生理学第五章-呼吸课件.ppt

1、第一节肺 通 气第二节气 体 交 换第三节气 体 在 血 液 中 的 运 输第四节呼 吸 运 动 的 调 节呼吸的概念与呼吸的全过程机体在维持生命活动时，细胞不断地消耗O2，并产生CO2。为满足机体新陈代谢的需求，机体通过呼吸从外界环境摄取新陈代谢所需要的O2，排出代谢产生的CO2。机体与外界环境之间的这种气体交换的过程称为呼吸(respiration)呼吸的全过程示意图肺肺 泡泡呼吸道呼吸道空气空气肺毛细血管肺毛细血管肺静脉肺静脉动脉动脉肺动脉肺动脉右心右心静脉静脉左心左心组织毛细血管组织毛细血管组组 织织 细细 胞胞CO2O2CO2O2肺换气肺换气肺通气肺通气气体运输气体运输组织换气组织换

2、气外呼吸外呼吸(内呼吸内呼吸)呼吸的概念与呼吸的全过程第一节 肺通气一、一、肺通气的动力肺通气的动力u（一）呼吸运动（一）呼吸运动呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓有节律的扩大与缩小，称为呼吸运动。参与呼吸运动的肌肉，统称为呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓有节律的扩大与缩小，称为呼吸运动。参与呼吸运动的肌肉，统称为呼吸肌。呼吸肌。1.1.呼吸肌呼吸肌主要的吸气肌为隔肌和肋间外肌。2.2.呼吸的类型呼吸的类型在不同的条件下由于呼吸肌的主次、多少和用力程度不同，呼吸运动呈现不同的形式。（1）平静呼吸和用力呼吸：人体在安静时进行平稳而均匀的呼吸运动，称为平静呼吸。（2）胸式呼吸和腹式呼吸：由于隔肌收缩和舒张引

3、起腹部的起伏，这种以隔肌舒缩活动为主的呼吸运动称为腹式呼吸。3.3.呼吸频率呼吸频率胸部的一次起伏就是一次呼吸，即一次吸气一次呼气。第一节 肺通气u（二）呼吸时肺内压和胸膜腔内压的变化（二）呼吸时肺内压和胸膜腔内压的变化1.1.肺内压肺内压肺内压是指肺泡内的压力。2.2.胸膜腔内压胸膜腔内压（1）胸膜腔：覆盖于肺表面的脏层胸膜和紧贴于胸廓内壁的壁层胸膜在肺根处相互延续，在胸腔两侧各形成一个密闭的腔隙，称为胸膜腔。（2）胸膜腔内压的测定：胸膜腔内压可以用两种方法测定。一种是直接法，将与检压计相连的针头刺入胸膜腔内，直接测定胸膜腔内的压力。另一种是间接法，即以食管内压代表胸膜腔内压。（3）胸膜腔内

4、负压的形成原因：胸膜腔内负压是出生后发展起来的。（4）胸膜腔负压的生理意义：首先，由于胸膜腔负压的牵拉作用，可使肺总是处于扩张状态而不至于萎陷，并使肺能随着胸廓的扩大而扩大；其次，胸膜腔负压还增加了腔静脉和胸导管等大静脉与大淋巴管的管壁内外压力差，从而有利于胸腔内静脉血液和淋巴液的回流。第一节 肺通气二、二、肺通气的阻力肺通气的阻力u（一）弹性阻力和顺应性（一）弹性阻力和顺应性 1.1.肺弹性阻力肺弹性阻力肺具有弹性，在肺扩张变形时所产生的弹性回缩力，其方向与肺扩张的方向相反，因而是吸气的阻力，即肺弹性回缩力是肺的弹性阻力。肺弹性阻力来自肺组织本身的弹性回缩力和肺泡的表面张力所产生的回缩力，两

5、者均使肺具有回缩倾向，故成为肺扩张的弹性阻力。由于表面张力较大，足以使肺泡难以张开，这就会给呼吸带来一定的影响：阻碍肺泡扩张，降低肺泡顺应性，增加吸气阻力。使不同大小肺泡的内压不稳定。根据物理学原理，某种液体所形成的液泡的回缩力即液泡内部的压强()，与该液体的表面张力()成正比，与液泡的半径r成反比。即=2/r。因此，即使是表面张力相同的同一液体，只要所形成的液泡大小不同，小泡内的压强就会超过大泡；而且液泡越缩小，其中压强越升高。这样，就会出现小肺泡萎陷关闭和大肺泡过度膨大的情况。容易产生肺水肿。第一节 肺通气 2.肺泡表面活性物质通常以上情况不会出现。这是由于存在一种可降低肺泡液体表面张力的

