大三上動(dòng)物生理學(xué)課件c

1、第4章呼吸Chapter 4Respiration機(jī)體與外界環(huán)境之間的氣體交換過(guò)程呼吸（鰓或肺）與外界環(huán)境的氣體交換呼吸的通氣活動(dòng)呼吸與其中毛細(xì)之間的氣體交換呼吸換氣（in blood）氣體血液與組織細(xì)胞之間的氣體交換組織換氣LDP呼吸過(guò)程哺乳動(dòng)物的肺通氣（自學(xué)）兩棲及爬行類(lèi)動(dòng)物的肺通氣（自學(xué)）魚(yú)類(lèi)的鰓通氣LDP4.1 呼吸的通氣活動(dòng)魚(yú)類(lèi)的鰓通氣活動(dòng)是由于口腔、鰓腔肌肉的協(xié)同收縮與舒張運(yùn)動(dòng)、鰓蓋本身小片狀骨骼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和瓣膜的阻礙作用完成。LDP魚(yú)類(lèi)的鰓通氣LDP魚(yú)類(lèi)的鰓通氣魚(yú)類(lèi)的口腔、鰓蓋的開(kāi)閉是間斷的，但流經(jīng)鰓瓣的水卻是連續(xù)的快速游動(dòng)的魚(yú)類(lèi)的呼吸方式為沖壓式呼吸LDPLDP沖壓式呼吸4.2氣

2、體交換氣體總是從高處向低處凈移動(dòng)，相等 擴(kuò)散。直致各處擴(kuò)散的動(dòng)力源于兩處的差，差愈大，時(shí)間內(nèi)氣體的擴(kuò)散量也愈大分壓混合氣體中各組成氣體所具有的液體的氣體張力氣體力量從液體中逸出的LDP4.2.1 氣體交換的原理氣體交換的過(guò)程4.2.2LDP結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：肺泡壁和肺毛細(xì)之間的距離很短，氣體自由通過(guò)。O2：肺泡中的PO2 > 血液中PO2 擴(kuò)散 PO2平衡CO2：交換過(guò)程與O2相反LDPa. 氣體在肺內(nèi)的交換O2：毛細(xì)中的PO2 >組織細(xì)胞中PO2 擴(kuò)散 PO2平衡CO2：交換過(guò)程與O2相反b. 組織中的氣體交換逆流倍增系統(tǒng)：在鰓部水流與血流的方向是相反的通過(guò)鰓的水流量（Vg）和血流量（Q

3、）的比例大約是10:1，即Vg/Q=10魚(yú)類(lèi)次級(jí)鰓瓣由兩層上皮細(xì)胞組成，其下為基底膜。當(dāng)中有一層支柱細(xì)胞把水和血液隔開(kāi)，而其中有充滿(mǎn)紅細(xì)胞的血道（blood channel），無(wú)明顯的血管壁結(jié)構(gòu)，減少了血液與水進(jìn)行氣體交換的層次LDPc. 魚(yú)類(lèi)氣體交換的過(guò)程4.3氣體物理溶解的狀態(tài)（O21.5；CO26）化學(xué)結(jié)合的狀態(tài) （O298.5；CO294）進(jìn)行氣體交換時(shí)，進(jìn)入血液的O2和CO2都是先溶解，提高其分壓，再進(jìn)行化學(xué)結(jié)合；O2和CO2從血液時(shí)，也是溶解的先逸出，分壓下降結(jié)合的再分離出來(lái)，補(bǔ)充所失去的溶解的氣體。溶解的氣體和化學(xué)結(jié)合的氣體動(dòng)態(tài)平衡。LDP4.3.1 氣體在血液中存在的形式I.氧

4、的溶解的氧進(jìn)入紅細(xì)胞，與血紅蛋白(hemoglobin,Hb)結(jié)氧合血紅蛋白（oxyhemoglobin）（HbO2）。血紅蛋白（Hb）是紅細(xì)胞內(nèi)的色素蛋白，它的O2提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)特征為Hb還參與CO2的LDPHb由1個(gè)珠蛋白和4個(gè)血紅素（又稱(chēng)亞鐵原卟啉）組成LDPa. HbO2與Hb的結(jié)合和解離是可逆反應(yīng)，能迅速結(jié)合，也能迅速解離，主要取決于Po2的大小。LDPPo2高 肺部Hb+O2HbO2Po2低 組織b. 血紅蛋白的氧合作用LDP1.反應(yīng)快、可逆、不需酶的催化、受Po2的影響Fe2+與O2結(jié)合后化合價(jià)不變 (氧合)2.3.4.1Hb可以結(jié)合4O2Hb與O2的結(jié)合或解離曲線呈S形，

