呼吸系统生理.ppt

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1、,呼吸系统Respiratory Physiology,内容提要,第一节 肺通气第二节 呼吸气体的交换第三节 呼吸气体在血液中的运输第四节 呼吸运动的调节,呼吸(Respiration)过程,内呼吸,外呼吸,肺通气(Pulmonary Ventilation):气体进出肺的过程，即外界环境与肺之间的气体交换过程。,呼吸道、胸廓、呼吸肌、肺泡、胸膜腔,Airway:上呼吸道：鼻、咽、喉下呼吸道：气管、支气管,Bronchoscope(气管镜),肺通气的结构基础：,1.通气功能 2.加温加湿作用3.过滤清洁作用4.防御功能,呼吸道的功能,肺泡(Alveolus)-气体交换场所,呼吸肌,(一)肺通气

2、的动力 直接动力:肺泡气与大气之间的压力差 原动力:呼吸肌的收缩与舒张,一、肺通气的原理,1.呼吸运动(Respiratory Movement),概念:呼吸肌收缩、舒张引起胸廓节律性 的扩大和缩小。,吸气运动呼气运动,一、肺通气的原理,呼吸的过程,呼吸时肋骨的运动方向,一、肺通气的原理,胸腔上下径增加,膈肌收缩,穹隆下降,胸腔、肺容积增加,吸气,胸腔前后、左右径增加,肋间外肌收缩,肋骨上举下缘向外偏转,胸腔、肺容积增加,吸气,呼吸运动过程（呼气、吸气过程相反）：,吸 气 过 程,Animation,(1)平静呼吸和用力呼吸,吸气肌收缩,肺内压 大气压,胸腔、肺容积增加,大气入肺,吸气（主动）

3、,吸气肌舒张,肺内压 大气压,胸腔、肺容积缩小,肺内气体外流,呼气（被动）,平静呼吸(Eupnea）：,一、肺通气的原理,吸气肌收缩辅助吸气肌收缩,胸腔、肺容积增加,肺内压 大气压,大气入肺,吸气（主动）,吸气肌舒张呼气肌收缩,肺内压大气压,胸腔、肺容积缩小,肺内气体外流,呼气（主动）,用力呼吸(Forced Respiration)：,一、肺通气的原理,胸式呼吸和腹式呼吸 胸式呼吸（Thoracic Breathing）：以肋间外肌舒缩活动为主腹式呼吸(Abdominal Breathing)：以膈肌舒缩活动为主,一般情况下，呼吸运动是二者的混合形式。,一、肺通气的原理,混合呼吸:正常成人腹

4、式呼吸:婴儿、胸膜炎、胸腔积液胸式呼吸:严重腹水、腹腔有巨大肿块,呼 吸 类 型,一、肺通气的原理,2.呼吸时肺内压的变化 吸气:0.1330.266kPa(12mmHg)呼气:0.1330.266kPa(12mmHg)用力呼吸:肺内压变化程度增大,一、肺通气的原理,呼吸时肺内压的变化,一、肺通气的原理,在呼吸过程中肺内压的周期性的变化，使肺内压和大气压之间的形成压力差，这一压力差是推动气体进出肺的直接动力。,一、肺通气的原理,人工呼吸（Artificial Respiration）:基本原理:使肺内与外界大气压间产生压力差 方法:负压吸气式(压胸法)正压吸气式(口对口呼吸法，呼吸机),一、肺

5、通气的原理,3.胸膜腔内压（Intrapleural Pressure）(1)定义：胸膜腔：指由胸膜壁层与胸膜脏层围成的密 闭、潜在的腔隙。胸膜腔内压：胸膜腔内的压力。,一、肺通气的原理,（2）测定方法:间接法:气囊测定食管内压以间接反映胸内压。直接法:,一、肺通气的原理,特点:平静呼吸时胸内 压始终为负压 用力吸气时负压 更大 用力呼气为正压,（3）胸膜腔内压的变化：呼气末期:35mmHg 吸气末期:510mmHg,（4）胸膜腔负压的形成原因:,胸内压大气压肺回缩力胸内压0肺回缩力,迫使脏层胸膜回位,迫使脏层胸膜外移使肺扩张,(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力),肺 回 缩 力,(大 气 压)

6、,肺 内 压,形成机制:,必要条件:胸膜腔密闭,胸膜腔负压,一、肺通气的原理,维持肺的扩张状态，保证肺通气和肺换气；降低中心静脉压，促进血液和淋巴的回流。,胸膜腔负压的生理意义：,一、肺通气的原理,呼吸肌的舒缩是肺通气的原动力，它引起胸廓的张缩，由于胸膜腔和肺的结构特点，肺随胸廓的张缩而张缩，肺容积的变化造成肺内压和大气压之间的压力差，此压力差是肺通气的直接动力。,小 结：,一、肺通气的原理,（二）肺通气的阻力(Pulmonary Ventilation Resistance),70%弹性阻力,30%非弹性阻力,肺通气阻力,胸廓弹性阻力,肺弹性阻力,气道阻力,粘滞阻力,惯性阻力,是指弹性组织在

