呼吸系统生理

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,呼吸系统生理,呼,吸,机体与外界环境之间的气体交换过程,组,织,换,气,细胞内,氧化代谢,肺,换,气,气体运输,肺通气,O,2,CO,2,外呼吸,（肺呼吸）,气体在血液中运输,内呼吸,第一节 肺通气,pulmonary ventilation,肺通气,Pulmonary ventilation,肺与外界环境之间的气体交换过程,肺通气的概念,Pharynx,Larynx,(Esophagus),Trachea,Right lung,Bronchus,Bronchiole,Diaphragm,Heart,SEM,Left,lung,Nasal,cavity,Terminal,bronchiole,Branch of,pulmonary,vein,(oxygen-rich,blood),Branch of,pulmonary,artery,(oxygen-poor,blood),Alveoli,Colorized,SEM,50 m,50 m,肺泡,胸廓,呼吸道,阻力,-,阻止气体流动的力,动力,-,推动气体流动的力,动力,阻力,气体开始流动，实现肺通气,（一）肺通气的动力,（,power of pulmonary ventilation,）,肺内压变化,肺,缩小,扩张,胸廓,缩小,扩张,呼吸肌,收缩,舒张,原动力,直接动力,1.,呼吸过程中肺内压的变化,吸气：,肺内压周期性,/,造成压力差（肺内压大气压）是推动气体进,/,出肺的直接动力,呼气：,肋间外肌,膈肌,斜角肌,胸锁乳突肌,2.,呼吸运动,respiratory movement,吸气肌,呼气肌,呼吸肌,肋间内肌,腹肌,呼气肌,Inspiration,Expiration,（,1,） 呼吸过程,(,平静呼吸,),吸气运动,吸气肌,收缩,胸廓扩大,肺被动扩张,肺内压,气体,入肺,低于,大气压,Inspiration,Expiration,呼气运动,吸气肌,舒张,胸廓缩小,肺随之缩小,肺内压,气体出肺,高于,大气压,平静呼吸,eupnea,用力呼吸,forced breathing,吸气肌收缩,吸气,呼气,吸气肌舒张,主动,被动,呼气肌收缩,吸气肌收缩,吸气肌舒张,（,2,）呼吸运动的形式,胸式呼吸,Thoracic breathing,腹式呼吸,Abdominal breathing,临床诊断中的意义,3,、胸膜腔内压,（,intrapleural pressure,）,胸膜腔,pleural cavity,壁胸膜,脏胸膜,胸膜腔内压,平静呼气末,:,- 5 - 3mmHg,平静吸气末,:,-10 - 5mmHg,（,1,）胸膜腔内压的测量,肺内压,肺回缩压,胸膜腔内压,=,-,=,大气压,肺回缩压,-,（,2,）胸膜腔内压的形成,肺回缩压,=,胸膜腔是,密闭,的，不直接与外界相通,胸廓坚固,，外力不易直接作用在胸膜腔壁层,胎儿在出生前和出生后,胸廓的生长速度快于肺,，造成胸廓经常牵引着肺，使肺始终处于扩张状态，只是程度不同而已,使肺泡总是处于扩张状态,有利于血液和淋巴液回流,（,3,）胸膜腔内压的意义,气胸,（,Pneumothorax,）,（二）肺通气的阻力,弹性阻力,（占,70%,）,非弹性阻力,（占,30%,）,肺弹性阻力,胸廓弹性阻力,气道阻力,（占非弹性阻力的,90%,）,粘滞阻力,惯性阻力,肺泡表面张力,肺回缩力,1 .,弹性阻力和顺应性,弹性阻力：物体对抗外力作用引起变形的力称为弹性阻力,顺应性,( compliance ),：单位跨壁压（,P,）变化所引起的容积（ ,V,）变化,C = 1 / R,=,V,( L / cmH,2,O ),P,2),比顺应性：,为了消除肺总量的影响,=,测得的顺应性（,L / cmH,2,O ),肺功能残气量,( L ),肺静态顺应性曲线,：,C,L,= 0.2 L / cmH,2,O,（平静呼吸时）,肺弹性阻力的来源,1/3,来自肺组织本身的弹性回缩力,(,弹性纤维）,2/3,来自,肺泡表面张力,表面张力：液面上存在的方向与表面相切的张力，称为表面张力,Laplace law : P = 2T / r,P,压强,T,表面张力系数,取决于形成界面的气体和液体的性质,r,肺泡半径,说明：,半径越小，表面张力引起的回缩压越大,4 ),肺泡表面活性物质,性质：,脂蛋白混合物（,DPL/ SP,）,肺泡,型细胞,合成、释放,特点：,DPL,以单分子层垂直排列于肺泡液,-,气界面,密度随肺泡的张缩而改变,功能 ：降低肺泡液,-,气界面的表面张力,功能：,有助于维持肺泡的稳定性,（密度变化）,维持大小肺泡的容积,防止吸气时肺泡过度扩张，呼气时过度缩小,减少肺间质和肺泡内的组织液生成,防止肺水肿发生,降低吸气阻力,，减少吸气作功,与临床的关系,初生儿缺乏肺表面活性物质（ 呼吸窘迫综合征）,肺充血,肺纤维化,DPL,肺弹性阻力,肺顺应性,吸气困难,肺气肿,肺弹性阻力,肺顺应性,呼气困难,弹性成分破坏,（,2,） 胸廓的弹性阻力和顺应性,吸气的阻力,呼气的动力,R,向内,67,肺总量,吸气的动力,呼气的阻力,R,向外,67,肺总量,胸廓无变形, R= 0,肺容量,=,67,肺总量,惯性阻力,：气流和组织的惯性所产生,的阻止肺通气的力,粘滞阻力,：呼吸时组织相对位移所发,生的摩擦,气道阻力,：气体分子间，气体和气道,壁间的摩擦（,8090,）,动态阻力,2.,非弹性阻力,影响气道阻力的因素,气流速度：流速快，阻力大,管径大小,R: R = 1/r,4,气流形式：层流阻力小，湍流阻力大,（气流快、管道不规则时，容易发生湍流）,影响气道管径的因素,跨壁压,肺实质对气道壁的外向牵引作用,自主神经对气道壁平滑肌活动的调节,化学因素的影响,小 结,肺通气原理,肺通气的动力,呼吸运动,肺内压的改变,肺通气的阻力,弹性阻力,非弹性阻力,胸膜腔内压的作用,肺,总,量,肺,活,量,深,吸,气,量,功,能,残,气,量,补吸,气量,补呼,气量,残气量,潮气量,二、肺通气功能的指标,（一）,肺容积和肺容量,用力肺活量,（,FVC,）,用力呼气量,（,FEV,）,一定时间呼出气量占用力肺活量的百分比,肺通气量,（,minute ventilation volume,）,1.,肺通气量,指每分钟吸入或呼出的气体总量,每分通气量,=,潮气量,呼吸频率,2.,最大随意通气量,是尽力作深快呼吸时每分 钟所能吸入或呼出的最大气体量,3.,通气贮量百分比,反映了通气功能的储备能力,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%,无效腔与肺泡通气量,无效腔,（,dead space,）,生理无效腔,解剖无效腔,肺泡无效腔,150,2500,解剖无效腔,呼气末,吸气末,呼气,吸气,350,500,150,2500,肺泡通气量,指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量,= (,潮气量,-,无效腔气量,) ,呼吸频率,不同呼吸频率和深度对肺泡通气量的影响,呼吸频率 潮气量 肺通气量 肺泡通气量,(,次,/min),（,ml,） （,ml/min,） （,ml/min,）,16 500 8000 5600,8 1000 8000 6800,32 250 8000 3200,在一定的呼吸频率范围内,深而慢,的呼吸比浅而快的呼吸更为有效,结论：,正常安静,深慢呼吸,浅快呼吸,被测者,（三）呼吸功,定义：呼吸过程中，呼吸肌为克服弹性阻力,和非弹性阻力而实现肺通气所做的功,正常值,（平静呼吸）：,0.3,Kg m,2,呼吸功占全身总耗能的,3,第二节 肺换气和组织换气,一、 