5、與Hb的變構(gòu)效應(yīng)有關(guān)LDPc. 血紅蛋白的氧合作用的特征Hb的血氧容量（oxygen capacity）100ml血液中，Hb所能結(jié)合的最大O2量。此值受Hb濃度的影響。Hb的血氧含量（oxygen content）Hb實(shí)際結(jié)合的O2量。其值可受Po2的影響。Hb的血氧飽和度（oxygen saturation） Hb血氧含量占血氧容量的百分比。LDP去氧的緊密型(tense form，T型)氧合的疏松型(relaxed form，R型)當(dāng)?shù)谝粋€(gè)O2與Hb的Fe2+結(jié)合后，鹽鍵逐步斷裂，Hb逐步由T型變?yōu)镽型，對(duì)O2的親合力逐步增加，R型的O2親和力為T(mén)型的數(shù)百倍。LDPLDPLDPd. 氧離

6、曲線(oxygendissociation curve)氧離曲線的上段，60-100 mmHg，變化不大， 坡度小。在這個(gè)范圍內(nèi)Po2水平較高Hb與O2的結(jié)合部分。LDP曲線中段較陡，40-60mmHg，是HbO2 O2的部分。利用系數(shù)：血液流經(jīng)出的O2容組織時(shí)積所占動(dòng)脈血O2含量的百分?jǐn)?shù)LDP下段，1540 mmHg是HbO2與O2解離的部分是曲線坡度最陡的一段即Po2稍降，HbO2就可大大下降。LDP氧離曲線的位置偏移Hb對(duì)O2的親和力發(fā)生變化P50表示Hb對(duì)O2的親和力。P50是使Hb氧飽和度達(dá)50%時(shí)的Po2P50 增大ü 表明Hb對(duì)O2的親和力降低，曲線右移P50 降低&#

7、252; 指示Hb對(duì)O2的親和力增加，曲線左移LDP影響氧離曲線的因素曲線右移的因子pH溫度Pco22,3-DPGLDP影響因素1pH和Pco2pH降低或Pco2升高，Hb對(duì)O2的親和力降低，P50增大，氧離曲線右移pH升高或Pco2降低，Hb對(duì)O2的親和力增加，氧飽和度升高，曲線左移波爾效應(yīng)(Bohr effect) ：酸度對(duì)Hb氧親和力的影響LDP酸度增加時(shí)，H+與Hb多肽鏈某些氨基酸殘基的基團(tuán)結(jié)合，促進(jìn)鹽鍵形成，促使Hb分 子構(gòu)型變?yōu)門(mén)型，從而降低了對(duì)O2的親和力， 曲線右移酸降低時(shí)，則促使鹽鍵斷裂放出H+，Hb為R型，對(duì)O2的親和力增加，曲線左移。LDP波爾效應(yīng)的機(jī)制促進(jìn)肺毛細(xì)當(dāng)血液流

8、經(jīng)呼吸血液的氧合時(shí)，CO2從血液向肺泡擴(kuò)散，血液Pco2下降，pH升高，H+濃度下降，使Hb對(duì)O2 的親和力增加，曲線左移，血液攝取 O2量增加，能力增強(qiáng)。O2有利于組織毛細(xì)血液當(dāng)血液流經(jīng)組織時(shí)，CO2從組織擴(kuò)散進(jìn)入血液，血液Pco2升高和pH下降，H+濃度上升，Hb對(duì)O2的親和力降低，曲線右移，促使HbO2解離向組織的O2。LDP波爾效應(yīng)的生理意義LDPPco2 降低組織活動(dòng)弱Pco2 升高組織活動(dòng)強(qiáng)溫度升高，可引起O2的解離增多，氧離曲線右移；反之溫度降低時(shí)，促進(jìn)Hb與氧的結(jié)合，曲線左移，不利于O2的。溫度升高，H+活度增加，降低了Hb對(duì)O2的親和力。當(dāng)血液流經(jīng)劇烈活動(dòng)的組織時(shí)，由于局部組

