生理課件-呼吸

1、第五章 呼 吸,呼吸(respiration): 機(jī)體與外界環(huán)境之間的氣體交換過程，稱為。,(1)肺通氣,(2)肺換氣,(3)氣體運(yùn)輸,外呼吸,內(nèi)呼吸,(4)組織呼吸,呼吸過程,第一節(jié) 肺通氣 (pulmonary ventilation),指肺與外界環(huán)境之間的氣體交換過程。,一、實(shí)現(xiàn)肺通氣的結(jié)構(gòu)及其功能,（一）呼吸道 （二）肺泡 表面活性物質(zhì) （三）胸廓和呼吸運(yùn)動(dòng) 平靜呼吸 / 用力呼吸 （四）胸膜腔和胸內(nèi)壓 胸內(nèi)負(fù)壓,二、肺通氣的過程及動(dòng)力,氣壓差是氣體流動(dòng)的動(dòng)力。 氣體由高氣壓向低氣壓流動(dòng)。 肺通氣的直接動(dòng)力是肺泡內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差。,二、肺通氣動(dòng)力,Patm: 大氣壓 Pal

2、v: 肺泡內(nèi)壓,Patm Palv 吸氣 Patm Palv 呼氣,肺容積 Palv,肺容積 Palv,呼吸過程中肺容積的變化 (Boyles Law),吸氣 （inspiration）,呼氣 （expiration）,呼吸過程中胸廓的變化,為什么肺能夠隨胸廓的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)？,密閉的胸膜腔和肺本身有可擴(kuò)張性。,呼吸肌 (respiration muscles):,吸 氣 肌,呼 氣 肌,rib cage moves up and out,external intercostal muscles,diaphragm contracts,rib cage moves down and in,inte

3、rnal intercostal muscles,diaphragm relaxes,吸氣運(yùn)動(dòng),呼氣運(yùn)動(dòng),平靜呼吸吸氣,吸氣肌 (+) (膈肌&肋間外肌),胸腔,肺容積,肺內(nèi)壓,大氣壓肺內(nèi)壓,inspiration,expiration,吸氣肌 () (膈肌&肋間外肌),胸腔,肺容積,肺內(nèi)壓,大氣壓肺內(nèi)壓,平靜呼吸呼氣,平靜呼吸 （eupnea）,吸氣: 主動(dòng) 呼氣: 被動(dòng),平靜呼吸,吸氣肌(+) 輔助吸氣肌(+),吸氣運(yùn)動(dòng),肺容積,用力呼吸吸氣,大氣壓肺內(nèi)壓,吸氣肌/輔助吸氣肌() 呼氣肌（）,呼氣運(yùn)動(dòng),肺容積,用力呼吸呼氣,大氣壓肺內(nèi)壓,用力呼吸 （forced respiration）,

4、吸氣: 主動(dòng) 呼氣: 主動(dòng),用力呼吸,平靜呼吸 （eupnea）,吸氣: 主動(dòng) 呼氣: 被動(dòng),肺通氣,大氣壓肺內(nèi)壓,肺內(nèi)壓變化,胸廓和肺容積變化,呼吸肌運(yùn)動(dòng)（原始動(dòng)力）,(直接動(dòng)力),小結(jié),人工呼吸,一旦呼吸停止，便可根據(jù)這一原理，用人為的方法造成肺內(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差來維持肺通氣。,胸內(nèi)負(fù)壓(interpleural negative pressure),概念 胸膜腔內(nèi)的壓力稱胸膜腔內(nèi)壓（胸內(nèi)壓） 在平靜呼吸時(shí)，無論吸氣還是呼氣時(shí)胸內(nèi)壓都低于大氣壓，故又稱為胸內(nèi)負(fù)壓。,2. 形成原因 （1） 胸膜腔的密閉性和兩層胸膜間漿液分子的內(nèi)聚力,（2） 胸內(nèi)負(fù)壓是由肺的回縮力形成的 兩種力通過胸膜

5、臟層作用于胸膜腔： 肺內(nèi)壓使肺泡擴(kuò)張 肺的回縮力使肺泡縮小 胸內(nèi)壓=肺內(nèi)壓肺回縮力 在吸氣末和呼氣末，肺內(nèi)壓大氣壓 胸內(nèi)壓=大氣壓肺回縮力 如以大氣壓為0,則：胸內(nèi)壓肺回縮力 吸氣：肺擴(kuò)張肺回縮力胸內(nèi)壓負(fù)值 呼氣：肺縮小肺回縮力胸內(nèi)壓負(fù)值,（3） 胸廓的自然容積肺的自然容積（胸廓的發(fā)育比肺快）。 即使胸廓因呼氣而縮小時(shí)，肺仍處于擴(kuò)張狀態(tài)而具有回縮傾向，故為負(fù)值。, 維持肺擴(kuò)張狀態(tài)，不至于因肺回縮力而萎縮。 促進(jìn)胸腔大靜脈和淋巴液的回流。,生理意義,氣胸(pneumothorax): 氣體進(jìn)入胸膜腔，將胸膜腔分開。 開放性氣胸時(shí)，胸內(nèi)負(fù)壓消失，肺塌陷，胸腔大靜脈內(nèi)血液和淋巴回流受阻，嚴(yán)重者危及生

