生理学第五章教材

1、第五章第五章 呼吸呼吸v第一节 肺通气v第二节 肺换气和组织换气v第三节 气体在血液中的运输v第四节 呼吸运动的调节 呼吸的概念：机体与外界环境之间的气体交换过程，称为呼吸呼吸。呼吸维持新陈代谢和其他功能活动所必需的基本过程之一。 呼吸的全过程：呼吸的全过程：呼吸系统的结构和功能呼吸系统的结构和功能 呼吸道呼吸道是气体进出的通道是气体进出的通道 上呼吸道上呼吸道包括鼻、咽、喉和胸腔外的气管包括鼻、咽、喉和胸腔外的气管 下呼吸道下呼吸道从气管一直到呼吸性从气管一直到呼吸性 细支气管前的气管细支气管前的气管功能：功能：1气体进出的通道: 增温、加湿作用 2调节进出空气以及清洁空气的功能3防御性的反

2、射：对机体有保护作用肺泡肺泡是由单层扁平上皮组成的半球状含气小囊泡，是由单层扁平上皮组成的半球状含气小囊泡，其外表紧贴着丰富的毛细血管网和弹性纤维。其外表紧贴着丰富的毛细血管网和弹性纤维。肺泡是气体交换的主要场所，气体进出肺泡所经历的结构被称为呼吸膜。呼吸膜组成：含有肺泡表面活性物质的液体层肺泡的上皮细胞层肺泡的上皮基底膜间质（胶原纤维和弹性纤维网）毛细血管的基底膜毛细血管的内皮细胞第一节第一节 肺通气肺通气一、肺通气的原理：一、肺通气的原理：气体进出肺取决于两方面的因素的作用：气体进出肺取决于两方面的因素的作用：推动气体流动的动力推动气体流动的动力阻止气体流动的阻力阻止气体流动的阻力前者必须

3、克服后者，方能实现肺通气。前者必须克服后者，方能实现肺通气。（一）（一） 肺通气的动力肺通气的动力推动气体实现肺通气的推动气体实现肺通气的直接动力直接动力实现肺通气的实现肺通气的原动力原动力肺泡与大气之间的压力差肺泡与大气之间的压力差呼吸肌的舒缩运动呼吸肌的舒缩运动原动力通过原动力通过胸膜腔胸膜腔的传递，改变肺容积大小，从而转的传递，改变肺容积大小，从而转化为实现肺通气的直接动力。化为实现肺通气的直接动力。1. 1. 呼吸运动呼吸运动（1） 呼吸肌呼吸肌：引起呼吸运动的肌肉。呼气肌呼气肌肋间内肌和腹肌肋间内肌和腹肌吸气肌吸气肌肋间外肌和膈肌肋间外肌和膈肌吸气运动吸气运动：肋间外肌收缩，肋骨向前

4、向外移动；膈肌收缩，膈向后移动。胸腔容积增大，肺被动牵引而扩张，气体进入肺内。 呼气运动：呼气运动：吸气肌舒张，膈和肋回位。肺失去牵引力，由于自身弹性和肺泡表面张力而回缩，气体被压出肺外；用力呼气时呼气肌才参与。（2）型式： 1）腹式呼吸和胸式呼吸）腹式呼吸和胸式呼吸 腹式呼吸： 膈肌收缩舒张膈肌收缩舒张活动为主的呼吸运动。 胸式呼吸 ： 肋间外肌舒缩肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动。2）平静呼吸和用力呼吸 平静呼吸： 安静状态下的呼吸运动，频率1218次/分 特点：吸气是主动的，呼气是被动的。 用力呼吸或深呼吸： 特点：吸气、呼气都是主动的。平静呼吸运动过程：平静呼吸运动过程： 吸气运动 吸气

5、肌：膈肌，肋间外肌等收缩。 呼气运动 吸气肌：膈肌，肋间外肌舒张，胸廓减小，肺依自身回缩力而回位。用力呼吸运动过程：用力呼吸运动过程：吸气运动 吸气肌：膈肌，肋间外肌、辅助吸气肌收缩。呼气运动 呼气肌： 肋间内肌收缩，腹肌收缩 、膈肌，肋间外肌舒张2.肺内压肺内压：指肺泡内的压力 。 呼吸过程中，肺内压的交替变换造成了肺内压和大气压之间压力差 ，是实现肺通气的直接动力。 人工呼吸：人工呼吸：人工呼吸器；口对口的；节律的举臂压背或挤压胸口等。保持呼吸道通畅。 3.3.胸内压胸内压: :胸膜腔内的压力。 胸膜腔内只有少量的浆液，没有气体少量的浆液，没有气体：（1）润滑作用，减小摩擦力，两层胸膜可互

