07呼吸系统的结构和功能.ppt

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,*,第七章 呼吸系统的结构与功能,第三节 肺换气与组织换气,第五节 呼吸运动的调节,第四节 气体在血液中的运输,第二节 肺通气,第一节 呼吸系统的组成和结构,概 述,呼吸：机体与外界环境之间进行气体交换的过程。,呼吸全过程：,呼吸环节,：,1.外呼吸,2.气体在血液中的运输,3.内呼吸,第一节,呼吸系统的组成和结构,肺,呼吸系统,呼吸道：鼻、咽、喉、气管、各级支气管,上呼吸道,下呼吸道,鼻腔,鼻,外鼻：,鼻根、鼻尖、鼻背、鼻翼、鼻孔、鼻唇沟,鼻旁窦：,上颌窦、额窦、蝶窦和筛窦。对发音有共鸣作用,固有鼻腔：,顶壁、底壁、内侧壁、外侧壁。,外侧壁结构复杂，有三个卷曲突起，由上而下分别称上鼻甲、中鼻甲和下 鼻甲。由鼻甲分隔出上、中、下鼻道,内面覆盖粘膜，分为嗅区和呼吸区,鼻 前 庭：,内衬皮肤，生有鼻毛，是过滤吸入 空气的第一道屏障,功能：呼吸道、发音共鸣作用、嗅觉器官,咽：鼻咽部、口咽部、喉咽部,喉 喉软骨：主要有甲状软骨、环状软骨、会厌软 骨、杓状软骨,喉腔：侧壁的粘膜，有上、下两对矢状位的粘 膜皱襞，上方一对称前庭襞，两侧前庭 襞间的裂隙称前庭裂。下方一对称声 襞，两侧声襞之间的裂隙称声门裂。声 襞以及由其覆盖的声韧带和声带肌三者 构成声带功能：呼吸道、发音器官,肺位于胸腔内，纵隔两侧，左、右各一。左肺窄而长，分上、下两叶，右肺宽而短，分上、中、下三叶。两肺之间有心及大血管、气管、食管等器官。肺的下面被膈与腹腔脏器分隔开 肺的颜色随年龄和职业而有所不同 肺的表面被有浆膜,(,即脏胸膜,),，光滑、湿润。肺柔软而有弹性，肺内含有空气，呈海绵状 左、右主支气管在肺门处首次分出肺叶支气管，肺叶支气管入肺后反复分支，越分越细，分别是小支气管、细支气管、终末细支气管、呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊，最后连于肺泡，其分支呈树枝状，称支气管树 肺泡是半球形的囊泡，为气体交换的场所,第二节,肺 通 气,实现肺通气的器官包括呼吸道、肺泡和胸廓等,肺通气的过程：,呼吸肌收缩,胸廓扩张 肺扩张,肺内压 大气压,呼气,肺通气：肺与外界环境间的气体交换过程,一、呼吸运动,胸廓在,呼吸肌,参与下节律性的扩大和缩小称,呼吸运动,。,气体通过呼吸道进出肺是由于肺泡与外界之间的气压差所引起的,肺泡与外界之间的气压差则是由肺的扩张与缩小形成的,呼吸肌,1 吸气肌,膈肌,肋间外肌,2 呼气肌,肋间内肌,腹壁肌,3 辅助呼吸肌,斜角肌,胸锁乳突肌,胸肌,背肌,呼吸运动的,分类,:,按呼吸深度分:平静呼吸和用力呼吸。,平静呼吸：,机体处于安静状态时平静而顺畅的呼吸动作,用力呼吸：机体活动时，呼吸运动加深加快,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:主要由膈肌舒缩引起的呼吸运动,胸式呼吸:主要由肋骨和胸骨运动产生的呼吸运动,呼吸运动的,频率,:,成人：,1218,次/分,婴儿:,6070,次/分,呼吸过程：,平静呼吸(1),吸气运动,膈肌和肋间外肌收缩,膈顶下降、肋骨和胸骨上举、肋骨下缘外翻,胸腔上下径、前后径、左右径,胸腔容量,肺被动扩张,肺容积,肺内压大气压,气体由肺排出(被动呼气),用力呼吸,机体活动时或异常情况下（缺氧或二氧化碳分压升高）引起深而快的呼吸，也称深呼吸。,用力吸气时，不仅膈肌和肋间外肌的收缩加强，且斜角肌、胸锁乳突肌等呼吸辅助肌也参加收缩，使胸廓的扩张程度大大增加,用力呼气时，除膈肌和肋间外肌松驰外，呼气肌,(,腹壁肌和肋间内肌,),也参与收缩，使胸廓容积进一步缩小，以增加通气量,特点：,平静呼吸时，吸气是主动的，呼气是被动的。,用力呼吸时，吸气和呼气都是主动的。,平静呼吸时，肋间外肌所起的作用膈肌。