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1、人民卫生出版社,第五章 呼 吸,生理学基础,章 目 录,肺通气,气体的交换和运输,呼吸运动的调节,重点与难点,重点,肺通气的动力,胸膜腔负压形成的原理和生理意义,肺内压的周期性变化,血液中PO2、PCO2和H+变化对呼吸运动的调节,难点,肺泡表面活性物质的来源、作用和生理意义,胸膜腔负压形成的原理和生理意义,血液中PO2、PCO2和H+变化对呼吸运动的调节,呼吸的生理意义 维持机体内环境O2和CO2含量的相对稳定，保证新陈代谢的正常进行。,呼吸的概念 机体与外界环境之间进行的气体交换过程。,呼吸由三个连续的环节组成,1.外呼吸：包括肺通气和肺换气,2.气体在血液中的运输,3.内呼吸又称组织换气
2、,呼吸全过程：,第一节 肺通气,肺通气：气体经呼吸道进出肺的过,一、肺通气的原理,取决于两个因素：一是推动气体流动的动力；二是阻止其流动的阻力，前者必须克服后者才能实现肺通气。,（一）肺通气的动力,直接动力,肺内压与大气压之差,肺内压,大气压,肺内压,大气压,肺的扩张和缩小,胸廓的扩大和缩小,胸膜腔负压的耦联,呼吸肌的收缩和舒张,原动力,呼气,吸气,呼吸运动,1.呼吸运动;呼吸肌节律性的收缩和舒张引起胸廓的扩大和缩小。包括吸气运动和呼气运动。,呼吸肌,吸气肌 肋间外肌和膈肌,呼气肌 肋间内肌腹肌,（1）平静呼吸和用力呼吸,安静状态下的呼吸运动称为平静呼吸。频率为每分钟1218次。,平静呼吸,吸
3、气运动 肋间外肌和膈肌收缩 主动过程,呼气运动 肋间外肌和膈肌舒张 被动过程,人在劳动或剧烈运动时，呼吸运动加深加快，称为用力呼吸或深呼吸。,用力呼吸,吸气运动 肋间外肌和膈肌收缩外，辅助吸气肌收缩才能完成,呼气运动 肋间外肌和膈肌舒张外，呼气肌收缩才能完成,都为主动过程,（2）胸式呼吸和腹式呼吸,胸式呼吸：以肋间外肌舒缩为主，导致胸壁起伏明显的 呼吸运动方式,腹式呼吸：以膈肌舒缩为主，导致腹壁起伏明显的呼吸运动方式,混合式呼吸：正常成人均为混合式呼吸,人工呼吸的原理：人为的方法造成肺内压与大气压之间的压力差来维持肺通气。,2.胸膜腔和胸膜腔内压,胸膜腔:胸膜的脏层和壁层在肺门处相互延续形成的
4、密闭的、潜在的腔隙。特点：密闭、无气体，但有少量浆液。,胸膜腔内压:胸膜腔内的压力。通过测量发现，在平静呼吸过程中，始终低于大气压，称为负压。并随呼吸过程发生周期性变化。平静吸气末为-10-5mmHg,平静呼气末为-53mmHg.,（1）胸膜腔负压形成原因：与作用于胸膜腔上的两种力有关：一是肺内压;二是肺回缩力。,胸膜腔内压=肺内压-肺回缩力=大气压肺回缩力=肺回缩力（吸气末和呼气末肺内压等于大气压，以大气压为零。）,（2）胸膜腔负压的生理意义：,维持肺扩张状态，有利于肺通气。降低中心静脉压，促进静脉血和淋巴液回流.,气胸,3.肺内压：呼吸运动过程中肺内压的周期性变化,吸气初：肺内压大气压气体
5、出肺呼气末:肺内压=大气压,（二）肺通气的阻力,非弹性阻力 占30%,弹性阻力 占70%,1.弹性阻力：弹性物体在外力作用下变形时所产生的对抗变形的力称为弹性阻力。肺通气的弹性阻力来自胸廓和肺，一般情况下主要来自于肺。,肺的弹性阻力（肺回缩力）产生原因：,肺泡表面张力 占2/3,肺组织弹性纤维产生的弹性回缩力 1/3,(1)肺泡表面张力：,在肺泡内壁覆盖有一薄层液体，由于液体分子间的吸引力，使液体表面积有尽量缩小的倾向，从而产生表面张力。,肺泡表面活性物质：肺泡型细胞可合成和释放一种脂蛋白混合物，分布在肺泡壁液体分子层表面，作用：可降低肺泡表面张力。,避免肺毛细血管中液体渗入肺间质和肺泡，防止
