生理学-第五章.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,*,【目的与要求】,熟悉呼吸的概念及呼吸的基本过程。,了解呼吸器官的结构特点及功能意义。,掌握肺内压的变化，胸膜腔负压的形成及意义，肺表面活性物质的来源及意义，用力呼气量及肺泡通气量的概念及意义。,掌握肺换气的原理和影响因素，肺通气/血流比值的概念和意义。,熟悉气体运输的形式，掌握氧与Hb结合的特征、氧解离曲线的概念及影响因素。,熟悉呼吸中枢的概念和部位，掌握化学感受器的种类和化学性因素调节的途径。,熟悉肺牵张反射的概念及意义。,概 述,呼吸：机体与外界环境之间的气体交换过程。,呼吸全过程：,The gas exchange between the body and the external environment is named,respiration.,呼吸三个相互衔接并同时进行的过程,1.,外呼吸,：包括,肺通气,和,肺换气,2.,气体在血液中的运输,3.,内呼吸,：,组织,细胞与,组织毛细血管之间 的,气体交换,以及组织,细胞,内的生物氧化过程,肺泡上皮细胞,型细胞,型细胞,二、肺泡,1、肺泡上皮Alveolar epithelium,I型细胞：,扁平形,占肺泡面积95%,气体交换,II型细胞：,球形或立方形，占肺泡面积5%,合成和分泌表面活性物质,2.呼吸膜 Respiratory membrane,定义：肺泡与肺毛细血管间进行气体交换所通过的组织结构。（即气-血屏障）,电镜下，呼吸膜由六层结构组成：,1、含肺泡表面活性物质的液体层,2、肺泡上皮细胞层,3、上皮细胞基膜层,4、间质层,5、内皮细胞基膜层,6、毛细血管内皮细胞层,3、,肺泡表面活性物质：,三、胸廓,第一节 肺 通 气,（pulmonary ventilation）,肺通气,是指肺与外界环境之间的气体交换,肺通气的直接动力：,肺内压与大气压之间的压力差,肺通气的原动力：呼吸运动,(respiratory movement),呼吸运动（原动力）,胸内压变化（间接动力）,肺内压与大气压差变化（直接动力）,肺通气,一、肺通气的动力,吸气肌 收缩,（呼气肌）舒张,胸廓 扩大和 缩小,肺内压,降低大气压 呼气,肺扩大和缩小,浆液内聚力,胸内负压,呼吸运动,原动力,肺内压与大气压的压力差,直接动力,呼吸肌,呼气肌,呼吸运动：呼吸肌的收缩和舒张引起的胸,廓节律性扩张与缩小。,吸气肌,腹壁肌,肋间内肌,肋间外肌,膈肌,（一）呼吸运动,(respiration movement),平静呼吸(eupnea)：安静状态下平稳而均匀的自然呼吸。,吸气：主动过程,呼气：被动过程,用力呼吸(forced breathing)：加深加快的呼吸。,呼气：主动过程,吸气：主动过程,平静呼吸过程,：,肺内压大气压，,气体经呼吸道出肺,胸廓容积缩小,肺被动缩小,膈肌和肋间外肌舒张，,肋骨和膈肌弹性回位，缩小胸廓,上下,、,前后,、,左右径,肺内压大气压，,气体经呼吸道入肺,胸廓容积扩大，,肺在胸膜腔负压作用下被动扩张,(因肺无主动扩缩的组织结构),膈肌收缩使膈顶下移，,增大胸廓的上下径,肋间外肌收缩使肋骨上提,扩大胸廓前后、左右径,吸 气,呼 气,用力呼吸,：,用力吸气时，辅助吸气肌也参加，胸廓容积进一步扩大。,用力呼气时，除吸气肌舒张外，呼气肌也参加（肋间内肌+腹壁肌收缩），胸廓容积进一步缩小。,人工呼吸:,基本原理:使肺内与外界大气压间产生压力差,方法:负压吸气式(压胸法),正压吸气式(口对口呼吸法，呼吸机),根据参与呼吸运动的肌群不同分为：,腹式呼吸(abdominal breathing):以膈肌舒缩活,动为主的呼吸运动。,胸式呼吸(thoracic breathing):以肋间外肌舒缩,活动为主的呼吸运动。,混合式呼吸,呼吸暂停、声带开放、呼吸道通畅时：,肺内压,大气压,呼吸运动过程中肺内压的周期性交替升降 肺内压和大气压之间的压力差 推动气体进出肺的直接动力,1.