,(一)肺内压:,肺内压是指肺泡内气体的压力。,吸气,胸廓扩大,肺扩张,肺容积增大,肺内压下降,小于大气压0.30.4,kPa(23mmHg),气体入肺,肺内压渐增,肺内压=大气压,气体流停,吸气肌舒张,胸廓、肺回位,肺容积减小,肺内压增大,大于大气压0.30.4,kPa(23mmHg),气体出肺外流进入大气,呼气,二、肺内压与胸内压的变化,(二)胸内压与肺的弹性回位,1、胸膜腔,：胸膜脏层与壁层之间的腔隙,2、胸内压,概念:指胸膜腔内的压力,压力:,平静吸气时:胸内压 大气压=,-0.7,-1.3kPa,呼气时:胸内压 肺容积；,肺和胸廓是弹性组织；,壁层胸膜紧贴于胸廓内壁,大气压对其影响极小。,两种方向相反作用力的代数和,胸内压大气压肺回缩力,胸内压0肺回缩力,迫使脏层胸膜外移使肺扩张,(大气压),肺 内 压,迫使脏层胸膜回位,(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力),肺 回 缩 力,生理意义:,维持肺处于扩张状态；,促进血液和淋巴液的回流。,结论：,胸膜腔内负压是脏层胸膜受到两个相反作用力相互抵消的代数和,经脏层胸膜间接反映在胸膜腔的压力。,问题：,为什么成人的肺始终处于扩张状态?,三、肺容量和肺通气量,(一)肺容量,概念：肺容纳的气体量称肺容量,组成：,潮气量(,TV):,平静呼吸时，每次呼吸时吸,入或呼出的气量为潮气量，约400,600ml。,补吸气量(,IRV):,平静吸气末，再做最大吸气所能吸入的气量，约15002000,ml。,深吸气量,(,IC),:,从平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气量，它是潮气量与补吸气量之和，衡量最大通气潜能,。,补呼气量(,EVR):,平静呼气末,再做最大呼气所能呼出的气体量,约9001200,ml。,余气量(,RV):,最大呼气末尚存留于肺内不能再呼出的气量。,肺活量(,VC):,最大吸气后，尽力所能呼出的气体量，是潮气量、补吸气量和补呼气量之和。男性约3500,ml,女性约2500,ml,时间肺活量：最大吸气后再用力作最大速度呼气,在一定时间内所能呼出的气体量。,正常值：,t,1,末=83,t,2,末=96,t,3,末=99,意义：不仅反映呼吸幅度，而且反映通气速度，是评价肺通气功能的较好指标，阻塞性肺疾患的时间肺活量。,肺总容量:肺所能容纳的最大气量，是肺活量与余气量之和，男性约,5000,ml,，,女性约,3500,ml,机能余气量余气量补呼气量,(二)肺通气量：,指单位时间内吸入或呼出的气体量,1.每分通气量,潮气量呼吸频率(次/分),2.最大通气量,=最大限度潮气量最快呼吸频率(次/分),3.肺泡通气量：,指每分钟吸入肺泡与血液进行气体交换的新鲜,气体总量。,约,6,9 L/min,约,70120,L/min,肺通气的目的在于肺换气，而肺换气是在肺泡与血液之间进行的。因此，位于肺泡与外界之间的气体是不能与血液进行气体交换的。从气体交换的角度来看，存在于呼吸道内的气体是无效的,解剖无效腔,：无气体交换能力的腔（从鼻或口腔终末细支气管，约,150,ml,）。,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,肺泡通气量,(潮气量-生理无效腔量)呼吸频率,约,4.26.3,L/min,解剖无效腔,150,2500,吸气,呼气末,150,2500,150,350,500,呼气,吸气末,呼气末,150,2500,150,350,每次呼吸使肺泡内气体更新换气,1,/,7,不同呼吸频率、潮气量对肺通气量及肺泡通气量的影响,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,结论,：从通气的效率来考虑，,在一定的呼吸频率范围内，,深慢呼吸效率高于浅快呼吸效率,五、人工呼吸,用人工的方法，使胸廓有节律的扩大和缩小，以维持肺通气，称人工呼吸。