生理：第二章 气体交换和运输

1、第二节气第二节气 体体 交交 换换一、气体交换的原理一、气体交换的原理 （扩散原理）（扩散原理） 动力：膜两侧的气体分压差决定扩散方向。动力：膜两侧的气体分压差决定扩散方向。 速率：速率：= = 扩散速率（扩散速率（D D） 气体的溶解度气体的溶解度/ /分子量的平方根之比为分子量的平方根之比为扩散系数扩散系数 扩散系数大，扩散速率快扩散系数大，扩散速率快。扩散距离扩散距离分子量分子量分压差分压差温度温度气体溶解度气体溶解度扩散面积扩散面积= =二、肺换气与组织换气二、肺换气与组织换气 换气动力换气动力：分压差：分压差换气方向换气方向： 分压高分压高分压低分压低换气结果换气结果： 肺肺 组织组

2、织 血血 血血 血血 血血COCO2 2的运输的运输O O2 2的运输的运输三、影响气体交换的因素三、影响气体交换的因素 ( (一一) )气体扩散速率气体扩散速率 O O2 2、COCO2 2扩散速率（扩散速率（D D）的比较）的比较 分子量分子量 血浆溶解度血浆溶解度 肺泡气肺泡气 A A血血 V V血血 D D O O2 2 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1COCO2 2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2 在分压相同条件下，在分压相同条件下，COCO2 2的扩散速率是的扩

3、散速率是O O2 2的的2020倍；但倍；但在肺中，由于肺泡气和在肺中，由于肺泡气和V V血间分压差的不同，血间分压差的不同，COCO2 2的扩散的扩散速率实际约为速率实际约为O O2 2的的2 2倍。倍。 (ml/L) (ml/L) （KPaKPa） （KPaKPa） （KPaKPa） 1.1.厚度厚度：呼吸膜厚度呼吸膜厚度气体交换气体交换 2. 2.面积面积：呼吸膜面积呼吸膜面积气体交换气体交换( (二二) )呼吸膜呼吸膜 CO2O26 6层层1m1m厚厚呼吸膜厚度：呼吸膜厚度：0.6 0.6 m m肺毛细血管直径：肺毛细血管直径：5 5 m m红细胞直径：红细胞直径：6 67 7 m m

4、实际交换血管比例：实际交换血管比例：1/3 1/3 1/21/2( (三三) )通气通气/ /血流比值血流比值 每分肺通气量（每分肺通气量（VAVA）/ /每分肺血流量（每分肺血流量（Q Q） 1.1.VA/QVA/Q肺通气肺通气增大功能性增大功能性A-VA-V短路短路换气效率换气效率（如支哮、肺（如支哮、肺气肿、支气管栓塞）气肿、支气管栓塞） 2.2.VA/QVA/Q肺通气肺通气或肺血流或肺血流增大生理无效腔增大生理无效腔换气效率换气效率(如心如心衰、肺动脉栓塞衰、肺动脉栓塞) ) VA/QorVA/Qor换气效率换气效率缺缺O O2 2和和COCO2 2潴留的症状潴留的症状; ;但但以缺以

5、缺O O2 2为主，原因：为主，原因： A-VA-V血间血间POPO2 2PCOPCO2 2 功能性功能性A-VA-V短路时，短路时，A A血血POPO2 2的程度的程度V V血血PCOPCO2 2； COCO2 2的扩散系数是的扩散系数是O O2 2的的2020倍，倍，COCO2 2的扩散速的扩散速度度O O2 2不易出现不易出现COCO2 2潴留的症状；潴留的症状； AA血血POPO2 2和和PCOPCO2 2时，可刺激呼吸，增加时，可刺激呼吸，增加肺泡通气量，有助于肺泡通气量，有助于COCO2 2的排出，而几乎无助于的排出，而几乎无助于O O2 2的摄取（的摄取（O O2 2和和COCO

6、2 2解离曲线的特点所决定的）。解离曲线的特点所决定的）。呼吸衰竭（respiratory failure） 在海平大气压下，于静息条件下在海平大气压下，于静息条件下呼吸室内空气，并排除心内解剖呼吸室内空气，并排除心内解剖分流和原发于心排血量降低等情分流和原发于心排血量降低等情况后，动脉血氧分压（况后，动脉血氧分压（PaO2PaO2）低）低于于60mmHg60mmHg，或伴有二氧化碳分压，或伴有二氧化碳分压(PaCO2)(PaCO2)高于高于50mmHg 50mmHg （型）缺氧无型）缺氧无CO2CO2潴留，或伴潴留，或伴CO2CO2降低降低 见于换气功能障碍（通气见于换气功能障碍（通气血流比