7、外力作用下产生的对抗自身变形的力。弹性阻力也弹性回缩力(Elastic Recoil),1.弹性阻力（Elastic Resistance）,一、肺通气的原理,肺组织自身的弹性阻力肺泡表面张力,(1)肺弹性阻力,顺应性(C),1弹性阻力(R),顺应性(Compliance):在外力作用下肺的可扩张性。,比顺应性,肺顺应性(L/cmH2O)肺总容量(L),一、肺通气的原理,表面张力(Surface Tension):是指液-气界面层的液体形成的内聚力。球型液-气界面的表面张力指向中心。,肺泡表面张力对呼吸的妨碍作用：,a.肺泡回缩肺通气（吸气）阻力 b.肺泡内压不稳定 肺泡破裂或萎缩 c.促肺泡

8、内液生成 产生肺水肿,相连通的大小肺泡内压及 气流方向图,T：肺泡表面张力P：肺泡内压r：肺泡半径,来源：肺泡型细胞化学成分：二棕榈酰卵磷脂（DPPC）生理作用：降低肺泡液-气界面的 表面张力。,肺泡表面活性物质（Alveolar Surfactant）,T：肺泡表面张力P：肺泡内压r：肺泡半径,相连通的大小肺泡内压及 气流方向图,减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防止肺水肿。,肺泡表面活性物质生理意义：,维持互相交通的、大小不同肺泡的稳定性，保持肺泡正常扩张状态。,降低吸气阻力，减少吸气作功。,一、肺通气的原理,成人肺炎、肺血栓等表面活性物质 肺不张。胎儿在第67个月才开始分泌表面活性 物质，

9、故早产儿可因缺乏表面活性物质 而发生肺不张和新生儿肺透明膜病呼 吸窘迫综合征。,临 床：,一、肺通气的原理,（2）胸廓的弹性阻力 胸廓处于自然位置时，不表现有弹性回缩力；胸廓缩小时，胸廓的弹性回缩力向外吸气的动力，呼气的阻力；胸廓扩大时(肺容量67)，胸廓的弹性回缩力向内，是吸气的阻力，呼气的动力。,胸廓的弹性阻力可以是吸气的阻力或动力,一、肺通气的原理,故肺顺应性加大并不一定表示肺通气功能好。,肺充血、肺不张、表面活性物质减少、肺纤 维化和感染等肺弹性阻力(肺顺应性)吸气困难。肺气肿肺弹性成分破坏肺回缩力 肺弹性阻力(肺顺应性)呼气困难。,（4）影响弹性阻力的因素,一、肺通气的原理,2.非弹

10、性阻力（Non-elastic Resistance）,气道阻力：是由气体流经呼吸道时，气体分子间及气体分子与呼吸道壁之间的摩擦所产生。,一、肺通气的原理,(1)气流速度 流速快阻力大(2)气流形式 层流阻力小 湍流阻力大(3)呼吸道口径（R1r4）,影响气道阻力的因素：,一、肺通气的原理,二、肺容积和肺容量,（一）肺容积（Pulmonary Volume）,1.潮气量（Tidal Volume,TV）2.补吸气量（Inspiratory Reserve Volume,IRV）3.补呼气量（Expiratory Reserve Volume,ERV）4.余气量（Residual Volume,

11、RV）,1.深吸气量(Inspiratory Capacity，IC）2.功能余气量(Functional Residual Capacity,FRC)3.肺活量(Vital Capacity,VC)最大吸气后，从肺内所能呼出的最大气量。4.肺总量(Total Lung Capacity,TLC),（二）肺容量(Pulmonary Capacities),二、肺容积和肺容量,定义：用力吸气后再以最快速度呼气，在一定 时间内呼出的气量占肺活量的百分数。正常成人在第1、2、3秒末分别为83%、96%、99%。意义：反映肺活量容量大小以及呼吸所遇阻力 情况，是评价肺通气功能较好指标。,5.时间肺活量

12、（Timed Vital Capacity）,二、肺容积和肺容量,时间肺活量（Timed Vital Capacity）,1.每分通气量(Minute Ventilation Volume)每分钟吸入或呼出的气体量。每分通气量 潮气量呼吸频率(次min),69 L/min,三、肺通气量,肺通气量(Pulmonary Ventilation Capacity),指以最快的速度和尽可能深的幅度进行呼吸时 的每分通气量。可反映呼吸功能的储备能力。,最大通气量最大限度潮气量最快呼吸频率(次/分),通气贮存量百分比=,最大通气量,最大通气量-每分通气量,100%,93%(反映通气贮备能力),70120

