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Chapter 8呼 吸 系 统Respiratory System 要 点 重 点 ： 呼 吸 道 的 鼻 旁 窦 、 喉 的 结 构 、 肺 的 结 构特 点 ； 呼 吸 运 动 的 主 要 呼 吸 肌 ， 气 体 交 换 的 基本 机 理 以 及 呼 吸 的 主 要 调 节 。 I. 概 述II. 呼 吸 器 官 的 结 构III.肺 通 气IV.呼 吸 气 体 的 交 换 和 运 输V. 呼 吸 的 调 节 I. 概 述 overviewi. 呼 吸 概 念 及 意 义 conception and Significancen The gas exchange process between organization and environment is named respirationn uptake oxygen output carbon dioxide ii. 呼 吸 过 程 process of respirationn 呼 吸 过 程 是 通 过 三 个 连 续 的 环 节 外 界 空 气 与 肺 泡 之 间 以 及 肺 泡 与 肺 毛 细 血 管 之 间 的 气 体 交换 称 外 呼 吸 (external respiration)， 包 括 肺 通 气 和 肺 换气 二 个 过 程 。 血 液 气 体 运 输 (gas transportation) 组 织 细 胞 与 组 织 毛 细 血 管 之 间 的 气 体 交 换 称 内 呼 吸(internal respiration) iii. 组 成 Components of respiratory systemn 习 惯 上 把 进 行 外 呼 吸 的 肺 脏 称 为 呼 吸 器 官 ， 它 与 那 些协 助 肺 泡 完 成 通 气 功 能 的 器 官 和 支 气 管 等 共 同 构 成 呼吸 系 统 。n 呼 吸 系 统 包 括 呼 吸 道 和 肺 呼 吸 道 分 上 呼 吸 道 (鼻 、 咽 、 喉 )和 下 呼 吸 道 (气 管 、 支 气 管 ) 肺 由 支 气 管 及 分 支 和 肺 泡 构 成 。 II. 呼 吸 器 官 的 结 构Fundamental structure of respiratory organsi. 呼 吸 道 respiratory tract Nasal Cavity鼻 腔Frontal sinus额 窦 Nostril 鼻 孔 Epiglottis会 厌Larynx喉Trachea气 管Vestibular fold前 庭 襞Vocal fold声 襞Pharynx咽Sphenoidal sinus蝶 窦 1)鼻 Nose 由 外 鼻 、 鼻 腔 和 鼻 旁 窦 组 成 。 鼻 腔 Nasal Cavity A chamber that transfers air and gases back and forth between the nostrils and the pharynx. The design of this cavity allows for air filtration, air conditioning (warming, cooling), air monitoring (smelling odors) and mucus production for protection against foreign substances (bacteria, dust, pollen, etc.).1. 上 呼 吸 道 upper respiratory tract 鼻 旁 窦 paranasal sinus 鼻 旁 窦 共 四 对 ， 分 别 为 上 颌 窦 、 额 窦 、 筛 窦 和 蝶窦 ， 是 鼻 腔 周 围 相 应 的 含 气 骨 性 鼻 旁 窦 补 以 粘 膜而 成 的 ， 都 有 开 口 于 鼻 腔 。 对 发 音 有 共 鸣 作 用 ，同 时 具 有 温 暖 和 湿 润 被 吸 入 的 空 气 的 作 用 。 2)咽 Pharynx 垂 直 的 肌 性 管 道 ， 略 呈 漏 斗 形 ， 前 后 较 窄 ， 位 于 鼻 腔 、 口 腔和 喉 的 后 方 。 几 乎 没 有 前 壁 ， 经 鼻 后 孔 、 口 咽 峡 、 喉 口 分 别与 鼻 腔 、 口 腔 和 喉 相 通 。 咽 的 下 方 在 第 六 颈 椎 下 缘 高 度 与 食管 相 续 。 The pharynx also has sensory capability to monitor the flow of materials and assists swallowing of food and drink. n 咽 腔 鼻 部 (鼻 咽 部 、 上 部 ) 鼻 腔 向 后 方 的 直 接 延 续 ， 鼻 后 孔 为 界 ，下 部 为 软 腭 ， 吞 咽 时 ， 软 腭 抵 达 咽 的 后 壁 ， 使 鼻 咽 部 与 口 腔 隔开 ， 防 止 食 物 流 入 ， 呼 吸 时 下 垂 。n 咽 腔 口 部 (口 咽 部 、 中 部 ) 口 腔 后 方 延 续 的 部 分 ， 位 于 口 咽 峡 的后 方 ， 软 腭 、 舌 根 和 会 厌 上 缘 之 间 ， 侧 壁 在 舌 腭 弓 和 咽 腭 弓 之间 有 一 凹 陷 叫 扁 桃 体 窦 ， 容 纳 腭 扁 桃 体 (扁 桃 体 )。n 咽 腔 喉 部 (喉 咽 部 、 下 部 ) 较 狭 窄 ， 上 端 约 在 舌 骨 水 平 处 与 口 咽部 相 通 ， 下 端 约 在 第 六 颈 椎 下 缘 处 与 食 管 相 接 ， 向 前 正 对 喉 与喉 口 。 