呼吸-气体交换

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,*,第四章 呼 吸,（,Respiration,）,三、呼吸气体的交换及运输,二、肺通气,一、概 述,本章重点：,1,、表面活性物质的功能是什么？,2,、胸内负压是如何形成的？有何生理意义？,3,、,CO,2,、,O,2,的运输形式？,4,、何谓肺牵张反射？,呼吸,（,Respiration,）,:,机体与外界环境之间的气体交换过程。,最早出现专职的呼吸器官的动物是,软体动物,，往往是,表皮,的一部分转变而成。,无脊椎动物的呼吸系统,如：沙蚕的肉足、河蚌的鳃，蜘蛛的书肺、鲎的书鳃；海参的呼吸树（图,1,）；昆虫的气管（图,2,），等。,肠,呼吸树,图,1,海参的呼吸树,图,2,昆虫气管系统,图,3,鱼鳃的结构,血液逆流交换,脊椎动物的呼吸系统,脊椎动物的呼吸器官都是由,消化管,的前端发展而成，除鱼类外，都是用肺呼吸。,1,、鱼类：大多用,鳃,呼吸,思考：鱼鳃的哪些结构特点与其呼吸功能相适应？,2,、两栖动物：,幼体,鳃呼吸；,成体,口咽式呼吸。,3,、鸟类：双重呼吸。,入肺,吸气,咽呼吸,呼气,肺,外鼻孔,人的呼吸系统,问,:,外界氧气进入组织细胞被利用至少经过几层膜结构,?,肺通气,肺换气,气体运输,组织换气,外呼吸,内呼吸,呼吸全过程,:,肺与外界环境之间的气体交换过程,。,第一节肺 通 气,肺通气（,pulmonary ventilation,）,:,呼 吸,呼吸系统的结构和功能：,呼吸道,肺 泡,呼 吸,呼吸道,是气体进出的通道,上呼吸道,包括鼻、咽、喉和胸腔外的气管,下呼吸道,从气管一直到呼吸性,细支气管前的气管,气体进出的通道,:,增温、加湿作用,调节进出空气以及清洁空气的功能,防御性的反射：对机体有保护作用,功能,1.1.1,呼吸道,肺泡,是由,单层扁平上皮,组成的半球状含气小囊泡，其外表紧贴着丰富的毛细血管网和弹性纤维。,肺泡是气体交换的主要场所，气体进出肺泡所经历的结构被称为呼吸膜。,1.1.2,肺泡,(pulmonary alveoli),1,、呼吸运动（,respiratory movement,）,由,呼吸肌,收缩、舒张起的胸廓有节律地扩大与缩小（包括吸气运动和呼气运动）,吸气肌：膈肌、肋间外肌,呼气肌：肋间内肌、腹壁肌,辅助吸气肌：斜角肌、胸锁乳突肌,肺通气的动力,呼 气,肺内压,大气压,缩 小,肺 脏,吸 气,肺内压,大气压,胸 廓,呼 吸 肌,缩 小,收 缩,舒 张,扩 张,原动力,:,呼吸运动是肺通气的原动力。,直接动力,:,肺内压与外界大气压间的压力差。,扩 张,1,）吸气运动（主动过程）,膈肌收缩：增大胸腔上,.,下径,(,占,4/5),肋间外肌收缩：增大胸腔前后、左右径,2,）呼气运动,平静呼吸（,被动过程,）：吸气肌舒张,用力呼吸（,主动过程,）：吸气肌舒张,（深呼吸）,+,呼气肌收缩,（,1,）呼吸运动的过程,（,2,）呼吸运动的形式,1),形式,:,按呼吸深度分,:,平静呼吸和用力呼吸；,按动作部位分,:,胸式呼吸、腹式呼吸和混合式呼吸,。,混合呼吸,:,正常成人。,腹式呼吸,:,婴儿、胸膜炎、胸腔积液。,胸式呼吸,:,严重腹水、腹腔有巨大肿块、,腹式呼吸,:,(Abdominal breathing):,膈肌,舒缩引起的呼吸运动伴以腹壁的起伏。,胸式呼吸,:,(Thoracic breathing):,由,肋间肌,舒缩使肋骨和胸骨运动所产生的呼吸运动,。,实现肺通气的条件：,肺内压与大气压之间产生差值（动力）,保持呼吸道通畅,人工呼吸,:,用人为的方法改变 肺内压，建立肺内压和大气压之间压力差来维持肺通气。,方法,:,负压吸气式,(,压胸法,),正压吸气式,(,口对口呼吸法，呼吸机,),3,、胸膜腔内压（,intrapleural pressure),(1),概念：,胸膜腔内的压力,（胸内压）。,呼 吸,胸膜腔,胸膜有两层，即紧贴于肺表面的,脏层,和紧贴于胸廓内壁的,壁层,。两层胸膜形成一个密闭的、潜在的腔隙。