13、L/min,2.最大通气量(Maximal Breathing Capacity),解剖无效腔(Anatomical Dead Space):约150ml肺泡无效腔(Alveolar Dead Space)生理无效腔解剖无效腔+肺泡无效腔肺泡通气量:每分钟肺泡实际更新的气量。,3.肺泡通气量(Alveolar Ventilation Capacity),(潮气量无效腔容积)呼吸频率,4.26.3 L/min,潮气量 呼吸频率 肺通气量肺泡通气量 500ml 16次/分 8000ml 5600ml 250ml 32次/分 8000ml 3200ml1000ml 8次/分 8000ml 6800m

14、l,潮气量、呼吸频率和肺泡通气量的关系,在一定范围内，深慢呼吸比浅快呼吸好。,肺换气组织换气,气体交换方式：扩散气体扩散：气体分子从分压高处向分压低处 净转移的过程气体扩散速率：单位时间内气体扩散的容积,一、气体交换原理,气体扩散速率,扩散面积气体分压差气体溶解度温度,扩散距离,影响气体扩散速率的因素,1.气体的分压差 2.气体的分子量和溶解度3.扩散面积和距离4.温度,一、气体交换原理,CO2,O2,二、气体交换过程,（一）分压差（二）气体的分子量 和溶解度（三）呼吸膜的厚度 负相关（四）呼吸膜的面积 正相关,三、影响肺换气的因素,（五）通气血流比值,气体扩散速率,气体分压差扩散面积气体溶解

15、度温度,扩散距离,O2、CO2扩散速率（D）的比较 分子量 血浆溶解度 肺泡气 静脉血 D(mmHg)(mmHg)O2 32 21.4 102 40 1CO2 44 515.0 40 46 2,CO2的扩散系数是O2的20倍，在相同的分压差作用下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血间O2和CO2分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。肺功能衰竭患者往往缺O2显著，CO2潴留不明显。,指每分肺泡通气量与每分肺血流量(心输出量)的比值。,通气血流比值4.250.84 肺泡通气量与肺血流量的匹配最合适，肺换气效率最高。,正常成人安静时:,通气血流比值(Ventila

16、tion/Perfusion Ratio):,三、影响肺换气的因素,肺尖和肺底的通气血流比值,通气血流比值大于0.84 肺泡通气过度，肺血流不足，肺泡无效腔增大。通气血流比值小于0.84 通气不足，血流过剩，功能性动-静脉短路。,四、肺扩散容量(Pulmonary Diffusing Capacity，DL)概 念：气体在1mmHg分压差作用下，每分钟通过 呼吸膜扩散的ml数。意 义：肺扩散容量是衡量呼吸气通过呼吸膜能力 的一种指标。正常值：O2的DL=20mlmin-1mmHg-1 CO2的DL=400mlmin-1mmHg-1,每分钟通过呼吸膜扩散的气体容积(ml/min)肺泡中该气体的平

17、均分压肺毛细血管血液中该气体的平均分压,(mmHg),DL=,一、氧和二氧化碳在血液中的运输形式 物理溶解 化学结合,(一)物理溶解：O2直接溶解于血浆中。特征:溶解量与分压呈正比；占血氧总量的1.5%,但不可缺少。(二)化学结合：O2与血红蛋白(Hb)进行化学结合。特征:占血氧总量的98.5%,主要运输形式。,二、氧的运输,肺泡,氧分子,氧离血红蛋白(Hb),氧合血红蛋白(HbO2),氧气在血液中的运 输,组织细胞,O2的净扩散,oxyhemoglobin,deoxyhemoglobin,Animation,Hb与O2结合的特点：,1.反应快、可逆、受PO2的影响、不需酶的催化;2.Hb与O

18、2结合是氧合而不是氧化;3.Hb与O2结合能力强，1分子Hb可与4分子O2可 逆结合;4.Hb的变构效应直接影响对O2的亲和力。,二、氧的运输,二、氧的运输,PO2(氧合),PO2(氧离),当浅表毛细血管床血液中去氧Hb达50g/L以上时，皮肤、粘膜呈蓝紫色，称为紫绀(Cyanosis)(一般是机体缺O2的标志）。,鲜红色,蓝紫色,二、氧的运输,紫绀(Cyanosis)的鉴别,二、氧的运输,氧合Hb 为疏松型（Relaxed Form,R型）去氧Hb 为紧密型（Tense Form,T型）,即：,当Hb某亚基与O2结合Hb变构其他亚基亲O2力4个亚基的协同效应S形的氧解离曲线。,Hb的变构效应

