运动形式）呼吸运动形式 成人：胸式和腹式混合式呼吸成人：胸式

5、和腹式混合式呼吸 婴幼儿：腹式呼吸为主婴幼儿：腹式呼吸为主 妊娠后期：胸式呼吸为主妊娠后期：胸式呼吸为主 平静呼吸平静呼吸吸气主动、呼气被动吸气主动、呼气被动 用力呼吸用力呼吸吸气主动、呼气主动吸气主动、呼气主动 胸式呼吸胸式呼吸肋间外肌活动为主肋间外肌活动为主 腹式呼吸腹式呼吸膈肌活动为主膈肌活动为主 2. 肺内压肺内压 定义：指定义：指肺泡肺泡内的压力。内的压力。 （1）呼吸过程中肺内压的变化）呼吸过程中肺内压的变化 肺内压肺内压 吸气吸气 初：初： 大气压大气压 末：末：= 大气压大气压 （2）人工呼吸的原理）人工呼吸的原理 定义：人为地造成肺内压和大气之间的压定义：人为地造成肺内压和大

6、气之间的压 力差来维持肺通气。力差来维持肺通气。 人工呼吸机人工呼吸机 口对口的人工呼吸法口对口的人工呼吸法 有节律性地挤压胸廓的负压通气有节律性地挤压胸廓的负压通气 方法：方法： 前提：呼吸道通畅前提：呼吸道通畅 P10 3. 胸膜腔内压胸膜腔内压 胸膜脏、壁两胸膜脏、壁两 层在肺根处互相反层在肺根处互相反 折移行，在两肺周折移行，在两肺周 围分别形成两个互围分别形成两个互 不相通、完全封闭不相通、完全封闭 的腔。的腔。 胸膜腔：胸膜腔： （1）胸膜腔特点：）胸膜腔特点： 潜在腔隙潜在腔隙 少量浆液少量浆液 润滑作用润滑作用 浆液分子的内聚力浆液分子的内聚力 两层胸膜贴附两层胸膜贴附 胸膜破

7、裂，胸膜腔与胸膜破裂，胸膜腔与 大气相通，空气将立即大气相通，空气将立即 进入胸膜腔内，形成气进入胸膜腔内，形成气 胸。胸。 气胸：气胸： 胸内压胸内压 肺肺 （4）胸膜腔负压的生理意义）胸膜腔负压的生理意义 维持肺泡扩张状态，并随胸廓的运动而张缩，维持肺泡扩张状态，并随胸廓的运动而张缩， 保证肺通气和肺换气保证肺通气和肺换气 降低中心静脉压，促进胸腔淋巴液和静脉血降低中心静脉压，促进胸腔淋巴液和静脉血 回流。回流。 （二）肺通气的阻力（二）肺通气的阻力 1弹性阻力弹性阻力 概念：弹性组织受外力作用发生变形时所产概念：弹性组织受外力作用发生变形时所产 生的对抗变形的力。生的对抗变形的力。 度量

8、指标：顺应性度量指标：顺应性 顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。顺应性：指在外力作用下弹性组织的可扩张性。 顺应性顺应性弹性阻力弹性阻力 （1）肺的弹性阻力与顺应性：）肺的弹性阻力与顺应性： 肺组织：弹性纤维和胶原纤维的弹性回缩力肺组织：弹性纤维和胶原纤维的弹性回缩力 肺泡内：液肺泡内：液-气界面所产生的表面张力气界面所产生的表面张力 （2）肺泡表面张力与肺表面活性物质）肺泡表面张力与肺表面活性物质 肺表面活性物质：肺表面活性物质： 降低弹性阻力降低弹性阻力 维持大小肺泡的稳定性维持大小肺泡的稳定性 防止肺水肿防止肺水肿 （3）胸廓的弹性阻力和顺应性）胸廓的弹性阻力和顺应性 表面张力表

