《生理学》 CHAPTER 5 RESPIRATION.ppt

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1、第二节第二节 肺换气和组织换气肺换气和组织换气 Pulmonary Ventilation and Tissues Ventilation一、气体交换的原理一、气体交换的原理 principle of gas exchange（一）气体（一）气体 扩散扩散 gas diffusion 气体分子不停的进行着无定向的运动，其结果是气气体分子不停的进行着无定向的运动，其结果是气体分子从分压高处向分压低处发生净转移，这一过体分子从分压高处向分压低处发生净转移，这一过程称为气体扩散。程称为气体扩散。Gas molecules move freely among one another.The resul

2、t is gas molecules diffuse from high-pressure area toward low-pressure area.The process is called gas diffusion.肺换气和组织换气就是物理性的扩散过程。肺换气和组织换气就是物理性的扩散过程。Pulmonary ventilation and tissues ventilation are physical diffusion processes.气体扩散遵循着以下物理原则气体扩散遵循着以下物理原则 gas diffusion obeys the following physical p

3、rinciples1.气体从分压高的一侧向低的一侧扩散。气体从分压高的一侧向低的一侧扩散。Gas diffuses from the high-pressure area to the low-pressure area.2.各气体的扩散方向和量，决定于该气体的分压差、各气体的扩散方向和量，决定于该气体的分压差、气体的扩散速度和气体在液体中的溶解度。气体的扩散速度和气体在液体中的溶解度。The diffusion direction and volume of gas is decided by its own partial pressure difference、diffusion rat

4、e and the solubility in fluid.3.在液体或气液交界面，气体的扩散速度与它在液在液体或气液交界面，气体的扩散速度与它在液体中的溶解度密切相关。溶解度高的扩散快。体中的溶解度密切相关。溶解度高的扩散快。In the fluid or at the interface of gas and fluid,the diffusion rate of gas is correlate closely to its solubility in fluid.The gas which solubility is higher diffuses quicker.4.气体的扩散速度气

5、体的扩散速度（1/气体分子量）。分子量大气体分子量）。分子量大的扩散速度慢。的扩散速度慢。Diffusion rate of gas（1/molecular weight）The gas which molecular weigh is larger diffuses slowlier.单位时间内气体扩散的容积为气体扩散速率单位时间内气体扩散的容积为气体扩散速率，它受下列它受下列因素影响因素影响 The volume of gas diffusion in unit time is called diffusion rate.It is effected by the following fa

6、ctors 分压差分压差扩散面积扩散面积温度温度气体溶解度气体溶解度 扩散距离扩散距离分子量分子量扩扩散散速速率率DP*T*A*S d*MW 1.气体的分压差：分压差大扩散快气体的分压差：分压差大扩散快 Gas partial pressure difference:gas partial pressure difference is largerdiffuses faster2.气体分子量和溶解度：溶解度高，扩散快气体分子量和溶解度：溶解度高，扩散快 分子量大，扩散慢分子量大，扩散慢 Gas molecular weight and solubility:when solubility is

7、 high,it diffuses fast when molecular weight is large,it diffuses slowly.3.肺泡膜的扩散面积：扩散面积大，扩散快肺泡膜的扩散面积：扩散面积大，扩散快 Diffusion area of alveolar membrane:when diffusion area of alveolar membrane is large,it diffuses fast.安静状态下，肺泡扩散面积安静状态下，肺泡扩散面积40m2 diffusion area of alveolar membrane is 40m2 in normal qu

8、iet state.运动时肺泡扩散面积运动时肺泡扩散面积70m2 diffusion area of alveolar membrane is 70m2 during sports.疾病状态时下降疾病状态时下降 diffusion area of alveolar membrane decreases in disease.4.扩散距离肺泡膜的厚度（反比关系）扩散距离肺泡膜的厚度（反比关系）(图图39-9)Diffusion distancethickness of alveolar membrane(inverse ratio relationship)肺纤维化肺纤维化-厚度增加厚度增加 P

9、ulmonary fibrosis-Thickness increases 肺水肿肺水肿-扩散下降扩散下降 Pulmonary edema-Diffusion decreases5.温度温度 Temperature 液体温度上升，溶解度上升扩散快液体温度上升，溶解度上升扩散快 Temperature of fluid increases Solubility increasesDiffuses fast 6.肺血流量与通气血流比值肺血流量与通气血流比值 Pulmonary Perfusion and Ventilation/Perfusion Ratio 0.75秒秒 右心搏出量右心搏出量60