肺内压(intrapulmonary pressure),是指肺内气道和肺泡内气体的压力。,（二）呼吸时肺内压和胸膜腔内压的变化,吸气初：肺内压,大气压 呼气开始,呼气末：肺内压,=,大气压 呼气停止,呼气末,吸气末,（1）,胸膜腔,：位于两层胸膜之间的潜在、密闭的腔隙，,其内仅少量浆液,2.胸膜腔内压,(intrapleural pressure),（2）,胸膜腔,内压：胸膜腔内的压力。,测量：直接法,间接法,2.胸膜腔内压,(intrapleural pressure),肺回缩,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,肺回缩 胸内负压,胸膜腔负压的前提条件,:,胸膜腔负压的形成因素:,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,迫使脏层胸膜回位,迫使脏层胸膜外移使肺扩张,(肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力),肺 回 缩 力,(大 气 压),肺 内 压,胸膜腔内压=肺内压 肺回缩力,在吸气末或呼气末,胸膜腔内压=大气压 肺回缩力,以大气压为0，胸膜腔内压=肺回缩力,（负压是指其低于大气压）,呼气末：-3,-5mmHg；,吸气末：-5 -10 mmHg,为什么平静呼气末胸膜腔内压仍然为负,胸膜腔负压及其生理意义：,维持肺泡的扩张状态，有利于肺的扩张,有利于静脉血及淋巴液的回流,气胸,呼吸运动产生的动力,在克服肺通气所遇到的阻力后,方能实现肺通气。阻力增高是临床肺通气障碍的常见原因。,弹性阻力,非弹性阻力,肺通气阻力,胸廓弹性阻力：与胸廓所处的位置有关,肺弹性阻力,气道阻力：与气体流动形式+气道半径有关,粘滞阻力,惯性阻力,肺弹性回缩力:1/3,肺泡表面张力：2/3,常态下可忽略不计,二、肺通气的阻力,70%,30%,（一）弹性阻力与顺应性,弹性阻力,(,R,),：,物体对抗外力作用所引起变形的力。包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力。,顺应性,(,C,),：,在外力作用下弹性组织的可扩张性。,顺应性（,C,）,=,容积变化/压力变化,(L/cmH,2,O,),顺应性（C）=1/R,1.肺的弹性阻力与顺应性(compliance),肺在被牵张时的弹性回缩力是吸气的阻力,C,L,=,L/cmH,2,O,跨肺压的变化（P）,肺容量的变化（V）,肺的弹性阻力,肺组织的,弹性回缩力,肺泡内液-气界面的表面张力,（1）肺泡表面张力和,肺表面活性物质,肺泡表面张力(surface tension):,肺泡的内表面覆盖一薄层液体，与肺泡内气体形成液-气界面，,使液体表面尽量缩小的力。,Source of lungs elastic resistance,a.The,elastic recoil power,of lungs,elastic recoil power,surface tension,bead,liquid layer,Alveolar surface tension,b.The recoil power caused by,surface tension,between the liquid layer of inner alveoli and gas in alveoli.,根据Laplace定律:,P(N/cm),肺泡内压力(P):,与表面张力(T)成正比,与肺泡半径(r)成反比。,作用：,a.肺泡回缩肺通气（吸气）阻力,b.肺泡内压不稳定肺泡破裂或萎缩,c.促肺泡内液生成产生肺水肿,2T(N/cm),r(cm),肺泡表面张力,.表面活性物质:,(pulmonary surfactant),来源：,肺泡,型细胞分泌，单分子层分布于肺泡液,-,气界面上，其密度随肺泡的张缩而改变。