生理：第二章 氣體交換和運(yùn)輸

1、第二節(jié)氣第二節(jié)氣 體體 交交 換換一、氣體交換的原理一、氣體交換的原理 （擴(kuò)散原理）（擴(kuò)散原理） 動(dòng)力：膜兩側(cè)的氣體分壓差決定擴(kuò)散方向。動(dòng)力：膜兩側(cè)的氣體分壓差決定擴(kuò)散方向。 速率：速率：= = 擴(kuò)散速率（擴(kuò)散速率（D D） 氣體的溶解度氣體的溶解度/ /分子量的平方根之比為分子量的平方根之比為擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散系數(shù)大，擴(kuò)散速率快擴(kuò)散系數(shù)大，擴(kuò)散速率快。擴(kuò)散距離擴(kuò)散距離分子量分子量分壓差分壓差溫度溫度氣體溶解度氣體溶解度擴(kuò)散面積擴(kuò)散面積= =二、肺換氣與組織換氣二、肺換氣與組織換氣 換氣動(dòng)力換氣動(dòng)力：分壓差：分壓差換氣方向換氣方向： 分壓高分壓高分壓低分壓低換氣結(jié)果換氣結(jié)果： 肺肺 組織組

2、織 血血 血血 血血 血血COCO2 2的運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸O O2 2的運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸三、影響氣體交換的因素三、影響氣體交換的因素 ( (一一) )氣體擴(kuò)散速率氣體擴(kuò)散速率 O O2 2、COCO2 2擴(kuò)散速率（擴(kuò)散速率（D D）的比較）的比較 分子量分子量 血漿溶解度血漿溶解度 肺泡氣肺泡氣 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 在分壓相同條件下，在分壓相同條件下，COCO2 2的擴(kuò)散速率是的擴(kuò)

3、散速率是O O2 2的的2020倍；但倍；但在肺中，由于肺泡氣和在肺中，由于肺泡氣和V V血間分壓差的不同，血間分壓差的不同，COCO2 2的擴(kuò)散的擴(kuò)散速率實(shí)際約為速率實(shí)際約為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氣體交換氣體交換 2. 2.面積面積：呼吸膜面積呼吸膜面積氣體交換氣體交換( (二二) )呼吸膜呼吸膜 CO2O26 6層層1m1m厚厚呼吸膜厚度：呼吸膜厚度：0.6 0.6 m m肺毛細(xì)血管直徑：肺毛細(xì)血管直徑：5 5 m m紅細(xì)胞直徑：紅細(xì)胞直徑：6 67 7 m m

4、實(shí)際交換血管比例：實(shí)際交換血管比例：1/3 1/3 1/21/2( (三三) )通氣通氣/ /血流比值血流比值 每分肺通氣量（每分肺通氣量（VAVA）/ /每分肺血流量（每分肺血流量（Q Q） 1.1.VA/QVA/Q肺通氣肺通氣增大功能性增大功能性A-VA-V短路短路換氣效率換氣效率（如支哮、肺（如支哮、肺氣腫、支氣管栓塞）氣腫、支氣管栓塞） 2.2.VA/QVA/Q肺通氣肺通氣或肺血流或肺血流增大生理無(wú)效腔增大生理無(wú)效腔換氣效率換氣效率(如心如心衰、肺動(dòng)脈栓塞衰、肺動(dòng)脈栓塞) ) VA/QorVA/Qor換氣效率換氣效率缺缺O(jiān) O2 2和和COCO2 2潴留的癥狀潴留的癥狀; ;但但以缺以