6、物质，即肺泡表面活性物质(pulmonary surfactant)。它是由肺泡型细胞合成并释放的一种脂蛋白混合物。肺泡表面活性物质具有降低表面张力的作用，有重要的生理意义。降低表面张力，减小吸气阻力。维持肺泡容积的相对稳定。由于肺泡表面活性物质的密度随肺泡半径的变小而增大，也随半径的增大而减小，所以小肺泡表面活性物质的密度大，降低表面张力的作用强，表面张力小，使小肺泡内压力不至过高，防止了小肺泡的塌陷；大肺泡表面张力则因表面活性物质分子的稀疏而不致明显下降，维持了肺泡内压力与小肺泡大致相等，不至过度膨胀。减少肺组织液的生成，防止肺水肿（图5-3）。正面正面侧面侧面第一节 肺通气 3.3.胸廓

7、的弹性阻力胸廓的弹性阻力 胸廓也具有弹性，呼吸运动时也会产生弹性阻力。但是，因胸廓弹性阻力增大而使肺通气发生障碍的情况较为少见，所以临床意义相对较小。胸廓处于自然位置时的肺容量，相当于肺总容量的67%左右，此时胸廓毫无变化，不表现有弹性阻力。肺容量小于总量的67%，胸廓被牵引向内而缩小，其弹性阻力向外，是吸气的动力，呼气的阻力;肺容量大于肺总容量的67%时，胸廓被牵引向外而扩大，其弹性阻力向内，成为吸气的阻力，呼气的动力。所以胸廓的弹性回缩力既可能是吸气的阻力，也可能是吸气的动力，视胸廓的位置而定。第一节 肺通气u（二）非弹性阻力（二）非弹性阻力非弹性阻力包括惯性阻力、赫滞阻力和气道阻力。惯性

8、阻力是气流在发动、变速、转向时因非弹性阻力包括惯性阻力、赫滞阻力和气道阻力。惯性阻力是气流在发动、变速、转向时因气流和组织的惯性所产生的阻止肺通气的力。豁滞阻力来自呼吸时组织相对位移所发生的摩擦，如气流和组织的惯性所产生的阻止肺通气的力。豁滞阻力来自呼吸时组织相对位移所发生的摩擦，如肺与胸廓间、肺叶之间产生的摩擦。气道阻力来自气体流经呼吸道时气体分子间和气体分子与气道肺与胸廓间、肺叶之间产生的摩擦。气道阻力来自气体流经呼吸道时气体分子间和气体分子与气道壁之间的摩擦，是非弹性阻力的主要成分，占壁之间的摩擦，是非弹性阻力的主要成分，占80%80%90%90%非弹性阻力是在气体流动时产生的，并随流非

9、弹性阻力是在气体流动时产生的，并随流速加快而增加，故为动态阻力。健康人，平静呼吸时的总气道阻力为速加快而增加，故为动态阻力。健康人，平静呼吸时的总气道阻力为1 13cm H3cm H2 20/(L/S)0/(L/S)，主要发生，主要发生在鼻在鼻(约占总阻力约占总阻力5050)、声门、声门(约占约占2525)及气管和支气管及气管和支气管(约占约占1515)等部位，仅等部位，仅10%10%的阻力发生在的阻力发生在口径小于口径小于2mm2mm的细支气管。的细支气管。第一节 肺通气三、三、肺通气功能的评价肺通气功能的评价u（一）肺容量（一）肺容量图5-4肺容量图解肺容量是指在不同状态下肺所肺容量是指在

10、不同状态下肺所容纳的气体量（图容纳的气体量（图5 54 4）。第一节 肺通气 1.1.潮气量潮气量 潮气量（tidal volume,TV）是指每次吸人或呼出的气量。正常成年人平静呼吸时潮气量为400600mL，平均约为500 mL。2.2.补吸气量补吸气量 补吸气量（inspiratory reserve volume,IRV）指平静吸气末，再用力吸气所能吸人的气量。正常成年人补吸气量为15002000 mL。3.3.补呼气量补呼气量 补呼气量（expiratory reserve volume,ERV）指平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气量。正常成年人补呼气量为900-1200mL。4.4

11、.深吸气量深吸气量 深吸气量（inspiratory capacity,IC）指在平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气量，等于潮气量和补吸气量之和。5.5.肺活量肺活量 肺活量（vital capacity,VC）指最大吸气后作最大呼气所呼出的气量。肺活量等于潮气量、补吸气量和补呼气量之和。第一节 肺通气 6.6.用力呼气量用力呼气量用力呼气量（forced expiratory volume,FEV）是指最大吸气后以最快速度用力呼气时在一定时间内所呼出的气量，过去称为时间肺活量。一般以它所占用力肺活量的百分数来表示，即FEVt/FVC%。7.7.功能余气量功能余气量功能余气（functiona