9、織溫度升高，CO2和酸性代謝產(chǎn)物增加都促進(jìn)HbO2的解離，活的 O2以適應(yīng)其代謝的需要。動(dòng)組織可獲得LDP影響因素2溫度RBC中RBC無(wú)氧酵解產(chǎn)物2,3-DPG濃度升高，Hb對(duì)O2親和力降低，曲線右移；2,3-DPG濃度降低，Hb對(duì)O2的親和力增加，曲線左移。LDP因素3 2,3-二磷酸甘油酸（DPG）其機(jī)制DPG與Hb鏈形成鹽鍵，促使Hb變成T型，降低了Hb對(duì)O2的親和力；DPG可以提高H+濃度，通過(guò)波爾效應(yīng)來(lái)影響Hb對(duì)O2的親和力。2,3-DPG是紅細(xì)胞無(wú)氧糖酵解的產(chǎn)物，慢性缺O(jiān)2、高山缺O(jiān)2、貧血等情況下紅細(xì)胞糖酵解加強(qiáng)，生成 2,3-DPG增加，在相同的Po2下，組織中的HbO2可釋的

10、O2供組織利用。放出LDP因素3 2,3-二磷酸甘油酸（DPG）血液中Hb的數(shù)量和質(zhì)量氧化劑（如亞硝酸鹽等）的作用 Hb的Fe2+氧化成Fe3+，失去運(yùn)O2能力。CO與Hb結(jié)合，占據(jù)了O2的結(jié)合位點(diǎn)，HbO2下降。CO就可以從HbO2中取代O2，阻斷其結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)CO與Hb中某個(gè)血紅素結(jié)合后，將增加其余3個(gè)血紅素對(duì)O2的親和力，使氧離曲線左移，妨礙O2的解離CO既妨礙Hb與O2的結(jié)合，又妨礙O2的解離，LDP影響因素4Hb自身性質(zhì)2,3-DPG2,3-二磷酸甘油酸魚(yú)類(lèi)的氧離曲線氧離曲線較陡直，說(shuō)明其Hb在較低的Po2情況下即可達(dá)到氧飽和， Hb與O2親和力較大，攝取O2的能力強(qiáng)，LDP淡水魚(yú)海

11、水硬骨魚(yú)的氧離曲線較平緩，海水軟骨魚(yú)的氧離曲線更加平緩，說(shuō)明需要在較高的Po2條件下，才能達(dá)到Hb的氧飽和，其Hb 與O2的親和力較小。海水魚(yú)氧缺乏的環(huán)境中生活的魚(yú)類(lèi)（鯉等）的氧離曲線比較陡峭在富氧環(huán)境中生活魚(yú)類(lèi)（鱈、大馬哈魚(yú)、虹鱒、鱘、比目魚(yú)）的氧離曲線比較平緩貧氧水域與富氧水域的魚(yú)類(lèi)許多硬骨魚(yú)類(lèi)，血液中的Pco2升高或pH下降會(huì)使Hb的氧容量下降，此現(xiàn)象為Root Effect。LDP魯特效應(yīng)（Root Effect）的ATP，其作用類(lèi)似魚(yú)類(lèi)紅細(xì)胞內(nèi)2,3-DPG，能和脫氧Hb的鏈結(jié)合而顯著降低其和氧的親和力，并且明顯增加波爾效應(yīng)的幅度。魚(yú)類(lèi)在缺O(jiān)2條件下紅細(xì)胞ATP含量降低使血紅蛋白的氧

12、親和力顯著增強(qiáng)，從而使血液在呼吸表面對(duì)氧的攝取量增加。LDPATPII. CO2的碳酸氫鹽CO2在碳酸酐酶（CA）催化下在紅細(xì)胞內(nèi)與 水反應(yīng)生成碳酸，碳酸又解離成HCO3 和H ，-+該反應(yīng)極為迅速。氨基甲酸血紅蛋白與Hb中的氨基結(jié)合形成氨基甲酸血紅蛋白（HbNHCOOH ）LDPa.的形式血液CO2含量隨Pco2上升而增加， 幾乎呈線性關(guān)系 而不是S形，而 且沒(méi)有飽和點(diǎn)LDPb. CO2的解離曲線霍爾丹效應(yīng)：O2與Hb結(jié)合可使CO2的現(xiàn)象去氧Hb酸性較弱，去氧Hb易于和CO2結(jié)合生成HbNHCOOH，也易于和H+結(jié)合，使H2CO3解離過(guò)程中產(chǎn)生的H+被及時(shí)移去，提高了血液CO2的量。還原型H

