肺的弹性阻力课件

1、 Chapter 5 Respiration 呼吸(respiration)Respiration is the exchange of gas between the body and the environment. Internal respiration(内呼吸): the exchange of gases between the tissue cells and the systemic capillaries. The diffusion of gases between the interstitial fluid and the cytoplasm.External resp

2、iration(外呼吸): the exchange of gases between blood and the external environment, which involves not only diffusion across the lung capillaries but also the bulk movement of gases in and out of the lungs.Chapter outline1 Pulmonary Ventilation1.1 Mechanisms of pulmonary ventilation1.2 Indexes of pulmon

3、ary ventilation function 2 Pulmonary exchange and Tissue exchange2.1 Principles of gas exchange 2.2 Pulmonary exchange2.3 Tissue exchange3 Gas Transport in the Blood3.1 Forms of oxygen and carbon dioxide in the blood3.2 Oxygen transport 3.3 Carbon dioxide transport4 Respiratory Regulation4.1 Respira

4、tory centers and forming of respiratory rhythm 4.2 Reflex regulation of respiration Chapter 1 Pulmonary ventilation肺通气 (Pulmonary ventilation) Pulmonary ventilation is the exchange of gas between the alveoli and the environment. Functional structure of pulmonary ventilationConducting airway and lung

5、Thorax and respiratory musclePleural cavity鼻（nasal passage）咽（pharynx）喉（throat）气管（trachea） 左右主支气管 叶支气管 段支气管 支气管（bronchiole） 细支气管 终末细支气管 呼吸性细支气管 肺泡管（alveolar duct） 肺泡囊（alveolar sac） 肺泡（ alveolus)上呼吸道下呼吸道肺的呼吸部肺的导气部（传导气道）116级1723级加温、加湿、过滤数 目 管 径 管 壁 软 骨 平滑肌 少 大 厚 完整 少 多 小 薄 缺失 多 气体是如何通过呼吸道进出肺的？由于肺泡与外界之间

6、的气压差引起的肺扩张 肺泡内压降低 大气压 空气进入肺回缩 肺泡内压升高 大气压 气体排出大气与肺泡气之间的压力差是肺通气的直接动力肺的扩张、回缩完全依赖于呼吸肌舒缩引起胸廓扩大和缩小，即呼吸运动才是肺通气的动力呼吸运动是肺通气的原动力呼吸运动 ：呼吸肌收缩舒张引起的胸廓扩大和 缩小Impetus of pulmonary ventilationPulmonary ventilation is the exchange of gas between the alveoli and the environment. The original impetus of pulmonary ventil

7、ation is respiratory movement and the direct impetus is the pressure difference between alveolar pressure and atmospheric pressure. 胸廓与呼吸肌胸廓(thorax)由肋骨、胸骨、胸椎构成骨架，附着的软组织构成其四壁，底部由膈肌封闭 弹性的中空结构膈肌肋间外肌吸气肌斜角肌胸锁乳突肌辅助吸气肌肋间内肌腹肌呼气肌肋间外肌收缩引起的胸廓容积的变化呼吸型式 (1) 腹式呼吸和胸式呼吸 abdominal breathing： 膈肌收缩、舒张引起腹腔内器官位移，造成腹壁的起伏

8、（以膈肌为主）的呼吸运动。 thoracic breathing：肋间肌收缩、舒张时主要表现为胸部的起伏（以肋间外肌为主）的呼吸运动。 （2）平静呼吸和用力呼吸（深呼吸） 平静呼吸 (eupnea) 肋间外肌收缩前后径增大左右径增大膈肌收缩上下径增大肺容积增大特点：吸气 (inspiration) 主动 呼气 (expiration) 被动吸气用力呼吸 (forced breathing) 上述肌肉外，辅助吸气肌也参与收缩，使胸廓进一步增大。用力呼气，除吸气肌舒张外，呼气肌如：肋间内肌、腹肌也参与。特点：吸气 (inspiration) 主动 呼气 (expiration) 主动动力呼吸肌的舒

9、缩是肺通气的原动力，引起胸廓的扩缩，从而带动了肺的扩缩，肺容积的变化造成了肺内压和大气压的压力差，压力差是直接动力具体过程： 呼吸肌舒缩 胸腔容积变化 肺容积变化 肺内压变化 肺泡与大气间压力差 肺通气肺通气(pulmonary ventilation)人工呼吸原理：设法使肺内与外界之间产生压力差以达到肺通 气的目的肺内压（intrapulmonary pressure）Definition：肺泡内的压力. the pressure within the alveoli of the lungs. 肺内压的变化：吸气：下降 呼气：上升 呼吸暂停、声带开放：相等肺内压变化的幅度： 与呼吸运动的缓