,胸内压,（胸内负压）,呼 吸,胸膜腔内只有少量的浆液，没有气体：,（,2,）,使两层胸膜贴附在一起,，不易分开，所以肺就可随着胸廓的运动而运动。,（,1,）,润滑作用,，减小摩擦力，两层胸膜可互相滑动。,在呼吸周期中，肺被动扩张的程度和因此产生的肺回缩力的大小不一样，所以，胸内负压也随呼吸周期而变化。但,无论是呼气还是吸气时，胸内压均为负压,。,气胸,胸膜腔破裂，胸膜腔与大气相通，空气将立即进入胸膜腔内，形成开放性气胸。,抢救措施：,堵塞破口、抽气,恢复胸内负压,胸膜腔的密闭性和两层胸膜间浆液分子的内聚力有重要生理意义，如果密闭性被破坏，在临床上产生,气胸。,呼 吸,在液体与气体的交界面上，由于液体分子之间的引力而产生的能够引起液体表面收缩的张力。,肺内有成千上万个大小不同的肺泡，而它们各自形态的维持有赖于,肺泡表面活性物质,的作用。,肺泡表面张力：,呼 吸,肺泡,型细胞分泌的一种复杂的脂蛋白,二棕榈酰卵磷脂,肺泡的表面活性物质：,形成单分子层分布于液气界面，随肺泡的张缩改变密度,降低肺泡的表面张力,维持肺泡内压的相对稳定,防止肺水肿,功 能,防止肺不张,表面活性物质产生：,肺泡,型细胞分泌的二棕榈酰卵磷脂,(DPPC),表面张力的作用：,使液体表面积缩小。,（肺塌陷）,临床：,成人肺炎、肺血栓等,表面活性物质,肺不张。,二、肺通气功能的指标,肺容量,肺容纳的气体量，可分以下几个组成部分：,呼 吸,肺容量：,残气量,补呼气量,潮气量,补吸气量,潮气量（,TV,）,补呼气量（,ERV,）,补吸气量（,IRV,）,残气量（,RV,）,功能残气量（,FRC,）,肺活量（,VC,）,肺总容量（,TLC,）,功能残气量,肺活量,肺总容量,肺活量,最大吸气后，从肺内所能呼出的最大气量。,意义：反映肺一次通气的最大能力,呼 吸,肺通气量：,每分通气量,每分钟进或出肺的气体总量。,每分通气量,=,潮气量,X,呼吸频率,肺泡通气量,=,（潮气量,-,生理无效腔,）,X,呼吸频率,解剖无效腔,肺泡无效腔,解剖无效腔：无气体交换能力的腔,（从上呼吸道,呼吸性细支气管）。,肺泡无效腔：因无血流通过而不能进行气体交换的肺泡腔。,解剖无效腔：无气体交换能力的腔,（从上呼吸道,呼吸性细支气管）。,肺泡无效腔：因无血流通过而不能进行气体交换的肺泡腔。,生理无效腔解剖无效腔肺泡无效腔,呼吸频率,（次,/,分钟）,潮气量,（,ml,）,肺通气量,（,ml/min,）,肺泡通气量,（,ml/min,）,16,500,8000,5600,8,1000,8000,6800,32,250,8000,3200,肺泡通气量是反映肺通气效率的重要指标。,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。,血液与组织细胞之间的气体交换过程。,第二节 气体交换,呼 吸,一、气体交换原理：,混合气体中，每种气体分子运动所产生的压力为该气体的,分压,。,气体分子不停地进行着无定向运动，其结果是,气体分子从高分压区向低分压区域扩散,。,二、氧的运输,(,一,),物理溶解,：,(1.5%),气体直接溶解于血浆中。,(,二,),化学结合,:,(98.5%),气体与某些物质进行化学结合。, O,2,与,Hb,的可逆性结合,:,PO,2,(,氧合,),PO,2,(,氧离,),HbO,2,鲜红色,暗红色,Hb + O,2,血红蛋白与氧的结合：,血红蛋白是一种结合蛋白，由一个珠蛋白分子和,4,个亚铁血红素组成。,每个血红素分子含一个亚铁离子，称为,亚铁血红素,。,每个亚铁离子能结合一个氧分子，但这种结合是疏松的。血红蛋白与氧结合后，亚铁的价数不变，故称为,氧合,，而不是氧化。,O,2,的运输,O,2,分压升高,Hb+O,2,O,2,分压降低,HbO,2,暗红色,鲜红色,PO,2, (,氧合,),PO,2, (,氧离,),1,反应迅速、可逆，不需酶的催化，受,P,O,2,的影响,，,(,这种结合疏松，是“,氧合,”，结合和解离都迅速,),2,Fe,2+,与,O,2,结合后仍是二价铁；,3,1,分子,Hb,可结合,4,分子,O,2,；,4,Hb,与,O,2,结合或解离曲线呈,S,形。