9、面张力 球形液球形液-气界面的表面张力方向是向中心的，气界面的表面张力方向是向中心的， 倾向于使肺泡缩小，产生弹性阻力倾向于使肺泡缩小，产生弹性阻力 呼吸膜、肺泡表面张力与肺表面活性物质呼吸膜、肺泡表面张力与肺表面活性物质 肺泡上皮肺泡上皮C： ： 型型 二软脂酰卵磷脂二软脂酰卵磷脂 肺泡气液交界面的表面张力肺泡气液交界面的表面张力 肺泡上皮肺泡上皮C 组织间隙组织间隙 毛细血管内皮毛细血管内皮C 肺泡上皮基膜肺泡上皮基膜 含含表面活性物质表面活性物质的液体层的液体层 （分泌（分泌C） 1 m 型型 呼吸膜：呼吸膜： 毛细血管肌膜毛细血管肌膜 2.非弹性阻力非弹性阻力 定义：在气体流动时产生的

10、，并随流速加快而增定义：在气体流动时产生的，并随流速加快而增 加，故为动态阻力。加，故为动态阻力。 包括惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力。包括惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力。 （1）气道阻力）气道阻力 定义：由气体流经呼吸道时，气体分子间及气体分定义：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阻力子与呼吸道壁之间的摩擦所产生阻力 。 分布：鼻、声门、直径分布：鼻、声门、直径2 mm以上细支气管、气管以上细支气管、气管 等部位。等部位。 （2）影响气道阻力的因素）影响气道阻力的因素 层流层流阻力阻力 湍流湍流阻力阻力 气流速度气流速度阻力阻力 气流形式气流形式 管径大小管径大

11、小 （呼吸性细（呼吸性细 支气管）支气管） 1）气道的跨壁压）气道的跨壁压 2）肺实质对气道壁的外向）肺实质对气道壁的外向 放射状牵引作用放射状牵引作用 3）神经系统对气道）神经系统对气道 管壁平滑肌舒缩活动管壁平滑肌舒缩活动 的调节的调节 4）化学因素）化学因素 吸气吸气，交感神经兴奋，交感神经兴奋， 平滑肌舒张，阻力平滑肌舒张，阻力 呼气呼气，副交感神经兴奋，副交感神经兴奋， 平滑肌收缩，阻力平滑肌收缩，阻力 思考题思考题 为什么支气管哮喘病人呼气比吸气更为为什么支气管哮喘病人呼气比吸气更为 困难？困难？ （一）肺容积：是指肺内气体的容积（一）肺容积：是指肺内气体的容积 1. 潮气量：潮气

12、量：每次吸入或呼出的气量。每次吸入或呼出的气量。 2. 补吸气量：补吸气量：平静吸气末，平静吸气末， 再尽力吸入的气量。再尽力吸入的气量。 正常成人：正常成人：400500 ml 正常成人：正常成人：15001800 ml 3. 补呼气量：补呼气量：平静呼气末，再用力呼出的气量。平静呼气末，再用力呼出的气量。 正常成人：正常成人：10001500 ml 4. 残气量：残气量： 用全力呼气后，肺内所留的气体量。用全力呼气后，肺内所留的气体量。 （余气量）（余气量） 正常成人：正常成人：10001500 ml （吸气储备量）（吸气储备量） （呼气储备量）（呼气储备量） 二、肺通气功能的评价二、肺通

13、气功能的评价 肺容积和肺容量示意图肺容积和肺容量示意图 1. 深吸气量（深吸气量（inspiratory capacity）：）：1+2 2. 功能残气量（功能残气量（functional residual capacity）：）：3+4 3. 肺活量：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气肺活量：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气 量（量（vital capacity）。）。 4. 用力呼气量用力呼气量 ：指尽力最大吸气后再尽力尽快呼气：指尽力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。时，在一定时间内所能呼出的气量。 常用：常用：1秒用力呼气量（秒用力呼气量（FEV1） 5. 肺