6、肺水肿的发生,生理意义,减小了肺的弹性阻力，使肺容易扩张，保证肺通气的顺利进行。,(2)肺的弹性回缩力,肺组织含弹性纤维，肺扩张时弹性纤维会产生回缩力。在一定范围内，肺被扩张得越大，弹性回缩力越大，肺弹性阻力也越大。反之，就越小。,肺和胸廓弹性阻力的大小通常用顺应性来表示，顺应性与弹性阻力成反比关系。,2.非弹性阻力：主要指气道阻力。其大小与呼吸道口径、气流速度和气流形式有关，但主要取决于呼吸道的口径。它与呼吸道半径的4次方成反比。,二、肺容量和肺通气量,（一）肺容量,潮气量（TV)：每次呼吸时，吸入或呼出的气体量，称为潮气量。平静呼吸时正常成人的潮气量为400600ml，平均500ml。补吸
7、气量(IRV)：平静吸气末，再尽力吸气所增加的气量，称补吸气量。正常成人为1.52.0L。补呼气量(ERV)：平静呼气末，再尽力呼气所增加的气量，称补呼气量。正常成人为0.91.2L。残气量(RV)和功能残气量：最大呼气末肺内残余的气体量，称为残气量。正常成人为1.01.5L。平静呼气末肺内存留的气体量，称为功能残气量。肺活量：最大吸气后再尽力呼气，所能呼出的最大气体量成为肺活量。,6.肺总量：肺所能能容纳的最大气体量，称为肺总量。正常值：成年男性约为3.5L，女性约为2.5L。临床意义：反映了一次通气的最大能力，在一定程度上可作为评价肺通气功能的指标。,用力呼气量又称时间肺活量，是指一次最大
8、吸气后再尽力尽快呼气，在一定时间内所能呼出的气体量占肺活量的百分数。正常值：正常人第1、2、3秒末分别呼出83%、96%、99%。其中第1秒末的用力呼气量意义最大，低于60%为不正常。临床意义：肺弹性降低或阻塞性肺疾患，用力呼气量可显著降低。用力呼气量是评价肺通气功能的较好指标。,肺容量,（二）肺通气量,1.每分通气量：每分钟吸入或呼出的气体总量，称为每分通气量。等于潮气量乘以呼吸频率。正常值：平静呼吸时约为6.09.0L。最大通气量一般可达150L,2.无效腔和肺泡通气量：每次吸入的气体，一部分将留在鼻腔至终末细支气管之间的呼吸道内，这部分气体不能与血液之间进行气体交换，故将这部分呼吸道的容
9、积称为无效腔，正常成人约为150ml。真正有效的气体交换量应以肺泡通气量为准。,不同呼吸频率、潮气量时的肺通气量及肺泡通气量,深慢呼吸比浅快呼吸的气体交换效率高。,肺泡通气量是指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量。其计算公式为：肺泡通气量（潮气量无效腔气量）呼吸频率,第二节 气体的交换和运输,一、气体的交换,肺换气：肺泡与肺毛细血管血液之间进行的气体交换,组织换气：血液与组织细胞之间进行的气体交换,（一）气体交换的动力气体分压差,安静时肺泡、血液和组织内O2和CO2的分压(mmHg),气体总是由分压高处向分压低处扩散,（二）气体交换的过程,1.肺换气过程,呼吸膜：,由六层组成，约0.2 1.0m,面积