,特点,（三）氧解离曲线,(oxygen dissociation curve),用来表示,P,O,2,与血氧含量或血氧饱和度,关系的曲线,（,HbO,2,解离曲线）,氧离曲线为什么呈“,S”,形,?,(,研,),因此,氧离曲线呈“,S”,形。,原因：,4,个亚单位有协同作用,Hb,的,1,个亚单位结合,O,2,，其他三个亚单位对,O,2,的亲和力,HbO,2,的,1,个亚单位释放,O,2,，其他三个亚单位更易释放,O,2,氧离曲线特征及生理意义,1.,上段,:,PO,2,8.0,13.3kPa,（,80,100mmHg,）,坡度较平坦。,表明：,PO,2,变化大时，,血氧饱和度变化小。,意义,:,保证低氧分压时的高载氧能力。,高原,(2.0KM,的低气压,),PO,2,明显而,Hb,结合,O,2,量变化不大；,轻度呼衰病人肺泡气,PO,2,明显而,Hb,结合,O,2,量变化不大。,如,:,2.,中段,:,PO,2,8.0,5.3kPa,(40,80mmHg),坡度较陡。,上,中,下,表明,：,PO,2,降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。,意义,:,维持正常时组织的氧供。,因正常时组织的氧供，,PO,2,在中段范围变化。,表明,：,PO,2,稍有下降,血氧饱,和度就急剧下降。,意义,:,维持活动加强时组织的,氧供。,因下段释放,O,2,量为正常,时的,3,倍,(= O,2,储备段,),。,上,中,下,3.,下段,:,PO,2,5.3,2.0kPa,(15,40mmHg),坡度更陡。,呼 吸,氧离曲线的位移：,曲线右移：,表明,Hb,与氧的亲和力下降。,表明,Hb,与氧亲和力增加。因为曲线左移后，在低氧条件下，,Hb,仍有较高的氧饱和度。,曲线左移：,呼 吸,、,pH,值和,CO,2,浓度的影响,、温度的影响,、,2,，,3,二磷酸甘油酸（,2,，,3DPG,）,、,Hb,自身性质的影响,影响氧离曲线位移的因素：,Hb,的自身性质,Fe,2+,氧化成,Fe,3+,，失去运氧能力,胎儿,Hb,为,2,2,（,Hb,F,），,比成人,Hb,2,2,（,Hb,A,）对氧的亲和力大,CO,与,Hb,结合,亲和力大,:,是,O,2,的,250,倍，,氧离曲线左移,:,其余亚单位对氧的亲和力,所以,:,既妨碍,Hb,与,O,2,结合，,又妨碍,Hb,对,O,2,的解离,危害极大。,CO,呼 吸,二氧化碳在体内的运输也是以物理溶解和化学结合的方式进行的。,化学结合,物理溶解（,5%,）,碳酸氢盐（,88%,）,氨基甲酰血红蛋白,（,7%,）,三、,CO,2,的运输,HCO,3,-,的形式,：,88%,(1),反应过程,：,CO,2,H,2,O,碳酸酐酶,H,2,CO,3,HCO,3,-,H,+,反应速极快且可逆，反应方向取决,PCO,2,差；,RBC,膜上有,Cl,-,和,HCO,3,-,特异转运载体，,Cl,-,转移,维持电平衡,促进,CO,2,化学结合的运输；,需酶催化,:,碳酸酐酶加速反应,0.5,万倍,双向作用；,在,RBC,内反应,在血浆内运输。,(2),反应特征,:,呼 吸,进入红细胞内的一部分二氧化碳能直接与血红蛋白的自由氨基结合，形成,氨基甲酰血红蛋白（,carbaminohemoglobin,）,，并能很快解离。,Hb-NH,2,+ CO,2,HbNHCOOH,这一反应无需酶的催化，调节它的主要因素是氧合作用。,呼 吸,（一）二氧化碳对呼吸的影响,血液中,一定水平的,CO,2,对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必需的,，但血中,PCO,2,增高或降低对呼吸有显著影响。,CO,2,重要性：是最重要的体液因素，经常起调节作用,1,时,呼吸开始加深；,4,时,呼吸加深加快,肺通气量,1,倍以上,;,6,时,肺通气量可增大,6-7,倍,;,7,以上,呼吸减弱,=CO,2,麻醉。,CO,2,呼吸减慢（过度通气后可发生呼吸暂停）。