肺换气和组织换气的基本原理,气体的扩散,气体分子从分压高处向分压低处发生净移动,气体扩散速率,：单位时间气体扩散的容积,气体的分压差,气体分子量，溶解度,扩散距离和面积,温度,概念：混合气体中，每种,气体分子运动产生的压力,称为该气体的分压,人体不同部位气体的分压（,mmHg,）,大气,组织,肺泡气,静脉血,动脉血,PO,2,159,40,102104,30,97100,PCO,2,40,0.3,40,50,46,二、肺换气,概念,指肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换, 肺换气的过程,特点：快、秒达平衡,(,三,),影响肺换气的因素,气体的分压差,呼吸膜的厚度,呼吸膜的面积,通气,/,血流比值,每分肺泡通气量和肺血流量之间的比值,正常情况下,V,A,呼吸膜的结构,V / Q,比值在,0.84,时气体交换的效率最高,血泵功能下降时，,V / Q :,相当于增大了肺泡无效腔,气泵功能下降时，,V / Q :,相当于发生了功能性,A - V,短路,V/Q,比值不当时通常缺氧明显，,CO,2,潴留不明显,原因：,动,-,静脉短路时，动,-,静脉间,O,2,的分压差远大于,CO,2,的分压差,CO,2,的扩散系数是,O,2,的,20,倍,动脉血,P,O,2,下降和,P,CO,2,升高时，可刺激呼吸运动加强，这有助于,CO,2,的排出，却无助于,O,2,的摄入，因为氧解离曲线呈 “,S ”,形,整个肺,V/Q,比值不均,(,三,),肺扩散容量,气体在,1mmHg,分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体的,ml,数,肺扩散容量的大小反映呼吸膜的面积和厚度,三、组 织 换 气,影响因素：细胞内氧化代谢的强度和血流量,血液,组织细胞,O,2,CO,2,第三节 气体在血液中的运输,一、,O,2,和,CO,2,在血液中存在的形式,物理溶解,化学结合,二、氧的运输, 运输的形式,物理溶解：占,1.5%,化学结合：占,98.5%,，以,HbO,2,形式, H b,与,O2,结合的特征,反应快、可逆、不需酶的催化，受,PO,2,影响,Hb,氧容量：,100ml,血液中，,Hb,能结合的最大氧量,Hb,氧含量：,100ml,血液中，,Hb,实际结合的氧量,Hb,氧饱和度,：指氧含量与氧容量的百分比,Hb,O,2,HbO,2,PO,2,低,PO,2,高,反应为氧合，,Fe,2+,结合,O,2,后化合价仍为价,分子,Hb,可结合,4,分子,O,2,Hb,（,Fe,2+,）,+ O,2,T,型（紧密型）,Hb,R,型（疏松型）,Hb,盐键断裂,Hb,对,O,2,亲和力增加数百倍,协同效应, Hb,与,O,2,的结合或解离曲线呈,S,形，与,Hb,的,变构效应,有关,去氧,Hb,氧合,Hb,氧解离曲线,（,oxygon dissociation curve,）,概念,定义,：又称氧合血红蛋白解离曲线，是表示,PO,2,与,Hb,氧饱和度关系,的曲线,意义,：表明不同,PO,2,下,O,2,与,Hb,的分离情况，及不同,PO,2,下,O,2,与,Hb,的结合情况,曲线特点,：,S,形,上段,(60100mmHg):,平坦、,Hb,与,O,2,结合、,PO,2,影响小,中段,(4060mmHg):,较陡、,Hb,与,O,2,解离,下段,(1540mmHg):,最陡、,Hb,与,O,2,解离、,PO,2,影响大,氧解离曲线的特点及功能意义,影响氧解离曲线的因素,pH,和,P,CO2,波尔效应,温度,2,，,3-DPG,其它,Hb,的状况,CO,中毒,三、,CO,2,的运输,形式,1.,物理溶解（占,5%,）,2.,化学结合,碳酸氢盐,（占,88%,）,氨基甲酸血红蛋白,（占,7%,）,在肺,碳酸酐酶,H,CO,3,3,2,2,2,HCO,CO,H,O,H,+,2,2,2,2,O,HHbNHCOOH,CO,O,HbNH,+,+,在组织, CO,2,解离曲线,定义：,血液中,CO2,含量与,Pco2,关系的曲线,曲线特点,：近似线性关系，无饱和点,何尔登效应：,O,2,与,Hb,结合可促使,CO,2,的释放；去氧,Hb,容易与,CO,2,结合,第四节 呼吸运动的调节,一、呼吸中枢（,respiratory center,）,CNS,中，产生和调节呼吸运动的神经细胞群, 各级中枢,脊髓 初级中枢,前角有支配呼吸肌的运动神经元,低位脑干, 延髓,基本中枢，产生基本节律的呼吸,脑桥上部,呼吸调整中枢，集中于,PBKF,核群。