,成分,:,二棕榈酰卵磷脂,(DPL,或,DPPC),。,作用:,（1）Lower alveolar surface tension and reduce inspiration resistance.降低肺泡表面张力降低吸气阻力；,（2）Accommodate surface tension and stable alveolar pressure.维持肺泡内压的稳定性防肺泡破裂或萎缩；,（3）The effect of suction is reduced.Reduce the producing of alveolar liquid and prevent pulmonary edema.减少肺泡内液的生成防肺水肿的发生;,临床：,成人肺炎肺血栓等表面活性物质肺不张。,早产儿呼吸窘迫综合征。,肺表面活性物质减少,肺不张,肺弹性阻力增加，顺应性降低 吸气困难,肺弹性阻力减小，顺应性增大 呼气困难,正常及几种异常情况下顺应性曲线,跨肺压(cmH,2,O),（肺内压-胸内压）,正常,肺气肿（emphysema）,肺纤维化(fibrosis),肺不张(atelectasis),肺容积,(升),肺容量=肺总容量的67%无回弹力,肺容量肺总容量的67%向内的回弹力,肺容量肺总容量的67%向外的回弹力,胸腔容积变化(V),C,chw,=L/cmH,2,O,跨胸壁压力变化(P),2.,胸廓弹性阻力和顺应性,(compliance),肺容量占,肺总容量百分比,胸廓弹性回位力,胸廓容积,67（自然位置）,（平静吸气末）,无,自然容积,67（自然位置）,（深吸气状态）,向内,（吸气阻力）,大于自然容积,67（0.84,(dead space),肺泡无效腔,o,2,与Hb亲和力 250 倍；,co,与Hb的结合位点与,o,2,相同；,co,与Hb的某亚基结合后，将增加其余三个亚基对,o,2,的亲和力,。,Hb的Fe,2+,Fe,3+,:,Hb失去结合,o,2,的能力,（如亚硝酸盐）,异常Hb,：Hb的运,o,2,能力,（如地中海贫血）,胎儿Hb,：胎儿Hb的4条肽链为,2,2,(,成人为,2,2,)构成，其Hb与o,2,亲和力成人，这与胎儿所处的低氧环境是相适应的。,5,.,Hb本身的性质,4,.,Pco,二、CO,2,的运输,（一）,物理溶解,CO,2,的,溶解的量约占CO,2,的总运输量的5%,（二）,化学结合,碳酸氢盐,氨基甲酸Hb,的 运 输,CO,2,（88%）,（7%）,1.碳酸氢盐,红细胞：,CO,2,+H,2,O H,2,CO,3,HCO,3,+,H,+,快速、可逆、碳酸酐酶能加速反应5000倍,氯转移,：,HCO,-,3,Cl,-,载体将,Cl,-,从血浆移入红细胞,2.,氨基甲酸,Hb,Hb,（,NH,2,）,O,2,+H,+,+CO,2,HHbNHCOOH,+O,2,在组织,在肺部,碳酸酐酶,氧合作用是主要的调节因素,CO,2,化学结合,反应速度极快且可逆，反应方向取决PCO,2,差。,RBC膜上有Cl,-,-HCO,3,-,特异转运载体,Cl,-,转移维持电荷平衡,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,具有双向作用。,在RBC内反应,在血浆内运输。,碳酸氢盐形式(88%)运输的特点：,HbNH,2,O,2,H,+,CO,2,HbNHCOOHO,2,反应迅速且可逆，,无需酶的催化。,主要调节因素是Hb氧合作用。,HbO,2,的酸性高，难与CO,2,结合，反应向左进行,Hb的酸性低，易与CO,2,结合，反应向右进行,虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式。,氨基甲酸血红蛋白（7%）形式运输的特点：,（三）CO的解离曲线,非S型、呈线性关系、无饱和点,Haldane,氏效应：,O,2,与,Hb,结合促进,CO,2,释放的效应。