6、相滑动。（2）使两层胸膜贴附在一起，不易分开，所以肺就可随着胸廓的运动而运动。胸膜腔内压=肺内压肺弹性回缩力 在吸气末或呼气末时，肺内压等于大气压 胸膜腔内压=大气压肺弹性回缩力 在大气压为零时， 胸膜腔内压=肺弹性回缩力 负压状态的意义： 正常情况下肺总是表现回缩倾向，胸膜内压经常为负压。 胸膜腔封闭性被破坏，气体进入胸膜腔，这种状态称为气胸气胸 外伤导致胸壁破损，胸膜腔与大气直接接通，称为开放性气胸开放性气胸。（二）肺通气的阻力二）肺通气的阻力 弹性阻力弹性阻力70% 肺通气的阻力肺通气的阻力 非弹性阻力非弹性阻力30%1. 1. 弹性阻力和顺应性弹性阻力和顺应性弹性阻力弹性阻力( R )

7、 ：物体对抗外力作用所引起的变形的力。顺应性顺应性: : 在外力作用下弹性组织的可扩张性弹性阻力的来源： 弹性回缩力 1/3 肺泡液-气界面的表面张力 2/3 肺泡表面活性物质肺泡表面活性物质： 成分：二软脂酰卵磷脂 分泌部位:肺泡II型细胞分泌 作用：降低肺泡表面张力 降低肺泡表面张力作用： A. 维持大小肺泡的稳定性 B. 防止肺水肿 C. 降低吸气阻力, 减少吸气做功 Laplace（拉普拉斯）定律 P = 2T / r P : 肺泡内压力 T ：肺泡表面张力 r ：肺泡半径 肺充血、肺组织纤维化或肺泡表面活性肺充血、肺组织纤维化或肺泡表面活性物质减少物质减少时，肺弹性阻力增加，顺应性降

8、低，表现为吸气困难。如：急性呼吸窘迫综合症和哮喘急性发作。 肺气肿时，肺弹性成分大量破坏肺气肿时，肺弹性成分大量破坏，弹性回缩力减小，弹性阻力减小，顺应性增大，患者表现为呼气困难。 (2) 2) 胸廓的弹性阻力和顺应性胸廓的弹性阻力和顺应性 胸廓顺应性胸廓顺应性 = = 胸廓容积的变化胸廓容积的变化/ /壁压的变化壁压的变化 无无向外向外吸气的动力吸气的动力向内向内吸气的阻力吸气的阻力2.2.非弹性阻力非弹性阻力气流在发动、 变速、换向时因气流和组织惯性 所产生的阻止气体流动的因素；惯性阻力惯性阻力：呼吸时组织相对位移所发生的摩擦；粘滞阻力：粘滞阻力：气体流经呼吸道时，气体分子之间以及气体分子

9、与气道壁之间的摩擦，是非弹性阻力的主要成分。 气道阻力：气道阻力：影响因素：呼吸道的半径（影响因素：呼吸道的半径（ R 1 / rR 1 / r4 4 ） 气流的速度和气流的形成气流的速度和气流的形成二二 肺通气功能的指标肺通气功能的指标 （一）肺容积和肺容量 1肺容积 四种基本肺容积 （1）潮气量潮气量（TV） ： 每次呼吸时吸入或呼出的气体量。 正常成年人平静呼吸时平均为500 mL。 （2）补吸气量补吸气量或吸气储备量（IRV） 15002000 mL。 （3）补呼气量补呼气量或呼气储备量（ERVERV） 9001200 mL （4）余气量余气量（残气量RVRV） ： 最大呼气末尚存留于