12、l residual capacity,FRC）指平静呼气末存留于肺内的气量，等于余气量与补呼气量之和。8.8.余气量余气量余气量（residual volume,RV）指最大呼气末存留于肺内不能再呼出的气量，正常成人为1000 1500mL。9.9.肺总容量肺总容量肺总容量（total lung capacity,TLC）指肺所能容纳的最大气量，等于潮气量、补吸气量、补呼气量和余气量之和。也等于肺活量与余气量之和。肺总容量可随性别、年龄、身材、运动锻炼情况和体位而变化，成年男性约5000 mL，女性约3500 mL。第一节 肺通气u（二）肺通气量（二）肺通气量 1.1.每分通气量每分通气量

13、指每分钟吸人或呼出的气量，等于潮气量乘以呼吸频率。平静呼吸时，正常成年人呼吸频率每分钟12-18次，潮气量为500 mL，则每分通气量为69 L。每分通气量因性别、年龄、身材和活动量的不同而有差异。2.2.肺泡通气量肺泡通气量 肺泡通气量（alveolar ventilation）指每分钟吸人肺泡的新鲜空气量或每分钟能与血液进行气体交换的量。第二节 气体交换一、一、气体交换的原理气体交换的原理气体交换是以扩散的方式进行的。如果气体扩散速度快，则其交气体交换是以扩散的方式进行的。如果气体扩散速度快，则其交换也快；气体扩散速度慢，则其交换也慢。气体交换的动力是气体分换也快；气体扩散速度慢，则其交换

14、也慢。气体交换的动力是气体分压差。压差。第二节 气体交换u（一）气体的分压差（一）气体的分压差第二节 气体交换u（二）气体的扩散系数（二）气体的扩散系数第二节 气体交换二、二、气体交换的过程气体交换的过程u（一）肺换气的过程（一）肺换气的过程通过呼吸运动，肺泡气不断通过呼吸运动，肺泡气不断获得更新，因而保持了它所含获得更新，因而保持了它所含O O和和COCO浓度的相对稳定。浓度的相对稳定。第二节 气体交换u（二）组织换气的过程（二）组织换气的过程在组织，由于细胞代谢不断地消耗在组织，由于细胞代谢不断地消耗O O2 2和产生和产生COCO2 2，使组织中的，使组织中的POPO2 2低于动脉血的低

15、于动脉血的POPO2 2，而，而PCOPCO2 2又比动脉血的又比动脉血的PCOPCO2 2高，所以，当动脉血流经高，所以，当动脉血流经组织毛细血管时，动脉血中的组织毛细血管时，动脉血中的O O2 2向组织扩散，组织中的向组织扩散，组织中的COCO2 2向血液中扩向血液中扩散，形成组织换气。散，形成组织换气。第二节 气体交换三、三、影响肺换气的因素影响肺换气的因素 呼吸膜的厚度与面积 气体扩散速率 通气/血流比值（二）（一）（三）物理溶解的量与气体的分压呈正比，在动脉血中，物理溶解的量与气体的分压呈正比，在动脉血中，POPO2 2为为13.3 13.3 kPakPa时，时，血氧含量每升血液中为

16、血氧含量每升血液中为170170190 190 mLmL，其中以物理形式存在的仅，其中以物理形式存在的仅3 3 mLmL，约占，约占血液运输氧总量的血液运输氧总量的1.5%1.5%临床高压氧疗的原理就是提高肺泡气中的氧分压，使临床高压氧疗的原理就是提高肺泡气中的氧分压，使溶解于血液中的氧气量增加，达到缓解缺氧的目的。溶解于血液中的氧气量增加，达到缓解缺氧的目的。第三节 气体在血液中的运输一、一、氧的运输氧的运输u（一）物理溶解（一）物理溶解第三节 气体在血液中的运输u（二）化学结合（二）化学结合第三节 气体在血液中的运输u（三）氧解离曲线及其影响因素（三）氧解离曲线及其影响因素 1.1.氧解离