3)喉 Larynx A set of cartilaginous structures and membranes that allow air to pass back and forth between the glottis and the trachea. The larynx (voicebox) also contains cord-like membranes that produce sounds for communicating (talking, singing, noisemaking). 喉 外 部 有 颈 部 的 血 管 和 神 经 及 甲 状 腺 侧 叶 等 重 要 结 构 。 喉 的 结 构 复 杂 ， 由 软 骨 (单 块 的 甲 状 软 骨 、 环 状 软 骨 、 会厌 软 骨 和 成 对 的 杓 状 软 骨 )、 韧 带 、 喉 肌 和 粘 膜 构 成 。 喉上 部 甲 状 软 骨 借 韧 带 连 于 舌 骨 。 甲 状 软 骨 下 端 与 环 状 软骨 相 关 节 ， 环 状 软 骨 后 部 上 缘 在 中 线 二 侧 与 杓 状 软 骨 相关 节 ， 会 厌 软 骨 下 缘 借 韧 带 连 于 甲 状 软 骨 内 面 ， 上 端 宽并 游 离 于 喉 口 上 方 。 喉 肌 为 横 纹 肌 ， 作 用 是 运 动 喉 的 软 骨 和 关 节 ， 使 声 门 开大 或 缩 小 ， 并 能 紧 张 或 松 驰 声 韧 带 。 喉 腔 上 通 咽 部 (开 口 为 喉 口 )， 下 通 气 管 ， 喉 腔 内 粘 膜 与 舌根 及 咽 的 粘 膜 相 续 。 甲 状 软 骨环 状 软 骨会 厌 软 骨 会 厌 软 骨小 角 软 骨杓 状 软 骨 在 喉 腔 中 部 的 侧 壁 ， 可 见 上 、 下 两 对 矢 状 位 的 粘膜 皱 襞 。 上 方 一 对 为 室 襞 ， 由 喉 粘 膜 覆 盖 室 韧 带 而 成 ， 有保 护 作 用 ， 室 襞 间 的 裂 隙 称 前 庭 裂 。 下 方 一 对 为 声 襞 或 称 声 带 ， 是 喉 粘 膜 覆 盖 声 韧 带和 声 带 肌 而 成 。 成 年 男 子 长 约 23mm， 女 子 长 约17mm， 二 侧 声 襞 之 间 的 裂 隙 为 声 门 裂 或 称 声 门 。 声 门 裂 是 喉 腔 中 最 狭 窄 的 部 分 ， 气 体 通 过 声 门 裂 时 ，声 带 振 动 而 发 音 。 活 体 通 过 喉 镜 对 喉 进 行 观 察 ， 可 见 到 声 带 位 于 内 下方 ， 呈 白 色 ， 表 面 光 滑 ， 边 缘 很 薄 。 室 襞 位 于 外 上 方 ， 呈 淡 红 色 ， 边 缘 较 厚 。 在 平 静 呼 吸 时 ， 声 门 裂 呈 近 三 角 形 。 深 呼 吸 时 裂 增 大 ， 呈 菱 形 。 发 音 时 ， 两 侧 声 带 紧 张 并 靠 近 ， 呈 一 窄 的 裂 隙 ， 甚 至 关 闭 ， 由 于 气流 冲 击 声 带 而 发 生 振 动 。 气 管 和 支 气 管 一 般 称 为 下 呼 吸 道 。 气 管 呈 圆 筒 形 管 道 ， 长 912cm， 上 起 处 第 6、 7颈椎 间 ， 下 至 第 4、 5胸 椎 间 分 为 左 右 支 气 管 。 由 1416个 “ C”形 软 骨 环 和 连 于 其 间 的 环 韧 带 构 成 。气 管 软 骨 环 开 口 向 后 ， 由 平 滑 肌 纤 维 和 弹 性 纤 维 构成 膜 性 壁 封 闭 。2. 下 呼 吸 道 lower respiratory tract 软 骨 环 使 管 腔 保 持 开 放 状 态 ， 膜 壁 适 于 后 方 的 食 管 腔 扩长 。 支 气 管 左 支 细 长 (45cm)， 走 向 平 坦 ， 右 支 粗 短 (长3cm)， 走 向 陡 直 ， 因 此 进 入 气 管 的 异 物 易 落 入 右 支 气管 。 左 支 经 肺 门 入 左 肺 ， 右 支 入 右 肺 。 气 管 和 支 气 管 壁 由 内 向 外 由 粘 膜 层 、 粘 膜 下 层 和 外 膜 组成 。 气 管 外 观 气 管 纵 切 气 管 横 切 clara细 胞 为 一 类 无 纤 毛 、 无 粘 液 ,而 有 着 丰 富 分 泌 颗 粒 的呼 吸 道 上 皮 细 胞 。 气 管 粘 膜 ii. 肺 Lung 肺胸 膜 腔膈 n The organ for breathing, air transfer and gas exchange.n Located in the pleural cavity of the thorax.n Covered or lined with a thin epithelium called the visceral pleura. Primary Bronchus A tubular structure that passes air back and forth between the trachea and secondary bronchi.1. 导 管 部 Conducting Zone The overall structure and function of larger bronchial tubes is similar to the trachea. The epithelial lining of these tubes produce protective mucus and possess cilia which “brush” material up toward the pharynx. Secondary Bronchus A tubular passageway that passes air back and forth between a primary bronchus and the remainder of a bronchial tree (third, fourth, fifth degree branches, etc. ). Retains the structural features of the trachea and the primary bronchi. Terminal Bronchiole One of the smallest tubular passageways in the lung that passes air back and forth between the smallest bronchial tube and the respiratory bronchiole. 