10、肺中不能呼出的气体量。 正常成年人约为10001500 mL。残余量过多，表示肺功能通气功能不良。 2. 2. 肺容量肺容量 ：指肺容纳气体的量(1)深吸气量深吸气量: 平静呼气末再作最大吸气时所能吸入的气量 深吸气量 = 潮气量+补吸气量(2)功能残气量（功能残气量（FRCFRC）: 残气量 +补呼气量 =2500 mL 生理意义: 缓冲呼吸过程中肺泡气氧和二氧化碳分压(3)(3)肺活量肺活量(VC)(VC) : : 一次最大吸气后从肺内所能呼出的最大气体量。 肺活量 = 潮气量 + 补吸气量 + 补呼气量。 正常值：成年男性平均3500 mL ， 女性平均2500 mL 意义：反映了肺一次

11、通气的最大能力； 可作为肺通气功能的指标。 因不限制时间，所以不能反映肺组织的弹性状态和气道的通畅程度。 （4 4）时间肺活量）时间肺活量 （TVL TVL ） 受试者以最快速度呼气，分别测定第1 sec、2 sec、3 sec末所呼出的气体量，计算其所占肺活量的百分比，分别称为第1 sec、2 sec、3 sec的时间肺活量。 正常值：成年人各为83%、96%和99%。意义：反映肺通气阻力的变化， 评价肺通气功能的较好指标。阻塞性肺疾病患者阻塞性肺疾病患者肺活量可能正常，但时间肺活量显著降低。 （二）二） 肺通气量和肺泡通气量肺通气量和肺泡通气量 1. .肺通气量肺通气量（1）每分通气量 指

12、每分钟进或出肺的气体总量 每分通气量 = 潮气量呼吸频率 60009000 mL 500 mL 1218次（2 2）最大随意通气量）最大随意通气量: : 以最快速度、最大深度呼吸时的每分通气量为每分最大随意通气量。 一般可达70120 L/min 可了解肺通气功能的储备能力。 通气贮量百分比 =最大随意通气量每分平静 通气量 最大随意通气量 X 100%2.2.无效腔和肺泡通气量无效腔和肺泡通气量 生理无效腔生理无效腔 = 解剖无效腔 + 肺泡无效腔 肺泡通气量肺泡通气量 =（潮气量-无效腔）呼吸频率 平静呼吸平静呼吸： 肺泡通气量 =（500 150） 12 = 4.2 (L/min) 深慢

13、呼吸深慢呼吸： 肺泡通气量 =（1000 150） 6 = 5.1 (L/min) 浅快呼吸浅快呼吸： 肺泡通气量 =（250 150） 24 = 2.4 (L/min)第二节第二节 肺换气和组织换气肺换气和组织换气 一. 气体交换基本原理 （一）气体的扩散 肺泡、组织与血液之间气体交换是通过扩散进行的。 在海平面，空气的压力为760 mm Hg， 由O2构成的压力为159 mm Hg （760 mm Hg 20.9%），简称O2分压。 肺泡气中： O2分压低于空气的O2分压， CO2分压则远大于空气的CO2分压。影响气体分子在液体和液影响气体分子在液体和液-气之间扩散的因素气之间扩散的因素：

14、1.气体的分压差（气体的分压差（ P）2.气体分子量（气体分子量（MW）和物理溶解度（）和物理溶解度（S）3.扩散面积（扩散面积（A）和距离（）和距离（d）4.温度温度(T) P A S T 扩散速率扩散速率D = d MW二、肺换气二、肺换气（一）肺换气过程 O2与CO2在血液和肺泡间扩散迅速， 0.3s内可达平衡。 血液流经肺毛细血管时间约0.7s， 1/3时已完成肺换气。 （二）影响肺换气的因素1 1. .呼吸膜的厚度呼吸膜的厚度 肺泡内气体与肺泡壁毛细血管之间共有6层结构 (1 m)，构成呼吸膜。通透性性大通透性性大。1) 肺泡内表面的液体层及其表面的表面活性物质；2) 肺泡上皮细胞；

15、3) 上皮基膜层；4) 肺泡上皮和毛细血管之间很小的间隙；5) 毛细血管基底膜；6) 毛细血管内皮细胞。 呼吸膜厚度增加一倍，气体扩散速率即降低一倍。呼吸膜厚度增加一倍，气体扩散速率即降低一倍。 2.呼吸膜的面积呼吸膜的面积 正常成年人呼吸膜总面积达100 m2。 安静安静状态时仅有40 m2 参与气体交换，很大的储备面积。 运动运动时毛细血管开放数量、程度增加，面积增大。肺不张、肺气肿、肺叶切除等情况下呼吸膜面积减少。3.3.通气通气/ /血流比值血流比值概念: 是指每分种肺泡通气量（VA）和每分肺血流量（Q）之间的比值，简写为VA/Q。正常成年人安静时约为0.84（肺泡通气量4200 mL

