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八章节呼吸Respiration Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望呼吸：机体与环境之间的气体交换。外呼吸(external respiration)：外界环境与血液在肺部实现的气体交换。内呼吸(internal respiration)：血液通过组织液与组织细胞之间的气体交换。呼吸环节呼吸环节：1 外呼吸外呼吸2 气体在血中的运输气体在血中的运输3 内呼吸内呼吸肺通气(pulmonary ventilation)：肺与外界之间的气体交换过程。第一节第一节 人的呼吸器官与肺通气人的呼吸器官与肺通气1.1 肺通气的结构基础肺通气的结构基础1.1.1 呼吸道呼吸道鼻 咽 喉 上呼吸道上呼吸道气管 支气管 细支气管 终末细支气管 下呼吸道下呼吸道解剖死腔解剖死腔(anatomical dead space)N调控：调控：交感N 迷走N呼吸性细支气管呼吸性细支气管 肺泡管肺泡管 肺泡囊肺泡囊 肺泡肺泡P175图图8-21.1.2 肺泡肺泡(pulmonary alveoli)表面张力表面张力(液液-气界面气界面)作用：使液体表面积缩小。作用：使液体表面积缩小。P=2T/rP：回缩力：回缩力(液泡内压力液泡内压力)T：表面张力：表面张力r：液泡半径：液泡半径 表面张力使肺泡趋向萎缩。肺泡越小，越易萎缩。表面张力使肺泡趋向萎缩。肺泡越小，越易萎缩。肺表面活性物质肺表面活性物质(pulmonary surfactant)：肺肺泡泡分分泌泌二二棕棕榈榈酰酰卵卵磷磷脂脂(DPPC)，DPPC分分子子具具有有极极性性，在在肺肺泡泡表表面面成成极极性性排排列列，故故而而分分子子之之间间不不能能靠靠的的太太近近(P177图图8-6)。作用：作用：降降低低表表面面张张力力，吸吸气气时时减减少少扩扩张张肺肺所所作作的的功功，呼呼气气时时防防止止肺肺泡泡萎萎陷陷，特特别别是是小小肺肺泡泡的的萎萎陷陷，有有利利于于维维持持大大小小肺肺泡容积稳定。泡容积稳定。1.1.3 胸廓与胸膜腔胸廓与胸膜腔(1)胸胸廓廓：脊脊柱柱、胸胸骨骨、肋肋骨骨、及及肋肋间间肌肌围围合合而而成。成。(2)胸胸膜膜腔腔(pleural cavity)：由由脏脏层层胸胸膜膜和和壁层胸膜围合而成。壁层胸膜围合而成。胸胸 内内 负负 压压(intrapleural pressure)：胸内负压形成：以胸膜腔密闭且含浆液为条件 胸廓生长肺生长 胸廓容积肺容积 胸廓将肺拉大 胸内 负压 肺的自然回缩1.1.4 呼吸肌呼吸肌包括：膈肌、肋间肌及呼吸辅助肌(腹肌)作用：肺通气的动力 腹式呼吸(abdominal breathing)：膈肌收缩，膈下降，胸廓扩大，吸气；主动过程膈肌舒张，膈上升，胸廓变小，呼气；被动过程腹肌收缩引起主动呼气。主动过程胸式呼吸：外肋间肌收缩，肋骨上举，胸廓扩大，吸气；主动过程外肋间肌舒张，肋骨下降，胸廓变小，呼气；被动过程 内肋间肌收缩引起主动呼气。主动过程 一般情况下，人是腹式、胸式呼吸并用。安静时，肺容量的变化中75%是膈肌活动的结果，25%是肋间肌活动的结果。安静时吸气是主动过程，呼气是被动过程。用力呼气时，吸气呼气都是主动过程。1.2 肺通气原理肺通气原理动力：呼吸肌的运动吸气肌收缩吸气肌收缩 胸廓扩大胸廓扩大 肺扩大肺扩大吸气肌舒张吸气肌舒张 吸气吸气 大气压大气压肺内压肺内压胸廓缩小胸廓缩小 肺缩小肺缩小 肺内压肺内压大气压大气压 呼气呼气 呼吸肌运动呼吸肌运动(原动力原动力)胸内压变化胸内压变化(间接动力间接动力)肺内压与大气压差变化肺内压与大气压差变化(直接动力直接动力)肺通气肺通气1.3 肺容量肺容量(pulmonary capacity)潮气量(tidal volume,TV)：平静呼吸时，每次吸入或呼出的气量。400-500ml补吸气量(inspiratory reserve volume,IRV)在平静吸气后再作最大吸气所能增加的吸气量。1500-1800ml补呼气量(expiratory reserve volume,ERV)在平静呼气后再作最大呼气所能增加的呼气量。900-1200ml肺活量(vital capacity,VC)：最大吸气后尽力呼气所能呼出的气量，反映肺一次通气的最大能力。男3500ml，女2500ml余(残)气量(residual capacity,RC)：最大呼气后残留在肺内气量。