7、例失调、弥散功能损害血流比例失调、弥散功能损害和肺动和肺动- -静脉样分流）的病例。静脉样分流）的病例。 可给予吸较高氧浓度（可给予吸较高氧浓度（35354545） 。（型）缺型）缺O2O2伴伴CO2CO2潴留潴留 系肺泡通气不足所致的缺系肺泡通气不足所致的缺O2O2和和CO2CO2潴留，单纯通气不足，缺潴留，单纯通气不足，缺O2O2和和CO2CO2的潴留的程度是平行的，的潴留的程度是平行的，若伴换气功能损害，则缺若伴换气功能损害，则缺O2O2更更为严重。为严重。 只有增加肺泡通气量，必要只有增加肺泡通气量，必要时加氧疗来解决。氧疗原则应时加氧疗来解决。氧疗原则应给予低浓度（给予低浓度（353

8、5）持续给）持续给氧氧 整个肺脏的整个肺脏的VA/Q0.84,VA/Q0.84,是衡量肺换气功能的指标是衡量肺换气功能的指标 人体直立时肺局部的人体直立时肺局部的VA/QVA/Q 肺上区肺上区 肺下区肺下区VAVA（L/minL/min） 0.24 0.820.24 0.82 Q Q（L/minL/min） 0.07 1.290.07 1.29 VA/Q VA/Q 3.4 0.643.4 0.64肺脏各局部的肺泡通气量和血流量的不均性肺脏各局部的肺泡通气量和血流量的不均性气体在组织的交换特点 交换发生于液相（血液、组织液、细胞内液）之间交换发生于液相（血液、组织液、细胞内液）之间 扩散膜两侧的

9、扩散膜两侧的O O2 2和和COCO2 2的分压差随细胞内氧化代谢的强的分压差随细胞内氧化代谢的强度和组织血流量而异血流量不变时度和组织血流量而异血流量不变时 代谢强、耗代谢强、耗O O2 2多，则组织液多，则组织液POPO2 2低，低，PCOPCO2 2高；高； 代谢率不变时，血流量大，则代谢率不变时，血流量大，则POPO2 2高，高，PCOPCO2 2低。低。 局部代谢酸性产物的调节局部代谢酸性产物的调节 组织水肿导致细胞缺氧的病理机制组织水肿导致细胞缺氧的病理机制第三节气第三节气 体体 运运 输输一、运输形式一、运输形式:（一）物理溶解（一）物理溶解: :气体直接溶解于血浆中气体直接溶解

10、于血浆中 特征特征: :量小；量小； 溶解量与分压呈正比溶解量与分压呈正比化学结合化学结合动态平衡动态平衡物理溶解物理溶解（二）化学结合（二）化学结合: :气体与某些物质进行化学结合。气体与某些物质进行化学结合。 特征特征: :量大量大 主要运输形式。主要运输形式。二、氧的运输二、氧的运输( (一一) )物理溶解：物理溶解：(1.5%)(1.5%)( (二二) )化学结合化学结合:(98.5%):(98.5%) O O2 2与与HbHb的可逆性结合的可逆性结合: : 当表浅毛细血管床血液中当表浅毛细血管床血液中去氧去氧HbHb达达5g/100ml5g/100ml以上，呈蓝紫色称以上，呈蓝紫色称

11、紫紫绀绀（一般是缺（一般是缺O O2 2的标志）。的标志）。 反例：反例：贫血、高原性红细胞增多、贫血、高原性红细胞增多、COCO樱桃红樱桃红POPO2 2(氧合氧合) )POPO2 2(氧离氧离) )HbOHbO2 2( (鲜红色鲜红色) )( (暗红色暗红色) )Hb + OHb + O2 2 1 1分子分子HbHb可与可与4 4分子分子O O2 2可逆结合可逆结合; ; Hb+OHb+O2 2结合的最大量结合的最大量 氧容量氧容量 100ml100ml血血 Hb+OHb+O2 2结合的实际量结合的实际量 氧含量氧含量 氧含量氧含量氧容量的氧容量的% % 氧饱和度氧饱和度 2. O2. O

12、2 2与与HbHb结合的特征结合的特征: : 反应快、可逆、受反应快、可逆、受POPO2 2的影响、不需酶的催化；的影响、不需酶的催化； 是氧合，非氧化是氧合，非氧化; ;POPO2 2 ( (氧合氧合) )POPO2 2 ( (氧离氧离) ) Hb+O Hb+O2 2的结合或解离曲线呈的结合或解离曲线呈S S形形机制：与机制：与Hb Hb 的变构有关：的变构有关： 氧合氧合Hb Hb 为疏松型（为疏松型（R Relaxelax型）型） 去氧去氧Hb Hb 为紧密型（为紧密型（T Tenseense型）型）R R型的亲型的亲O O2 2力为力为T T型的数百倍型的数百倍 即当即当HbHb某亚基