10、ml/每搏每搏 流经肺泡膜气体交换所流经肺泡膜气体交换所需时间需时间0.3秒，故时间上有很大贮备潜力。秒，故时间上有很大贮备潜力。0.75second RSV 60ml/per beat Exchange time of the gas flowing through alveolar membrane is 0.3 second.So there is great time reserve potential.如果血流量下降，气体交换正常交换的总量如果血流量下降，气体交换正常交换的总量下降，故肺泡通气量与血流量之间必须保持恰下降，故肺泡通气量与血流量之间必须保持恰当的比值。当的比值。If b

11、lood flow decreases and gas exchange are normal-the exchange total amount decreases.Soalveolar ventilation and blood flow must keep anappropriate ratio.Ventilation/perfusion ratio通气通气/血流比值血流比值(安静时正常值安静时正常值)4.2升升/5升升0.84VA/Q (value of normal quiet state)4.2升升/5升升0.84VA每分肺泡通气量每分肺泡通气量 alveolar ventilat

12、ion per minuteQ 每分肺血流量每分肺血流量 pulmonary perfusion per minute 通气通气/血流比值升高：表示有部分肺泡气不能与血血流比值升高：表示有部分肺泡气不能与血液中的气体充分交换生理无效腔增大。液中的气体充分交换生理无效腔增大。ventilation/perfusion ratio increases:it means partial alveolar gas can not exchange fully with the blood gas=physiological dead space increases.通气通气/血流比值下降：表示有部分血

13、液经通气不良血流比值下降：表示有部分血液经通气不良的肺泡，得不到充分气体交换，相当于功能性动的肺泡，得不到充分气体交换，相当于功能性动静脉短路。静脉短路。ventilation/perfusion ratio decreases:it means partial blood flow through hypoventilation alveoli.They can not get fully exchange.And it equals functional arteriovenous shunt.正常人直立时，正常人直立时，肺各局部肺各局部VAQ分布不均匀分布不均匀 When normal

14、adult is standing,every part of lung VAQ is not well-distributed 肺尖肺尖 VA下降下降/Q下降下降 Q下降更明显下降更明显Apex of lung VA descent/Q descent Q descenting is more obvious.比值上升（可在比值上升（可在3以上）以上）ratio rises(more than 3)肺底肺底 VA下降下降/Q上升上升 比值下降（比值下降（0.6）Base of lung VA descents/Q rises ratio descents(0.6)7.肺扩散容量肺扩散容量(p

15、ulmonary diffusion capacity)指各种气体在单位分压差（指各种气体在单位分压差（1mmHg）下，每下，每 分钟能通过呼吸膜的气体量（分钟能通过呼吸膜的气体量（ml）。）。它是测定它是测定呼吸膜扩散功能的生理指标。呼吸膜扩散功能的生理指标。When all kinds of gas is under unit partial pressure difference,the gas volume(ml)passing through respiratory membrane per minute is called pulmonary diffusion capacity.

16、It is the physiological index to test the diffusion ability of respiratory membrane.CO2扩散率扩散率/O2扩散率扩散率O2分子量分子量/CO2分子量分子量=32/445.6/6.6CO2 diffusibility/O2 diffusibility=O2 molecular weight/CO2 molecular weight=32/445.6/6.6在肺泡气在肺泡气O2的扩散率稍大于的扩散率稍大于CO2The diffusibility in alveolar gas is a little larger

17、 than CO2.但由于但由于CO2溶解度溶解度/O2溶解溶解=0.592/0.0244=24.3/1.0(Herrys law 赫利定理）赫利定理）But because CO2 solubility/O2 solubility=0.592/0.0244=24.3/1.0(Herrys law）CO2扩散速率扩散速率/O2扩散速率扩散速率=（5.6/6.6）（0.592/0.0244)=20.6/1.0CO2 diffusion velocity/O2 diffusion velocity=（5.6/6.6）（0.592/0.0244)=20.6/1.0 由上可知，由上可知，CO2扩散速率

