人体生理学第五章呼吸.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,人体生理学 第五章 呼吸,*,人体生理学,第五章 呼吸,张兆强,呼吸过程的三个环节,呼吸,外呼吸,气体在血中的运输,内呼吸,肺通气,肺换气,组织换气,细胞内氧化代谢,第一节 肺通气,肺通气：肺与外界环境之间的气体交换过程。,一、肺通气的原理,（,一,）,肺通气的动力,直接动力：大气与肺泡气之间的压力差。,原动力：呼吸肌的舒缩引起的呼吸运动。,人体生理学 第五章 呼吸,1,呼吸运动,（,1,）,呼吸,运动的,过程,：,（,2,）,呼吸运动的形式：,腹式呼吸与胸式呼吸。,平静呼吸与用力呼吸。,2,呼吸时,肺内压,的变化,人工呼吸的原理：用人为的方法建立肺内压与大气压之间的压力差。,人体生理学 第五章 呼吸,3,胸膜腔内压,胸膜腔内压比大气压低，称为胸内负压。,胸内负压是由肺的,回缩,力形成的。,正常值,：平静吸气末：,-,5,-,10,mmHg,平静呼气末：,-,3,-,5,mmHg,胸内负压的生理意义：,维持肺泡处于,扩张,状态，保证肺通气和肺换气；,促进静脉血和淋巴液的回流。,人体生理学 第五章 呼吸,（二）肺通气的阻力,弹性阻力,非弹性阻力,肺通气的阻力,胸廓弹性阻力：,肺弹性阻力,气道阻力：,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,气流形式和速度、气道半径,与胸廓所处的位置有关,人体生理学 第五章 呼吸,1,弹性阻力和顺应性,顺应性,(,C,),：单位跨壁压变化,(,P,),所引起的容积变化,(,V,),：,C,V,/,P,(,L,/,cmH,2,O,),顺应性,(,C,),与弹性阻力,(,R,),呈反变关系。,（,1,）,肺的弹性阻力和顺应性,肺的弹性阻力,肺的回缩力。,肺的回缩力总是吸气的阻力，呼气的动力。,肺的弹性阻力来自：,肺的弹性回缩力,(,1,/,3,);,肺泡表面张力,(,2,/,3,),。,人体生理学 第五章 呼吸,肺泡表面张力与肺泡表面活性物质,肺泡存在液,-,汽界面，产生表面张力，形成肺泡,回缩,压力,(,P,),，,P,2T,r,P,与肺泡半径,r,成,反比,。,小肺泡：,r,小，,P,大,塌陷,；,大肺泡：,r,大，,P,小,膨胀,破裂。,人体生理学 第五章 呼吸,肺泡表面张力与肺泡表面活性物质,肺泡表面活性物质由肺泡,型细胞产生，主要成分为二棕榈酰卵磷脂,(,DPPC,),和表面活性物质结合蛋白,(,SP,),，,DPPC,呈,单分子,层排列在肺泡的液,-,汽界面上，其密度随肺泡的涨缩而改变。,肺泡表面活性物质的主要作用是降低肺泡表面张力,从而减少肺泡的回缩力。此作用与,DPPC,分子的排列密度成正比。,人体生理学 第五章 呼吸,肺泡表面张力与肺泡表面活性物质,肺泡表面活性物质降低肺泡表面张力的意义,:,有助于,维持,肺泡的稳定性；,降低吸气的阻力，有利于肺泡的扩张；,减少,肺组织液生成，防止肺水肿。,人体生理学 第五章 呼吸,（,2,）胸廓的弹性阻力和顺应性,胸廓弹性阻力的,作用,：,胸廓在自然位置时，无弹性阻力；,胸廓扩张时，其弹性阻力向内，,是吸气的阻力，呼气的动力；,胸廓缩小时，其弹性阻力向外，,是吸气的动力，呼气的阻力。,人体生理学 第五章 呼吸,2,非弹性阻力,气道阻力：气体分子之间和气体分子与气道壁之间的摩擦。,（,1,）,影响气道阻力的因素：,气流速度：流速快，则阻力大。,气流形式：层流阻力小，湍流阻力大。,气道管径：管径大，则阻力小。,气道阻力与气道半径的,4,次方成反比。,人体生理学 第五章 呼吸,（,2,）影响气道管径的因素,跨壁压：跨壁压大则气道扩张,气道管径增大,气道阻力降低。,肺实质对气道壁的,牵引,气道扩张,管径增大,气道阻力降低。,自主神经系统的调节：,交感,神经,NE,气道平滑肌的,2,受体,气道平滑肌舒张,气道管径增大,气道阻力降低；,迷走神经,ACh,气道平滑肌的,M,受体,气道平滑肌收缩,气道管径缩小,气道阻力增大。,人体生理学 第五章 呼吸,（,2,）影响气道管径的因素,以上三项随呼吸周期而变：,吸气时,跨壁压增大,肺扩张,对气道壁的牵引力,交感神经兴奋,气道,SM,舒张,气道阻力,呼气时,跨壁压降低,肺缩小,对气道壁的牵引力,迷走神经兴奋,气道,SM,收缩,气道阻力,人体生理学 第五章 呼吸,（,2,）影响气道管径的因素,化学因素的影响：,儿茶酚胺,气道平滑肌舒张。