13、与某亚基与O O2 2 结合结合oror解离解离后后HbHb变构变构 其他亚基的亲其他亚基的亲O O2 2力力 or or Hb4Hb4个亚基的协同效应个亚基的协同效应 便呈现便呈现S S形的氧离曲线特征。形的氧离曲线特征。（三）氧离曲线特征（三）氧离曲线特征 及生理意义及生理意义1.1.上段上段60-100mmHg60-100mmHg : :坡度较平。坡度较平。表明表明：POPO2 2变化大时，血氧饱变化大时，血氧饱和度变化小。和度变化小。 意义意义: :保证低氧分压时的高载保证低氧分压时的高载氧能力。氧能力。高原高原(2.0KM(2.0KM的低气压的低气压),PO),PO2 2明显而明显而

14、HbHb结合结合O O2 2量变化不大；量变化不大； 轻度呼衰病人肺泡气轻度呼衰病人肺泡气POPO2 2明显而明显而HbHb结合结合O O2 2量变化不大。量变化不大。2.2.中段中段40-60mmHg40-60mmHg : : 坡度较陡。坡度较陡。表明表明：POPO2 2降低能促进大量氧离降低能促进大量氧离. .意义意义: :维持正常时组织氧供。维持正常时组织氧供。 3.3.下段下段15-40mmHg : 15-40mmHg : 坡度更陡。坡度更陡。表明表明： POPO2 2稍有下降稍有下降, ,血氧饱和度就血氧饱和度就急剧下降。急剧下降。意义意义: :维持活动时组织氧供。代表了维持活动时组

15、织氧供。代表了 氧贮备氧贮备上上中中下下 P50P50：指氧饱和度达到：指氧饱和度达到50%50%时时PoPo2 2，正常，正常为为26.5mmHg26.5mmHg。 P50P50: : 表明表明 Hb Hb 对对o o2 2的亲和力的亲和力（氧离易），需更高的（氧离易），需更高的Po2Po2才能使才能使HbHb氧饱氧饱和度达到和度达到50%50%。 即即曲线右移（下移）：曲线右移（下移）：PcoPco2 2 PH PH 2,3-DpG T 2,3-DpG T （四）影响氧离曲线的因素（四）影响氧离曲线的因素 P50P50: : 表明表明 Hb Hb 对对o o2 2的亲和力的亲和力（氧离难）

16、（氧离难）, ,较低的较低的PoPo2 2便能使便能使HbHb氧饱和度达到氧饱和度达到50%50%。即即曲线左移（上移）曲线左移（上移）: Pco: Pco2 2 PH 2,3-DpG T PcoPH 2,3-DpG T Pco 1.1. PcoPco2 2 PH PHPcoPco2 2PHPH氧离曲线右移氧离曲线右移PcoPco2 2PHPH氧离曲线左移氧离曲线左移 COCO2 2+ H+ H2 2OHCOOHCO3 3- -+H+H+ +HH+ + 当当H H+ +与与HbHb的某些的某些A A- -的残基基团结的残基基团结合，促进合，促进HbHb盐键形成盐键形成HbHb构型变构型变氧氧离

17、曲线位移。如：离曲线位移。如： (1)(1)组织组织：HH+ +促进促进HbHb盐键形成盐键形成HbHb构型变为构型变为T T型型 HbHb与与o o2 2亲和力亲和力氧离曲线右移氧离曲线右移氧离易氧离易。 这种酸度对这种酸度对HbHb与与oo2 2亲和力的影响，称为波尔效应亲和力的影响，称为波尔效应(Bohr effect)(Bohr effect)，其意义：其意义：在肺脏促进氧合在肺脏促进氧合在组织促进氧离。在组织促进氧离。(2)(2)肺脏肺脏：HH+ + 促进促进HbHb盐键断裂盐键断裂HbHb构型变为构型变为R R型型 HbHb与与o o2 2亲和力亲和力氧离曲线左移氧离曲线左移氧合易

18、氧合易。 2.2.温度温度 TT氧离曲线右移氧离曲线右移 TT氧离曲线左移氧离曲线左移 TT变化变化HH+ +的活度变化的活度变化HbHb与与o o2 2亲和力变化亲和力变化HbHb构型改变构型改变氧离曲线氧离曲线位移。位移。 (1) (1) TTHH+ +的活度的活度 Hb Hb与与O O2 2亲和力亲和力HbHb释放释放O O2 2 HbHb构型变构型变为为R R型型氧离曲线右移氧离曲线右移氧离易氧离易 如：组织代谢如：组织代谢局部局部 T+CO2H+T+CO2H+曲线右移曲线右移氧离易氧离易 (2)(2)TTHH+ +的活度的活度HbHb与与O O2 2亲和力亲和力HbHb结合结合O O