6、命。,肺通氣的阻力,（一）彈性阻力 （70%）,肺的彈性阻力： 肺組織成分(1/3)、表面張力(2/3),胸廓的彈性阻力,（二）非彈性阻力,氣道阻力（80-90%) 慣性阻力 組織的粘滯阻力,肺泡表面活性物質(zhì)(pulmonary surfactant)成分：二軟櫚酰卵磷脂（DPPC）作用：降低肺泡表面張力生理意義：維持肺泡的穩(wěn)定性防肺泡破裂或萎縮保持肺“干燥”防肺水腫的發(fā)生降低吸氣阻力降低吸氣阻力,小肺泡： DPPC濃度大 表面張力下降多,大肺泡 DPPC濃度低 表面張力下降少,妊娠30周左右才有肺泡表面活性物質(zhì)的分泌，故早產(chǎn)兒易患呼吸窘迫綜合癥。,肺容量 (指肺內(nèi)容納的氣量),肺活量計(jì),（二

7、）肺通氣量 指每分鐘吸入或呼出的氣量。 肺通氣量 潮氣量呼吸頻率 最大通氣量：單位時(shí)間內(nèi)，最快速度、最大用力所能達(dá)到的的通氣量。 通氣貯量百分比最大通氣量肺通氣量/最大通氣量,肺通氣效率,（一）呼吸頻率,（三）無效腔和肺泡通氣量 肺泡通氣量（潮氣量無效腔容積）呼吸頻率,（解剖無效腔肺泡無效腔）,Effect of breathing patterns on alveolar ventilation,第二節(jié)肺換氣與組織換氣,一、氣體交換的原理,氣體分子不停地進(jìn)行著無定向的熱運(yùn)動(dòng)，結(jié)果是氣體分子從分壓高處向分壓低處發(fā)生凈轉(zhuǎn)移，這一過程稱為氣體擴(kuò)散(diffuse)。,血液和組織中氣體的分壓(mmH

8、g),二、氣體物理特征對(duì)氣體擴(kuò)散的影響,（一）氣體溶解度 CO2：51.5ml% ,O2：2.14ml%（ 37, 1 atm） （二）氣體分子量 CO2：44；O2 ：32,DCO2DO2,三、影響肺換氣的因素,（一）呼吸膜的厚度 擴(kuò)散距離：肺纖維化、肺水腫等 （二）呼吸膜的面積正常成人有3億個(gè)肺泡，呼吸膜總面積有60100m2，安靜時(shí)，呼吸膜擴(kuò)散面積為40m2. 肺不張、肺氣腫、毛細(xì)血管阻塞時(shí)擴(kuò)散面積減少。 （三）通氣/血流比值 指每分肺泡通氣量（ V ）和每分肺血流量（Q）之間的比值（V/Q） (ventilation / perfusion ratio) 。,第三節(jié) 氣體在血液中的運(yùn)輸

9、,一、 氣體在血液中的存在形式,肺泡,組織細(xì)胞,物理溶解 化學(xué)結(jié)合 物理溶解,二、氧的運(yùn)輸,物理溶解：1.5%，溶解量取決于PO2的大小。 化學(xué)結(jié)合: 98.5%, O2 HbO2 O2 CO2HCO3-CO2,一種是紅色的血紅蛋白（hemoglobin），它是靠亞鐵分子（Fe2+）來抓氧； 在某些節(jié)肢動(dòng)物（如螃蟹）及軟體動(dòng)物利用血藍(lán)蛋白（hemocyanin），它是靠亞銅分子（Cu 2+）來吸引氧，這種蛋白的顏色是青綠色。,動(dòng)物依靠兩種蛋白來捕捉水中的氧氣,每個(gè)血紅素又由4個(gè)吡咯基組成一個(gè)環(huán)，中心為一Fe 2+。,1分子Hb,1個(gè)珠蛋白（含4條多肽鏈） 4個(gè)血紅素（又稱亞鐵原卟啉）,（一）H