16、 / 肺血流量5000 mL）VA/Q 0.84 通气过剩，血流不足。肺泡气CO2及O2分压与湿润的空气相等，但由于没有血流，同样不能进行气体交换，相当于出现了无效腔。这种无效腔称为生理无效腔。第三节 气体在血液中的运输物理溶解物理溶解化学结合化学结合运输形式运输形式气体气体O2的运输的运输CO2的运输的运输98.5% O295% CO2物理溶解物理溶解化学结合化学结合物理溶解物理溶解气体气体一一. O. O2 2的运输的运输 正常情况下，在血液中运输的O2中98.5 以与红细胞内血红蛋白相结合的方式存在，1.5 以单纯物理溶解方式存在。 O2与血红蛋白的可逆性结合 去氧血红蛋白含量达到50g

17、/L时，出现口唇，甲床青紫色，称为紫绀，缺氧的标准。1、Hb与O2结合特征 血红蛋白是一种结合蛋白，由一个珠蛋白血红蛋白是一种结合蛋白，由一个珠蛋白分子和分子和4个亚铁血红素组成。每个血红素分子个亚铁血红素组成。每个血红素分子含一个亚铁离子，称为含一个亚铁离子，称为亚铁血红素亚铁血红素。 每个亚铁离子能结合一个氧分子，但这种每个亚铁离子能结合一个氧分子，但这种结合是疏松的。血红蛋白与氧结合后，亚铁结合是疏松的。血红蛋白与氧结合后，亚铁的价数不变，故称为氧合而不是氧化。的价数不变，故称为氧合而不是氧化。HbOHbO2 2O O2 2分压升高分压升高 Hb+O Hb+O2 2 O O2 2分压降低

18、分压降低是氧合，非氧化是氧合，非氧化反应快、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 HbHb与与O O2 2的结合或解离曲线呈的结合或解离曲线呈S S形形HbHb氧容量氧容量（氧容量，Oxygen Capacity） 100 ml血液中Hb所能结合的最大氧量称Hb氧容量Hb氧含量氧含量（氧含量，Oxygen content） 100ml血液中，Hb实际结合的O2量称Hb的氧含量HbHb氧饱和度氧饱和度 Hb氧含量与氧容量的百分比为Hb氧饱和度。Hb氧容量Hb氧含量Hb氧饱和度（%）=

19、100%动脉血氧饱和度动脉血氧饱和度98%，静脉血血氧饱和度，静脉血血氧饱和度75%（三）氧离曲线（三）氧离曲线 氧离曲线或称氧合血红蛋白解离曲线是表示PO2与Hb氧饱和度的关系曲线。 该曲线表示不同氧分压下O2与Hb的分离结合的情况。1 氧离曲线的特点和生理意义：氧离曲线的特点和生理意义：氧离曲线呈近似氧离曲线呈近似“S”形，是血液运输形，是血液运输O2有效的特性表现有效的特性表现第一阶段：第一阶段：PO2值在值在60 100mmHg 维持氧饱和度维持氧饱和度第二阶段：第二阶段：PO2值在值在40 60mmHg 安静条件下代谢所需安静条件下代谢所需第三阶段：第三阶段：PO2值在值在15 40

20、mmHg 机体的氧储备机体的氧储备2、影响氧离曲线的因素氧离曲线的位移： Hb与氧的结合与分离受许多因素的影响（二氧化碳分压，氢离子浓度，温度等）。当氧离曲线的位置发生变化时，表明血红蛋白与氧的亲和力发生了改变。曲线左移： 表明Hb与氧亲和力增加。因为曲线左移后，在低氧条件下，Hb仍有较高的氧饱和度。曲线右移：表明Hb与氧的亲和力下降。 二二. CO2的运输的运输 血液中的CO2两种形式运输: 物理溶解的CO2约占总运输量的5%， 主要是碳酸氢盐88% 化学结合的占95% 氨基甲酸血红蛋白7%1 1、物理溶解方式、物理溶解方式： 每1L静脉的血液只能运输30 ml的CO2。2 2、碳酸氢盐结合