,第三节肺换气和组织换气,一、气体交换的原理,原理：扩散,动力：膜两侧的气体分压差,方向：分压高分压低,条件：气体的理化特性、膜通透性和面积、分压差,速率：=扩散速率（,D,）,扩散距离,分子量,分压差温度气体溶解度扩散面积,=,气体的溶解度/分子量的平方根之比为,扩散系数,。扩散系数大，扩散速率快,二、肺换气与组织换气,肺换气：,肺泡和血液之间,O,2,和,CO,2,的交换,组织换气,：血液和组织细胞之间,O,2,和,CO,2,的交换。,换气结果,：,肺血 组织血,血 血,三、影响气体交换的因素,分压差温度气体溶解度扩散面积,扩散距离分子量,=,气体扩散速率,扩散系数,=,气体溶解度,/,分子量,O,2,、CO,2,扩散速率（,D）,的比较,分子量 血浆溶解度 肺泡气,A,血,V,血,D,O,2,32 21.4 13.6 13.3 5.3 1,CO,2,44 515.0 5.3 5.3 6.1 2,(,ml/L)（KPa）（KPa）,（KPa）,气体的温度：保持在37，变化不大,CO,2,的扩散系数是,O,2,的20倍,CO,2,的分压差是,O,2,的0.1倍,CO,2,的扩散速率实际约为,O,2,的2倍,厚度,：肺纤维化、尘肺、肺水肿呼吸膜厚度通透性气体交换,面积,：肺气肿、肺不张、肺叶切除呼吸膜面积气体交换。,2,、肺的特性,呼吸膜,正常呼吸膜非常薄，通透性与面积极大(,70-80,m,2,),血液流经肺毛细血管全长约需,0.7,s,，,而完成气体交换的时间仅需,0.3,s(,前,1/3,段,),(,气体交换的时间储备,)；,安静状态时仅有40,m,2,参与气体交换(,气体交换的面积储备,),3,、,通气/血流比值,每分肺通气量（,V,）/,每分肺血流量（,Q,）,V/Q,肺通气增大功能性,A-V,短路换气效率(如支哮、肺气肿、支气管栓塞),V/Q,肺通气或肺血流增大肺泡无效腔换气效率(如心衰、肺动脉栓塞),(5,L/min)0.84,(4.2,L/min,),一、运输形式:,（一）物理溶解:气体直接溶解于血浆中。,特征:量小,起桥梁作用；,溶解量与分压呈正比：,（二）化学结合:气体与某些物质进行化学结合。,特征:量大,主要运输形式。,物理溶解 化学结合,动态平衡,第四节气体在血液中的运输,血液,O,2,和,CO,2,的含量,（,ml/100ml,血液）,动脉血 静脉血,物理 化学 合 物理 化学 合,溶解 结合 计 溶解 结合 计,O,2,0.31 20.0 20.31 0.11 15.2 15.31,CO,2,2.53 46.4 48.93 2.91 50.0 52.91,肺泡 血 液 组织,CO,2,溶解的,CO,2,结合的,CO,2,溶解的,CO,2,CO,2,O,2,溶解的,O,2,结合的,O,2,溶解的,O,2,O,2,二、氧的运输,(一)物理溶解,：(1.5%),(二)化学结合:,(98.5%),O,2,与,Hb,的可逆性结合,:,当表浅毛细血管床血液中,去氧,Hb,达5,g/100ml,以上，呈蓝紫色称,紫绀,。,鲜红色,PO,2,(,氧合),PO,2,(,氧离),HbO,2,暗红色,Hb+O,2,1分子,Hb,可与4分子,O,2,可逆结合,（4个亚基各结合1个,O,2,）,100,ml,血液,Hb,结合,O,2,的最大量血红蛋白,氧容量,100,ml,血液,Hb,实际结合,O,2,的量血红蛋白,氧含量,氧含量,/,氧容量的百分比,氧饱和度,2.,O,2,与,Hb,结合的,特征,:,反应快,、,可逆,、,受,PO,2,的影响,、,不需酶的催化；,是氧合，非氧化：,Hb-Fe,2+,+O,2,Fe,2+,-HbO,2,（,因,O,2,结合在,Hb,的,Fe,2+,上时，无电荷的转移）,Hb+O,2,的结合或解离曲线呈,S,形,与,Hb,的变构有关：氧合,Hb,为疏松型（,R,型）；去氧,Hb,为紧密型（,T,型）,(三)氧离曲线特征及生理意义,表示氧分压与氧饱和度之间的关系的曲线称为氧解离曲线或氧离曲线,1.