5、缺O(jiān) O2 2為主，原因：為主，原因： A-VA-V血間血間POPO2 2PCOPCO2 2 功能性功能性A-VA-V短路時(shí)，短路時(shí)，A A血血POPO2 2的程度的程度V V血血PCOPCO2 2； COCO2 2的擴(kuò)散系數(shù)是的擴(kuò)散系數(shù)是O O2 2的的2020倍，倍，COCO2 2的擴(kuò)散速的擴(kuò)散速度度O O2 2不易出現(xiàn)不易出現(xiàn)COCO2 2潴留的癥狀；潴留的癥狀； AA血血POPO2 2和和PCOPCO2 2時(shí)，可刺激呼吸，增加時(shí)，可刺激呼吸，增加肺泡通氣量，有助于肺泡通氣量，有助于COCO2 2的排出，而幾乎無(wú)助于的排出，而幾乎無(wú)助于O O2 2的攝?。ǖ臄z取（O O2 2和和COCO

6、2 2解離曲線的特點(diǎn)所決定的）。解離曲線的特點(diǎn)所決定的）。呼吸衰竭（respiratory failure） 在海平大氣壓下，于靜息條件下在海平大氣壓下，于靜息條件下呼吸室內(nèi)空氣，并排除心內(nèi)解剖呼吸室內(nèi)空氣，并排除心內(nèi)解剖分流和原發(fā)于心排血量降低等情分流和原發(fā)于心排血量降低等情況后，動(dòng)脈血氧分壓（況后，動(dòng)脈血氧分壓（PaO2PaO2）低）低于于60mmHg60mmHg，或伴有二氧化碳分壓，或伴有二氧化碳分壓(PaCO2)(PaCO2)高于高于50mmHg 50mmHg （型）缺氧無(wú)型）缺氧無(wú)CO2CO2潴留，或伴潴留，或伴CO2CO2降低降低 見(jiàn)于換氣功能障礙（通氣見(jiàn)于換氣功能障礙（通氣血流比

7、例失調(diào)、彌散功能損害血流比例失調(diào)、彌散功能損害和肺動(dòng)和肺動(dòng)- -靜脈樣分流）的病例。靜脈樣分流）的病例。 可給予吸較高氧濃度（可給予吸較高氧濃度（35354545） 。（型）缺型）缺O(jiān)2O2伴伴CO2CO2潴留潴留 系肺泡通氣不足所致的缺系肺泡通氣不足所致的缺O(jiān)2O2和和CO2CO2潴留，單純通氣不足，缺潴留，單純通氣不足，缺O(jiān)2O2和和CO2CO2的潴留的程度是平行的，的潴留的程度是平行的，若伴換氣功能損害，則缺若伴換氣功能損害，則缺O(jiān)2O2更更為嚴(yán)重。為嚴(yán)重。 只有增加肺泡通氣量，必要只有增加肺泡通氣量，必要時(shí)加氧療來(lái)解決。氧療原則應(yīng)時(shí)加氧療來(lái)解決。氧療原則應(yīng)給予低濃度（給予低濃度（353

8、5）持續(xù)給）持續(xù)給氧氧 整個(gè)肺臟的整個(gè)肺臟的VA/Q0.84,VA/Q0.84,是衡量肺換氣功能的指標(biāo)是衡量肺換氣功能的指標(biāo) 人體直立時(shí)肺局部的人體直立時(shí)肺局部的VA/QVA/Q 肺上區(qū)肺上區(qū) 肺下區(qū)肺下區(qū)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肺臟各局部的肺泡通氣量和血流量的不均性肺臟各局部的肺泡通氣量和血流量的不均性氣體在組織的交換特點(diǎn) 交換發(fā)生于液相（血液、組織液、細(xì)胞內(nèi)液）之間交換發(fā)生于液相（血液、組織液、細(xì)胞內(nèi)液）之間 擴(kuò)散膜兩側(cè)的