10、：约70，安静状态下，用于气体扩散的呼吸膜面积约40,O2,CO2,在分压差作用下,O2由肺泡血液扩散，CO2则由血液肺泡扩散使血中Po2升高，Pco2降低静脉血变成了动脉血。,在分压差作用下O2由动脉血组织扩散，CO2则由组织血液扩散使血液中Po2降低，Pco2升高动脉血变成了静脉血。,2.组织换气过程,（三）影响肺换气的因素,1.气体扩散速率：受气体分压差、气体分子量和溶解度等因素影响。与气体分压差和气体在溶液中的溶解度成正比，与气体分子量的平方根成反比。将O2与CO2的各项参数代入计算，CO2的扩散速率约为O2的2倍。,因此临床上肺部疾患，气体交换障碍时，一般首先表现为缺氧。,2.呼吸膜
11、的厚度和面积：病理情况下如肺炎、肺水肿和肺纤维化时呼吸膜的厚度气体交换速率肺换气效率；肺不张、肺气肿时均使呼吸膜扩散面积导致气体交换肺换气效率。,3.通气/血流比值：指肺泡通气量与每分钟肺血流量的比值。正常值为0.84。此时通气量与血流量配比最适合，肺换气效率最高。比值增大或减小均可使肺换气效率降低。,二、气体在血液中的运输,两种形式：物理溶解、化学结合（为主）,（一）氧的运输,1.物理溶解：仅占血液运输O2总量的1.5%。,2.化学结合：指O2与Hb结合，形成氧合血红蛋白（HbO2）。是O2在血液中运输的主要形式，占血液运输O2总量的98.5%。,Hb+O2 HbO2,PO2高的肺部,PO2
12、低的组织,（1）O2与Hb结合的特征：迅速、可逆、不需要酶催化，决定反应方向的因素是Po2。该反应是氧合而不是氧化。100ml血液中Hb所能结合的最大O2量称为Hb氧容量。而100ml血液中Hb实际结合的O2量称为Hb氧含量。Hb氧含量占Hb氧容量的百分比称为Hb氧饱和度。HbO2呈鲜红色，去氧Hb呈紫蓝色。血液中去氧Hb50g/L时，则皮肤、黏膜呈青紫色，这种现象称为发绀。发绀通常是人体缺氧的标志。Hb还可与CO结合，生成一氧化碳血红蛋白（HbCO），呈樱桃红色。Hb与CO结合能力是O2的210倍，,(2)氧解离曲线：表示血液Po2与Hb氧饱和度关系的曲线，称为氧解离曲线。呈S型,氧解离曲线
13、的主要特点和意义:,上段：相当于血液中Po2为60100mmHg之间的区段，比较平坦。反映了Hb与O2结合的特点，即Po2在这个范围内变化时，对血氧饱和度的影响不大。,只要PO2不低于60mmHg，血氧饱和度仍维持在90%以上。,中段：相当于Po2为4060mmHg之间的区段，比较陡直，反映了HbO2释放O2的特点。即Po2在这个范围内稍有降低，血氧饱和度出现较明显的下降，释放出的O2供组织代谢利用。,下段：相当于Po2为1540mmHg之间的区段最陡，也是HbO2释放O2的部分，表明Po2稍有降低，血氧饱和度将大幅度下降，释放出更多的O2以满足机体活动增强时对O2的需要。,影响氧解离曲线的因
14、素：受血液Pco2、pH值和温度等影响,pH 或 Pco2，温度，氧解离曲线左移（A图）,正常（B图）,Pco2、pH和温度，使氧解离曲线右移（C图）,（二）二氧化碳的运输,1.物理溶解:约占5%。,2.化学结合:CO2的化学结合形式有两种（1）碳酸氢盐占88%（2）氨基甲酸血红蛋白占7%,第三节 呼吸运动的调节,一、呼吸中枢,中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群所在的部位。分布于大脑皮质、脑干和脊髓等各级中枢部位。,（一）脊髓,实验证明，只保留脊髓时动物的呼吸运动立即停止。这提示脊髓不能产生节律性的呼吸运动。它是联系脑和呼吸肌的中转站，支配呼吸肌的运动神经元位于脊髓灰质前角。,（二）