17、曲线氧解离曲线氧解离曲线（oxygen dissociation curve）或称氧合血红蛋白解离曲线是表示PO2与Hb氧结合量或Hb氧饱和度关系的曲线（图5-7）。第三节 气体在血液中的运输 2.2.影响氧解离曲线的因素影响氧解离曲线的因素Hb与O2的结合和解离可受多种因素影响，使氧解离曲线的位置偏移，亦即使Hb对O2的亲和力发生变化。通常用P50表示Hb对O2的亲和力。P50是使Hb氧饱和度达50%时的PO2，正常为3.52 kPa（26.5 mmHg）。P50增大，表明Hb对O2的亲和力降低，需更高的PO2才能达到50%的Hb氧饱和度，曲线右移；P50降低，指示Hb对O2的亲和力增加，达

18、50%Hb氧饱和度所需的PO2降低，曲线左移（图5-8）。第三节 气体在血液中的运输二、二、二氧化碳的运输二氧化碳的运输二氧化碳的化学结合有两种形式：一是结合成碳酸氢盐进行运输，二是以氨基甲酸血红蛋白的形式进行运输（图5-9）。前者约占总量88%，后者约占总量的7%。u（一）物理溶解（一）物理溶解u（二）化学结合（二）化学结合CO2在血浆中的溶解度比O2大，每升混合静脉血中可溶解30 mL，约占静脉血中CO2，运输总量的5%。第四节 呼吸运动的调节一、一、呼吸中枢与呼吸节律呼吸中枢与呼吸节律在中枢神经系统，产生和调节呼吸运动的神经细胞群称为呼吸中枢，它在中枢神经系统，产生和调节呼吸运动的神经细

19、胞群称为呼吸中枢，它们分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓、脊髓等部位。脑的各级部位对呼吸们分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓、脊髓等部位。脑的各级部位对呼吸调节作用不同，正常呼吸运动有赖于它们之间相互协调，以及对各种传人冲调节作用不同，正常呼吸运动有赖于它们之间相互协调，以及对各种传人冲动的整合。动的整合。第四节 呼吸运动的调节u（一）呼吸中枢（一）呼吸中枢延髓呼吸中枢延髓呼吸中枢 在猫或兔等动物实验中，切断它的延髓与脑桥交界处，动物仍能保持节律性呼吸，但与正常形式不同，呈现一种吸气突然发生，又突然停止，呼气时间延长的喘式呼吸(图5-10)。说明延髓存在着产生节律性呼吸的基本中枢，但正常节律还有赖

20、于延髓以上中枢参与。第四节 呼吸运动的调节脑桥呼吸调整中枢脑桥呼吸调整中枢 基于在切断两侧迷走神经后的猫或兔等实验，动物在其脑桥上1/3横断脑干后，动物出现长吸式呼吸的现象，因此有人提出脑桥中下部可能存在长吸中枢，它能兴奋延髓吸气中枢，引起长吸式呼吸，但长吸中枢迄今未能被证明。按照切断机制学说则认为是改变了切断机制的活动，使吸气不能及时被切断而延长，故产生长吸。但若在动物的上下四叠体(中脑)间横断脑干，即保留脑桥上部，动物的呼吸节律基本正常，不出现长吸式呼吸。因此提出脑桥前部(头端)有呼吸调整中枢，它促进切断机制的活动，使吸气转向呼气，而使呼吸具有较正常的节律。其他高位中枢其他高位中枢 如下丘

21、脑、大脑皮层等脑组织对呼吸运动均有调节作用。体温升高时的呼吸加快就是由于刺激了下丘脑的体温调节中枢。大脑皮层对呼吸运动有调节作用，人可以有意识地控制呼吸深度和频率，当然这种控制是有限度的。此外，如讲话、读书、唱歌等都要依靠呼吸运动的配合，这些也都是由大脑皮质调节的。第四节 呼吸运动的调节u（二）呼吸节律的形成原理（二）呼吸节律的形成原理第四节 呼吸运动的调节二、二、呼吸的反射性调节呼吸的反射性调节u（一）机械感受性反射（一）机械感受性反射 由肺扩张或肺萎陷所引起的吸气抑制或吸气兴奋的反射称为肺牵张反射(pulmonary stretch reflex)或黑一伯反射(Hering-Breuer

22、reflex)，包括肺扩张反射和肺萎陷反射。1.肺牵张反射肺牵张反射 肌梭和键器官是骨骼肌的本体感受器。2.呼吸肌的本体感受性反射呼吸肌的本体感受性反射第四节 呼吸运动的调节u（二）化学感受性反射（二）化学感受性反射1.1.外周化学感受器外周化学感受器外周化学感受器主要是指颈动脉体和主动脉体。当动脉血中PO2降低、PCO2或H+浓度升高时，外周化学感受器受到刺激，冲动经舌咽神经和迷走神经传入延髓，反射性地引起呼吸加深加快和血液循环功能的变化。其中颈动脉体主要调节呼吸，而主动脉体在循环调节方面较为重要。2.2.中枢化学感受器中枢化学感受器中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位。其适应刺激是脑脊液和