,PGE,2,气道平滑肌舒张。,PGF,2,气道平滑肌收缩。,组胺、白三烯,气道平滑肌收缩。,吸入气,CO,2,增加,气道平滑肌收缩。,内皮素,气道平滑肌收缩。,人体生理学 第五章 呼吸,二、肺通气功能的评价,（,一,）,肺容积,和肺容量：,1,肺,容积,（,1,）,潮气量,（,TV,）,（,2,）,补吸气量,（,IRV,）,或吸气储备量,（,3,）,补呼气量,（,ERV,）,或呼气储备量,（,4,）,余气量,（,RV,）,或残气量,人体生理学 第五章 呼吸,2,肺容量,（,1,）,深吸气量,（,IC,）,（,2,）,功能,余,气量,（,FRC,）,（,3,）,肺活量、用力肺活量、用力呼气量,肺活量,(,VC,),：尽力吸气后，从肺内所能呼气的最大气体量。,用力肺活量,(,FVC,),：做最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气体量。,人体生理学 第五章 呼吸,2,肺容量,第一秒钟内的,用力肺活量称为,1,秒,用力呼气量,(,FEV,1,),，通常以,FEV,1,所占,用力肺活量,(,FVC,),的百分数表示。,正常时,，,FEV,1,/,FVC,为,80,。,FEV,2,/,FVC,为,96,。,FEV,3,/,FVC,为,99,。,用力呼气量是衡量肺通气功能的理想指标。,（,4,）,肺总容量,（,TLC,）,人体生理学 第五章 呼吸,（二）肺通气量和肺泡通气量,1,肺通气量,（,1,）,每分通气量,潮气量,呼吸频率,正,常成年人平静呼吸时为,6,9L,/,min,。,（,2,）,最大随意通气量：可达到,150L,/,min,。,（,3,）,通气贮量百分比,通气贮量百分比,最大通气量,每分平静通气量,每分最大通气量,100,正常成年人的通气贮量百分比应,93,人体生理学 第五章 呼吸,（二）肺通气量和肺泡通气量,2,无效腔和肺泡通气量,解剖,无效腔,(,anatomical dead space,),肺泡无效腔,(,alveolar dead space,),生理无效腔,(,physiological dead space,),肺泡通气量,(,alveolar ventilation,),肺泡通气量,(,潮气量解剖无效腔,),呼吸频率,（,三,）,呼吸功,肺通气阻力增大时，呼吸功增大。,人体生理学 第五章 呼吸,第二节 肺换气和组织换气,一、肺换气和组织换气的基本原理,（,一,）,气体的扩散,气体扩散速率,（,D,）,与下列因素有关：,气体的分压差：,O,2,是,CO,2,的,10,倍。,气体分子的扩散系数,溶解度,(,S,),分子量的平方根,(),M,W,CO,2,的扩散系数是,O,2,的,20,倍。,扩散面积和距离。,温度。,CO,2,的扩散速率比,O,2,快,2,倍。,人体生理学 第五章 呼吸,（二）肺泡气、血液和组织中气体的分压,（,单位：,mmHg,）,大气 肺泡气 动脉血 静脉血 组织,P,O,2,158,103,100,40,30,P,CO,2,0.3,40,40,46,50,（,三,）,呼吸膜,人体生理学 第五章 呼吸,二、肺换气,（,一,）,肺,换,气,过程,（,二,）,影响肺换气的因素,1,呼吸膜,的厚度,肺纤维化、肺水肿。,2,呼吸膜的面积,肺不张、肺实变、肺气肿、肺叶切除。,人体生理学 第五章 呼吸,（二）影响肺换气的因素,3,通气,/,血流比值,(,ventilation/perfusion ratio,),每分钟肺泡通气量和每分钟肺血流量之间的比值，称为通气,/,血流比值。,正常成人安静时的通气,/,血流比值约为,0.84,。,通气,/,血流比值,=0.84,时，通气与血流最,匹配,。过高或过低均导致肺换气障碍,缺,O,2,和,CO,2,潴留，以缺,O,2,为主。因此，通气,/,血流比值是衡量肺换气功能的理想指标。,人体生理学 第五章 呼吸,（二）影响肺换气的因素,肺通气,/,血流比值,0.84,：,因,血流,不足,，使通气相对过剩,部分肺泡气未能与血液气充分交换,肺泡无效腔增大；,肺通气,/,血流比值,0.84,：,因通气不足，使血流相对过剩,静脉血气体未能充分更新,功能性动,-,静脉短路。,（,三,）,肺扩散容量,三、,组,织,换,气,人体生理学 第五章 呼吸,第三节 气体在血液中的运输,一、氧和二氧化碳在血液中存在的形式,O,2,和,CO,2,在血液中以物理溶解和化学结合两种形式进行运输。