9、擴(kuò)散膜兩側(cè)的O O2 2和和COCO2 2的分壓差隨細(xì)胞內(nèi)氧化代謝的強(qiáng)的分壓差隨細(xì)胞內(nèi)氧化代謝的強(qiáng)度和組織血流量而異血流量不變時(shí)度和組織血流量而異血流量不變時(shí) 代謝強(qiáng)、耗代謝強(qiáng)、耗O O2 2多，則組織液多，則組織液POPO2 2低，低，PCOPCO2 2高；高； 代謝率不變時(shí)，血流量大，則代謝率不變時(shí)，血流量大，則POPO2 2高，高，PCOPCO2 2低。低。 局部代謝酸性產(chǎn)物的調(diào)節(jié)局部代謝酸性產(chǎn)物的調(diào)節(jié) 組織水腫導(dǎo)致細(xì)胞缺氧的病理機(jī)制組織水腫導(dǎo)致細(xì)胞缺氧的病理機(jī)制第三節(jié)氣第三節(jié)氣 體體 運(yùn)運(yùn) 輸輸一、運(yùn)輸形式一、運(yùn)輸形式:（一）物理溶解（一）物理溶解: :氣體直接溶解于血漿中氣體直接溶解

10、于血漿中 特征特征: :量?。涣啃?； 溶解量與分壓呈正比溶解量與分壓呈正比化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡物理溶解物理溶解（二）化學(xué)結(jié)合（二）化學(xué)結(jié)合: :氣體與某些物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)結(jié)合。氣體與某些物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)結(jié)合。 特征特征: :量大量大 主要運(yùn)輸形式。主要運(yùn)輸形式。二、氧的運(yùn)輸二、氧的運(yùn)輸( (一一) )物理溶解：物理溶解：(1.5%)(1.5%)( (二二) )化學(xué)結(jié)合化學(xué)結(jié)合:(98.5%):(98.5%) O O2 2與與HbHb的可逆性結(jié)合的可逆性結(jié)合: : 當(dāng)表淺毛細(xì)血管床血液中當(dāng)表淺毛細(xì)血管床血液中去氧去氧HbHb達(dá)達(dá)5g/100ml5g/100ml以上，呈藍(lán)紫色稱以上，呈藍(lán)紫色稱

11、紫紫紺紺（一般是缺（一般是缺O(jiān) O2 2的標(biāo)志）。的標(biāo)志）。 反例：反例：貧血、高原性紅細(xì)胞增多、貧血、高原性紅細(xì)胞增多、COCO櫻桃紅櫻桃紅POPO2 2(氧合氧合) )POPO2 2(氧離氧離) )HbOHbO2 2( (鮮紅色鮮紅色) )( (暗紅色暗紅色) )Hb + OHb + O2 2 1 1分子分子HbHb可與可與4 4分子分子O O2 2可逆結(jié)合可逆結(jié)合; ; Hb+OHb+O2 2結(jié)合的最大量結(jié)合的最大量 氧容量氧容量 100ml100ml血血 Hb+OHb+O2 2結(jié)合的實(shí)際量結(jié)合的實(shí)際量 氧含量氧含量 氧含量氧含量氧容量的氧容量的% % 氧飽和度氧飽和度 2. O2. O

12、2 2與與HbHb結(jié)合的特征結(jié)合的特征: : 反應(yīng)快、可逆、受反應(yīng)快、可逆、受POPO2 2的影響、不需酶的催化；的影響、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 ( (氧離氧離) ) Hb+O Hb+O2 2的結(jié)合或解離曲線呈的結(jié)合或解離曲線呈S S形形機(jī)制：與機(jī)制：與Hb Hb 的變構(gòu)有關(guān)：的變構(gòu)有關(guān)： 氧合氧合Hb Hb 為疏松型（為疏松型（R Relaxelax型）型） 去氧去氧Hb Hb 為緊密型（為緊密型（T Tenseense型）型）R R型的親型的親O O2 2力為力為T T型的數(shù)百倍型的數(shù)百倍 即當(dāng)即當(dāng)HbHb某亞基