18、扩散速率 远大于远大于O2扩散速率，临床上扩散速率，临床上不存在不存在CO2扩散障碍。一般以扩散障碍。一般以O2的扩散容量作为测定的扩散容量作为测定指标。指标。From all above,we know that the diffusion velocity of CO2 is much more than that of O2.There is no diffusion disturbance of CO2 in clinical.Usually,we take the diffusion volume of O2 as test index.正常成人正常成人20ml/(min*mmHg)

19、normal adult 20ml/(min*mmHg)男女男女；成人老幼；成人老幼 malefemale;adultthe old or the immature（二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压（二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压（二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压（二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压 partial pressure of respiratory air and gas ofpartial pressure of respiratory air and gas of different human body different human body tissue

20、stissues1.呼吸气及肺泡气的成分和分压（表呼吸气及肺泡气的成分和分压（表5-2）Composition and partial pressure of respiratory air and alveolar air.呼吸周期中，肺泡气呼吸周期中，肺泡气O2及及CO2的含量有轻微波动。的含量有轻微波动。In the respiratory cycle,composition of O2 and CO2 in alveolar air fluctuates a little.呼吸气和肺泡气的成分和分压呼吸气和肺泡气的成分和分压表表5-2；血液气体和组织气体的分压血液气体和组织气体的分压

21、表表5-3The ingredient and partial pressure of respiratory air and alveolar gas figure 5-2;partial pressure of blood gas and tissues gas figure 5-3 混合气体的总压力是各组成气体的分压力的总和。混合气体的总压力是各组成气体的分压力的总和。The total pressure of mixed gas equals to the summation of partial pressure of each composition.各组成气的分压混合气总压力各组

22、成气的分压混合气总压力该气体的容积百分比该气体的容积百分比 partial pressure of each composition=the total pressure of mixed gas volume percentage of the gas N2 600mmHg =760mmHg 79%O2 159mmHg=760mmHg21 2.血液气体和组织的分压（张力）（表血液气体和组织的分压（张力）（表5-3）partial pressure(tension)of blood gas and tissues gas (figure 5-3)二、肺换气二、肺换气 Pulmonary gas

23、 exchange 混合静脉血混合静脉血PO2是是5.32kPa（40mmHg），），比肺泡气比肺泡气的的13.82 kPa（104mmHg）低，肺泡气中低，肺泡气中O2向血液向血液中扩散，血液的中扩散，血液的PO2逐渐上升，最后接近肺泡气的逐渐上升，最后接近肺泡气的PO2。PO2 of mixed venous blood is 5.32 kPa（40mmHg）is lower than 13.82 kPa（104mmHg）of alveolar gas.O2 in alveolar gas diffuses to blood.PO2 in blood rises gradually unt

24、il it is almost equal to PO2 in alveolar gas.混合静脉血混合静脉血PCO2是是6.12kPa（46mmHg），），比肺泡比肺泡气的气的5.32 kPa（40mmHg）高，血液中高，血液中CO2向肺泡向肺泡中扩散，血液的中扩散，血液的PCO2逐渐下降逐渐下降，最后接近肺泡气最后接近肺泡气的的PCO2。PCO2 of mixed venous blood is 6.12kPa（46mmHg）It is higher than 5.32 kPa（40mmHg)of alveolar gas.CO2 in blood diffuses to alveolar

25、 gas.PCO2 in blood descents gradually until it is almost equal to PCO2 in alveolar gas.肺换气肺换气肺换气肺换气 Pulmonary gas exchangePulmonary gas exchange 三、三、组织换气组织换气Tissues Gas Exchange第三节第三节 气体在血液中的运输气体在血液中的运输 Transport of Gas in the Blood一、氧和二氧化碳在血液中的存在形式一、氧和二氧化碳在血液中的存在形式Existing pattern of O2 and CO2 in

26、the blood 物理溶解（中介作用）物理溶解（中介作用）physical dissolving(medium)两种形式两种形式two kind of patterns 化学结合（为主）化学结合（为主）combination(primary)O2 溶解溶解 化学结合化学结合 CO2 dissolve combination组织或肺组织或肺 血液血液bloodTissues or lung 溶解系数溶解系数resolution coefficient O2 0.022 ml/1ml 全血全血blood CO2 0.511ml/1ml 全血全血blood 二、氧的运输二、氧的运输 oxygen