终 末 细 支 气 管 杯 状 细 胞 、 腺 体 、 软 骨 消 失 ， 而 平 滑 肌形 成 完 整 的 环 形 肌 层 ， 所 以 细 支 气 管 、 终 末 细 支 气 管平 滑 肌 的 收 缩 和 舒 张 直 接 影 响 到 管 腔 的 大 小 ， 控 制 肺泡 的 气 体 流 量 。 细 支 气 管 、 终 末 细 支 气 管 平 滑 肌 受 交 感 和 迷 走 神 经 双重 支 配 ， 交 感 神 经 通 过 型 肾 上 腺 素 能 受 体 (2)降 低 平滑 肌 的 紧 张 性 使 之 舒 张 ， 减 少 气 流 的 阻 力 ； 迷 走 神 经通 过 M型 胆 碱 能 受 体 使 平 滑 肌 收 缩 加 强 ， 紧 张 性 增 高 ，细 支 气 管 口 径 缩 小 ， 气 流 阻 力 增 加 。 支 气 管 哮 喘 的 病 人 ， 平 滑 肌 发 生 痉 挛 性 收 缩 ， 使 管 腔变 窄 ， 甚 至 阻 塞 ， 从 而 气 流 量 减 少 ， 会 引 起 呼 吸 困 难 。 临 床 上 常 用 拟 交 感 药 物 治 疗 那 些 呼 吸 道 平 滑 肌 紧 张 性过 高 的 病 症 。 支 气 管 树 2. 呼 吸 部 Respiratory Zone 指 能 够 进 行 气 体 交 换 的 部 分 ， 包 括 呼 吸 性 细 支 气管 (Respiratory Bronchiole)、 肺 泡 管 (Alveolar duct)、 肺 泡 囊 (Alveolar Sac)和 肺 泡 (Alveolus)。 呼 吸 性 细 支 气 管 是 终 末 细 支 气 管 的 分 支 ， 其 管 壁有 少 量 囊 状 肺 泡 ， 管 壁 单 层 纤 毛 上 皮 变 成 柱 状 或立 方 上 皮 。 肺 泡 管 是 呼 吸 性 细 支 气 管 的 分 支 ， 管 壁 四 周 都 是肺 泡 囊 或 肺 泡 的 开 口 。 肺 泡 囊 是 肺 泡 管 的 分 支 ， 为 数 个 肺 泡 的 共 同 开 口 。 肺 泡 是 半 球 形 的 囊 泡 ， 为 气 体 交 换 场 所 。 Polyhedral in shape and clustered like units of honeycomb. 300 million air sacs.q Large surface area (60 80 m2). Each alveolus is 1 cell layer thick. Total air barrier(气 屏 障 ) is 2 cells across. 2 types of cells: q Alveolar type I:o Structural cells.q Alveolar type II:o Secrete surfactant(表 面 活 性 物 质 ). 肺 泡 隔 alveolar septum 相 邻 两 个 肺 泡 之 间 的 薄 层 结 缔 组 织 称 肺 泡 隔 ， 膈 内 有 丰 富的 毛 细 血 管 及 弹 性 纤 维 等 ， 故 肺 泡 有 良 好 的 弹 性 ， 膈 内 具有 尘 细 胞 (巨 噬 细 胞 )， 它 可 穿 过 肺 泡 上 皮 进 入 肺 泡 腔 内 ，吞 噬 尘 粒 ， 对 肺 起 净 化 作 用 。 在 肺 泡 隔 毛 细 血 管 间 隙 中 往 往 有 10-15m的 圆 形 或 椭 圆形 小 孔 ， 称 Kohn氏 小 孔 。 n Region of gas exchange between air and blood.n Includes respiratory bronchioles.n Must contain alveoli.n Gas exchange occurs by diffusion. Terminal BronchioleRespiratory Bronchiole Alveolar duct Alveolar ductAlveolusAlveolar SacRespiratory BronchioleAlveolar ductAlveolus Alveolar Sac Basil lamina 肺 泡 壁 由 单 层 上 皮 细 胞 组 成 ， 下 面 衬 有 一 层 基 膜 ， 与 肺毛 细 血 管 之 间 有 间 质 ， 肺 毛 细 血 管 壁 由 内 皮 细 胞 构 成 ，其 下 方 有 基 膜 ， 肺 泡 表 面 还 有 液 体 分 子 层 和 II型 细 胞 分 泌的 表 面 活 性 剂 形 成 表 面 活 性 物 质 层 ， 这 七 层 共 同 构 成 血 -气 屏 障 ， 其 厚 度 在 0.20.6m。 有 很 好 的 通 透 性 ， 有 利于 肺 泡 与 血 液 之 间 的 气 体 交 换 。 3. 血 -气 屏 障 或 呼 吸 膜 (Blood air barrier， Alveolar Respiratory membrane) Interstitial substanceendothelial cell Surface Tension表 面 张 力 抵 抗 肺 扩 张 的 一 种 力 。 吸 气 时 增 加 肺 作 功 。 由 液 体 分 子 层 形 成 。 