13、與某亞基與O O2 2 結(jié)合結(jié)合oror解離解離后后HbHb變構(gòu)變構(gòu) 其他亞基的親其他亞基的親O O2 2力力 or or Hb4Hb4個(gè)亞基的協(xié)同效應(yīng)個(gè)亞基的協(xié)同效應(yīng) 便呈現(xiàn)便呈現(xiàn)S S形的氧離曲線特征。形的氧離曲線特征。（三）氧離曲線特征（三）氧離曲線特征 及生理意義及生理意義1.1.上段上段60-100mmHg60-100mmHg : :坡度較平。坡度較平。表明表明：POPO2 2變化大時(shí)，血氧飽變化大時(shí)，血氧飽和度變化小。和度變化小。 意義意義: :保證低氧分壓時(shí)的高載保證低氧分壓時(shí)的高載氧能力。氧能力。高原高原(2.0KM(2.0KM的低氣壓的低氣壓),PO),PO2 2明顯而明顯而

14、HbHb結(jié)合結(jié)合O O2 2量變化不大；量變化不大； 輕度呼衰病人肺泡氣輕度呼衰病人肺泡氣POPO2 2明顯而明顯而HbHb結(jié)合結(jié)合O O2 2量變化不大。量變化不大。2.2.中段中段40-60mmHg40-60mmHg : : 坡度較陡。坡度較陡。表明表明：POPO2 2降低能促進(jìn)大量氧離降低能促進(jìn)大量氧離. .意義意義: :維持正常時(shí)組織氧供。維持正常時(shí)組織氧供。 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, ,血氧飽和度就血氧飽和度就急劇下降。急劇下降。意義意義: :維持活動(dòng)時(shí)組織氧供。代表了維持活動(dòng)時(shí)組

15、織氧供。代表了 氧貯備氧貯備上上中中下下 P50P50：指氧飽和度達(dá)到：指氧飽和度達(dá)到50%50%時(shí)時(shí)PoPo2 2，正常，正常為為26.5mmHg26.5mmHg。 P50P50: : 表明表明 Hb Hb 對(duì)對(duì)o o2 2的親和力的親和力（氧離易），需更高的（氧離易），需更高的Po2Po2才能使才能使HbHb氧飽氧飽和度達(dá)到和度達(dá)到50%50%。 即即曲線右移（下移）：曲線右移（下移）：PcoPco2 2 PH PH 2,3-DpG T 2,3-DpG T （四）影響氧離曲線的因素（四）影響氧離曲線的因素 P50P50: : 表明表明 Hb Hb 對(duì)對(duì)o o2 2的親和力的親和力（氧離難）

16、（氧離難）, ,較低的較低的PoPo2 2便能使便能使HbHb氧飽和度達(dá)到氧飽和度達(dá)到50%50%。即即曲線左移（上移）曲線左移（上移）: Pco: Pco2 2 PH 2,3-DpG T PcoPH 2,3-DpG T Pco 1.1. PcoPco2 2 PH PHPcoPco2 2PHPH氧離曲線右移氧離曲線右移PcoPco2 2PHPH氧離曲線左移氧離曲線左移 COCO2 2+ H+ H2 2OHCOOHCO3 3- -+H+H+ +HH+ + 當(dāng)當(dāng)H H+ +與與HbHb的某些的某些A A- -的殘基基團(tuán)結(jié)的殘基基團(tuán)結(jié)合，促進(jìn)合，促進(jìn)HbHb鹽鍵形成鹽鍵形成HbHb構(gòu)型變構(gòu)型變氧氧離

