第章呼吸生理学

呼吸运动的调节

概述肺通气气体交换气体在血液中的运输主要内容目前一页\总数七十七页\编于十二点呼吸

机体与外界环境之间的气体交换过程。呼吸意义

及时补充机体在新陈代谢过程中消耗的O2排除新陈代谢过程中生成的多余的CO2。呼吸的概念目前二页\总数七十七页\编于十二点缺氧对中枢神经系统的影响目前三页\总数七十七页\编于十二点目前四页\总数七十七页\编于十二点

（1）外呼吸（外界环境肺毛细血管)包括肺通气（肺外界空气）

肺换气（肺泡肺毛细血管）（2）气体在血液中的运输。（3）内呼吸又称组织换气（血液组织细胞）

呼吸运动的基本环节目前五页\总数七十七页\编于十二点第一节肺通气目前六页\总数七十七页\编于十二点

肺通气是肺与外界环境之间的气体交换过程。

(一)肺通气的动力 直接动力：肺内压与大气压之差

原始动力：呼吸运动一、肺通气的原理目前七页\总数七十七页\编于十二点1、呼吸运动呼吸运动是呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小的运动。主要呼吸肌吸气肌：膈肌、肋间外肌呼气肌：肋间内肌、腹壁肌辅助呼吸肌：胸锁乳突肌、斜方肌、胸大肌等目前八页\总数七十七页\编于十二点目前九页\总数七十七页\编于十二点平静吸气时，吸气运动主要由膈肌和肋间外肌主动收缩完成（胸腔和肺容积增大，肺内压低于大气压，气体入肺而完成吸气）。吸气运动呼气运动平静呼吸时，由膈肌和肋间外肌舒张实现（胸廓和肺依其自身的回缩力而回位，使胸腔和肺容积减小，当肺内压高于大气压时，完成呼气）因此平静呼吸时吸气是主动过程，呼气是被动过程。目前十页\总数七十七页\编于十二点呼吸形式按呼吸运动的深度分：平静呼吸：人体在安静时，平稳而自然的呼吸。12-18次/min.特点：吸气是主动过程，呼气是被动过程。用力呼吸或深呼吸:呼吸运动加深、加快。用力吸气时，除膈肌和肋间外肌加强收缩外，辅助吸气肌也参与收缩，使胸腔容积和肺容积进一步扩大，吸入更多气体。特点：吸气和呼气都是主动过程。目前十一页\总数七十七页\编于十二点按参与呼吸运动的主要肌群分：腹式呼吸以膈肌节律性运动为主，腹部起伏较明显。婴幼儿、胸膜炎和胸腔积液患者只出现腹式呼吸。胸式呼吸由肋间外肌节律性运动为主，胸壁起伏明显。妊娠妇女或腹膜炎、腹水或腹腔内肿瘤患者只出现胸式呼吸。

通常为腹式和胸式呼吸的混合型呼吸目前十二页\总数七十七页\编于十二点2、肺内压肺内压：肺泡内的压力。

在呼吸过程中，肺内压呈周期性变化。吸气初肺内压<大气压，气体入肺。呼气初肺内压>大气压，气体出肺。吸气末或呼气末，肺内压＝大气压。目前十三页\总数七十七页\编于十二点正压呼吸法负压呼吸法人工呼吸原理：自然呼吸停止，用人为的方法改变肺内压，建立肺内压与大气压之间的压力差，维持肺通气。目前十四页\总数七十七页\编于十二点3、胸膜腔及胸膜腔内压胸膜腔是由脏层胸膜和壁层胸膜构成；左右各一，密闭的，里面只有少量浆液，没有气体。目前十五页\总数七十七页\编于十二点胸膜腔内浆液的作用：①减小两层胸膜之间的摩擦力②能使两层胸膜贴附在一起不易分开目前十六页\总数七十七页\编于十二点目前十七页\总数七十七页\编于十二点胸膜腔内压胸膜腔内压＝肺内压–肺回缩力