10、急、深浅和呼吸道是否通畅有关吸气呼气平静呼吸-2-1mmHg12mmHg尽力呼吸-100-30mmHg60140mmHg呼吸过程中肺内压的变化 胸膜腔(pleural cavity)胸膜腔的结构： 壁层胸膜（紧贴胸壁） 脏层胸膜（紧贴肺表面）浆液：1.润滑,减少磨擦 2.使两层胸膜紧密结合 (把肺和胸廓偶联在一起)胸膜腔内压力比大气压低，为负压 称： 胸膜腔负压 （ negative pressure of pleural space ） or 胸内负压（intrapleural negative pressure） 胸廓的自然容积肺的自然容积(胸廓的发育比肺快) 肺被扩张，其容积自然容积，表

11、现出回缩倾向胸廓被压缩，其容积自然容积胸内负压形成的原因Intrapleural negative pressure =肺内压肺回缩力 （吸气末或呼气末） =大气压肺回缩力 （大气压为0） =肺回缩力* 气胸(pneumothorax): 胸膜腔和大气相通,空气立即进入胸膜腔内,两层胸膜分开。胸内负压的生理意义： 1.作用于肺，牵引其扩张 2.作用于胸腔内其他器官，特别是壁薄而扩张 性大的腔静脉和胸导管等，有利于静脉血和淋巴液的回流。胸内压：不论吸、呼气都比大气压低 （声门紧闭用力呼气时 ，胸膜腔内压可变为正）肺内压：随呼吸运动，可高于、等于、低于大气压呼吸阻力（respiratory res

12、istance）肺通气过程中遇到的阻力 弹性阻力（elastic resistance） 70% 来自肺和胸廓的弹性回位力 在呼吸气流停止时仍存在，故为静态阻力 非弹性阻力（non- elastic resistance） 30% 包括 惯性阻力 粘滞阻力 气道阻力 -动态阻力弹性阻力和顺应性弹性阻力（R）： 物体对抗外力作用所引起的变形的力 弹性阻力大不易变形 一般用顺应性来度量弹性阻力顺应性 (compliance，C) ：在外力作用下弹性组织的可 扩张性 易扩张 顺应性大 弹性阻力小 C=1/R 顺应性（C）=容积变化（V）压力变化（P）单位压力变化所引起的容积变化单位：L/cmH2O肺

13、的弹性阻力(elastic resistance of lung)来源 肺组织本身的弹性回缩力 (1/3) 肺泡液-气界面的表面张力(T)所产生的回缩力 (2/3)肺弹性回缩力主要是由肺组织的弹性纤维产生用生理盐水充盈肺时，在较低的压力时肺即开始扩张，且只需较小的压力就能使肺完全充盈，充盈后排空时的滞后现象也不明显(用空气充盈肺所需的压力比用生理盐水充盈时大得多（约3倍）原因：用空气充盈时，在肺泡内衬液和肺泡气之间存在液气界面，从而产生表面张力离体猫肺压力-容积曲线滞后现象（hysteresis）肺充气和萎陷的压力-容积曲线间的差异，以及变形后不能很快回到其原来的状态表面张力（surface

14、tension，T）液-气界面上，由液体分子间的引力而产生的液体表面的收缩力球形液-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。Laplace定律：P=2T/ rP：肺泡表面张力产生的附加压强（回缩压）r：曲率半径肺表面活性物质(pulmonary surfactant)成分：二棕榈酰卵磷脂（DPL，DPPC） 分泌： 肺泡型细胞 分布 ：单分子层分布在液-气界面上，其密度随肺 泡的张缩而改变 作用 ：降低肺泡液-气界面的表面张力 (降低2/3) 生理意义: 1. 有助于维持肺泡的稳定性 2. 减少肺间质和肺泡内的组织液的生成，防止肺 水肿 3. 降低吸气阻力,减少吸气作功

15、肺泡的表面活性物质Functions of pulmonary surfactant肺顺应性（Lung compliance， CL）单位跨肺压变化引起的肺容积变化 CL= V Ptp 跨肺压 = 肺内压（PA）-胸膜腔内 压（Pip ）平静呼吸时, CL约为 0.2 L/cm H2O影响因素肺容积的大小 比顺应性（specific compliance，Csp）: 单位肺容积的顺应性呼吸时相体位肺表面活性物质异常 比顺应性= 平静呼吸的顺应性功能余气量胸廓的顺应性（thoracic compliance，CT）=肺容量的变化跨壁压的变化跨胸壁压 = 胸膜腔内压-胸壁外大气压CT 约为0.2