17、曲線位移。如：離曲線位移。如： (1)(1)組織組織：HH+ +促進(jìn)促進(jìn)HbHb鹽鍵形成鹽鍵形成HbHb構(gòu)型變?yōu)闃?gòu)型變?yōu)門 T型型 HbHb與與o o2 2親和力親和力氧離曲線右移氧離曲線右移氧離易氧離易。 這種酸度對(duì)這種酸度對(duì)HbHb與與oo2 2親和力的影響，稱為波爾效應(yīng)親和力的影響，稱為波爾效應(yīng)(Bohr effect)(Bohr effect)，其意義：其意義：在肺臟促進(jìn)氧合在肺臟促進(jìn)氧合在組織促進(jìn)氧離。在組織促進(jìn)氧離。(2)(2)肺臟肺臟：HH+ + 促進(jìn)促進(jìn)HbHb鹽鍵斷裂鹽鍵斷裂HbHb構(gòu)型變?yōu)闃?gòu)型變?yōu)镽 R型型 HbHb與與o o2 2親和力親和力氧離曲線左移氧離曲線左移氧合易

18、氧合易。 2.2.溫度溫度 TT氧離曲線右移氧離曲線右移 TT氧離曲線左移氧離曲線左移 TT變化變化HH+ +的活度變化的活度變化HbHb與與o o2 2親和力變化親和力變化HbHb構(gòu)型改變構(gòu)型改變氧離曲線氧離曲線位移。位移。 (1) (1) TTHH+ +的活度的活度 Hb Hb與與O O2 2親和力親和力HbHb釋放釋放O O2 2 HbHb構(gòu)型變構(gòu)型變?yōu)闉镽 R型型氧離曲線右移氧離曲線右移氧離易氧離易 如：組織代謝如：組織代謝局部局部 T+CO2H+T+CO2H+曲線右移曲線右移氧離易氧離易 (2)(2)TTHH+ +的活度的活度HbHb與與O O2 2親和力親和力HbHb結(jié)合結(jié)合O O

19、2 2 Hb Hb構(gòu)型變?yōu)闃?gòu)型變?yōu)門 T型型氧離曲線左移氧離曲線左移氧離難氧離難 如：低溫麻醉時(shí)，應(yīng)防組織缺如：低溫麻醉時(shí)，應(yīng)防組織缺O(jiān) O2 2 冬天，末梢循環(huán)冬天，末梢循環(huán)+氧離難氧離難局部紅、易凍傷局部紅、易凍傷3. 3. 2,3-DpG2,3-DpG DpG DpG 氧離曲線右移氧離曲線右移DpG DpG 氧離曲線左移氧離曲線左移 DpG DpG 能與能與HbHb結(jié)合形成鹽鍵結(jié)合形成鹽鍵HbHb構(gòu)型構(gòu)型變?yōu)樽優(yōu)門 T型；型； DpG HDpG H+ +波爾效應(yīng)。波爾效應(yīng)。(1)(1)高原缺氧高原缺氧 RBCRBC無(wú)氧代謝無(wú)氧代謝 DpG DpG氧離曲線右移氧離曲線右移氧離易氧離易。注：

20、注：這一效應(yīng)是機(jī)體對(duì)低這一效應(yīng)是機(jī)體對(duì)低O O2 2適應(yīng)的重要機(jī)制；適應(yīng)的重要機(jī)制； 但此時(shí)肺泡但此時(shí)肺泡PoPo2 2，RBCRBC無(wú)氧代謝產(chǎn)生過(guò)多的無(wú)氧代謝產(chǎn)生過(guò)多的DpGDpG， 也防礙了在肺部的氧合，故是否對(duì)機(jī)體有利尚無(wú)定論。也防礙了在肺部的氧合，故是否對(duì)機(jī)體有利尚無(wú)定論。 (2)(2)大量輸入冷凍血大量輸入冷凍血DpGDpG氧離曲線左移氧離曲線左移氧離難氧離難。 （冷凍血冷凍血3 3周后，周后，RBCRBC無(wú)氧代謝無(wú)氧代謝停止停止DpGDpG） 故：應(yīng)注意缺氧。故：應(yīng)注意缺氧。 4. 4. Pco PcoPco Pco曲線左移曲線左移氧離難氧離難COCO與與HbHb親和力親和力 O