男1500ml，女1000ml 机能余(残)气量(functional residual capacity,FRC)：平静呼气末的肺内气量。20002500ml肺总量(total lung capacity,TLC)：肺活量+余气量P179图8-11 1.4 肺通气量肺通气量 每每分分通通气气量量(minute ventilation volume)：平平静静呼呼吸吸时时每每分分钟钟进进或或出出肺肺的的气气体体总总量量。和和肺肺活活量量相相比比，肺肺通通气气量量能能更更好好地地反映肺的通气机能。反映肺的通气机能。最最大大通通气气量量(maximal voluntary ventilation)：尽尽力力深深、快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气量。快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气量。通气贮量百分比通气贮量百分比=最大通气量最大通气量-每分平静通气量每分平静通气量最大通气量最大通气量100%无效腔与肺泡通气量肺泡无效腔(alveolar dead space)：因血流分布不均而未能发生交换的肺泡容量。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)：每分钟吸入肺泡的新鲜气量=(潮气量-无效腔气量)呼吸频率肺通气量和肺泡通气量肺通气量和肺泡通气量呼吸频率呼吸频率 潮气量潮气量 肺通气量肺通气量 肺泡通气量肺泡通气量(次次/min)(ml)(ml/min)(ml/min)16 500 8000 5600 8 1000 8000 6800 32 250 8000 3200第二节第二节 呼吸气体在体内的交换与运输呼吸气体在体内的交换与运输2.1 呼吸气体的交换呼吸气体的交换肺换气、组织换气：自由扩散 决定气体分子通过的方向和数量的关键因素，是不同气体分子在膜两侧的浓度(某种气体浓度大，该气体的分压就大)。PX左PX右PY左PY右左右XY膜形式：气体单纯扩散动力：气体分压(张力)差2.1.1 肺换气 持续进行2.1.2 组织换气 血液与组织细胞之间的气体交换过程。血液与组织细胞之间的气体交换过程。2.2 呼吸气体在血液中的运输呼吸气体在血液中的运输 O2、CO2在血中存在的形式：物理溶解 化学结合2.2.1 O2的运输形式：物理溶解(1.5%)化学结合(98.5%)Hb(hemoglobin)与O2结合的特征：反应快、可逆、不需酶催化，主要受PO2影响 1分子Hb可结合4分子O2 Hb氧容量(oxygen capacity)：100ml血中的Hb理论上所能结合的最大氧量。Hb氧含量(oxygen content)：100ml血中的Hb实际结合的氧量。Hb 氧饱和度(oxygen saturation)Hb 氧含量 Hb 氧容量=100%Hb与与CO氧离曲线氧离曲线(oxygen dissociation curve)氧离曲线的特点：氧离曲线的特点：a.曲线上段的坡度小 (PO2=60140mmHg)b.曲线中段坡度较陡 (PO2=4060mmHg)c.曲线下段坡度最陡 P184图8-14影响氧离曲线的因素：P184图8-15温度升高 曲线右移PH值下降 曲线右移，因为H+会影响O2和血红蛋白的结合2.2.2 CO2的运输的运输运输形式：物理溶解运输形式：物理溶解(5%)化学结合化学结合 碳酸氢盐碳酸氢盐 (88%)氨基甲酸氨基甲酸Hb (7%)以以HCO3-形式运输形式运输 碳酸酐酶 CO2+H2O H2CO3 H+HCO3-组织 H+HbO2 HHb+O2 肺 组织CO2+H2O+HbO2 HCO3-+HHb+O2 肺 以氨基甲酸血红蛋白以氨基甲酸血红蛋白(carbaminohemoglobin)形式形式运输运输 组织HbNH2O2+CO2 HbNHCOOH+O2 肺3.1 呼吸中枢和呼吸节律呼吸中枢和呼吸节律 中中枢枢神神经经系系统统中中与与呼呼吸吸运运动动有有关关的的神神经经元元集集中中的的部部位位即呼吸中枢。即呼吸中枢。呼吸节律是神经源性的。呼吸节律是神经源性的。第三节第三节 呼吸的神经调节与化学调节呼吸的神经调节与化学调节切除法实验脑桥以上中枢脑桥以上中枢呼吸调整中枢呼吸调整中枢呼吸中枢呼吸中枢延髓脊髓脑桥延延髓髓是是最最基基本本的的呼呼吸吸中中枢枢，只只要要有有延延髓髓就就可可以以维维持持节节律性呼吸。