16、L/cm H2O曲线中段斜率大，顺应性大，阻力小；肺容积过大或过小时，曲线斜率小，弹性阻力大当肺容积约为肺总量的67%时，跨壁压为0，胸廓处于自然位置，此时胸廓无变形，不表现有弹性阻力（回位力=0） 肺容量 肺总量的67%时，是吸气的阻力(呼气的动力)肺和胸廓的总顺应性(Lung-thorax compliance，CLT)单位跨胸廓压引起的肺容积变化 跨胸廓压（Pth）=肺泡压（PA）-胸廓体表压（Pbs）CLT =1/R = 1/(RL+RT) = 1/(1/CL+1/CT) 正常值：0.1 L/cm H2O 肺向内的回缩力与胸廓向外的回位力的正常平衡位置在肺总量的 40% 水平，这个点决

17、定了胸内负压的大小、 功能余气量的大小将肺、胸廓、肺-胸廓顺应性表示在同一压力容积曲线图中 （1cmH2O=0.098kPa）肺-胸廓总顺应性曲线上任一点的斜率均比相应肺容积时肺或胸廓压力-容积曲线的斜率小，即总顺应性小，总阻力大。非弹性阻力(nonelastic resistance)惯性阻力 气体在发动、变速、转向时因气流惯性产生的阻止运动的因素粘滞阻力 呼吸时器官、组织相对移位时发生的摩擦阻力气道阻力 气流经呼吸道时气体分子间和气体分子与气道壁之间的摩擦阻力，约占 80%一90%气道阻力（airway resistance） (大气压肺内压)单位时间气体流量 (cmH2O) (L/s)影

18、响因素: 气流速度 气流形式层流 8Lr4，的大部分在上呼吸道 湍流 气道口径 肺容积气道阻力的分布大部分气道阻力存在于上呼吸道（鼻腔的阻力最大）R=fL/42r5表现为流过气道的单位气体流量所需的驱动压动态顺应性（dynamic compliance，Cdyn ） 气体流动时测定的肺和胸廓的顺应性动态顺应性（ Cdyn ）和静态顺应性（Cst）之差反映气道阻力大小呼吸功 （work of breathing）呼吸肌为克服弹性阻力和非弹性阻力而实现肺通气所作的功占全身总耗能的 3% （呼吸功很小）三、肺容量与肺通气量肺容量 (lung volume)静态肺容量 （static lung vol

19、ume）(VC)( VT)(IRV)(ERV)(RV)(FRC)(TLC)(IC)男：3500ml 女：2500ml男：5000ml 女：3500ml动态肺容量用力肺活量（FVC）尽力最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气量正常人： FVCVC 气道阻塞者： FVCVC（气道阻力加大 ， 使支气管塌陷提早发生的缘故）用力呼气量（FEV）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占用力肺活量的百分数 FEVl = 83%, FEV2 = 96%, FEV3 = 99% 阻塞性肺部病变患者 FEVl 、 FEVl % 均降低FEVl是评定慢性阻塞性肺病（COPD）严重程度的指标肺

20、通气量 (pulmonary ventilation)每分通气量(minute ventilation volume，VE) :每分钟进入肺的气体总量, 等于潮气量乘以呼吸频率最大（随意）通气量（ Mv ) 单位时间内（1min）以最快速度和最大用力呼吸时所能达到的通气量无效腔(dead space) ：有通气但不进行气体交换的区域 解剖无效腔 (anatomical dead space)从上呼吸道至呼吸性细支气管以前的呼吸道容积, 150 ml 肺泡无效腔 (alveolar dead space)无肺血流灌注的肺泡容量 生理无效腔 (pysiologycial dead space)（V

21、d）：包括解剖无效腔和肺泡无效腔无效腔效应 = Vd / VT 反映肺通气的效率浅的肺通气可增大Vd / VT的比值 降低肺通气效率Dead space肺泡通气量(alveolar ventilation，VA) 每分钟吸入肺泡与血液进行气体交换的新鲜空气总量 = (潮气量 - 无效腔气量) 呼吸频率 = (500 - 150) 16 = 5600 ml 呼吸频率 潮气量 肺通气量 肺泡通气量 16 500 8000 5600 32 250 8000 3200正常成人，肺泡通气量相当于每分肺通气量的70% 对肺换气而言，浅而快的呼吸是不利的第二节 呼吸气体交换（respiratory gase

22、s exchange） 肺换气 组织换气以扩散方式进行 动力： 气体分压差 气体交换肺泡 肺毛细血管血液O2CO2血液组织细胞O2CO2 Gases exchange in lung肺换气Structure of respiratory membrane 肺的通气与血流通气-血流比值（ventilation-perfusion ratio)每分肺泡通气量和每分肺血流量之比 (VA/QC) 4.2L / 5L=0.84 比值增大 肺泡无效腔增大比值减少 功能性动-静脉短路区域差异通气-血流比值的区域性差异肺尖 肺底, VA 5 g/100 ml时，皮肤、粘膜呈青紫色 血红蛋白结合氧的能力1分子H