吸气末或呼气末，肺内压等于大气压胸膜腔内压＝大气压–肺回缩力若以大气压为零：胸膜腔内压＝–肺回缩压(力)胸内负压的生理意义：①维持肺扩张状态，并使肺能随胸廓扩张而扩张；②促进静脉血和淋巴液的回流。目前十八页\总数七十七页\编于十二点胸膜腔的密闭性是肺能够随胸廓扩张而扩张的根本原因。

目前十九页\总数七十七页\编于十二点

弹性阻力（通气阻力的70%）

非弹性阻力（通气阻力的30%）

肺弹性阻力胸廓弹性阻力1/3由肺组织弹性成分产生2/3由表面张力所产生气道阻力惯性阻力粘滞阻力二、肺通气的阻力目前二十页\总数七十七页\编于十二点弹性阻力：物体对抗外力作用所引起变形的力。包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力。肺的弹性阻力是吸气时由于肺扩张变性所产生的回缩力。

（一）弹性阻力目前二十一页\总数七十七页\编于十二点顺应性：指弹性组织在外力作用下发生变形的难易程度。是度量弹性阻力大小的指标。

顺应性可用单位跨壁压（跨肺压、跨胸壁压）变化（△P)，所引起的容积（△V）变化来表示。单位：L/cmH2OC=

(△V)(△P)(L/cmH2O)顺应性与弹性阻力成反比，即顺应性越大，弹性阻力就越小，在外力作用下易变形。顺应性（C）=1/R目前二十二页\总数七十七页\编于十二点1、肺弹性阻力

来源：肺组织弹性回缩力+肺泡表面张力

表面张力

在液-气界面上，由于液体分子之间的吸引力大于气体分子之间的吸引力，而使表面积趋向于缩小的力。目前二十三页\总数七十七页\编于十二点来源于肺泡内液-气界面液体分子之间的吸引力，是使肺泡尽量缩小的力。构成肺弹性阻力。

液体气体液-气界面肺泡表面张力:肺泡表面张力目前二十四页\总数七十七页\编于十二点来源：肺泡Ⅱ型上皮细胞合成和释放成分：二棕榈酰卵磷脂(DPPC)作用：降低肺泡表面张力肺泡表面活性物质目前二十五页\总数七十七页\编于十二点

肺泡肺泡(alveoli)为气管分支终末结构，是气体交换的场所。正常成人约有3亿个大小不等的肺泡，总面积达70m2。肺泡上皮细胞：Ⅰ型细胞（扁平细胞）机械性支持Ⅱ型细胞（分泌细胞）分泌肺泡表面活性物质目前二十六页\总数七十七页\编于十二点肺泡表面活性物质生理意义：

①维持肺泡容积的稳定性。 ②减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防止肺水肿。 ③降低吸气阻力，有利于肺的扩张。目前二十七页\总数七十七页\编于十二点新生儿呼吸窘迫综合征：妊娠6-7个月才有肺泡表面活性物质分泌，分娩时达高峰。早产儿因Ⅱ型细胞尚未发育成熟，缺乏肺泡表面活性物质，导致肺泡表面张力增大，出生后6-12h内出现呼吸困难并逐渐加重，面部灰白或青灰，病理检查：肺透明膜样变。

成人肺炎、肺栓塞等疾病时，也可因肺泡表面活性物质减少而发生肺不张。

目前二十八页\总数七十七页\编于十二点正常及几种异常情况下顺应性曲线2、胸廓弹性阻力和顺应性处于自然位置：肺容量=肺总容量的67%

无回弹力小于自然位置：肺容量﹤肺总容量的67%

向外的回弹力

吸气的动力，呼气的阻力大于自然位置：肺容量﹥肺总容量的67%向内的回弹力吸气的阻力，呼气的动力胸廓是一个双向弹性体，其弹性回缩力的方向视胸廓所处的位置而定。目前二十九页\总数七十七页\编于十二点不同状态下胸廓弹性回缩力对呼吸的影响无向外吸气的动力向内吸气的阻力目前三十页\总数七十七页\编于十二点（二）非弹性阻力包括：气道阻力、惯性阻力、粘滞阻力气道阻力约占非弹性阻力的