13、b較氧合型Hb更有效地結(jié)合CO2LDP霍爾丹效應(yīng)(Haldane effect)在組織中，HbO2釋出O2而生成去氧Hb，經(jīng)霍爾丹效應(yīng)促使血液攝取并結(jié)合CO2，Hb與O2結(jié)合，促使CO2在呼吸。LDP4.4呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)4.4.14.4.2神經(jīng)調(diào)節(jié)化學(xué)因素對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)呼吸中樞中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生和調(diào)節(jié)呼吸運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)細(xì)胞群所在部位。脊髓：初級(jí)呼吸中樞延髓：呼吸節(jié)律基本中樞腦橋：呼吸調(diào)整中樞腦橋以上部位：高級(jí)呼吸中樞LDP4.4.1 神經(jīng)調(diào)節(jié)a. 呼吸中樞1.通過(guò)腦橋和延髓的基本呼吸中樞的活動(dòng)調(diào)節(jié)呼吸節(jié)律2.直接調(diào)節(jié)呼吸肌運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的活動(dòng)。LDP高級(jí)中樞對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)途徑低位腦干的呼吸調(diào)節(jié)系統(tǒng)是不隨意

14、的呼吸調(diào)節(jié)系統(tǒng)腦的調(diào)控是隨意的，大腦皮層可以隨呼吸，在一定限度內(nèi)可以隨意屏氣意或加強(qiáng)加快呼吸，使呼應(yīng)環(huán)境的變化。確而靈敏地適LDP延髓魚(yú)類(lèi)的初級(jí)呼吸中樞位于延髓腹面的中線兩側(cè)，包括三叉神經(jīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)核、面神經(jīng)運(yùn)動(dòng)核、舌咽神經(jīng)和迷走神經(jīng)運(yùn)動(dòng)核、三叉神經(jīng)下行及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。較高級(jí)的呼吸協(xié)調(diào)中樞中腦、間腦和小腦。LDP魚(yú)類(lèi)的呼吸中樞肺牽張反射（Pulmonary stretch reflex）呼吸肌本體感受性反射防御性呼吸反射LDPb. 呼吸運(yùn)動(dòng)的反射性調(diào)節(jié)Breuer由肺擴(kuò)張或肺縮小引起的吸氣抑制或興奮的反射為黑-伯氏反射(Hering-Breuer reflex) 或肺牽張反射肺擴(kuò)張反射呼氣肺縮小反射

15、吸氣ConstHering肺牽張反射肌梭和腱是骨骼肌的本體感受器本體感受器皮膚痛覺(jué)感受器受刺激時(shí)，可沖動(dòng)刺激延髓呼吸中樞，增強(qiáng)吸氣活動(dòng)，呼吸運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)。LDP本體感受性反射由呼吸道粘膜受刺激引起的以清除刺激物為目的的反射性呼吸變化。其感受器分布在整個(gè)呼吸道粘膜上皮的迷走傳入神經(jīng)末梢。LDP防御性呼吸反射咳嗽反射(cough reflex)：感受器位于喉、和支的粘膜。舌咽神經(jīng)、迷走神經(jīng)。噴嚏反射(sneeze reflex)粘膜感受器，傳入神經(jīng)是三叉神經(jīng)。：鼻魚(yú)鰓的洗滌反射機(jī)體通過(guò)呼吸運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)血液中O2、CO2、H+的濃度，而動(dòng)脈血中的O2、CO2、H+濃度又可通過(guò)化學(xué)感受器（chemorecep

16、tor）反射性地調(diào)節(jié)呼吸運(yùn)動(dòng)。LDP4.4.2 化學(xué)因素對(duì)呼吸的調(diào)節(jié)頸動(dòng)脈體主動(dòng)脈體當(dāng)動(dòng)脈血中Po2降低，Pco2或H+濃度升高時(shí)，受到刺激產(chǎn)生的沖動(dòng)經(jīng)竇神經(jīng)和迷走神經(jīng)傳入延髓，刺激呼吸中樞，反射性引起呼吸加深、加快和血液循環(huán)變化。LDPa. 外周化學(xué)感受器（peripheral chemoreceptors）在延髓中有影響呼吸的化學(xué)感受器中樞化學(xué)感受器生理刺激腦脊液和局部細(xì)胞外液的H+血液中的CO2能迅速通過(guò)血腦屏障，使中樞化學(xué)感受器周?chē)后w中的H+升高，從而刺激中樞化學(xué)感受器，再引起呼吸中樞的興奮。LDPb. 中樞化學(xué)感受器（central chemoreceptors）CO2是調(diào)節(jié)呼吸的最重要的生理性體液因子通過(guò)刺激中樞化學(xué)感受器再興奮呼吸中樞