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Chapter 5 Respiration,Department of Physiology medical school xiamen university,1,呼吸系统常见的疾病和基本症状及原因分析,常见疾病哮喘病气管炎支气管炎慢性阻塞性疾病肺心病肺结核球菌性肺炎厌氧菌性肺炎,基本症状咳嗽咳痰咯血呼吸困难胸痛,原因分析1.呼吸系统结构功 能与疾病的关系2.社会人口老龄化3.大气污染与吸烟4.呼吸疾病长期未 得到重视,2,3,4,respiration,呼吸机体与环境之间的气体交换过程呼吸的四个基本环节： 外呼吸 气体在血液中的运输 内呼吸 呼吸运动的调节,5,6,第一节 肺通气,定义： 气体经呼吸道进出肺的过程，称为肺通气（pulmonary ventilation）,7,第一节 肺通气,肺通气的功能结构 肺通气是通过呼吸道、呼吸肌、胸膜腔三者共同 作用完成的呼吸道和肺,8,第一节 肺通气,呼吸道的神经支配,呼吸道的作用:加温、加湿、过滤、清洁、防御,9,第一节 肺通气,一、肺通气动力（一）呼吸运动呼吸肌收缩舒张引起的胸廓的扩大和缩小称为呼吸运动,腹式呼吸（abdominal breathing）,胸式呼吸（thoracic breathing）,10,第一节 肺通气,平静呼吸 安静状态的呼吸运动称为平静呼吸(eupnea) 1218times/min，吸气是主动的，呼气是被动的用力呼吸 呼吸运动加深加快称为用力呼吸（forced breathing ）吸气、呼气都是主动的,11,12,13,14,第一节 肺通气,2.肺内压（intrapulmonary pressure） 肺泡内的压力称为肺内压 气体进出肺决定于气道两端的压力差 吸气： 肺内压大气压12mmHg ，气体呼吸道肺泡 呼气： 肺内压 大气压12mmHg，气体呼吸道大气 平静呼吸时吸气和呼气末肺内压均等于大气压人工呼吸：用人为的方法造成肺内压和大气压之间的 压力差来维持肺通气的过程,15,16,第一节 肺通气,3.胸膜腔内压（intrapleural pressure） 指胸膜腔内的压力，在呼吸过程中，胸内压 均低于大气压，通常称为胸膜腔负压 胸膜腔内压=肺内压-肺弹性回缩力 胸膜腔内压=-肺弹性回缩力 正常情况下平静呼气末为-3-5mmHg 平静吸气末为-5-10mmHg,17,18,19,20,表-胸内压形成原理和意义,21,第一节 肺通气,二、肺通气阻力静态阻力-弹性阻力（63%） 惯性阻力（5%）动态阻力 气道阻力（27%） 粘性阻力（5%）,22,第一节 肺通气,二、肺通气阻力弹性阻力： 指肺和胸廓抵抗自身发生变形的弹性回缩力摩擦阻力： 指呼吸道的阻力，包括惯性阻力、粘性阻力和气道的阻力气道阻力来自气体分子之间以及气体与气道壁之间的摩擦粘性阻力来源于呼吸器官位移产生的摩擦 肺通气总阻力=肺、胸弹性阻力+气道阻力之和,23,第一节 肺通气,（一）弹性阻力（elastic resistance） 是指弹性物体对抗外力作用所引起变形的力，同样外 力，阻力越大，物体的变形越小，相反越大,24,第一节 肺通气,顺应性(compliance) 在外力作用下弹性组织的可扩张性，是弹性阻力 的倒数，易扩张顺应性大，弹性阻力小 其大小用单位压力变化所引起的容积变化来表示,25,第一节 肺通气,肺和胸廓的弹性阻力和顺应性肺的弹性阻力和顺应性,26,第一节 肺通气,比顺应性 单位肺容积的顺应性,27,第一节 肺通气,1.肺顺应性降低常见于：限制性肺疾病，如各种类型的肺纤维化、胸膜纤维化；肺泡充填性疾病，如肺水肿、肺充血、肺泡出血、肺泡 蛋白沉着征；急性呼吸窘迫综合症；2.肺气肿3.