80%～90%。由气流流速、气流形式和气道管径决定（主要来自主支气管以上的大气道）。在疾病情况下细支气管对气道阻力影响很大。气道阻力增加是临床上通气障碍最常见的病因。R∝1/r4目前三十一页\总数七十七页\编于十二点二、肺容量和肺通气量目前三十二页\总数七十七页\编于十二点目前三十三页\总数七十七页\编于十二点（一）肺容量肺容量：肺容纳的气体量1.潮气量:每次呼吸时吸入或呼出的气体量.500ml2.补吸气量:平静吸气末再尽力吸气所能吸入的气体量.1500-2000ml（反应吸气储备）3.补呼气量:平静呼气末再尽力呼气所能呼出的气体量.900-1200ml（反应呼气储备）目前三十四页\总数七十七页\编于十二点4.余气量：最大呼气末尚留存于肺中不能再呼出的余气量。1000-1500ml5.功能残气量:平静呼气末肺内所留存的气体量.

=余气量+补呼气量.肺气肿病人6.肺活量：最大吸气后再用力呼气所能呼出的气量.

=潮气量+补吸气量+补呼气量 男:3500ml,女:2500ml

（一）肺容量目前三十五页\总数七十七页\编于十二点时间肺活量（用力肺活量）：尽力最大吸气后再尽力尽快呼气时，在第1，2，3s末所能呼出的气量占肺活量的百分数，正常成年人各为83%、96%和99%。反映呼吸阻力的变化，是评价肺通气的理想指标。A.正常人B.气道狭窄患者

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。目前三十六页\总数七十七页\编于十二点1.肺通气量：平静呼吸时，每分钟吸入或呼出的气体总量。成人呼吸频率12～18次/分每分通气量(L/分)＝潮气量(L)×呼吸频率(次/分)＝6L/分（二）肺通气量每分最大通气量：单位时间内用力作快而深呼吸,所能吸入或呼出的气体总量。成年男性约100L，反映最大通气能力储备。目前三十七页\总数七十七页\编于十二点肺泡通气量

2.肺泡通气量：每分钟吸入到肺泡，并可与血液进行有效气体交换的总气量。计算真正的有效的气体交换，须采用肺泡通气量

肺泡无效腔(肺泡内未发生其他交换，接近于零）

生理无效腔解剖无效腔(从鼻至呼吸性细支气管，150ml)肺泡通气量=(潮气量-无效腔气量)x呼吸频率目前三十八页\总数七十七页\编于十二点呼吸形式肺泡通气量

(毫升/分)呼吸频率(次/分)肺通气量(毫升/分)潮气量(毫升)正常安静168000500

浅快呼吸2503280003200

深慢呼吸10008800068005600

结论：在一定的呼吸频率范围内，深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更为有效。不同呼吸频率、潮气量时的肺通气量及肺泡通气量目前三十九页\总数七十七页\编于十二点第二节气体的交换和运输目前四十页\总数七十七页\编于十二点一、气体交换的原理气体扩散：气体分子从分压高处向分压低处发生净转移的过程。即分压差

是气体分子扩散的动力。

目前四十一页\总数七十七页\编于十二点

Δp：分压差随部位不同

T：绝对温度

A：扩散面积

s：溶解度

d：扩散距离

MW：相对分子量气体扩散速率D表示单位时间气体扩散的容积。1、气体扩散速率目前四十二页\总数七十七页\编于十二点呼吸气体分压：某种气体在混合气体中所占有的压力。气体分压=混合气体的总压力×该气体所占的容积百分比2、气体的分压目前四十三页\总数七十七页\编于十二点肺泡气、血液、组织中的PO2