19、2 2 Hb Hb构型变为构型变为T T型型氧离曲线左移氧离曲线左移氧离难氧离难 如：低温麻醉时，应防组织缺如：低温麻醉时，应防组织缺O O2 2 冬天，末梢循环冬天，末梢循环+氧离难氧离难局部红、易冻伤局部红、易冻伤3. 3. 2,3-DpG2,3-DpG DpG DpG 氧离曲线右移氧离曲线右移DpG DpG 氧离曲线左移氧离曲线左移 DpG DpG 能与能与HbHb结合形成盐键结合形成盐键HbHb构型构型变为变为T T型；型； DpG HDpG H+ +波尔效应。波尔效应。(1)(1)高原缺氧高原缺氧 RBCRBC无氧代谢无氧代谢 DpG DpG氧离曲线右移氧离曲线右移氧离易氧离易。注：

20、注：这一效应是机体对低这一效应是机体对低O O2 2适应的重要机制；适应的重要机制； 但此时肺泡但此时肺泡PoPo2 2，RBCRBC无氧代谢产生过多的无氧代谢产生过多的DpGDpG， 也防碍了在肺部的氧合，故是否对机体有利尚无定论。也防碍了在肺部的氧合，故是否对机体有利尚无定论。 (2)(2)大量输入冷冻血大量输入冷冻血DpGDpG氧离曲线左移氧离曲线左移氧离难氧离难。 （冷冻血冷冻血3 3周后，周后，RBCRBC无氧代谢无氧代谢停止停止DpGDpG） 故：应注意缺氧。故：应注意缺氧。 4. 4. Pco PcoPco Pco曲线左移曲线左移氧离难氧离难COCO与与HbHb亲和力亲和力 O

21、O2 2与与HbHb亲和力亲和力 250 250 倍；倍； COCO与与HbHb的结合位点与的结合位点与O O2 2相同；相同； COCO与与HbHb的某亚基结合后，将增加其余三个亚基对的某亚基结合后，将增加其余三个亚基对O O2 2的亲和力。的亲和力。 5. 5. HbHb本身的性质本身的性质HbHb的的Fe2+ Fe3+ : HbFe2+ Fe3+ : Hb失去结合失去结合O2O2的能力（如亚硝酸盐）的能力（如亚硝酸盐） 异常异常HbHb：HbHb的运的运O2O2能力能力（如地中海贫血）（如地中海贫血） 胎儿胎儿HbHb：胎儿：胎儿HbHb的的4 4条肽链为条肽链为22(22(成人为成人为

22、22)22)构成，构成，其其HbHb与与O2O2亲和力成人，这与胎儿所处的低氧环境是相适亲和力成人，这与胎儿所处的低氧环境是相适应的。应的。 三、三、COCO2 2的运输的运输( (一一) )物理溶解：物理溶解： 5 5( (二二) )化学结合：化学结合：9595 HCOHCO3 3- -的形式的形式：8888(1)(1)反应过程反应过程：碳酸酐酶碳酸酐酶H H2 2COCO3 3HCOHCO3 3- -H H+ +COCO2 2H H2 2O O (2)反应特征反应特征: 极快且可逆，反应方向取决极快且可逆，反应方向取决PCOPCO2 2差；差； RBCRBC膜上有膜上有ClCl- -和和H

23、COHCO3 3- -特异转运载体，特异转运载体，ClCl- -转移转移维持电平衡维持电平衡, ,促进促进 COCO2 2化学结合的运输；化学结合的运输； 需酶催化；需酶催化； 在在RBCRBC内反应内反应, , 在血浆内运输。在血浆内运输。COCO2 2的运输的运输碳酸酐酶碳酸酐酶 氨基甲酸血红蛋白的形式：氨基甲酸血红蛋白的形式：7 7 (1)反应过程：反应过程： HbNHHbNH2 2O O2 2+H+H+ +CO+CO2 2 在组织在组织在肺脏在肺脏HHbNHCOOHHHbNHCOOHO O2 2 (2)反应特征反应特征: 反应迅速且可逆，无需酶催化；反应迅速且可逆，无需酶催化； COCO2 2与与HbHb的结合较为松散；的结合较为松散； 反应方向主要受氧合作用的调节反应方向主要受氧合作用的调节: : 虽不是主要运输形式虽不是主要运输形式, ,却是高效率运输形式，却是高效率运输形式， 带满带满O O2 2的的HbHb仍可带仍可带COCO2 2。( (三三)CO)CO2 2解离曲线解离曲线 COCO2 2解离曲线解离曲线是表示血液中是表示血液中COCO2 2含量与含量与PCOPCO2 2间关系的曲线。间关系的曲线。A A：静脉血：静脉