小气道功能,28,29,第一节 肺通气,肺弹性阻力的来源 肺组织本身的弹性阻力（来自弹力纤维） 肺泡的表面张力 前者约占肺总弹性阻力的1/3，后者约占总弹性 阻力的2/3肺泡表面张力 存在于肺泡液-气界面能使其表面积尽量缩小的力,30,31,第一节 肺通气,Laplace Law P=2T/r P肺泡回缩压 T肺泡的表面张力 r肺泡的半径,32,33,34,35,第一节 肺通气,肺泡表面活性物质（surfatant） 是由肺泡的型上皮细胞所分泌的，主要成分 是二软酯酰卵磷脂（dipalmity phosphatidy lipid；DPL）作用： 降低肺泡表面张力，防止肺泡塌陷 维持大小肺泡的容积稳定 防止肺泡内形成组织液，以利于气体交换 降低吸气阻力，减少吸气做功,36,DPPC+SPA、B、C、D,37,胸廓的弹性阻力和顺应性 来自胸廓的弹性成分，胸廓处于自然位置时的肺 容量相当于肺总量的67%，此时不表现弹性阻力,第一节 肺通气,38,第一节 肺通气,总顺应性为0.1L/cmH2O,肺和胸廓的总顺应性,39,第一节 肺通气,40,第一节 肺通气,影响气道阻力的主要因素1.呼吸道的管径鼻（约占总阻力的50%），其次声门（约占25%），气管和支气管（约占15%）；仅有10%的阻力在口经小于2毫米的细支气管大气道（气道管径2mm），由于总横截面积小，气流速度快，管道弯曲，易形成涡流，是产生气道阻力的主要部位，约占总气道阻力的8090小气道（气道管径2mm）总横截面积约为大气道的30倍，因此，气流速度慢，且以层流为主，形成的阻力小，约占总气道阻力的10左右当小气道平滑肌收缩时小气道阻力则是气道阻力的重要成因,41,42,第一节 肺通气,2.跨壁压3.肺实质对气道壁的外向放射状牵引作用4.自主神经系统对气道管壁平滑肌舒缩活动的调节作用5.化学因素的影响,43,第一节 肺通气,（一）肺容积1.潮气量 每次呼吸时吸入或呼出的气量为潮气量 （tidal volume，TV） 平静呼吸时，潮气量为400-600ml,平均500ml2.补吸气量或吸气贮备 平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气量为补 吸气量（inspiratory reserve volume，IRV） 正常成年人约为1500-2000ml,44,第一节 肺通气,3.补呼气量或呼气贮备量 平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气量为补 呼气量（respiratory reserve volume，ERV） 正常成年人约为900-1200ml4.余气量或残气量 最大呼气末尚存留于肺中不能再呼出的气量为 余气量（residual volume，RV） 正常成人约为1000-1500ml 支气管哮喘和肺气肿患者，余气量增加,45,46,47,第一节 肺通气,（二）肺容量1.深吸气量（inspiratory capacity，IC） 深吸气量平静呼气末作最大吸气所能吸入的 气量为，(潮气量和补吸气量之和)，衡量最大 通气潜力的指标2.功能余气量 （functional residual capacity，FRC） 功能余气量平静呼气末尚存留于肺内的气量（余 气量和补呼气量之和） 正常成年人约为2500ml,48,第二节 肺通气,3.肺活量（vital capacity，VC） 肺活量最大吸气后，尽力呼气所能呼出的 最大气量（潮气量、补吸气量和补呼气量之和） 成年男性平均约为3500ml，女性为2500ml4.时间肺活量（timed vital capacity） 在最大吸气后尽力作最大速度的呼气，在一定时 间内所能呼出的气体量 （1s 83%、2s96%、3s99%）,49,第一节 肺通气,5.