,去氧,Hb,较易与,CO,2,结合形成,HbNHCOOH,，,去氧,Hb,的酸性弱于,HbO,2,，,也易与,H,+,结合，促进反应向左侧进行。,（四）Hb氧合作用对CO,2,运输的影响,小 结,组织中：何尔登效应促使血液摄取结合CO,2,肺中：Hb与O,2,结合，促使CO,2,释放,CO,2,通过波尔效应影响O,2,的结合、释放,O,2,通过何尔登效应影响CO,2,的结合、释放,一、呼吸中枢与呼吸节律的形成,（一）,呼吸中枢,中枢神经系统内，产生和调节呼吸运动的神经细胞群，称为呼吸中枢,(Respiratory center),。分布在脊髓、延髓、脑桥、间脑、大脑皮质等部位。,脊髓：脊髓-中继站和初级中枢(整合某些呼吸反射的初级中枢).,膈肌颈35；肋间肌和腹肌胸段,第四节 呼吸运动的调节,PC:,呼吸调整中枢;PBKF:臂旁内侧核和k,lliker-Fuse 核；DRG：背侧呼吸组；VRG：腹侧呼吸组；NTS：孤束核；NRA：后疑核,中 脑,脑 桥,延 髓,脊 髓,脑桥上部有抑制吸气的结构,脑桥中下部有兴奋吸气的长吸中枢,延髓可以独立产生呼吸节律,脊髓是联系脑和呼吸肌的中继站,低位脑干,A平面,：,在中脑和脑桥之间横切，呼吸无明显变化,D平面,：,在延髓和脊髓之间横切，呼吸运动停止,B平面,：,在脑桥上、中部之间横切，呼吸将变慢变,深，如切断双侧迷走神经，则出现长吸式呼吸,C平面,：,脑桥和延髓之间横切，长吸式呼吸消失，出现喘息样呼吸,低位脑干,起源：,大脑皮层、边缘系统和下丘脑,作用：控制低位脑干呼吸神经元的作用,上位脑呼吸的随意调节系统,(二)呼吸节律形成,Formation of respiratory rhythm,起步细胞学说：延髓内起步细胞，有呼吸节律发生器的作用。,神经元网络学说：即中枢吸气性活动及其切断机制假说,。,延髓的呼吸节律主要是吸气性活动的节律。,(一)肺牵张反射,Pulmonary stretch reflex,定义：,由于肺扩大和缩小引起吸气被抑制或兴奋的反射(黑-伯反射)。,二、呼吸运动的反射性调节,Reflex control of respiration,肺扩张反射,inflation reflex:,定义：,肺扩张或充气时抑制吸气的反射。,过程：,吸气,肺扩张牵张感受器迷走N延髓兴奋吸气切断机制吸气停止转入呼气,生理作用：,阻止吸气过长过深，促使吸气及时转为呼气。,St,肺缩小反射,deflation reflex:,定义：,肺缩小萎陷时引起吸气的反射。,过程：,深呼气,肺缩小,牵张感受器,迷走N延髓,抑制吸气切断机制,解除吸气抑制引起吸气。,生理作用：,缩短呼气，减少呼吸深度，以防肺过度萎缩。,St,(二)呼吸肌本体感受性反射,肌梭是呼吸肌的本体感受器。,吸气阻力肌梭兴奋传入冲动频率吸气肌兴奋反射性增强吸气肌收缩力，以克服阻力保证肺通气量。,1.化学感受性反射,潮气量,呼吸频率,呼,吸,中,枢,效应器,（呼吸肌）,动脉血,PCO,2,PO,2,H,+,化学感受器,（三）化学感受性反射 Chemical Control of Respiration,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),中枢化学感受器,(central Chemoreceptor),迷,走,神,经,窦,神,经,呼吸中枢,（1）外周化学感受器-,颈A体主A体,适宜刺激:,血液PCO,2,，PO,2,，H,+,作用：使呼吸加深加快。,而不是动脉血,O,2,的含量的影响,舌咽N,迷走N,（2）中枢化学感受器-,延髓腹外侧浅表部位,适宜刺激：脑脊液及局部细胞外液H,+,特点：,不感受缺氧的刺激。,对CO,2,的敏感性比外周化学感受器的高，反应潜伏期较长。,两者的差异：,中枢化学感受器,的主要作用是调节脑脊液的H+浓度，从而使中枢神经系统有一个稳定的pH环境。,外周化学感受器,的主要作用主要是调节血液中的O,2,分压。