14、总量：肺总量：1+2+3+4 （二）肺容量：（二）肺容量：是肺容积中两项或两项以上的是肺容积中两项或两项以上的 联合气量。联合气量。 肺活量的测定肺活量的测定 1每分通气量：潮气量每分通气量：潮气量频率频率 2最大随意通气量（自学）最大随意通气量（自学） 3无效腔和肺泡通气量无效腔和肺泡通气量 （三）肺通气量和肺泡通气量（三）肺通气量和肺泡通气量 每分肺泡通气量每分肺泡通气量= （潮气量（潮气量-解剖无效腔容量）解剖无效腔容量）呼吸频率呼吸频率 肺泡无效腔肺泡无效腔 无效腔：无效腔： 解剖无效腔解剖无效腔 生理无效腔生理无效腔 不同呼吸频率和潮气量时肺通气量和肺泡通气量不同呼吸频率和潮气量时肺

15、通气量和肺泡通气量 呼吸频率呼吸频率 （次（次/分钟）分钟） 潮气量潮气量 （ml） 肺通气量肺通气量 （ml/min） 肺泡通气量肺泡通气量 （ml/min） 1650080005600 8100080006800 3225080003200 深而慢的呼吸比浅深而慢的呼吸比浅而快的而快的呼吸效率高。呼吸效率高。 第三节第三节 肺换气和组织换气肺换气和组织换气 一、肺换气和组织换气的基本原理一、肺换气和组织换气的基本原理 （一）气体的扩散（一）气体的扩散 肺换气：肺泡肺换气：肺泡 血液血液 组织换气：血液组织换气：血液 组组 织织 动力：动力：气体的分压差气体的分压差 方式：方式：扩散扩散 （

16、二）气体扩散速率及影响因素（二）气体扩散速率及影响因素 S S MWMW d = 1. 气体的分压差：气体的分压差：正比正比 2. 气体的分子量和溶解度气体的分子量和溶解度 S（溶解度）（溶解度） MW d（扩散速率）（扩散速率） O2： 2.14 ml/L 32 3.78 CO2: 51.5 ml/L 44 77.64 dCO2 20dO2 CO2的扩散速率大于的扩散速率大于O2 3. 扩散面积和距离扩散面积和距离 与扩散面积成正比，与扩散距离成反比与扩散面积成正比，与扩散距离成反比 4. 温度温度 ：正比正比 二、肺换气二、肺换气 （一）肺换气过程（一）肺换气过程 （二）影响肺换气的因素（

17、二）影响肺换气的因素 1. 呼吸膜的厚度呼吸膜的厚度 厚度厚度 2. 呼吸膜的面积呼吸膜的面积 扩散速率扩散速率扩散量扩散量 面积面积扩散速率扩散速率扩散量扩散量 3. 通气血流比值通气血流比值= 每分肺泡通气量（每分肺泡通气量（VA） 每分肺血流量（每分肺血流量（Q） = 0.84 呼吸膜结构示意图呼吸膜结构示意图 通气通气/血流比值可能出现的三种情况血流比值可能出现的三种情况 VA / Q肺泡无效腔肺泡无效腔肺泡气更新率肺泡气更新率 VA / Q 功能性动功能性动-静脉短路静脉短路血中血中PO2 PCO2 通气通气/血流比值可能出现的三种情况血流比值可能出现的三种情况 （三）肺扩散容量（三

18、）肺扩散容量 （自学）（自学） 三、组织换气三、组织换气 肺泡与组织气体交换示意图肺泡与组织气体交换示意图 第四节第四节 气体在血液中的运输气体在血液中的运输 运输形式：运输形式： 物理溶解：量少，是化学结合的前提物理溶解：量少，是化学结合的前提 化学结合：量多，以物理溶解为前提化学结合：量多，以物理溶解为前提 O2 、CO2溶解溶解化学结合化学结合溶解溶解 一、氧的运输一、氧的运输 （一）氧在血液中存在的形式（一）氧在血液中存在的形式 血液中血液中O2和和CO2的含量（的含量（ml/100 ml 血液）血液） 动脉血动脉血混合静脉血混合静脉血 物理物理 溶解溶解 化学化学 结合结合 总量总量