肺总容量 肺所能容纳的最大气体量（肺活量与余气 量之和） 成年男性为5000ml，女性为3500ml,50,51,（三）每分通气量（minute ventilation volume）指每分钟进或出肺的气体总量，等于呼吸频率乘潮气量平静呼吸时，正常成年人呼吸频率每分12-18次，潮气量500ml，则每分通气量6-9L,第一节 肺通气,52,53,第一节 肺通气,无效腔 解剖无效腔 （anatomical dead space） 150ml 肺泡无效腔（alveolar dead space） 生理无效腔（physiological dead space） =解剖无效腔 +肺泡无效腔肺泡通气量（alveolar ventilation）肺泡通气量=（潮气量-无效腔气量）呼吸频率,不同呼吸频率和潮气量时的肺通气量和肺泡通气量,第一节 肺通气,54,最大通气量（maximal voluntary ventilation） 尽力作深快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气量为最大通气量 为肺全部通气能力得到充分发挥所能达到的通气量，是了解肺通气机能的良好指标（70120L） 最大通气量=0.0302第一秒时间肺活量+10.85比较平静呼吸时的每分通气量和最大通气量，可以了解通气功能的贮备能力，通常用通气贮量百分比表示： 通气贮量百分比=最大通气量-每分平静通气量/最大通气量100%正常值等于或大于93%,第一节 肺通气,55,一、气体交换的原理（一）气体的扩散 气体扩散 气体分子从分压高处向分压低处发生净转移 气体扩散速率（diffusion rate,D） 单位时间内气体扩散的容积影响因素: 1.气体的分压差 气体的分压: 在混合气体中，每种气体分子运动所产生的压力 气体分压=总压力该气体的容积百分比,第二节 肺换气和组织换气,56,2气体的分子量和溶解度 气体的扩散速率与分压差和溶解度成正比，与分子量的平方根成反比 溶解度（S ）单位分压下溶解于单位容积的溶 液中的气体的量 扩散系数（diffusion coefficient）溶解度与分 子量平方根之比3扩散面积和距离 气体扩散速率与扩散面积（A）成正比，与扩散距离(d)成反比,第二节 肺换气和组织换气,57,4温度 扩散速率与温度（T）成正比,P 分压差T 温度A 扩散面积S 溶解度d 扩散距离,第二节 肺换气和组织换气,58,（二）呼吸气和人体不同部位气体的分压 1呼吸气和肺泡气的成分和分压 2血液气体和组织气体的分压（张力）,第二节 肺换气和组织换气,表 血液和组织中气体的分压（kPa，mmHg）,59,第二节 肺换气和组织换气,二、肺换气（一）肺换气过程,60,第三节 气体交换和运输,（二）影响气体交换的因素 1呼吸膜的厚度 (0.6m) 2呼吸膜的面积 (70m2) 3通气/血流比值的影响 （三）肺扩散容量 气体在0.133kPa(1mmHg)分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体的ml数为肺扩散容量（pulmonary diffusion capacity, DL） 即：DL=V(ml/min)（PA-PC）单位ml/min.mmHg-1,61,三、组织换气组织换气与肺换气类似，但发生在液相之间，换气的动力仍为气体的分压差,第二节 肺换气和组织换气,62,第三节 气体在血液中的运输,一、气体在血液中的运输 氧和二氧化碳在血液中存在的形式O2肺泡扩散血液组织 CO2 组织扩散血液肺泡 O2和CO2以两种形式存在于血液： 物理溶解 化学结合气体在溶液中溶解的量与分压和溶解度成正比， 和温度成反比,63,第三节气体在血液中的运输,表5-4血液O2和CO2的含量（ml/100ml 血液）,64,第三节气体在血液中的运输,（一）氧的运输 Hb与O2结合的特征 物理溶解占1.5%； 化学结合占 98.5% O2的结合形式是氧合血红蛋白（HbO2） Hb+O2HbO2,65,第三节气体在血液中的运输,（二）O2与血红蛋白结合的特征：1反应快、可逆、不需酶的催化、受PO2的影响 2Fe2+与O2结合后仍是二价铁，所以该反应是氧 合（oxygenation），不是氧化（oxidation）31分子Hb可以结合4分子O2 4Hb与O2的结合或解离曲线呈S形，与Hb的 