10、b與O2結(jié)合的主要特征,亞硝酸鹽中毒,1.顏色 2. 反應(yīng)快、可逆、不需酶的催化、受PO2的影響. 3. 是氧合(oxygenation)而不是氧化(oxidation) 變構(gòu)效應(yīng) 定比關(guān)系,（二）血氧飽和度,1gHb可以結(jié)合1.341.36mlO2； 每100ml血液中含Hb15g； Hb的氧容量（oxygen capacity） Hb的氧含量（oxygen content） Hb的氧飽和度（oxygen saturation）,(三）氧離曲線（oxygen dissociation curve）反映Po2與Hb氧結(jié)合量或Hb氧飽和度關(guān)系的曲線。,1. 氧離曲線各段的特點(diǎn)及生理意義,上段較平

11、坦（60100mmHg） 即使外界或肺泡氣中PO2有所下降，只要PO260mmHg,氧飽和度仍能保持90%以上,血液仍可攝取足夠量的O2。 意義:保證低氧分壓時(shí)的高 載氧能力。 如:高原和輕度呼衰病人。,中段較陡（4060mmHg） PO2略有降低，即可促使較多O2解離有利于供應(yīng)組織活動(dòng)所需要的氧。 意義:維持正常時(shí)組織氧供。,下段最陡（1540mmHg） 當(dāng)組織活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，對(duì)氧的利用加速，組織液的O2分壓降低到15mmHg，此時(shí)可促使氧合血紅蛋白的進(jìn)一步解離. 意義:維持活動(dòng)時(shí)組織氧供 (儲(chǔ)備能力),2.影響氧離曲線的因素,pH和Pco2（Bohrs effect） 血液的pH降低或Pco2

12、的增加均使氧離曲線右移(Bohr effect),使血紅蛋白與氧的親和力降低，有利于02的釋放。這一影響有利于活動(dòng)組織（酸性代謝產(chǎn)物與C02增多）從血液中獲取更多的02 ； 反之左移，有利于血紅蛋白在肺組織與02的結(jié)合。,2.溫度,溫度升高時(shí)，Hb對(duì)O2的親和力下降，曲線右移，可解離更多的O2供組織利用。溫度下降則相反。 肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉溫度升高可促使HbO2釋放更多的O2。,低溫麻醉時(shí)，低溫有利于降低組織耗氧量，但HbO2釋放O2也顯著減少。,3. 2,3-二磷酸甘油酸(2,3-DPG) 2,3-DPG與Hb鏈形成鹽鍵，促使Hb構(gòu)型改變。,在慢性缺02、貧血、高山缺02等情況下，2,3-DP

13、G增加，有利于釋放更多的氧氣供組織利用。 大量輸長期貯存的血液，氧離曲線左移，02不易解離。,三、二氧化碳的運(yùn)輸,CO2+HbNH2 HbNHCOOH HbNHCOOH+H+,CO2+H2O H2CO3 HCO3+H+,紅細(xì)胞內(nèi)含有較高濃度的碳酸酐酶，在其催化下，使反應(yīng)加速5000倍，不到1s即達(dá)平衡。,第四節(jié) 呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié),呼吸為什么能有節(jié)律地進(jìn)行？ 為何肺通氣量隨著內(nèi)外環(huán)境的改變而改變？,一、呼吸中樞,（一）脊髓 脊髓頸、胸段前角有支配呼吸肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。 （二）低位腦干 (1)延髓 可產(chǎn)生基本的呼吸節(jié)律。呼吸神經(jīng)元集中于背側(cè)呼吸組(dorsal respiratory group, D

14、RG)和腹側(cè)呼吸組(ventral respiratory group, VRG)，每個(gè)區(qū)域均含有吸氣神經(jīng)元和呼氣神經(jīng)元。 (2)腦橋 上部有呼吸調(diào)整中樞（抑制吸氣），其神經(jīng)元主要集中于臂旁內(nèi)側(cè)核（NPBM)和相鄰的Klliker-Fuse(KF)核 。 （三）高位中樞 大腦皮層（控制隨意呼吸）、邊緣系統(tǒng)、下丘腦等。,在中腦和腦橋間橫斷腦干，呼吸節(jié)律無明顯變化。 在腦橋上、中部之間橫斷腦干，呼吸變慢變深。切斷雙側(cè)迷走神經(jīng)，吸氣大大延長長吸式呼吸(apneusis)，提示腦橋上部有抑制吸氣的中樞呼吸調(diào)整中樞 (pneumotaxic center). 在腦橋和延髓之間橫斷腦干，出現(xiàn)喘息樣呼吸(g