19、 物理物理 溶解溶解 化学化学 结合结合 总量总量 O20.3120.020.317 0.1115.215.31 CO22.5346.448.932.9150.052.91 以以Hb为主要运输工具为主要运输工具 1Hb分子的结构分子的结构 Hb + O2 HbO2 PO2高高 PO2低低 2Hb与与O2结合的特征结合的特征 （1）反应快，可逆，不需酶，反应方向取决于）反应快，可逆，不需酶，反应方向取决于 PO2高低高低 （2）Fe2+与与O2 结合后仍是二价铁结合后仍是二价铁 （3）1分子分子Hb可以结合可以结合4分子分子O2 氧容量：氧容量： 100ml血液中血液中Hb所能结合的所能结合的最

20、大最大O2量量 氧含量：氧含量： 100ml血液中血液中Hb实际结合实际结合的的O2量量 氧饱和度：氧饱和度：血氧含量 血氧含量 PO2 血氧容量血氧容量 100% Hb量量 （4）Hb的变构效应：的变构效应： 紧密型（紧密型（T型）：去氧型）：去氧Hb 疏松型（疏松型（R型）：氧合型）：氧合Hb 氧解离曲线氧解离曲线 二、二、CO2的运输的运输 2. 化学结合：化学结合： 1. 物理溶解：物理溶解：5% （1）碳酸氢盐形式：）碳酸氢盐形式：88% 血浆血浆 CO2CO2 H2O CA H2CO3 H+ HCO3 - Na+ HCO3 - NaHCO3 Cl - 可逆的可逆的 红细胞红细胞 （

21、一）（一）CO2的运输形式的运输形式 （2）氨基甲酸血红蛋白形式：）氨基甲酸血红蛋白形式：7% HbNH2 + CO2HbNHCOOH 氧合作用氧合作用 HbNHCOO- H+ 调节因素：调节因素： 在组织在组织 在肺在肺 HbO2的酸性高，不易与的酸性高，不易与CO2结合结合 还原还原Hb的酸性低，容易与的酸性低，容易与CO2结合结合 肺泡处气体交换肺泡处气体交换 肺泡肺泡 组织处气体交换组织处气体交换 （二）（二）CO2解离曲线解离曲线 表示血液中表示血液中CO2 含量与含量与PCO2 关系的曲线。关系的曲线。 血液血液CO2 含量随含量随PCO2上升而增加。上升而增加。 与氧解离曲线不同

22、，二者之间接近线性关系与氧解离曲线不同，二者之间接近线性关系 而不是而不是S形曲线，而且没有饱和点。形曲线，而且没有饱和点。 因此，因此，CO2 解离曲线的纵坐标不用饱和度而解离曲线的纵坐标不用饱和度而 用浓度表示。用浓度表示。 血液流经肺时每血液流经肺时每100 ml血液释出血液释出4 ml的的CO2。 CO2解离曲线解离曲线 （三）（三）O2与与Hb的结合对的结合对CO2运输的影响运输的影响 O2与与Hb结合将促使结合将促使CO2释放，这一效应称为释放，这一效应称为 何尔登效应。何尔登效应。 可见可见O2和和CO2的运输相互影响。的运输相互影响。 CO2通过波尔效应影响通过波尔效应影响O2