Pulmonary surfactant表 面 活 性 剂 由 II型 细 胞 分 泌 。 最 重 要 的 是 二 棕 榈 酰 卵 磷 脂 (DPPC)。 作 用 u 调 节 表 面 张 力 ， 稳 定 肺 泡 内 压 。u 降 低 肺 泡 表 面 张 力 。 减 少 吸 气 阻 力 ， 防 止 因 回 缩 过 大 而 阻 碍 肺泡 的 扩 张 ， 甚 至 导 致 肺 泡 的 塌 陷 。u 减 少 肺 泡 液 的 生 成 ， 防 止 肺 水 肿 ， 抽 吸 作 用 下 降 。 肺 表 面 活 性 物 质 的 组 成 (Conformation of Pulmonary Surfactant)n Saturation lecithin(饱 和 卵 磷 脂 ) is 41%(90% is DPPC)u DPPC binding to apolipoprotein(载 脂 蛋 白 ) exist as lipoprotein(脂 蛋 白 )n Non-saturation lecithin is 25%n Cholesterol(胆 固 醇 ) is 8 DPPC is an important Pulmonary Surfactant（1）Quantity is large. it is 1/3 of all （2）Character of molecule structure Strong hydrophobicity(疏 水 性 ) Strong hydrophilicity(亲 水 性 )（3）Strong suspending stability 1974年 ， King报 告 ， DPPC载 脂 蛋 白 (疏 水 氨 基 酸 ，可 溶 性 蛋 白 )降 表 面 张 力 的 有 效 成 分 为 其 中 脂 类 ，脂 质 分 子 彼 此 间 和 对 水 分 子 吸 引 力 较 小 ， 在 表 面稀 释 了 水 分 子 ， 故 能 降 低 肺 泡 表 面 张 力 。 iii. 胸 膜 和 胸 膜 腔 pleura and Pleural Cavity 胸 膜 为 浆 膜 ， 分 壁 胸 膜 和 脏 胸 膜 。 肺 的 表 面 有 一 层 膜 称脏 胸 膜 Visceral Pleura(胸 膜 脏 层 、 肺 胸 膜 )， 同 时 在 胸 廓内 面 ， 膈 上 面 及 纵 膈 上 的 胸 膜 称 壁 胸 膜 Parietal Pleura(胸 膜 壁 层 )， 二 层 在 肺 门 处 互 相 连 续 。 二 层 间 围成 一 个 完 全 封 闭 的 胸 膜 腔 Pleural Cavity， 腔 内 为 负 压 ，使 二 层 胸 膜 紧 密 相 贴 ， 在 呼 吸 运 动 时 ， 可 随 胸 壁 和 膈 的运 动 而 扩 张 或 回 缩 ， 同 时 腔 内 有 少 量 浆 液 ， 以 减 少 呼 吸时 二 层 胸 膜 之 间 的 磨 擦 。 Lung ApexThoracic WallParietal PleuraPleural CavityVisceral Pleura Diaphragm Lung Base Intrapleural Pressures胸 膜 腔 内 压 III. 肺 通 气 Pulmonary Ventilation Pulmonary ventilation is the gas exchange process between lungs and environment. n All the structures through air passes before reaching the respiratory zone.n Warms and humidifies inspired air.n Filters and cleans: Mucus secreted trap particles in the inspired air.n Mucus moved by cilia to be expectorated. i. 呼 吸 道 在 肺 通 气 中 的 作 用 Effect of respiratory tract in Pulmonary Ventilation n 肺 通 气 是 指 与 外 界 环 境 间 的 气 体 交 换 过 程 。n 实 现 肺 通 气 的 器 官 包 括 呼 吸 道 、 肺 泡 和 胸 廓 等 。n 胸 廓 节 律 性 呼 吸 运 动 则 是 实 现 通 气 的 动 力 。 肺 本 身 没 有 肌 纤 维 ， 没有 主 动 地 扩 张 和 缩 小 能 力 (舒 缩 能 力 )， 其 舒 缩 的 动 力 完 全 依 赖 呼 吸肌 的 舒 缩 引 起 胸 腔 扩 大 和 缩 小 而 实 现 ， 也 即 呼 吸 运 动 才 是 肺 通 气 的动 力 。 n 气 体 通 过 呼 吸 道 进 出 肺 是 由 于 肺 泡 与 外 界 之 间 的 气 压 差 所 引 起 的 。ii. 肺 通 气 的 动 力 Power of pulmonary ventilation 1. 呼 吸 运 动 respiratory movement 胸 廓 的 前 后 、 左 右壁 是 由 肋 骨 、 胸 骨和 脊 椎 骨 以 及 附 着在 它 们 上 面 的 肌 肉所 形 成 的 。 n 胸 腔 的 扩 大 和 缩 小 实 际 上 是 肋 骨 、 胸 骨 和 膈 运 动 的 结果 ， 胸 腔 的 节 律 性 扩 大 与 缩 小 称 为 呼 吸 运 动 。n 与 呼 吸 运 动 相 关 的 骨 骼 肌 称 为 呼 吸 肌 。 吸 气 肌v 能 使 胸 腔 扩 大 引 起 吸 气 的 肌 肉 ， 如 肋 间 外 肌 、 膈 肌 、 胸 锁 乳 突 肌 、胸 肌 等 。 呼 气 肌 v 能 使 胸 腔 缩 小 的 引 起 呼 气 的 肌 肉 ， 如 肋 间 内 肌 、 腹 壁 肌 等 。 