27、transportation 与与Hb结合占结合占98.5 98.5 binding to Hb氧的运输氧的运输oxygen transportation 物理溶解占物理溶解占1.5 1.5 physical resolution氧容量指每氧容量指每100ml血中，血红蛋白结合氧的最大量。血中，血红蛋白结合氧的最大量。Maximum capacity of ferrohemoglobin binding with O2in every 100ml blood is named oxygen capacity.正常正常Hb在在15g/100ml血液中，血液中，1gHb结合结合1.34ml氧。氧。

28、氧容量氧容量151.3420mlWhen normal Hb is in 15g/100ml blood,1g Hb binds with 1.34ml O2.Oxygen capacity=151.3420ml氧含量指血红蛋白实际结合的氧量。氧含量指血红蛋白实际结合的氧量。The volume of ferrohemoglobin binding with oxygen iscalled oxygen content.动脉血：动脉血：20ml氧氧 arterial blood:20ml O2静脉血：静脉血：15ml氧氧 venous blood:15ml O2氧饱和度指氧含量占氧容量的百分比

29、。氧饱和度指氧含量占氧容量的百分比。The percentage of oxygen content to oxygen capacity is called oxygen saturation.动脉血，氧含量动脉血，氧含量20ml，氧饱和度为氧饱和度为100In arterial blood,oxygen content equals 20ml and oxygen saturation is 100%.静脉血，氧含量静脉血，氧含量15ml，氧饱和度为氧饱和度为75In venous blood,oxygen content equals 15ml and oxygen saturation

30、 is 75%.（一）（一）Hb与与O2的可逆结合的可逆结合reversible binding of Hb and O2 O2分压高（肺）分压高（肺）partial pressure is higher(lung)HbO2 HbO2 O2分压低（组织）分压低（组织）partial pressure is lower(tissues)（还原、紫蓝色）（还原、紫蓝色）（氧合、红色）（氧合、红色）reduction、royal blue oxygenation、red 盐键断裂盐键断裂break 分子构型紧密型分子构型紧密型 分子构型疏松型分子构型疏松型 （tension）盐键形成盐键形成form

31、（relaxation）特点：特点：character1.可逆性结合，非酶促过程，反应快，受可逆性结合，非酶促过程，反应快，受PO2影响。影响。Reversible binding.Without enzyme.Fast.Effected by PO2.2.O2与血红蛋白的亚铁离子结合，结合后亚与血红蛋白的亚铁离子结合，结合后亚铁离子的离子价不变，故称氧合，不是氧铁离子的离子价不变，故称氧合，不是氧化。化。O2 binds with Fe2+of ferrohemoglobin.The ion value is permanent.So the process is called oxygen

32、ation but not oxidation.3.血红蛋白的珠蛋白由两条血红蛋白的珠蛋白由两条肽链和两条肽链和两条肽链构肽链构成，每条肽链上结合一个含亚铁离子的血红素成，每条肽链上结合一个含亚铁离子的血红素分子，每个亚铁离子结合一个分子，每个亚铁离子结合一个O2分子。故每分子。故每个血红蛋白分子可结合个血红蛋白分子可结合4个个O2分子（分子（HbO8）1gHb可结合可结合1.341.39mlO2.Globin of ferrohemoglobin is made up of two peptide chains and two peptide chains.There is a protoh

33、eme molecular on each peptide chain including a Fe2+.Each Fe2+binds with an O2.So each ferrohemoglobin can bind with four O2.（HbO8）1gHb can bind with 1.341.39mlO2.4.血红蛋白两对血红蛋白两对、肽链与肽链与O2结合可互相促结合可互相促成结合或解离（释放）。成结合或解离（释放）。在肺部，在肺部，PO2升高促结合；升高促结合；在组织，在组织，PO2下降促释放。下降促释放。Conjugation of peptide chains、of f

34、errohemoglobin and O2 can facilitate binding or dissociation(releasing).In lungs,increasing of PO2 promotes combination.In tissues,decreasing of PO2 promotes releasing.5.Hb与与O2的结合或解离曲线呈的结合或解离曲线呈S型与型与Hb的变构效应有关的变构效应有关 The binding or dissociation curves of Hb and O2 appear S form.This is related to the