律性呼吸。脑桥的上半部有呼吸调整中枢。脑桥的上半部有呼吸调整中枢。3.1.1延髓延髓 呼吸基本节律中枢呼吸基本节律中枢作用：产生呼吸节律作用：产生呼吸节律呼吸呼吸N元：呈节律性放电并和呼吸周期相关的神经元。元：呈节律性放电并和呼吸周期相关的神经元。背侧呼吸组背侧呼吸组(dorsal respiratory group,DRG)以吸以吸气气N元为主元为主 腹侧呼吸组腹侧呼吸组(ventral respiratory group,VRG)吸气吸气呼气呼气N元都有元都有 3.1.2 脑桥脑桥 呼吸调整中枢呼吸调整中枢 作用：限制吸气，促吸气向呼气转化作用：限制吸气，促吸气向呼气转化延髓：吸气神经元延髓：吸气神经元兴奋下传兴奋下传吸气肌收缩吸气肌收缩 吸气吸气 呼吸调整中枢呼吸调整中枢 兴奋上传兴奋上传下传呼吸调整中枢的兴奋下传呼吸调整中枢的兴奋兴奋减弱兴奋减弱停止吸气，停止吸气，向呼气转化向呼气转化基本节律中枢与调整中枢之间的负反馈调节机制基本节律中枢与调整中枢之间的负反馈调节机制3.2 呼吸的反射性调节呼吸的反射性调节-呼吸的神经调节呼吸的神经调节肺牵张反射肺牵张反射(pulmonary stretch reflex)概念：由肺扩张或缩小引起的呼吸的反射性变化。概念：由肺扩张或缩小引起的呼吸的反射性变化。包括包括 肺张反射：肺扩张时抑制吸气的反射。肺张反射：肺扩张时抑制吸气的反射。肺缩反射：肺萎陷时引起吸气的反射。肺缩反射：肺萎陷时引起吸气的反射。肺牵张反射肺牵张反射 (气管平滑肌内气管平滑肌内)肺扩张肺扩张 牵张牵张R兴奋性兴奋性 肺萎缩肺萎缩 牵张牵张R兴奋性兴奋性 延髓呼吸中枢延髓呼吸中枢 (解除解除 对吸气中枢的抑制对吸气中枢的抑制)(抑制吸抑制吸 气中枢气中枢)引起膈肌强烈收缩引起膈肌强烈收缩 抑制膈肌收缩抑制膈肌收缩开始吸气开始吸气 限制吸气，使吸气转向呼气限制吸气，使吸气转向呼气作用：使吸气或呼气不致过长过深作用：使吸气或呼气不致过长过深 吸气吸气 呼气呼气 切切断断迷迷走走神神经经后后，动动物物的的呼呼吸吸变变得得慢慢而而深深(吸吸、呼呼气气时时间间延延长长)，就就是是由由于于失失去去了了肺肺牵牵张张反反射射这这一一负负反反馈馈机机制制所引起的。所引起的。3.3 化学因素对呼吸的调节化学因素对呼吸的调节3.3.1 化学感受器化学感受器(1)中枢化学中枢化学R(central chemoreceptor)R：位于延髓腹外侧浅表部位：位于延髓腹外侧浅表部位适宜刺激是脑脊液及局部细胞外液适宜刺激是脑脊液及局部细胞外液H+中枢化学中枢化学R的特点、作用的特点、作用特点：特点：不感受缺氧的刺激不感受缺氧的刺激 对对CO2的敏感性比外周的敏感性比外周R高高 作用：主要调节脑脊液的作用：主要调节脑脊液的H+(以保证以保证pH稳态稳态)(2)外周化学外周化学R(peripheral chemoreceptor)：R：颈颈A体体 主主A体体适宜刺激：血适宜刺激：血PO2 PCO2 H+作用：加强呼吸作用：加强呼吸 3.3.2 CO2对呼吸的调节对呼吸的调节效应：一定范围内效应：一定范围内A血的血的CO2，引起呼吸深快，引起呼吸深快 肺肺(泡泡)通气量通气量；但但超超过过限限度度则则有有压压抑抑呼呼吸吸甚甚至至麻麻醉醉效效应应；另另外外，PCO2过过低可致呼吸暂停。低可致呼吸暂停。机制机制3.3.3 H+对呼吸的调节对呼吸的调节效应：效应：H+，引起呼吸深快，引起呼吸深快 肺肺(泡泡)通气量通气量机制：机制：3.3.4 低低O2对呼吸的调节对呼吸的调节效应：效应：一定范围内一定范围内A血的血的PO2，引起呼吸深快，引起呼吸深快 肺肺(泡泡)通气量通气量；但严重低但严重低O2 可致呼吸障碍。可致呼吸障碍。机制：机制：呼吸的化学调节 H+HCO3-PCO2 PCO2，PO2，H+呼吸加强呼吸加强 延髓呼吸中枢延髓呼吸中枢舌咽N迷走中枢化学R外外 周周化化 学学R(颈颈动动 脉脉体体 和和主主 动动脉体脉体)窒窒息息时时，同同时时出出现现缺缺氧氧和和CO2过过多多，二二者者同同时时刺刺激激呼呼吸吸。但但首先是首先是CO2对中枢化学感受器的作用，对中枢化学感受器的作用，其次才是缺氧对外周化学感受器的作用，其次才是缺氧对外周化学感受器的作用，最后过度缺氧和高最后过度缺氧和高CO2使呼吸中枢麻痹，呼吸停止。使呼吸中枢麻痹，呼吸停止。第四节第四节 呼吸呼吸血液循环的适应血液循环的适应 4.1 潜水的适应潜水的适应4.2 高山适应高山适应