和PCO2(mmHg)气体的分压差△P大，扩散快。气体的分压是气体交换动力和方向的决定因素。目前四十四页\总数七十七页\编于十二点分子量(MW)和气体的溶解度(S)气体的扩散速率与MW平方根呈反比；与Ｓ呈正比。血浆溶解度:O2→2.14ml/100mlCO2→

54.1ml/100ml

分子量：O2→32

CO2

→

44S/MW为扩散系数CO2的扩散系数是O2的20倍3、气体的分子量和溶解度目前四十五页\总数七十七页\编于十二点

气体的扩散面积和距离(A,d):

扩散速率与A呈正比；与d呈反比。

温度(T):扩散速率与T呈正比。

综合以上因素,CO2的扩散速率是O2的2倍，故临床更容易出现O2扩散的障碍导致机体缺氧。4、气体的扩散面积和距离和温度目前四十六页\总数七十七页\编于十二点二、肺换气肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换过程。在气相与液相间完成肺泡PO2105>混合静脉血PO240，O2→静脉血肺泡PCO240

<混合静脉血PCO246，CO2→肺泡气静脉血动脉血

目前四十七页\总数七十七页\编于十二点肺泡气与毛细血管血液之间的气体转运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时间已完成肺换气。目前四十八页\总数七十七页\编于十二点呼吸膜1.呼吸膜的组成：含肺泡表面活性物质的液体分子层肺泡上皮细胞层肺泡上皮基底膜层组织间隙毛细血管基底膜层毛细血管内皮细胞层2.呼吸膜的厚度：平均不到1μm3.呼吸膜的面积：40㎡-70㎡目前四十九页\总数七十七页\编于十二点

呼吸膜的厚度

呼吸膜厚度增加，肺换气效率降低。呼吸膜厚度增加一倍，气体扩散速率即降低一倍。

呼吸膜的面积

呼吸膜面积减少，肺换气效率降低。通气/血流比值（V/Q比值）

V/Q比值增大或减小，肺换气效率均降低。三、影响肺换气的因素目前五十页\总数七十七页\编于十二点通气/血流比值（V/Q比值）通气/血流比值（V/Q比值）每分钟肺泡通气量(VA)与每分钟肺血流量(Q)之间分比值。正常成人安静时:4.2L/min÷5.0L/min=0.84，此时的肺泡通气量与肺血流量之间的匹配最适宜，气体交换效率最高。

目前五十一页\总数七十七页\编于十二点

支气管痉挛

肺栓塞V/Q比值=0.84通气血流匹配正常V/Q比值<0.84存在动-静脉短路V/Q比值>0.84肺泡无效腔增加目前五十二页\总数七十七页\编于十二点动脉血PO2100>组织液PO230，O2→组织液动脉血PCO240

<组织液PCO250，CO2→动脉血动脉血静脉血

四、组织换气目前五十三页\总数七十七页\编于十二点第三节、气体在血液中的运输目前五十四页\总数七十七页\编于十二点物理溶解：氧的溶解度很低，血液中溶解的O2极少，占运输总量1.5%。化学结合：血红蛋白结合与O2形成氧合血红蛋白的形式运输O2，占98.5%。

氧的运输：物理溶解和化学结合两种形式100ml动脉血含O2量(ml)物理溶解化学结合合计

0.312020.31

氧的运输目前五十五页\总数七十七页\编于十二点⑴快速、可逆、不需酶催化、受氧分压影响;⑵O2与Hb的结合是氧合不是氧化，Fe2+与O2的结合;⑶饱和现象：1分子Hb可结合4分子O2，1gHb可结合1.34mlO2。⑷Hb与O2的结合或解离曲线呈“S”型Hb与O2结合的特征1Hb+4O2