上段:,PO,2,8.013.3kPa(60100mmHg）,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。,2.中段:,PO,2,8.05.3kPa(4060mmHg),坡度较陡。,表明：,PO,2,降低能促进大量氧离，血氧饱和度显著下降。,意义:,维持安静状态时组织的氧供。,3.下段:,PO,2,5.32.0kPa(1540mmHg),坡度更陡。,表明：,PO,2,稍有下降，血氧饱和度就急剧下降。,意义:,维持活动时组织的氧供。,(四)影响氧离曲线的因素,pH,和,PCO2,温度,2，3-,DPG,(2,3-,二磷酸甘油酸),CO,波尔效应,:,酸度对,Hb,氧亲和力的影响,曲线右移，表示,Hb,对,O,2,亲和力降低,Hb,自身性质的影响,三、,CO,2,的运输,(一)物理溶解：5,(二)化学结合：95,HCO,3,-,的形式,：,75,(1),反应过程,：,CO,2,H,2,O,碳酸酐酶,H,2,CO,3,HCO,3,-,H,+,(2),反应特征,:,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。,氨基甲酸血红蛋白的形式,：,20,(1),反应过程,：,HbNH,2,O,2,+H,+,+CO,2,在组织,在肺脏,HHbNHCOOHO,2,(2),反应特征,:,反应迅速且可逆，无需酶催化；,CO,2,与,Hb,的结合较为松散；,反应方向主要受氧合作用的调节:,何尔登效应：氧合作用增加有利于二氧化碳释放的效应,虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式，,因肺部排出的,CO,2,有20是此释放的。,带满,O,2,的,Hb,仍可带,CO,2,。,(三),CO,2,解离曲线,CO,2,解离曲线,是表示血液中,CO,2,含量与,CO,2,分压,间关系的曲线。,(四),影响,CO,2,运输的因素,1.,O,2,与,Hb,结合的氧合作用对,CO,2,运输的影响,HbNH,2,O,2,+H,+,+CO,2,CO,2,通过波尔效应影响,O,2,的结合和释放，,O,2,通过何尔登效应影响,CO,2,的结合和释放。,2.,PCO,2,差对,CO,2,运输的影响,因,HCO,3,-,运输形式的反应方向取决于,PCO,2,差。,在肺脏,在组织,HHbNHCOOHO,2,第五节呼吸运动的调节,一、呼吸中枢,呼吸中枢是指中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群。正常呼吸运动是在各呼吸中枢的相互配合下进行的。,脊髓是联系脑和呼吸肌的中继站和整合某些呼吸反射的初级中枢。,脑桥上部有呼吸调整中枢，脑桥中下部有长吸中枢，延髓有呼吸节律中枢。,高位脑如大脑皮层、边缘系统、下丘脑等也参与对呼吸的调节,。,化学感受性呼吸反射,潮气量,呼吸频率,呼,吸,中,枢,效应器,（呼吸肌）,动脉血,PCO2,PO2,H,+,化学感受器,二、呼吸的调节,(,一,),化学感受性反射对呼吸运动的调节,主动脉体,Aortic bodies,颈动脉体,Carotid bodies,外周化学感受器,Peripheral Chemoreceptor,化学感受器,Chemoreceptor,延髓腹外侧浅表部位,呼吸中枢,主,A,神,经,窦,神,经,中枢化学感受器,central Chemoreceptor,（1）外周化学感受器,颈动脉体和主动脉体,直接感受动脉血液中,PO,2,、PCO,2,和,H,+,变化,传入冲动经窦神经、主动脉神经传入延髓，引起呼吸加深加快和血液循环的变化。