作用是限制吸气，促使吸气向呼气转换,背侧组：孤束核，吸气神经元为主,腹侧组,后疑核 主含呼气神经元,疑核 主含吸气神经元,面神经后核 主含呼气神经元,高位脑：,下丘脑,边缘系统,大脑皮层：保证呼吸相关活动的完成。其呼吸调节系统是随意呼吸调节系统,二、呼吸节律的形成,呼吸节律形成的两种学说,起搏细胞学说,延髓,per -Btzinger,复合体中存在电压依,赖性起步神经元,神经元网络学说,中枢吸气活动发生器和吸气切断机制,中枢吸气,发生器,（,+,）,吸气肌,运动神经元,吸气,呼 吸 调 整 中 枢,（,+,）,吸气切断机制,（,+,）,（,+,）,（,-,）,（,+,）,迷走神经,CO,2,肺扩张 肺牵张感受器,二、呼吸的反射性调节,化学感受性反射,肺牵张反射,呼吸肌本体感受性反射,防御性反射,潮气量,呼吸频率,呼,吸,中,枢,效应器,（呼吸肌）,动脉血,PCO,2,PO,2,H,+,化学感受器,（一）化学感受性呼吸反射,化学感受器,外周化学感受器,颈动脉体、主动脉体,感受动脉血,PO,2,、,PCO,2,和,H,+,浓度,颈动脉体受刺激,（,型细胞）,细胞内,Ca,2+,窦,N,传入冲动,迷走,N,传入冲动,延髓呼吸中枢,囊泡递质释放,呼吸加深加快,P,O2,P,CO2,H,+,外周传导通路,特点：对缺氧敏感，不易产生适应,（,2,）中枢化学感受器：位于延髓腹外侧表浅部位,中枢传导通路：,（血）,CO,2,血脑屏障,生成,H,2,CO,3,H,+,中枢化学感受器兴奋,呼吸中枢,肺通气,（慢、酶少）,特点：, 不感受,CO,2,本身，感受的是,脑脊液,中或,局部细胞外液,中的,H,+,浓度，但,血中,H,+,不易通过血脑屏障，血,pH,作用小,对,PCO,2,敏感，不感受缺氧,中枢化学感受器：调节脑脊液,H,+,，,维持稳定的,PH,外周化学感受器：在低,O,2,状态，是维持呼,吸的驱动力, CO,2,、,H,+,和,O,2,对呼吸的调节（单因素）,PO,2,、,PCO,2,和,H,+,浓度均可引起呼吸加深加快，肺通气量增加,三者引起的肺通气反应大致接近,CO,2,：,刺激呼吸的机制：,吸入含,CO,2,的混合气，肺泡气,Pco,2,动脉血,Pco,2,窦,N,迷走,N,延髓,（快，,20%,）,兴奋呼吸中枢,P,CO2,外周,化学感受器,中枢,化学感受器,（慢、重要，,80%,）,肺通气,CO,2,排出,P,CO2,（,1,）,CO,2,：,P,CO2,轻度升高，兴奋呼吸,PCO,2,重度升高，呼吸抑制，甚至出现,CO,2,麻醉,（,2,）,H,+,动脉血中,H,+,增加,时呼吸加深加快，,肺通,气量增加,机制,:,主要通过,外周化学感受器,反射引起,（,3,）,O,2,：,PO,2,低于,80mmHg,时使呼吸兴奋,机制,:,通过,外周化学感受器,反射引起,缺氧对呼吸,中枢,的直接作用是,抑制,注意：,慢性通气低下引起低氧时，不能吸纯氧，否则会导致呼吸抑制,3. CO,2,、,H,+,和,O,2,在呼吸调节中的,相互调节,CO,2,作用最强,，且比单独,CO,2,作用强,H,+,作用次之,，比单独,H,+,作用弱,O,2,作用最弱,，比单独,O,2,作用弱,增加吸入气中,CO,2,的浓度,Pco,2,中枢化学感受器,外周化学感受器,呼吸加深加快，肺通气量增加,增大无效腔对呼吸的影响,进入肺内与血液进行气体交换的空气量,中枢化学感受器,外周化学感受器,呼吸加深加快，肺通气量增加,Pco,2,PO,2,中枢化学感受器,外周化学感受器,由家兔耳缘静脉注入,3%,乳酸,12ml,血液中,H,+,中枢化学感受器,外周化学感受器,呼吸加深加快，肺通气量增加,概念,:,由肺扩张引起的吸气抑制，肺萎陷引起吸气兴奋的反射称为肺牵张反射，亦称为黑,-,伯反射, 