23、局部细胞外液中的H+浓度。血液中PCO2升高时，CO2能迅速透过血-脑屏障，在脑组织内生成H2C03,解离出H+，H+刺激中枢化学感受器，引起呼吸中枢兴奋。但脑脊液中碳酸配酶含量少，生成H2C03的反应很慢，所以CO2反应有一定的延迟。第四节 呼吸运动的调节3.CO3.CO2 2，H H+和和O O2 2对呼吸运动的影响及对呼吸运动的影响及其相互作用其相互作用（）CO2的影响：CO2是调节呼吸运动的最重要的生理性化学因素。（）H+的影响：动脉血中H+浓度增加，呼吸加深加快，肺通气量增加；H+浓度降低，呼吸运动受到抑制。（）O2的影响：动脉血PO2低于80 mmHg时，其对呼吸的调节作用才有重要

24、意义。第四节 呼吸运动的调节三、三、特殊情况下的呼吸生理特殊情况下的呼吸生理u（一）运动时呼吸运动增强与多种因素有关（一）运动时呼吸运动增强与多种因素有关运动时，机体代谢活动增强，呼吸运动和血液循环都将发生一系列变化，以适应代谢增加运动时，机体代谢活动增强，呼吸运动和血液循环都将发生一系列变化，以适应代谢增加的需要。呼吸运动的变化表现为加深、加快，肺通气量增加，其增加的程度在一定范围内随运动的需要。呼吸运动的变化表现为加深、加快，肺通气量增加，其增加的程度在一定范围内随运动量的增大而增加。潮气量可从安静时的量的增大而增加。潮气量可从安静时的500 500 mLmL增加到增加到2 000 2 0

25、00 mLmL，呼吸频率可从每分钟，呼吸频率可从每分钟12121818次增次增加到加到5050次，肺通气量可达次，肺通气量可达100 L/min100 L/min以上，以上，O2O2的摄人量和的摄人量和CO2CO2排出量也都相应增加。排出量也都相应增加。运动时肺通气量的增加和运动停止后肺通气量的恢复有一个特殊的过程。运动开始时，通运动时肺通气量的增加和运动停止后肺通气量的恢复有一个特殊的过程。运动开始时，通气量骤然升高，继而进一步缓慢升高；运动停止时，通气量先骤然降低，继而缓慢下降，最后恢气量骤然升高，继而进一步缓慢升高；运动停止时，通气量先骤然降低，继而缓慢下降，最后恢复到运动前的水平。复到

26、运动前的水平。第四节 呼吸运动的调节u（二）高海拔条件下可因缺（二）高海拔条件下可因缺O2而影响呼吸运动而影响呼吸运动海平面空气的压力为海平面空气的压力为1 1大气压，即大气压，即760 mmHg760 mmHg，随着海拔高度的增加（如登山、飞行，随着海拔高度的增加（如登山、飞行等），虽然空气的组成成分不变，但是其总压力和各组成成分的分压都会逐渐降低。等），虽然空气的组成成分不变，但是其总压力和各组成成分的分压都会逐渐降低。在海拔在海拔5500m5500m，大气压约为，大气压约为380 mmHg380 mmHg（约为海平面的（约为海平面的1/21/2）,PO2,PO2约为约为79 mmHg;7

27、9 mmHg;在海拔高在海拔高度为度为8 848 m8 848 m的珠穆朗玛峰顶，大气压约为的珠穆朗玛峰顶，大气压约为250 mmHg250 mmHg（约为海平面的（约为海平面的1/31/3）,PO2,PO2约为约为52 52 mmHgmmHg。第四节 呼吸运动的调节u（三（三 ）潜水）潜水(或高气压或高气压)对机体可能造成多种不利影响对机体可能造成多种不利影响潜水时，机体所处环境的压力将增加。海水深度每增加潜水时，机体所处环境的压力将增加。海水深度每增加10 m10 m或淡水深度或淡水深度每增加每增加10104 m4 m，环境压力将增加，环境压力将增加1 1个大气压，气体总压力和气体各组成成分个大气压，气体总压力和气体各组成成分的分压亦随之升高。如果潜水超过一定深度，过高的环境压力可导致机体生的分压亦随之升高。如果潜水超过一定深度，过高的环境压力可导致机体生理功能的紊乱或病理性损伤，严重时可导致死亡。理功能的紊乱或病理性损伤，严重时可导致死亡。