15、延髓,呼吸运动基本中枢：延髓,延髓有吸气神经元和呼气神经元，其轴突纤维下行支配脊髓前角的呼吸肌运动神经元。实验证明，保留动物的延髓和脊髓时，动物可存在节律性的呼吸运动，但呼吸节律不规则，呈喘息样呼吸。说明延髓是产生节律性呼吸运动的基本中枢。但正常呼吸节律的形成，还有赖于上位呼吸中枢的作用。,（三）脑桥,在脑桥前部有呼吸调整中枢，该中枢的神经元与延髓呼吸中枢之间有双向联系。作用：限制吸气，促使吸气向呼气转换。正常呼吸节律是脑桥和延髓呼吸中枢共同活动形成的。,人在一定范围内可以有意识地暂时屏气，或随意控制呼吸运动的深度与频率，也可由条件反射或情绪改变而引起呼吸运动变化，这些都是在大脑皮质的控制下进
16、行的。,（四）大脑皮质,二、呼吸运动的反射性调节,（一）化学感受性呼吸反射,1.化学感受器,(1)外周化学感受器：指颈动脉体和主动脉体，可感受动 脉血Po2、Pco2及H+浓度的变化。冲动分别沿窦神经（舌咽神经的分支）和主动脉神经（迷走神经分支）传入延髓。,(2)中枢化学感受器：位于延髓腹外侧浅表部位只感受脑脊液和局部细胞外液中H+浓度的变化,血液中的H+不易通过血-脑屏障，故血液中H+浓度的变化对中枢化学感受器的直接作用较小。但血液中的CO2则易于通过血-脑屏障进入脑脊液，与水结合形成H2CO3，H2CO3进一步解离出H+来刺激中枢化学感受器。,2.CO2、O2和H+对呼吸运动的调节,（1）
17、CO2对呼吸运动的调节,结论：动脉血中一定水平的CO2对维持呼吸中枢正常兴奋性是必须的。CO2是调节呼吸运动最重要的体液因素。,因此，在临床上给病人吸氧时不能吸纯氧。,动脉血中PCO2过高时延髓呼吸中枢（-）呼吸困难，头晕、头痛、昏迷甚至呼吸停止。称CO2麻醉效应。,（2）缺02对呼吸运动的调节,（3)H+对呼吸运动的影响,动脉血中H+刺激外周化学感受器延髓呼吸中枢（+）呼吸运动加深加快,（二）肺牵张反射,肺扩张或缩小引起的反射称为肺牵张反射。,反射过程：,吸气时肺扩张刺激细支气管平滑肌层的牵张感受器受迷走神经延髓通过一定的神经联系使吸气转为呼气。生理意义：防止吸气过深过长，促进吸气转为呼气。
18、反之，肺缩小时，反射性地引起吸气。,（三）防御性呼吸反射,1.咳嗽反射,2.喷嚏反射,章 小 结,本章介绍了呼吸的概念、全过程及其调节。呼吸的全过程包括三个环节:外呼吸（肺通气和肺换气）、气体在血液中的运输和内呼吸（组织换气）肺通气的原动力是呼吸运动，直接动力是肺内压与大气压之差。原动力、直接动力之间需要胸膜腔负压的耦联；肺通气的阻力有弹性阻力和非弹性阻力。弹性阻力主要来自于肺，肺弹性阻力产生原因有两个：一是肺泡表面张力，二是肺组织弹性纤维产生的回缩力。非弹性阻力主要来自气道阻力。肺通气功能的评价指标有肺容量和肺通气量。气体的交换包括肺换气和组织换气，气体交换的动力是气体分压差，气体总是由分压高处向分压低处扩散。通过肺换气将静脉血变成动脉血，通过组织换气将动脉血变成静脉血。影响肺换气的因素有气体扩散速率、呼吸膜的厚,度和面积、通气/血流比值。气体在血液中的运输形式有两种：分别是物理溶解和化学结合（为主）。呼吸运动的频率和深度主要受神经调节，呼吸运动的基本中枢在延髓，但正常呼吸节律的形成有赖于延髓和脑桥共同的作用。神经调节的方式是反射，呼吸运动的反射性调节主要有化学感受性反射和肺牵张反射。,