n 平 静 呼 吸 常 起 作 用 的 是 吸 气 肌 中 的 肋 间 外 肌 和 膈 肌 。n 深 呼 吸 运 动 时 ， 除 肋 间 外 肌 、 膈 肌 收 缩 加 强 外 ， 其 它 辅助 吸 气 肌 ， 如 胸 锁 乳 突 肌 、 胸 大 肌 等 也 参 与 活 动 ， 呼 气肌 如 肋 间 内 肌 和 腹 壁 肌 也 在 呼 气 时 收 缩 ， 使 肋 骨 更 加 下降 ， 腹 壁 肌 收 缩 ， 腹 内 压 长 高 ， 膈 上 移 。 External Intercostals Elevate ribs Internal Intercostals Depress ribs Diaphragm Inspiration 胸 腔 平 静 吸 气 时 ， 穹 窿 下 降 约 12cm， 而 中 心 腱 不 下 降 。 深 吸 气 时 ， 肋 间 外 肌 、 膈 肌 收 缩 加 强 ， 特 别 是 膈 肌 收 缩 加 强 ， 使 中 心 腱 也 明显 下 降 可 达 710cm。 腹 壁 肌 Compress Abdomen 精 索 肋 间 肌 收 缩 和 舒 张 引 起 肋 骨 和 胸 骨 的 升 降 运 动 的 呼 吸 方式 称 胸 式 呼 吸 (Thoracic breathing)。 膈 肌 的 长 降 造 成 腹 壁 的 起 伏 的 呼 吸 方 式 称 腹 式 呼 吸(Abdominal breaghing)。 正 常 情 况 下 二 种 方 式 同 时 存 在 ， 安 静 时 ， 一 般 女 子 以 胸式 呼 吸 为 主 ， 男 子 及 婴 儿 以 腹 式 呼 吸 为 主 。 2. 胸 内 压 (Intrapleural Pressures)和 肺 内 压(Intrapulmonary Pressures)1) Intrapleural Pressuresn Visceral and parietal pleurae are flush against each other. The intrapleural space contains only a film of fluid secreted by the membranes. lack of air in the intrapleural space.n Lungs normally remain in contact with the chest wall. Lungs expand and contract along with the thoracic cavity. n Elasticity Tendency to return to initial size after distension. High content of elastin proteins.v Very elastic and resist distension.v Recoil ability.v Elastic tension increases during inspiration and is reduced by recoil during expiration. 平 静 呼 气 末 期 约 为 -3-5mmHg(0.4-0.7Kpa)， 而 在 吸 气 末 期则 更 低 ， 约 为 -5-10mmHg (0.81.3Kpa)。 由 于 胸 廓 自 然 容 量 比 肺 的 自 然 容 量 大 ， 同 时 由 于 两 层 膜 不 能分 开 ， 胸 膜 腔 不 能 增 大 ， 只 有 肺 被 动 地 随 之 扩 张 ， 所 以 肺 不认 论 在 吸 气 还 是 呼 气 时 ， 总 是 处 于 一 定 的 扩 张 状 态n Intrapleural Pressures = Atmospheric pressure(大 气 压 )- Elastic tension(肺 泡 回 缩 力 )n Intrapleural pressureis negative. 2) Intrapulmonary Pressuresn Intrapulmonary pressure: Intra-alveolar pressure (pressure in the alveoli).n During inspiration: Atmospheric pressure is than intrapulmonary pressure (- 3 mm Hg).n During expiration: Intrapulmonary pressure (+ 3 mm Hg) is atmospheric pressure. n Changes in intrapulmonary pressure occur as a result of changes in lung volume. Pressure of gas is inversely proportional to its volume.n Increase in lung volume decreases intrapulmonary (alveolar) pressure. Air goes in.n Decrease in lung volume, raises intrapulmonary pressure above atmosphere. Air goes out. 正 常 呼 吸 时 肺 泡 压 、 胸 膜 腔 内 压 与 肺 容 量 的变 化 n Assessed by spirometry.n Spirogramiii. 