,（2）中枢化学受器,位于延髓腹外侧浅表部中枢化学敏感区,直接感受脑脊液和局部细胞外液的,H,+,的改变,间接感受动脉血中,PCO,2,的改变,不感受缺,O,2,的刺激,传入冲动兴奋延髓呼吸中枢,时间过长,过度通气,PCO,2,过低,对呼吸,兴奋作用解除,呼吸暂停,对呼吸的调节,CO,2,一定范围内的,PCO,2,对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋是必要的,对呼吸的调节,CO,2,呼吸调节中,最重要,的体液因素,肺泡气,P,CO,2,CO,2,肺,泡,毛细,血管,毛细血管,（动脉血）,P,CO,2,CO,2,主要通过中枢化学感受器调节呼吸运动,适量,加强呼吸,动脉血,PCO,2,升高，引起呼吸加强，肺通气量增加；,动脉血,PCO,2,降低，引起呼吸减弱，肺通气量减少。,1%,CO,2,4%,CO,2,7%,CO,2,呼,吸,明,显,增,强,P,CO,2,对呼吸的调节,CO,2,呼吸中枢,P,CO,2,CO,2,7%,P,CO,2,过,高,直,接,抑,制,呼,吸,中,枢,CO,2,麻醉,CO,2,对呼吸的影响的,作用途径,：,CO,2,透过血脑屏障进入脑脊液与,H,2,O,形成,H,2,CO,3,解离出,H,+,刺激中枢化学感受器兴奋呼吸中枢反射性呼吸加深加快肺通气量增加,（主要途径）,CO,2,直接刺激外周化学感受器冲动传入延髓兴奋呼吸中枢反射性使呼吸加深加快肺通气量增加,特点：,CO,2,兴奋呼吸的作用,以中枢途径为主；但因脑脊液中碳酸酐酶含量很少，故潜伏期较长；,CO,2,兴奋呼吸的中枢途径是通过,H,+,的间接作用(血液中的,H,+,不易透过血-脑屏障)；,CO,2,兴奋呼吸的外周途径虽然为次，但当动脉血,PCO,2,突然增高或中枢化学感受器对,CO,2,的敏感性降低,(CO,2,麻醉,),时，起着重要作用。,低氧,中枢化学感受器,发生适应,呼吸中枢,低氧,外周,化学感受器,主要通过外周化学感受器调节呼吸运动,O,2,缺氧时外周化学感受器传入冲动对呼吸中枢的兴奋作用，能对抗一定范围内缺氧对中枢的直接抑制作用，促使呼吸中枢兴奋，呼吸运动加强。,高浓度氧,外周,化学感受器,呼吸中枢,O,2,CO2,潴留,中枢化学感受器,发生适应,呼吸中枢,特点:,缺氧对呼吸的刺激作用远不及,PCO,2,和,H,+,作用明显，仅在动脉血,PO,2,80mmHg,以下时起作用；,当长期高,CO,2,和低,O,2,状态（严重肺水肿、肺心病），中枢化学感受器对高,CO,2,发生适应，此时低,O,2,对外周化学感受器的刺激成为驱动呼吸的主要刺激。若给予高,O,2,吸入会导致呼吸停止。,H,+,浓度,中枢,化学感受器,外周,化学感受器,对呼吸的调节,主要通过外周化学感受器调节呼吸运动,特点:,主要通过刺激外周化学感受器而引起的,H,+,对呼吸的调节作用,PCO,2,；,H,+,呼吸,CO,2,排出过多,PCO,2,限制了对呼吸的加强作用呼吸抑制甚至停止,。,H,+,浓度,中枢化学,感受器,外周化学,感受器,P,O,2,外周化学,感受器,小结：,P,CO,2,中枢化学,感受器,外周化学,感受器,P,O,2,H,+,浓度,P,CO,2,中枢化学,感受器,外周化学,感受器,CO,2,、H,+,和低,O,2,在呼吸调节中的相互作用,由图中可见，当只改变一个因素时（其他因素不变），三者引起的肺通气反应的程度基本接近。,然而，往往是一种因素的改变会引起其他一、两种因素相继改变或几种因素的同时改变。,在以上三个因素中，缺氧对呼吸的影响最小，而二氧化碳分压和浓度的少许提高，尤其是二氧化碳分压的作用更为突出。可见，在正常呼吸调节中，二氧化碳发挥主要的调节功能。但如果一个因素变化，由于因素间存在着相互影响和相互作用，则其它两个因素也会发生相应的变化，因而所得结果会发生明显的改变,作业：,1.何谓呼吸？包括几个环节？有何生理意义？,2.简述,CO,2,对呼吸的调节。,