形式：,肺扩张反射,和,肺萎陷反射,（二）肺牵张反射,（,pulmonary stretch reflex,）,肺扩张反射,：,肺扩张,气管、细支气管平滑肌牵张感受器兴奋,迷走神经,传入冲动增加,吸气切断机制兴奋，,抑制吸气,，转为呼,气,肺萎陷反射,1.,过程：,肺萎陷气道平滑肌感受器兴奋吸气抑制,2.,生理意义,防止呼气过深或肺不张,剪断双侧迷走神经,肺扩张时不能立即兴奋中枢的吸气切断机制,吸气延长，呼吸变,深慢,呼吸肌本体感受性反射, 防御性呼吸反射,咳嗽反射,喷嚏反射,掌握内容：,肺通气的动力，呼吸运动时肺内压的变化，空气进出肺的过程，胸内压的形成及其生理意义,肺泡表面张力、肺泡表面活性物质及其生理意义,肺容量，每分通气量、无效腔和肺泡通气量。影响肺换气的因素。通气,/,血流比值及其与肺换气的关系,Hb,与,O,2,结合的特征，氧离曲线与影响因素。,O,2,与,CO,2,在血液中的运输形式,呼吸中枢的概念。肺牵张反射,化学因素对呼吸的调节：化学感受器，,CO,2,、低,O,2,和,H+,浓度对呼吸的调节作用以及三者在调节呼吸中的相互作用,Fig. 42-27,Breathing,control,centers,Cerebrospinal,fluid,Pons,Medulla,oblongata,Carotid,arteries,Aorta,Diaphragm,Rib muscles,O2 pickup CO2 release,O2 release CO2 pickup,7. Deep-diving air-breathers stockpile oxygen and deplete it slowly,Deep Diving Breath-holding,Adaptations to pressure,Collapse of lung cavity (ribs),Collapse of lungs,7. Deep-diving air-breathers stockpile oxygen and deplete it slowly,Adaptations to oxygen conservation,Oxygen stores 2-3 x more than humans,Humans: 36% of our total O,2,in lungs and 51% in our blood.,Weddell seal holds 5% of its O,2,in its small lungs and stockpiles 70% in the blood.,Skeletal muscles and blood as primary storage site (myoglobin),Weddell seal to store about 25% of its O,2,in muscle, 13% in humans,Deep-diving air-breathers stockpile oxygen and deplete it slowly,Adaptations to oxygen conservation,Reduce heart rate when diving (120 beats/min to 6 b/min),seals and sea lions store oxygenated blood in their extra-large spleen (which can be 45% of their body weight),Maintain blood flow to brain, heart,谢谢,