15、asping)，且呼吸節(jié)律不規(guī)則。 在延髓和脊髓之間橫切，呼吸就停止。提示呼吸節(jié)律不是由脊髓產(chǎn)生的。,綜合上述結(jié)果，延髓是產(chǎn)生呼吸節(jié)律的基本中樞，腦橋上部有呼吸調(diào)整中樞。呼吸中樞主要位于延髓和腦橋。,(二)基本呼吸節(jié)律的形成局部神經(jīng)元回路反饋控制假說,臂旁內(nèi)側(cè)核，KF核,中樞吸氣活動(dòng)發(fā)生器 (CIAG) ，吸氣神經(jīng)元,吸氣切斷機(jī)制 (IOS),吸氣肌運(yùn) 動(dòng)神經(jīng)元,吸氣運(yùn)動(dòng) 吸氣 擴(kuò)肺 刺激肺牽張感受器,+,+,+,+,-,+,腦橋 延髓 脊髓,（一）化學(xué)感受性呼吸反射,體液中的化學(xué)物質(zhì)（O2、CO2、H+）通過刺激化學(xué)感受器調(diào)節(jié)呼吸運(yùn)動(dòng)（加深、加快）的反射,1、化學(xué)感受器,（1）外周化學(xué)感受器

16、：頸動(dòng)脈體、主動(dòng)脈體,二、呼吸的反射性調(diào)節(jié),（2）中樞化學(xué)感受器：延髓腹外側(cè)的淺表部位,（1）外周化學(xué)感受器：頸動(dòng)脈體、主動(dòng)脈體,效應(yīng)：呼吸加深加快。,適宜刺激： 動(dòng)脈血的PO2、PCO2、H+,傳入神經(jīng)：竇N、主動(dòng)脈N,是動(dòng)脈血的PO2，而不是動(dòng)脈血的O2含量,對(duì)缺O(jiān)2不反應(yīng)；對(duì)CO2的敏感性較外周高， 但容易產(chǎn)生適應(yīng)。,適宜刺激：腦脊液和局部細(xì)胞外液的H+,H+來源,（2)中樞化學(xué)感受器：,（1） CO2,重要性：是最重要的體液因素，經(jīng)常起調(diào)節(jié)作用,作用途徑：,刺激中樞化學(xué)感受器（80%）,動(dòng)脈血PCO2只需2mmHg即可引起效應(yīng)(敏感程度高)， 但有潛伏期（因腦脊液中碳酸酐酶含量很少）,

17、刺激外周化學(xué)感受器,動(dòng)脈血PCO2需10mmHg才可產(chǎn)生效應(yīng)(敏感程度低)， 重要性表現(xiàn)在 PCO2突然時(shí)，引起早期快速效應(yīng)； 中樞感受器受抑制時(shí)，起決定作用,（2） H+,效應(yīng),血液H+改變pH0.050.1，即可影響肺通氣量,H+，pH：呼吸加深加快 H+，pH ：呼吸減弱 H+ 呼吸CO2排出過多PCO2 限制了對(duì)呼吸的加強(qiáng)作用呼吸抑制甚至停止。,作用途徑,外周化學(xué)感受器：作用為主（難以通過血腦屏障） 中樞化學(xué)感受器：對(duì)H+ (腦脊液中)敏感性高，是外周的25倍,（3） O2,效應(yīng):,作用途徑,重要性 思考：嚴(yán)重肺氣腫、肺心病患者能否吸純O2？,吸入氣PO2肺泡氣、動(dòng)脈血PO2呼吸加深加

18、快,對(duì)正常呼吸調(diào)節(jié)作用不大： 當(dāng)動(dòng)脈血PO280mmHg時(shí)出現(xiàn) 當(dāng)動(dòng)脈血PO260mmHg時(shí)明顯,完全由外周化學(xué)感受器引起,（低氧對(duì)呼吸中樞的直接作用是抑制）,當(dāng)A血PO240mmHg時(shí)，呼吸反而抑制,在嚴(yán)重缺氧時(shí)，缺氧對(duì)呼吸中樞的直接抑制作用將大大加強(qiáng)，引起呼吸中樞抑制。 在嚴(yán)重肺氣腫、肺心病患者，肺換氣障礙導(dǎo)致血Po2和Pco2，長時(shí)間CO2潴留使中樞化學(xué)感受器對(duì)CO2刺激作用發(fā)生適應(yīng)，而外周化學(xué)感受器對(duì)低氧刺激適應(yīng)很慢，這時(shí)低Po2對(duì)外周化學(xué)感受器的刺激成為驅(qū)動(dòng)呼吸的主要刺激，此時(shí)吸入純氧會(huì)引起呼吸暫停，需引起注意。,小結(jié),動(dòng)脈血中CO2、 H+和低O2在呼吸調(diào)節(jié)中的相互作用,1. 肺牽張反射 由肺擴(kuò)張或萎陷引起的吸氣抑制或興奮的反射稱為肺牽張反射(pulmonary stretch reflex)或黑-伯反射(Hering-Breuer reflex)。 感受器：位于從氣管到細(xì)支氣管的平滑肌內(nèi)。 傳入神經(jīng)：迷走神經(jīng)。 包括肺擴(kuò)張反射(pulmonar