35、 allosterism effect of Hb.Hb与与O2结合盐键断裂，结合盐键断裂，R型型 Hb与与O2解离盐键形成，解离盐键形成，T型型 Hb binds with O2salt bond breaks,R form Hb dissociates with O2salt bond forms,T form T型对型对O2亲和力小。亲和力小。The affinity of T form to O2 is smaller.R型对型对O2亲和力大。亲和力大。The affinity of R form to O2 is larger.血红蛋白的异常形成血红蛋白的异常形成1.胎儿血红蛋白（胎

36、儿血红蛋白（HbF）是由两条是由两条链和链和链链结合组成，它对结合组成，它对O2亲和力比亲和力比HbA大。可能大。可能由于由于链不与链不与2，3DPG相结合，不受相结合，不受2，3DPG影响的缘故。影响的缘故。2.镰状细胞贫血（镰状细胞贫血（HbS)两条两条链第链第6位谷氨酸位谷氨酸为缬氨酸所取代，使去氧为缬氨酸所取代，使去氧Hb释放释放O2的能的能力下降，导致组织缺力下降，导致组织缺O2。3.地中海贫血地中海贫血。我国常见我国常见地贫。由于地贫。由于链链合成障碍合成障碍HbA生成抑制，生成抑制，HbF代偿增多，代偿增多，O2解离曲线左移。解离曲线左移。（二）氧解离曲线（二）氧解离曲线 oxy

37、gen dissociation curve 反映反映PO2与氧合与氧合Hb饱和度的关系的曲线。饱和度的关系的曲线。（图（图40-9）The curve reacts the relationship of PO2 and saturation of oxygenation Hb.(figure 40-9)氧解离曲线氧解离曲线 oxygen dissociation curveoxygen dissociation curve 特点：特点：character 1.曲线上段：曲线上段：PO2 60100mmHg.坡度较平坦坡度较平坦 Superior segment of curve:PO2 6

38、0100mmHg.Slope is flat.1）氧分压变化虽大但饱和度变异小即使外界或肺）氧分压变化虽大但饱和度变异小即使外界或肺泡中泡中PO2下降，但氧合饱和度依然可维持在较高水平。下降，但氧合饱和度依然可维持在较高水平。Partial pressure of oxygen changes greatly.But saturation changes littleeven PO2 of environment or alveoli descents,oxygenation saturation will maintain high level.2）PO2100mmHg时，氧合饱和度增加很不

39、明显，血时，氧合饱和度增加很不明显，血氧量增加很少。氧量增加很少。When PO2100mmHg,rising of oxygenation saturation is not obvious.Rising of blood oxygen volume is little.2.曲线中段曲线中段 PO2 6040mmHg 是是HbO2释放释放O2的部分。的部分。Middle segment of curve PO2 6040mmHg is the part that HbO2 releases O2.此时此时Hb氧饱和度氧饱和度75，血，血O2含量含量14.4mL，即每即每100ml血血液流过组

40、织时释放液流过组织时释放5mlO2。At this time Hb oxygen saturation is 75%,oxygen content in blood is 14.4mL.In the other words,every 100ml blood releases 5mlO2 when it flows over tissues.血液流经组织时释放出的血液流经组织时释放出的O2容积所占动脉容积所占动脉O2含量的百分数含量的百分数O2利用系数。安静时为利用系数。安静时为25，运动时可增加到，运动时可增加到75。The percentage of oxygen capacity rel

41、eased when blood flows over tissues to oxygen content in arteria is called oxygen utilization coefficient.It is 25%in normal quiet state and it increases to 75%in sports.3.曲线下段曲线下段 PO2 1040mmHg.坡度陡坡度陡 .Inferior segment of curve.PO2 1040mmHg.The slope is steep.PO2略有下降，促使较多略有下降，促使较多O2解离，饱和度下降，有解离，饱和度下

42、降，有 利于组织活动的供氧，氧利用系数上升至利于组织活动的供氧，氧利用系数上升至75。PO2 descents a little.It makes oxygen dissociation saturation descent.This is benefit to supplying oxygen for tissue activity.Oxygen utilization coefficient increases to 75%.机制：血红蛋白机制：血红蛋白肽链结合氧时，互相作用。肽链结合氧时，互相作用。Mechanism:when peptide chains of ferrohemoglo