,CO,2,呼 吸,（二）低氧对呼吸的影响,若,PO,2,在一定范围内下降则可以引起呼吸增强。实验证明动脉血中,PO,2,降到,10.6kPa,（,80mmHg,）以下时，,呼吸深度和频率都增加,。这是通过血氧下降刺激,外周化学感受器,，引起呼吸中枢反射性兴奋，导致呼吸加深加快。,低氧对呼吸的刺激作用完全通过,外周化学感受器,实现,的。低氧对中枢是压抑作用，但可通过外周化学感受器对抗这种压抑作用。但严重缺氧外周化学感受器的反射性活动不足以克服缺氧对中枢的压抑作用，最终导致呼吸障碍。,呼 吸,（三）氢离子对呼吸的影响,动脉血中,H,+,增加，呼吸加深加快；,H,+,降低，呼吸受到抑制。,外周化学感受器,中枢化学感受器,敏感性高（血脑屏障,-,速度减慢）,血中,H,+,对呼吸的调节主要是通过,外周化学感受器,实现的。,肺气肿、肺心病时， 肺换气障碍，使,P,O,2,P,CO,2,，而长时间,P,CO,2,，使中枢化学感受器对,CO,2,的刺激作用发生适应，此时缺,O,2,就成了加强呼吸的主要刺激,当吸纯,O,2,时，因削弱了对呼吸中枢的兴奋作用，反而加重了,CO,2,潴留，加重病情。,严重肺气肿、肺心病患者能否吸纯,O,2,？,一、呼吸中枢与呼吸节律的形成,（一）呼吸中枢,指中枢神经系统内产生的调节呼吸运动的神经细胞群。,第三节 呼吸运动的调节,2,低位脑干,1,脊髓,3,高位脑,呼 吸,1,、定义：,由肺扩张或肺缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射称,肺牵张反射,。,（一）肺牵张反射（,Pulmonary strech reflex,）,（,1,）肺扩张反射,（,2,）肺缩小反射,2,、意义：,阻止吸气过长，加速吸气和呼气交替。,肺牵张反射,(,气管平滑肌内,),肺扩张 牵张,R,兴奋性,肺萎缩 牵张,R,兴奋性, ,延髓呼吸中枢,(,解除 对吸气中枢的抑制,) (,抑制吸 气中枢,),引起膈肌强烈收缩 抑制膈肌收缩,开始吸气 限制吸气，使吸气转向呼气,反射弧,迷走,N,牵张感受器,(,气管,-,细支气管平滑肌中,),延髓,(,兴奋吸气切断机制,),呼吸运动,N,呼吸肌,(,呼吸频率,),1.,肺牵张反射,切断迷走神经后，动物的呼吸变得慢而深,(,吸、呼气时间延长,),，就是由于失去了肺牵张反射这一负反馈机制所引起的。,2,呼吸的调节,：,神经系统和体液的共同协调,神经调节：,延髓,存在控制节律性呼吸的,基本中枢,，,脑桥,存在呼吸调整中枢和长吸中枢，,大脑皮层,存在随意呼吸控制中枢。,关于,H,对呼吸的影响，错误的是,A,动脉血中,H,增加，呼吸加强,B,血中,H,主要刺激中枢化学感受器，使呼吸加强,C,血中,H,主要刺激外周化学感受器，使呼吸加强,D,脑脊液中的,H,是中枢化学感受器的最有效刺激,思考题,B,呼吸运动与心脏的活动都是有节律的活动。试述这两种活动在起因上有哪些区别,?,呼吸运动与心脏的活动有相似之处，即都是有节律的、日夜不停的活动。但这两种活动的起因却有很大的不同。心肌具有自律性，而呼吸肌是骨骼肌，本身无自律性。但是，在中枢神经系统支配下，呼吸肌可以产生自律性收缩，而且呼吸的幅度和频率经常能使肺泡通气量适应机体新成代谢的需要。,呼吸运动可以随意或者不随意进行,，这些体现了中枢神经系统对呼吸运动的完善调节。,重 点,胸内负压的形成及意义。,肺表面活性物质的作用。,肺容量：潮气量、补吸气量、余气量、肺活量、,时间肺活量、 肺泡通气量和无效腔。,肺换气和组织换气过程及影响气体交换的因素。,通气,/,血流比值的概念及生理意义。,氧解离曲线的影响因素。,CO,2,的运输：碳酸氢盐及氨基甲酸血红蛋白形式。,呼吸的神经反射性调节：肺牵张反射。,呼吸的化学感受性调节。,21,鸟类的气体交换效率比哺乳类更高，其原因是：,A,肺泡数量多,B,呼吸肌发达,C,气囊和双重呼吸,D,咽式呼吸,C,(2008)22,CO,2,分压由高至低的顺序通常是,( ),A,组织液、肺动脉、肺泡气、呼出气,B,肺动脉、组织液、肺泡气、呼出气,C,组织液、肺动脉、呼出气、肺泡气,D,呼出气、肺泡气、肺动脉、组织液,A,