21、O2 2與與HbHb親和力親和力 250 250 倍；倍； COCO與與HbHb的結(jié)合位點(diǎn)與的結(jié)合位點(diǎn)與O O2 2相同；相同； COCO與與HbHb的某亞基結(jié)合后，將增加其余三個(gè)亞基對(duì)的某亞基結(jié)合后，將增加其余三個(gè)亞基對(duì)O O2 2的親和力。的親和力。 5. 5. HbHb本身的性質(zhì)本身的性質(zhì)HbHb的的Fe2+ Fe3+ : HbFe2+ Fe3+ : Hb失去結(jié)合失去結(jié)合O2O2的能力（如亞硝酸鹽）的能力（如亞硝酸鹽） 異常異常HbHb：HbHb的運(yùn)的運(yùn)O2O2能力能力（如地中海貧血）（如地中海貧血） 胎兒胎兒HbHb：胎兒：胎兒HbHb的的4 4條肽鏈為條肽鏈為22(22(成人為成人為

22、22)22)構(gòu)成，構(gòu)成，其其HbHb與與O2O2親和力成人，這與胎兒所處的低氧環(huán)境是相適親和力成人，這與胎兒所處的低氧環(huán)境是相適應(yīng)的。應(yīng)的。 三、三、COCO2 2的運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸( (一一) )物理溶解：物理溶解： 5 5( (二二) )化學(xué)結(jié)合：化學(xué)結(jié)合：9595 HCOHCO3 3- -的形式的形式：8888(1)(1)反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)過(guò)程：碳酸酐酶碳酸酐酶H H2 2COCO3 3HCOHCO3 3- -H H+ +COCO2 2H H2 2O O (2)反應(yīng)特征反應(yīng)特征: 極快且可逆，反應(yīng)方向取決極快且可逆，反應(yīng)方向取決PCOPCO2 2差；差； RBCRBC膜上有膜上有ClCl- -和和H

23、COHCO3 3- -特異轉(zhuǎn)運(yùn)載體，特異轉(zhuǎn)運(yùn)載體，ClCl- -轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移維持電平衡維持電平衡, ,促進(jìn)促進(jìn) COCO2 2化學(xué)結(jié)合的運(yùn)輸；化學(xué)結(jié)合的運(yùn)輸； 需酶催化；需酶催化； 在在RBCRBC內(nèi)反應(yīng)內(nèi)反應(yīng), , 在血漿內(nèi)運(yùn)輸。在血漿內(nèi)運(yùn)輸。COCO2 2的運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸碳酸酐酶碳酸酐酶 氨基甲酸血紅蛋白的形式：氨基甲酸血紅蛋白的形式：7 7 (1)反應(yīng)過(guò)程：反應(yīng)過(guò)程： HbNHHbNH2 2O O2 2+H+H+ +CO+CO2 2 在組織在組織在肺臟在肺臟HHbNHCOOHHHbNHCOOHO O2 2 (2)反應(yīng)特征反應(yīng)特征: 反應(yīng)迅速且可逆，無(wú)需酶催化；反應(yīng)迅速且可逆，無(wú)需酶催化； COCO2 2與與HbHb的結(jié)合較為松散；的結(jié)合較為松散； 反應(yīng)方向主要受氧合作用的調(diào)節(jié)反應(yīng)方向主要受氧合作用的調(diào)節(jié): : 雖不是主要運(yùn)輸形式雖不是主要運(yùn)輸形式, ,卻是高效率運(yùn)輸形式，卻是高效率運(yùn)輸形式， 帶滿帶滿O O2 2的的HbHb仍可帶仍可帶COCO2 2。( (三三)CO)CO2 2解離曲線解離曲線 COCO2 2解離曲線解離曲線是表示血液中是表示血液中COCO2 2含量與含量與PCOPCO2 2間關(guān)系的曲線。間關(guān)系的曲線。A A：靜脈血：靜脈