19、：,二、氧的运输,R型,T型,血红蛋白氧饱和度,（）,%,左移,右移,0 20 40 60 80 100 120,（mmHg）,氧解离曲线(Oxygen Dissociation Curve),PO2,二、氧的运输,1.上段 结合部分 PO2 在10060mmHg，为保证机体摄取足够的 O2量，提供了较大的安全系数。2.中段 释放部分 PO2在6040mmHg，保证为组织提供较多的O23.下段 储备部分 PO24015mmHg，代表O2的贮备能力。,氧解离曲线特点：,二、氧的运输,1.pH和PCO2 波尔效应(Bohr effect)2.温度3.2,3-DPG,(四)影响氧解离曲线的因素,(一

20、)物理溶解 占总运输量的5%(二)化学结合,总运输量的95%,碳酸氢盐：88%,氨基甲酰血红蛋白：7%,三、二氧化碳的运输,1.以碳酸氢盐形式的运输 88%,CO2H2O,碳酸酐酶,H2CO3,HCO3-H+,三、二氧化碳的运输,(1)反应过程：(2)反应特征:,反应迅速且可逆，无需酶催化；虽不是主要运输形式,却是高效率运输形 式。肺部排出的CO2有17.5是此释放的。,2.以氨基甲酰血红蛋白的形式 7（Carbaminohemoglobin）,三、二氧化碳的运输,(三)CO2解离曲线,520ml/L,480ml/L,（四）O2与Hb的结合对CO2运输的影响,O2与Hb结合将促使CO2释放，这

21、一效应称为何尔登效应(Haldane effect)。,在组织，CO2通过Bohr effect影响O2的结合和解离；在肺部，O2通过Haldance effect影响CO2的摄取和释放。,节律性随意性自主性,脑桥,长吸中枢,节律中枢,呼吸中枢 Respiratory Center,延髓,呼吸调整中枢,中脑,一、呼吸中枢(Respiratory Center),(背侧呼吸组),(臂旁内侧核),(腹侧呼吸组),1、呼吸中枢广泛分布于大脑皮层、间脑、脑 桥、延髓和脊髓等部位 2、脊髓不能产生节律性的呼吸运动3、延髓有呼吸节律基本中枢4、脑桥上部有呼吸调整中枢,一、呼吸中枢(Respiratory

22、Center),二、节律性呼吸运动的形成,神经元网络学说,呼吸道机械感受器 迷走神经 延髓,膈神经 膈肌肋间神经 肋间外肌,三、呼吸的反射性调节,(一)肺牵张反射(Pulmonary Stretch Reflex)定义：肺扩张或缩小引起吸气兴奋或抑制的反射。,肺扩张反射 肺缩小反射,生理意义：使吸气和呼气能及时相互转换。,三、呼吸的反射性调节,(二)呼吸肌本体感受性反射 克服呼吸道阻力(三)防御性呼吸反射 1.咳嗽反射 2.喷嚏反射 3.血压、疼痛对呼吸的影响,(一)化学感受器1.外周化学感受器 部位：颈动脉体和主动脉体 适宜刺激：动脉血PO2降低、PCO2或+浓度变化2.中枢化学感受器 部位

23、：延髓腹外侧的浅表部 适宜刺激：脑脊液中的+，而不是CO2本身。,四、化学感受性反射,1.CO2对呼吸的影响 CO2：维持正常呼吸的生理性刺激。0.04%：正常呼吸 15%：CO2麻醉,(二)CO2、H和低O2对呼吸的调节,四、化学感受性反射,CO2,外周化学感受器,窦神经,主A神经,呼吸中枢,膈肌、肋间外肌,通过血脑屏障使脑脊液PCO2升高,CO2+H2O,H2CO3,H+,H+,中枢化学感受器,呼吸中枢,膈肌、肋间外肌,呼吸深快,呼吸深快,+,+,1.CO2对呼吸的影响,CO2兴奋呼吸的作用,以中枢途径为主，外周途径为次；CO2兴奋呼吸的中枢途径是通过H+的间接作用。,1.CO2对呼吸的影

24、响,四、化学感受性反射,通过刺激外周和中枢化学感受器两条途径实现。动脉血+浓度增加主要是通过刺激外周化学感 受器，使呼吸加深加快，肺通气增加。脑脊液中的H+是中枢化学感受器的最有效刺激。,2.H对呼吸的影响 H+呼吸加深加快,四、化学感受性反射,动脉血PO2降低使呼吸运动增强，肺通气量增多,完全依赖于外周化学感受器仅在动脉血PO280mmHg以下时起作用缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制,3.低氧对呼吸的影响,四、化学感受性反射,(三)CO2、H和低O2对呼吸调节的相互作用,4.PCO2、PO2和H+在调节呼吸中的相互作用,(三)CO2、H和低O2对呼吸调节的相互作用,Review,pulmonary ventilation intrapleural pressurepliance tidal volumetimed vital capacity oxygen saturation alveolar ventilation volumeventilation/perfusion ratio pulmonary stretch reflex vital capacity,Thank You!,