肺 总 量 total lung capacity Tidal volume(潮 气 量 )FThe volume of gas inspired or expired in an unforced respiratory cycle.F400-500mlInspiratory reserve volume(补 吸 气 量 )FThe maximum volume of gas that can be inspired during forced breathing in addition to tidal volume.F1500-1800ml Expiratory reserve volume(补 呼 气 量 )FThe maximum volume of gas that can be expired during forced breathing in addition to tidal volume.F900-1200mlResidual volume(残 气 量 )FThe volume of gas remaining in the lungs after a maximum expiration.F1000(female) -1500ml(male) Inspiratory capacity(深 吸 气 量 )FThe maximum amount of gas that can be inspired after a normal tidal expiration.FIC=TV+IRVFunctional residual capacity(机 能 残 气 量 )FThe amount of gas remaining in the lungs after a normal tidal expiration.F2000-2500mlFFRC= ERV+RV Vital capacity(肺 活 量 )FThe maximum amount of gas that can be expired after a maximum inspiration.F2500(female)-3500ml(male)FVC= TV+IRV+ERVTotal lung capacity(肺 总 量 )FThe total amount of gas in the lungs after a maximum inspiration.FTC=VC+RV iv.肺 通 气 量 和 肺 泡 通 气 量alveolar ventilationn 每 分 通 气 量 每 分 通 气 量 =潮 气 量 呼 吸 频 率 (次 /分 ) 成 人 呼 吸 频 率 为 12-18次 /分 ， 女 性 快 2-3次 平 静 时 每 分 通 气 量 为 68升 ， 运 动 时 ， 不 仅 呼 吸 频 率增 加 ， 且 呼 吸 深 度 加 大 ， 每 分 通 气 量 增 加 ， 可 达 到70120L n 肺 泡 通 气 量 Anatomical Dead Space(解 剖 无 效 腔 ， 死 腔 )v Not all of the inspired air reached the alveoli.v As fresh air is inhaled it is mixed with anatomical dead space(150ml).v Conducting zone and alveoli where 02 concentration is lower than normal and C02 concentration is higher than normal.v Alveolar ventilation: F (TV-DS)n F = frequency (breaths/min.). n TV = tidal volume.n DS = dead space. 肺 泡 无 效 腔 指 肺 泡 内 不 能 与 血 液 进 行 气 体 交 换 的 那 一 部 分 空 间 ， 正常 人 近 于 0。 生 理 无 效 腔 (无 效 腔 )=解 剖 无 效 腔 +肺 泡 无 效 腔 。 成 人 肺 泡 通 气 量 约 为 肺 通 气 量 70%， 因 为 潮 气 量 中 约 有 150ml为 无 效腔 气 量 ， 即 (500-150)/500=70%。 肺 中 的 机 能 余 气 量 约 为 2500ml，实 际 每 次 进 入 肺 泡 的 新 鲜 空 气 却 为 500-150=350ml， 故 每 次 呼 吸 仅能 使 肺 泡 中 气 体 更 新 1/7左 右 。 v. 时 间 肺 活 量n 指 单 位 时 间 内 ， 肺 活 动所 能 呼 吸 的 最 大 气 量 ，在 到 第 1秒 末 、 第 2秒末 和 第 3秒 末 呼 出 的 气体 量 约 占 肺 活 量 的 83%、96%和 99%。 IV. 呼 吸 气 体 的 交 换 和 运 输 Gas Exchange and Transport Movement of gases between the alveoli, blood and cells depends on the partial pressure difference of a gas across these regions. i. 气 体 交 换 Gas Exchange n According to the Law of Diffusion, gases always move from a region of high partial pressure to a region of low partial pressure. If your lungs have a higher gas pressure than your blood, then the gas will move into your blood and visa versa. n Examine the following slide in order to observe the gas partial pressure differences that exist in different regions of the body. Predict