21、方式、碳酸氢盐结合方式： 从组织扩散入血液的CO2进入红细胞后形成H2CO3，进一步解离成HCO3-和H+。HCO3-载体扩散入血液（Cl-同时进入红细胞），多余的H+与血红蛋白结合。3 3、氨基甲酸血红蛋白结合方式、氨基甲酸血红蛋白结合方式： 一部分CO2与血红蛋白的氨基结合生成氨基甲酸血红蛋白。第四节第四节 呼吸运动的调节呼吸运动的调节一一.呼吸中枢与呼吸节律的形成呼吸中枢与呼吸节律的形成（一）呼吸中枢（一）呼吸中枢 1.脊髓脊髓（初级中枢）（初级中枢） 肋间神经肋间神经 膈神经膈神经 呼吸肌运动呼吸肌运动A平面平面B平面平面D平面平面C平面平面2.低位脑干(脑桥、延髓) 在不同水平横断脑

22、干，呼吸节律发生不同改变延髓延髓- -脊髓横断脊髓横断(A平面) 呼吸停止脑桥脑桥- -延髓延髓（B平面） 喘息样呼吸，不规则呼吸脑桥上脑桥上- -中部横断中部横断(C平面) 呼吸变慢、深，若切断迷走神经，吸气延长， 偶发呼气中断-长吸式呼吸中脑中脑- -脑桥横断脑桥横断（D平面） 呼吸节律无明显变化3.高位脑高位脑 大脑皮层、边缘系统、下丘脑大脑皮层、边缘系统、下丘脑大脑皮层：随意呼吸调节系统低位脑干：不随意自主呼吸节律调节系统临床：自主呼吸、随意呼吸分离现象自主呼吸、随意呼吸分离现象（二）（二） 呼吸节律形成机制呼吸节律形成机制1呼吸节律源于延髓机制：机制：起步细胞学说起步细胞学说 延髓内

23、有起步神经元的节律性兴奋呼吸节律. 新生大鼠离体脑干脊髓制备的研究表明:有类似电压依赖性神经元 神经元网络学说神经元网络学说 呼吸节律的产生是延髓内呼吸神经元间复杂的相互联系、相互作用。 呼吸模型 中枢吸气活动发生器 吸气切断机制二二 呼吸的反射性调节呼吸的反射性调节（一）（一）肺牵张反射肺牵张反射： 吸气时支气管、细支气管被扩张，管壁平滑肌层内的牵张感受器受到牵拉刺激而兴奋。牵张感受器的兴奋导致吸气抑制，促使吸气向呼气转化。这一反射称为肺牵张反射。（二）化学感受性呼吸反射（二）化学感受性呼吸反射() 外周化学感受器外周化学感受器 颈动脉体颈动脉体：主要参与呼吸调节 主动脉体主动脉体：在循环调

24、节方面较为重要肺扩张反射肺扩张反射：充气或扩张抑制吸气的反射，阻止吸气过长，充气或扩张抑制吸气的反射，阻止吸气过长，促进吸气及时转换成呼气，使呼吸频率增加促进吸气及时转换成呼气，使呼吸频率增加肺萎陷反射肺萎陷反射：肺萎陷时引起的吸气反应肺萎陷时引起的吸气反应 I型球细胞（化学感受细胞） 颈动脉体内 II型鞘细胞 I型细胞直接或间接与神经末梢形成突触联系，被认为是化学感受细胞。() 中枢化学感受器中枢化学感受器 位于延髓腹外侧部浅表部位左右对称位于延髓腹外侧部浅表部位左右对称 分为头（R）、中间（I）、尾（C）三个部分。 生理刺激脑脊液、局部细胞外液生理刺激脑脊液、局部细胞外液 H+ H+ 头（头（R R）、尾（）、尾（C C）：化学感受性）：化学感受性 中间（中间（I I）：中继站）：中继站 呼吸中枢呼吸中枢2 2 COCO2 2、H H+ +和和O O2 2对呼吸的影响对呼吸的影响 （1）CO2D 影响 一定水平的PCO2维持呼吸中枢兴奋性； PCO2 动脉血PCO2 呼吸加深