43、bin bind with oxygen,they interact.高原高原PO2下降下降意义：意义：Hb的氧缓冲功能的氧缓冲功能 PO2 descents in plateauSignificance:amortization 组织活动组织活动 function of Hb tissue activity血红蛋白氧缓冲功能：不论血液本身或外界血红蛋白氧缓冲功能：不论血液本身或外界O2浓度有浓度有较大幅度变动，而组织较大幅度变动，而组织PO2仍可保持在稳定的正常范围仍可保持在稳定的正常范围内。内。O2 5ml/（100ml*min）Ferrohemoglobin amortization f

44、unction:even blood itself of enviroment oxygen change greatly,tissue PO2 still remain in normal range.O2 5ml/（100ml*min）影响氧解离曲线的因素影响氧解离曲线的因素影响氧解离曲线的因素影响氧解离曲线的因素factors effect oxygen dissociation curvefactors effect oxygen dissociation curve（三）影响氧离曲线的因素（图三）影响氧离曲线的因素（图三）影响氧离曲线的因素（图三）影响氧离曲线的因素（图40-1040

45、-10）factors effect factors effect oxygen dissociation curve(figure 40-10)oxygen dissociation curve(figure 40-10)1.PH和和CO2影响影响 influence of PH and CO2 通常用通常用P50表示表示Hb对对O2的亲和力。的亲和力。Usually we use P50 as the affinity of Hb and O2.正常正常P50：PO2 26.5mmHg。Normal P50:PO2 26.5mmHg。P50上升，亲和力下降，曲线右移；上升，亲和力下降，曲线

46、右移；when P50 rises,affinity descents and curve moves to right.P50下降，亲和力上升，曲线左移。下降，亲和力上升，曲线左移。when P50 descents,affinity rises and curve moves to left.Bohr效应效应 Bohr effect PH下降，下降，PCO2上升促使盐键形成，上升促使盐键形成，Hb分子构型转分子构型转为为T型；曲线右移，型；曲线右移，P50增大，氧饱和度下降，解离增加。增大，氧饱和度下降，解离增加。PH descents and PCO2 risesmake salt bo

47、nd form.Molecular configuration of Hb changes to T form.Curve move to right.P50 increases.Oxygen saturation descents and dissociation increases.PH上升，上升，PCO2下降下降 促使盐键断裂，促使盐键断裂，Hb分子构型转分子构型转为为R型；曲线左移，型；曲线左移，P50降低，氧饱和度增加，解离下降。降低，氧饱和度增加，解离下降。PH rises and PCO2 descentsmake salt bond break.Molecular config

48、uration of Hb changes to R form.Curve move to left.P50 descents.Oxygen saturation increases and dissociation descents.2.温度的影响温度的影响 effect of temperatureT增加增加 Hb对对O2亲和力下降，氧饱和度下降亲和力下降，氧饱和度下降,曲曲线线右移，右移，H+活动性增加。活动性增加。T increasesaffinity of Hb to O2 descents.Oxygen saturation descents.Curve moves to righ

49、t.Activity of H+increases.T下降下降Hb与与O2亲和力上升，氧饱和度上升亲和力上升，氧饱和度上升,曲线曲线左移，左移，HbO2不易解离出不易解离出O2（低温麻醉）。低温麻醉）。T descentsaffinity of Hb to O2 increases.Oxygen saturation increases.Curve moves to left.HbO2 can not dissociate O2 easily(hypothermi anesthesia).3.2，3二磷酸甘油酸（二磷酸甘油酸（2，3DPG）的影响的影响.Effect of 2,3-diphos

50、phoglycerate 2，3DPG为为RBC内一种有机磷酸盐。内一种有机磷酸盐。2，3DPG is a kind of organophosphate in RBC.缺氧、贫血缺氧、贫血hypoxia anemia 长时间运动长时间运动 long time sports 甲状腺素甲状腺素thyroxine sodiumRBC 2，3DPG上升上升 2，3DPG increases 无氧代谢无氧代谢 anaerobic metabolism 脱氧血红蛋白脱氧血红蛋白链形成盐键链形成盐键 chain deoxyhemoglobin form salt bond.失去氧合能力（失去氧合能力（T型