the direction of oxygen and carbon dioxide movement from one region to another using the gas pressures. n Daltons Law Total pressure of a gas mixture is = to the sum of the pressures that each gas in the mixture would exert independently. PATM=PN2+P02+PCO2=760 mm HgvH20 humidified(saturated).n H20 contributes to partial pressure (47 mm Hg).vP02 (sea level) = 160 mm Hg. *1mm Hg=0.133322KPa n Significance of Blood P02 and PC02 Measurements At normal P02 arterial blood is about 100 mm Hg. P02 level in the systemic veins is about 40 mm Hg. PC02 is 46 mm Hg in the systemic veins. 0 50 100 150 200 Air Alveolar Veins TissuesP ar ti al p re ss ur e( mm Hg ) PO2 PCO2n 从 上 面 的 梯 度 图 可 非 常 明 显 地 看 出 ， Po2从 空 气 到 组 织 呈 下 波 ， 且 斜 率 较 大 ，而 Pco2从 组 织 到 空 气 呈 下 波 ， 但 斜 率 较 小 ， 所 以 在 这 样 的 分 压 差 的 推 动 下 ，O 2从 空 气 扩 散 到 组 织 ， 而 CO2则 从 组 织 向 空 气 扩 散 。 n 虽 然 Pco2的 梯 度 差 较 小 ， 但 并 不 影 响 CO2的 交 换 ， 因 为气 体 扩 散 速 度 与 它 在 液 体 中 的 溶 解 度 密 切 相 关 ， 扩 散速 度 与 溶 解 度 成 正 比 。 同 时 分 子 量 对 扩 散 速 率 也 有 影响 ， 分 子 量 的 平 方 根 的 倒 数 与 扩 散 速 度 成 正 比 。 n 37 时 CO2v 48.0ml/100ml全 血 /大 气 压v 51.5ml/100ml血 浆 /大 气 压 O2v 2.36ml/100ml全 血 /大 气 压v 2.14ml/100ml血 浆 /大 气 压 。 CO2/O2=51.5/2.14=24，即 在 血 浆 中 CO2比 O2的 扩 散 速 度 快 24倍 。n 分 子 量 比 为 所 以 ， 因 上 面 二 因 素的 影 响 CO 2比 O2的 扩 散 速 度 快 24/1.17=21倍 n 影 响 气 体 交 换 的 因 素 呼 吸 膜 的 厚 度 、 通 透 性 和 面 积 等 。 肺 泡 通 气 量 与 肺 血 流 量 的 比 值 n O2和 CO2在 血 液 中 均 以 物 理 溶 解 和 化 学 结 合 二 种 方 式运 输 ， 但 绝 大 部 分 是 以 化 学 结 合 形 式 运 输 的 。 以 物 理溶 解 的 量 很 少 ， 却 十 分 重 要 ， 因 为 肺 和 组 织 进 行 气 体交 换 时 进 入 血 液 的 气 体 首 先 必 须 溶 解 于 血 液 中 ， 反 之当 气 体 从 血 液 释 放 出 来 时 ， 首 先 是 溶 解 状 态 的 气 体 ，结 合 状 态 的 气 体 再 分 离 出 来 成 为 溶 解 气 体 。 ii.气 体 的 运 输 O2 and CO2 Transport 1. Oxygen Transport1)Dissolved in Plasman 1.5 % n Arteries 0.3mlO2/100ml blood.n Veins 0.12mlO2/100ml blood. 2)Combined with HemoglobinHb+O2 HbO2nLoading/unloading depends P02 of environmentAffinity between hemoglobin and 02n98.5 %nOxyhemoglobin(氧 合 血 红 蛋 白 ) FormationOxyhemoglobin forms when an oxygen molecule reversibly attaches to the heme portion of hemoglobin. The heme unit contains iron(+2) which provides the attractive force. n 280 million hemoglobin/ RBC.n Each hemoglobin has 4 polypeptide chains and 4 hemes.n Each heme has 1 atom iron that can combine with 1 molecule 02. n 1gHb可 结 合 1.34-1.36mlO2， 健 康 的 人 100ml血 含 Hb15g，则 完 全 饱 和 时 可 结 合 氧 约 20ml， 这 称 为 血 红 蛋 白 氧 容 量 ，在 一 个 大 气 压 下 ， 百 分 之 百 Hb与 氧 结 合 为 氧 合 血 红 蛋 白的 称 氧 饱 和 ， 血 红 蛋 白 在 一 定 条 件 下 实 际 结 合 的 氧 量 称血 红 蛋 白 氧 含 量 ， 血 红 蛋 白 氧 含 量 占 血 红 蛋 白 氧 容 量 的百 分 比 称 为 血 红 蛋 白 氧 饱 和 度 。 