HbO2肺PO2↑组织PO2↓目前五十六页\总数七十七页\编于十二点HbO2呈鲜红色,去氧Hb呈紫蓝色

当体表毛细血管中去氧Hb含量达到50g/1L时，浅表毛细血管丰富的部位(如口唇、甲床、粘膜)呈青紫，称紫绀（发绀）——缺氧的标志

发绀：去氧Hb>50g/1L时出现贫血症——虽缺氧，但Hb不足时可不表现发绀RBC增多症——虽不缺氧，但Hb过多时则可出现发绀CO中毒患者——虽缺氧，但不表现发绀。因为Hb与CO结合成HbCO(亲合力强，为O2的210倍)。目前五十七页\总数七十七页\编于十二点

CO与Hb亲和力为O2的210倍。CO浓度为0.05%，几个小时就可导致CO中毒；CO浓度为0.1%，就会有生命危险。CO中毒目前五十八页\总数七十七页\编于十二点血红蛋白氧容量：特定条件下，每升(L)血液中血红蛋白所能负载的最大氧量。（190～200ml/L血液）血红蛋白氧含量：每升(L)血液中血红蛋白实际结合的氧量。动脉血约-190ml/L血液混合静脉血-140ml/L血液血红蛋白氧饱和度：血红蛋白氧含量占血红蛋白氧容量的百分数。

动脉血和混合静脉血分别为>95%、75%。血氧指标目前五十九页\总数七十七页\编于十二点

（一）物理溶解：

物理溶解约占CO2运输总量的5%。（二）化学结合：

化学结合约占CO2运输总量的95%

化学结合

二、CO2的运输碳酸氢盐形式占CO2总运输量88%氨基甲酸血红蛋白形式占7%。目前六十页\总数七十七页\编于十二点C02碳酸氢盐形式的运输形式目前六十一页\总数七十七页\编于十二点不需酶催化,受Hb含O2量影响.

组织

CO2

CO2+HbNH2

HbNHCOOH

HbNH2+

CO2CO2

红细胞

肺泡

C02氨基甲酸血红蛋白的运输形式目前六十二页\总数七十七页\编于十二点第三节呼吸运动的调节目前六十三页\总数七十七页\编于十二点(一)呼吸中枢

指中枢内产生和调节呼吸运动的神经细胞群。一、呼吸中枢与呼吸节律的形成目前六十四页\总数七十七页\编于十二点脑干呼吸中枢部位延髓呼吸神经元背侧呼吸组(DRG)腹侧呼气组(VRG)脑桥呼吸神吸气神经元呼气神经元跨时相神经元目前六十五页\总数七十七页\编于十二点脑桥延髓低位脑干横断实验目前六十六页\总数七十七页\编于十二点低位脑干(指脑桥和延髓)延髓存在可独立产生呼吸节律的基本中枢。脑桥上部存在抑制吸气中枢结构，称呼吸调整中枢高位脑(指大脑皮层、边缘系统、下丘脑等)大脑皮层对呼吸的调节系统是随意的调节系统.脊髓是联系脑和呼吸肌的中继站和整合某些呼吸反射的初级中枢。脑干图目前六十七页\总数七十七页\编于十二点二、呼吸运动的反射性调节目前六十八页\总数七十七页\编于十二点1、化学感受器

外周化学感受器 中枢化学感受器 一）化学感受性反射

机体通过呼吸运动调节血液中O2、CO2和H+的水平，动脉血中O2、CO2和H+的水平的变化通过化学感受性反射影响呼吸运动，从而达到内环境中这些因素的相对稳定。目前六十九页\总数七十七页\编于十二点

外周化学感受器

外周化学感受器，指颈动脉体和主动脉体，

感受动脉血中O2、CO2和H+的水平的变化。目前七十页\总数七十七页\编于十二点中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位；

生理剌激是脑脊液和局部细胞外液中的H+

动脉血CO2可进入脑脊液与H