23、的结合和释放。的结合和释放。 O2又通过何尔登效应影响又通过何尔登效应影响CO2的结合和释放。的结合和释放。 第五节第五节 呼吸运动的调节呼吸运动的调节 脊髓脊髓 脑桥脑桥 高位脑高位脑 一、呼吸中枢与呼吸节律的形成一、呼吸中枢与呼吸节律的形成 基本中枢：延髓基本中枢：延髓 呼吸中枢示意图呼吸中枢示意图 脑桥脑桥 延髓延髓 二、呼吸的调节二、呼吸的调节神经调节为主神经调节为主 （一）化学感受性（一）化学感受性反射反射对呼吸运动的调节对呼吸运动的调节 1. 化学感受器：适宜刺激为化学感受器：适宜刺激为O2、CO2 和和 H+ 等化学物质等化学物质。 外周化学感受器：颈动脉体和主动脉体外周化学感受

24、器：颈动脉体和主动脉体 中枢化学感受器：延髓腹外侧浅表部中枢化学感受器：延髓腹外侧浅表部 反射弧反射弧 外周化学感受器外周化学感受器中枢化学感受器中枢化学感受器 区别区别外周化学感受器外周化学感受器中枢化学感受器中枢化学感受器 部位部位颈动脉体和主动脉体颈动脉体和主动脉体延髓腹外侧浅表部延髓腹外侧浅表部 适宜适宜 刺激刺激 动脉血中动脉血中PO2、PCO2和和 pH变化变化 1. 颈动脉体颈动脉体主动脉体主动脉体 2. 三种刺激可协同作用三种刺激可协同作用 脑脊液和局部细胞外液脑脊液和局部细胞外液 中中H+浓度浓度 1. 不感受缺氧的刺激不感受缺氧的刺激 2. 对对CO2的敏感性高于的敏感性高

25、于 外周，但反应潜伏期长外周，但反应潜伏期长 3. 动脉血动脉血pH变化的作用变化的作用 小而缓慢小而缓慢 主要主要 作用作用 机体缺氧时维持对呼吸机体缺氧时维持对呼吸 的驱动的驱动 调节脑脊液中调节脑脊液中H+维维 持稳定的持稳定的pH环境环境 2. CO2、H+ 和和O2对呼吸的调节对呼吸的调节 A、一定范围内动脉血中的、一定范围内动脉血中的PCO2对维持呼吸和呼对维持呼吸和呼 吸中枢的兴奋性是必要的。吸中枢的兴奋性是必要的。 B、吸入气中、吸入气中CO2适当适当 阈值：动脉血阈值：动脉血 PCO2 40 mmHg PCO2适当适当 呼吸呼吸 加深加快加深加快 过量过量 （吸入气中（吸入气

26、中CO2浓度超过浓度超过7%） 呼吸中枢呼吸中枢呼吸呼吸（-）（-） （1）动脉血液中）动脉血液中 CO2分压对呼吸的调节分压对呼吸的调节 过量过量呼吸中枢呼吸中枢 CO2麻醉麻醉 （-） （吸入气中（吸入气中CO2浓度超过浓度超过15%） 动脉血中单纯动脉血中单纯PCO2、PO2、pH变化时的肺泡通气反应变化时的肺泡通气反应 两条途径：两条途径： 颈颈A体体 主主A体体 化学感受器化学感受器 窦窦N 迷走迷走N 延髓延髓 呼吸加深加快呼吸加深加快 PCO2 脑脊液中脑脊液中 H2CO3 H+ 中枢化学感受器中枢化学感受器 舌咽舌咽N 传出传出N PCO2 H2O CA HCO3- 延髓延髓 （动脉血）（动脉血） （+） 呼吸中枢呼吸中枢 （+） （+） 透过血透过血-脑屏障脑屏障 外周途径外周途径 中枢途径（主要）中枢途径（主要） （2）动脉血液中）动脉血液中H+对呼吸的调节对呼吸的调节 外周化学感受器外周化学感受器呼吸加快加深呼吸加快加深 （+） 动脉血动脉血 H+ （3）动脉血液中）动脉血液中O2分压对呼吸的调节分压对呼吸的调节 吸入气中吸入气中O2含量含量 10% 动脉血动脉血PO2 8kPa 低氧或缺氧低氧或缺氧 外周化学感受器外周化学感受器