n 血 液 能 结 合 氧 的 量 称 为 血 氧 容 量 ， 它 是 血 红 蛋 白 氧 容 量 和 物理 溶 解 氧 容 量 之 和 ， 但 由 于 物 理 溶 解 量 很 少 ， 所 以 常 把 血 红蛋 白 氧 容 量 称 为 血 氧 容 量 。 安 静 时 ， 动 脉 血 氧 饱 和 度 达 97%以 上 ， 可 视 为 100%， 为20.30ml%(mlO2/100ml全 血 )， 静 脉 血 的 饱 和 度 为 75%， 为 15ml%，也 就 是 说 每 100 ml血 流 经 组 织 后 ， 释 放 出 5 ml O2。 3)氧 离 曲 线 Oxyhemoglobin Dissociation Curven 表 达 血 红 蛋 白 氧 饱 和 度 与 血 液 O2分 压 之 间 关 系 的 曲线 称 氧 离 曲 线 。 从 氧 离 曲 线 可 以 看 出 ， 随 着 氧 分 压的 逐 渐 升 高 ， 血 红 蛋 白 的 氧 饱 和 度 缓 慢 上 升 ， 但 它们 不 是 直 线 的 正 比 关 系 ， 而 是 呈 “ S”形 曲 线 关 系 。 The Oxygen Dissociation Curve n 曲 线 上 段 ， 即 PO2在 60-100mmHg时 ， 坡 度 小 ， 说 明 这 个 范 围内 O2分 压 的 变 化 虽 然 较 大 ， 但 血 氧 饱 和 饱 和 度 的 变 化 却 不 大 。当 血 O2分 压 从 100mmHg下 降 到 80mm Hg时 ， 血 氧 饱 和 度 从98%下 降 到 96%。 这 一 特 征 表 明 ， 即 使 外 界 或 肺 泡 中 O2分 压 有所 下 降 ， 但 血 氧 饱 和 度 仍 可 维 持 在 较 高 的 水 平 上 ， 从 而 保 证 全身 组 织 氧 的 供 应 。 实 际 上 ， 动 脉 中 O2分 压 如 果 低 于 80mmHg时 ，肺 通 气 能 力 通 过 调 节 将 很 明 显 加 强 。 n 曲 线 下 段 ， 即 O2分 压 在 60mmHg以 下 时 ， 坡 度 很 陡 ， 表 明 O2分 压略 有 下 降 ， 血 氧 饱 和 度 就 迅 速 下 降 。 当 O2分 压 到 40-10mmHg时(正 是 组 织 内 O2分 压 波 动 的 范 围 )， 坡 度 更 陡 ， O2分 压 稍 有 下 降 ，血 氧 饱 和 度 就 大 幅 度 下 降 ， 使 较 多 的 O2释 放 出 来 ， 供 组 织 利 用 。血 红 蛋 白 的 这 种 特 性 使 血 液 在 O2分 压 高 的 部 位 即 肺 能 迅 速 与 O2结合 ， 达 到 很 高 的 氧 饱 和 度 ， 而 在 O2分 压 低 的 组 织 部 位 又 能 促 进 O2的 释 放 。 4)影 响 氧 离 曲 线 的 因 素n The loading and unloading of O2 influenced by the affinity of hemoglobin for 02.n Decreased pH, increased temp., and increased 2,3-DPG(2,3-二 磷 酸 甘 油 酸 ) affinity of Hb for 02 decreases. Shift to the right greater unloading. n pH和 CO2影 响 Increased H+ from acids When the CO2 content of the blood increases, the oxygen dissociation curve shifts to the right. This right shift decreases the ability of hemoglobin to hold oxygen. Consequently, additional oxygen is unloaded and made available to the body. Bohr Shift Curve 温 度 影 响 血 温 度 升 高 ， 降 低 O2和 血 红 蛋 白 的 亲 合 力 ， 曲 线 右 移 ， 如运 动 时 ， 体 温 升 高 ， 促 进 HbO2解 离 。 2,3 二 磷 酸 甘 油 酸 (2,3-DPG) 其 与 Hb结 合 ， 降 低 Hb对 O2亲 合 力 ， 有 利 HbO2解 离 。 红 细胞 中 的 无 氧 代 谢 可 产 生 大 量 的 DPG， 曲 线 右 移 。 如 长 时 间运 动 时 (或 贫 血 )， 红 细 胞 产 生 大 DPG， 促 进 HbO2解 离 。 2. Carbon Dioxide Transport1)Dissolved in Plasman 7-10 % n 3.09 mlCO2/100ml blood. 2)Chemically Bound Chemically Bound to Hemoglobin in RBC(Carbaminohemoglobin氨 基 甲 酰 血 红 蛋 白 ) 20 - 30 % As Bicarbonate Ion(HCO3-) in Plasma 60 -70 % Carbaminohemoglobin氨 基 甲 酰 血 红 蛋 白 Carbaminohemoglobin forms when a carbon dioxide molecule reversibly attaches to an amino portion of hemoglobin. The process is summarized as follows:HbNH2+CO2 HbNHCOOH HbNHCOO-+H+ 该 过 程 无 需 酶 ， 其 主 要 因 素 是 氧 合 作 用 。 去 氧 血 红 蛋 白 与 CO2结 合 成 氨 基 甲 酰 血 红 蛋 白 的 能 力 比