变构效应有关,66,第三节气体在血液中的运输,几个定义：氧容量 （oxygen capacity） 100ml血液中， Hb所能结合的最大O2量 氧含量 （oxygen content）实际结合的O2量氧饱和度（oxygen saturation）氧含量和氧 容量的百分比当体表表浅毛细血管床血液中去氧Hb 含量达5g/100ml血液以上时，皮肤、粘膜呈浅蓝色，称为紫绀（cyanosis）,67,第三节气体在血液中的运输,（三）氧离曲线（oxygen dissociation curve） 表示PO2与Hb 氧结合量或Hb氧饱和度关系的曲线 1氧离曲线的上段 相当于PO2 7.9813.3kPa(60-100mmHg) 2氧离曲线的中段 相当于O2 5.327.98kPa(40-60mmHg) 3氧离曲线的下段 相当于PO2 25.32 kPa(15-40mmHg),68,第三节气体在血液中的运输,（四）影响氧离曲线的因素1. pH与PCO2的影响 pH降低或PCO2升高，Hb对O2的亲和力降 低，P50增大，曲线右移 。反之，左移2温度的影响 温度升高，氧离曲线右移，促使O2释放 32，3-二磷酸甘油酸 （2.3-diphospoglyceric acid,2,3-DPG） 4Hb自身性质的影响,69,二、二氧化碳的运输（一）CO2运输形式 物理溶解5% 化学结合95% 化学结合碳酸氢盐、氨基甲酸血红蛋白 1碳酸氢盐 2氨基甲酸血红蛋白 HbNH2O2+H+CO2 HHbNHCOOH+O2,第三节气体在血液中的运输,70,（二）CO2解离曲线 CO2解离曲线（carbon dioxide dissociation curve）是表示血液中CO2含量与PCO2关系的曲线 特点： 血液CO2含量随PCO2上升而增加，成线性关系 非S 形，没有饱和点,第三节气体在血液中的运输,71,第三节气体在血液中的运输,(三) O2与 Hb对CO2运输的影响 O2与Hb结合促进CO2释放，这一效应称作何尔登效应（ Haldane effect） 在组织中，由于HbO2释出O2生成去氧Hb，经何尔登效应促 使血液摄取并结合CO2 在肺部，Hb与 O2结合，促使CO2释放 CO2通过波尔效效影响O2的结合和释放，O2又通过何尔登 效应影响CO2的结合和释放，两者都与Hb的理化特性有关,72,第四节 呼吸运动的调节,一、呼吸中枢与呼吸节律的形成（一）呼吸中枢1脊髓 支配呼吸肌的运动神经元位于 第3-5颈段（支配膈肌）和胸段（支配肌 间肌和腹肌等）前角 2下位脑干 下位脑干指脑桥和延髓 3上位脑 呼吸还受脑桥以上部位的影响,73,（二）呼吸节律形成 中枢吸气活动发生器和吸气切断机制（inspiratory off-switch mechanism） 在延髓有一个中枢吸气活动发生器，引发吸气神 经元呈斜坡样渐增性放电，产生吸气； 还有一个吸气切断机制，使吸气切断而发生呼气 在中枢吸气活动发生器作用下，吸气神经元兴奋，其兴奋传至脊髓吸气肌运动神经元，引起吸气，肺扩张；脑桥臂旁内侧核，加强其活动；吸气切断机制，使之兴奋,第四节 呼吸运动的调节,74,二、呼吸的反射性调节（一）肺牵张反射 黑-伯反射（Hering-Breuer reflex）由肺扩张或缩 小引起的吸气抑制或兴奋的反射 1肺扩张反射 是肺充气或扩张时抑制吸气的反射 2肺缩小反射 是肺缩小时引起吸气的反射,第四节 呼吸运动的调节,75,（二）化学感受性呼吸反射化学感受器（chemoreceptor） 1外周化学感受器 颈动脉体和主动脉体 2中枢化学感受器 中枢化学感受器 位于延髓腹外侧浅表部 左右对称，分头、中、尾三个区,第四节 呼吸运动的调节,76,77,78,79,（三）CO2、H+和O2对呼吸的影响1CO2的影响 两条途径：刺激中枢化学感受器兴奋呼吸中枢刺激外周化学感受器，冲动窦神经和迷走神经传入延髓呼吸有关疑团，反射性地使呼吸加深、加快，增加肺通气,第四节