,CO,2,的,两,条,作,用,途,径,中枢化学感受器,动脉血中PCO,2,升高,H,+,外周化学感受器,2、CO,2,对呼吸的影响,H,2,O,碳酸酐酶,H,2,CO,3,中枢,化学,感受器,H,+,HCO,3,动脉血中PCO,2,升高,CO,2,血脑屏障,一定量的CO,2,是,维持,呼吸中枢兴奋性,的重要生理性刺激。,1%CO,2,4%CO,2,7%CO,2,CO,2,过度积聚，压抑中枢神经系统，出现呼吸困难、头昏，甚至昏迷，称为CO,2,麻醉。,正常呼吸,超过一定的限度，有抑制和麻醉效应。,外周途径（20%）,PCO,2,颈A体、主A体延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深、加快,中枢途径（主要途径，80%）：,St,2、,CO,2,对呼吸的影响:,CO,2,物理溶解,血脑屏障,入脑脊液,CO,2,+H,2,O,H,2,CO,3,HCO,3,-,+,H,+,延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深加快,碳酸酐酶,对中枢的直接作用是抑制.,反射性加强呼吸运动,完全通过外周途径：,PO,2,颈A体、主A体延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深、加快,St,3、低O,2,对呼吸的影响:,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,2,60mmHg,以下时起作用。,低氧特点:,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,。,为什么低氧时不能吸入纯氧？,H,+,浓度,中枢化学,感受器,外周化学,感受器,脑脊液,中的H,+,对呼吸运动的调节,4,、,H,+,机制：,主要通过外周途经：,H,+,颈A体、主A体延髓兴奋呼吸中枢呼吸加深、加快,St,4、H,+,对呼吸的影响:,CO,2,作用最强，,且比单独CO,2,作用强,PCO,2,H,+,两者作用比单独,PCO,2,作用大,CO,2,(五),PCO,2,、H,+,及,PO,2,的相互关系,H,+,作用次之，,比单独H,+,作用弱,H,+,肺通气,CO,2,排出,P,CO2,、H,+,H,+,O,2,作用最弱，,比单独O,2,作用弱,PO,2,O,2,肺通气,CO,2,、H,+,减弱低氧刺激作用,何谓肺的牵张反射?有何作用及意义?,切断动物两侧的颈迷走神经，对呼吸有何影响?为什么?刺激颈迷走神经中枢端对呼吸有何影响?为什么?,试述动脉血中二氧化碳分压升高、氧分压降低、H+升高对呼吸有何影响？为什么？,复习思考题,特点：,呼吸渐增强增快又渐减弱减慢，与呼吸暂停交替出现，每个周期约45s3min。,四、周期性呼吸,(一)陈-施呼吸,(Cheyne-Stokes breathing),机制：刺激因素,肺通气,呼出CO,2,肺泡、血P,CO2,中枢CO,2,兴奋刺激,呼吸抑制,原因：,肺-脑循环时间延长（如心衰)。,呼吸中枢反馈增益,临床：,在缺氧、睡眠、脑干损伤等情况下可出现。,特点：,一次或多次强呼吸后，继以较长时间的呼吸暂停，之后又再次出现这样的呼吸。,(二)比奥呼吸,(Biot breathing),临床：,出现于脑损伤、脑脊液压力升高、脑膜炎等疾病。常是死亡前出现的危急症状。,原因：,尚不清楚，可能是疾病已侵及延髓，损害了呼吸中枢。,复习思考题,1.何谓呼吸？呼吸全过程由哪几个环节组成？,2.胸膜腔负压是如何形成的？有什么生理意义？,3.简述肺表面活性物质的来源、主要成分、生理作用及意义？,4.在动物实验中，增大无效腔对呼吸有何影响？为什么？,5.为什么深而慢的呼吸比浅而快呼吸效率高？,6.试分析氧解离曲线的特点和生理意义。,7.试述动脉血中二氧化碳分压升高、氧分压降低、H,+,升高对呼吸有何影响？为什么？,