23、b可以结合4分子O2 （理论值： 1g Hb 可结合1.39ml O2 ， 血气分析值：1.34ml ） 氧容量（oxygen capacity） 氧含量(oxygen content) 氧饱合度(oxygen saturation) 氧解离曲线 (oxygen dissociation curve)上段(60100 mg, 9097%) 较平坦，是Hb与O2结合的部分，只要PO2不低于60 mmHg, 血液仍可携带足够量的O2中段(4060 mmHg,7590%) 较陡, 是HbO2释放O2的部分, 每 100ml血液流过组织时释放 5 ml O2下段(1540 mmHg, 2075%) 最

24、陡,为氧的储备 定义：反映PO2与氧饱和度关系的曲线（四）影响氧解离曲线的因素 1、 pH和PCO2的影响 波尔效应（Bohr effect） 2 、温度的影响 3 、2，3，-二磷酸甘油酸 4、血红蛋白的质和量 5、其它因素（CO）2，3-DPG对氧离曲线的影响 2，3-DPG浓度升高，Hb对O2的亲和力降低，氧解离曲线右移； 2，3-DPG浓度下降，Hb对O2的亲和力增加，曲线左移。Transport of CO2CO2的运输形式 1、 物理溶解:5% 2、化学结合:95%碳酸氢盐 88% 碳酸酐酶(CA)的作用 Cl-转移（chloride shift）氨基甲酸血红蛋白7% HbNH2O

25、2 + H+ + CO2 HHbNHCOOH + O2二氧化碳的结合方式: 碳酸氢盐CO2解离曲线 (carbon dioxide dissociation curve)反映血液中CO2含量与PCO2关系的曲线 几为线性,无饱和点（血液CO2会随PCO2上升而增加）每 100ml 血液在肺部释放 4ml CO2 何（霍）尔登(Haldane effect) PO2变化引起CO2解离曲线位置的变化因为去氧Hb比氧合Hb容易与CO2（或H+）结合，生成HHbNHCOOH，在组织，HbO2释放O2而成为去氧Hb，Haldane effect可促使血液摄取并结合CO2 O2 与 Hb 的解离可促进CO

26、2 的结合在肺，因Hb与O2结合促使CO2释放 O2与 Hb 的结合可促进CO2 的释放 O2和CO2的运输的相互关系CO2 通过波尔效应影响 O2 的结合和释放O2 又通过何尔登效应影响 CO2 的结合和释放Section 4 Regulation of respiration节律性呼吸运动的起源 呼吸中枢(respiratory center) -在中枢神经系统内, 产生和调节呼吸运动的神经细胞群所在部位 呼吸中枢主要分布在在脑皮层、间脑、脑桥、延髓和脊髓等各级部位。脊髓： 是联系脑和呼吸肌的中继站 第35颈段 膈神经 支配膈肌 胸段 肋间神经 支配肋间肌和腹肌完成某些 呼吸反射(本体感受

27、性反射)的初级整合中枢高位脑：如大脑皮层、边缘系统、下丘脑等 通过皮层脊髓束和皮层脑干束控制呼吸运动神经 元 的活动 ( 对呼吸运动进行精细的调节)低位脑干：呼吸节律产生的部位延髓: 呼吸基本中枢脑桥: 呼吸调整中枢延髓呼吸相关神经元背侧呼吸组(dorsal respiratory group, DRG） 孤束核的腹外侧区域 主要为吸气神经元，其轴突下行投射到脊髓颈胸段，支配膈肌和肋间外肌运动神经元 可调节吸气的速率和深度腹侧呼吸组，ventral respiratory group, VRG） 疑核 后疑核 面神经后核 前包钦格复合体呼吸节律的形成吸气切断机制(inspiratory off

28、 switch)脑桥上部 呼吸调整中枢 作用 限制吸气，促使吸气向呼气转换 脑桥中下部 长吸中枢(未能证实) 化学感受性反射 化学因素 主要是指动脉血或脑脊液中的PO2、PCO2和H+浓度 机体通过呼吸运动调节血液中PO2、PCO2和H+浓度，动脉血中 PO2、PCO2和H+水平的变化又通过化学感受性反射调节呼吸运动。Reflex regulation of respiration化学感受器（chemoreceptor）外周化学感受器（peripheral chemoreceptor）： 颈动脉体和主动脉体是调节呼吸和循环的重要的外周化学感受器（peripheral chemoreceptor） 感受动脉血中PO2、PCO2或H+的浓度中枢化学感