,二、氧的运输,（,一,）,血红蛋白,(,Hb,),的分子,结构,（,二,）,Hb,与,O,2,结合的特征,1,反应快、可逆、不需酶的催化、受,P,O,2,的影响；,2,Fe,2+,与,O,2,结合是氧合而不是氧化；,人体生理学 第五章 呼吸,（,二,）,Hb,与,O,2,结合的特征,3,结合量：,1,分子,Hb,可结合,4,分子,O,2,100,ml,血液中,Hb,所能结合的最大,O,2,量，称为,Hb,氧容量,;,实际结合的,O,2,量,称为,Hb,氧含量；,Hb,氧含量占,Hb,氧容量的,，,称为,Hb,氧饱和度。,由于血液中溶解的,O,2,量很少，可忽略不计。因此,通常将,Hb,氧容量、,Hb,氧含量、,Hb,氧饱和度分别视为血氧容量、血氧含量、血氧饱和度。,人体生理学 第五章 呼吸,（,二,）,Hb,与,O,2,结合的特征,氧,合血红蛋白,(,HbO,2,),呈鲜红色。,去氧,血红蛋白,(,HHb,),呈紫蓝色。,当,血液中的去氧血红蛋白,5g,/,100ml,时，皮肤、粘膜呈暗蓝色，称为发绀,(,cyanosis,),。,出现发,绀常表示机体缺氧。,4,Hb,在与,O,2,的结合或解离过程中发生变构效应，使氧解离曲线呈,S,形。,人体生理学 第五章 呼吸,（三）氧解离曲线,反映血液,P,O,2,与,Hb,氧饱和度关系的曲线，,称为,氧解离,曲线,。,1,氧解离曲线的,上段,：,P,O,2,100,60,mmHg,曲线较平坦，表明,P,O,2,的变化对,Hb,氧饱和度的影响不大。,意义：吸入气,P,O,2,只要不低于,60,mmHg,，血液就可携带足够量的,O,2,供组织细胞利用。,人体生理学 第五章 呼吸,（三）氧解离曲线,2,氧解离曲线的,中段,：,P,O,2,60,40mmHg,曲线较陡直，是反映,HbO,2,释放,O,2,的部分。,表示,P,O,2,稍降低，,Hb,氧饱和度将明显降低，有较多的,O,2,释放，有利于组织利用,O,2,。,血液流经组织时释放出的,O,2,容积占动脉血,O,2,含量的百分数，称为,O,2,利用系数。安静时的,O,2,利用系数约为,25,。,人体生理学 第五章 呼吸,（三）氧解离曲线,3,氧解离曲线的,下段,：,P,O,2,40,15mmHg,更陡，表示,P,O,2,稍降低，,Hb,氧饱和度将大大降低,。,在组织活动加强时，,P,O,2,可降低至,15mmHg,O,2,利用系数可提高到,75,，,是安静时的,3,倍。因此，该段曲线也可反映血液中,O,2,的储备。,人体生理学 第五章 呼吸,（四）影响氧解离曲线的因素,通常用,P,50,来表示,Hb,对,O,2,的亲和力。,P,50,：使,Hb,氧饱和度达到,50,时的,P,O,2,。,P,50,升高：,表示,Hb,对,O,2,的亲和力,降低,，即,Hb,与,O,2,难结合，易解离。,P,50,降低：,表示,Hb,对,O,2,的亲和力,升高,，即,Hb,与,O,2,易结合，难解离。,人体生理学 第五章 呼吸,（四）影响氧解离曲线的因素,1,pH,和,P,CO,2,的影响：,pH,降低,或,P,CO,2,升高,Hb,对氧的亲和力降低,P,50,升高,氧解离曲线右移。,pH,升高,或,P,CO,2,降低,Hb,对氧的亲和力增加,P50,降低,氧解离曲线左移,。,酸度对,Hb,氧亲和力的这种影响，称为波尔效应,(,Bohr effect,),。,波尔效应的生理意义：在肺部，有利于,Hb,结合,O,2,；,在代谢旺盛的组织，有利于,O,2,的,释放。,人体生理学 第五章 呼吸,（四）影响氧解离曲线的因素,2,温度的影响：,温度,升高时，,Hb,对氧的亲和力降低,P,50,升高,氧解离,曲线右移,有,利于,O,2,的释放；,温,度降低时，曲线左移，不利于,O,2,的释放。,意义：,组织活动加强时，局部温度升高，有利于,HbO,2,解离，因此组织可获得更多,O,2,，以适应代谢增加的需要。,人体生理学 第五章 呼吸,（四）影响氧解离曲线的因素,3,2,3,-,二磷酸甘油酸,(,2,3,-,DPG,),的影响：,2,3,-,DPG,增加,Hb,对氧的亲和力降低,P,50,升高,氧解离,曲线右移,；反之，氧解离曲线左移。,意义：,在慢性缺氧、贫血、高山低氧等情况下，糖无氧酵解加强，红细胞内,2,3-DPG,生成增加，氧解离曲线右移，有利于释放较多的,O,2,，改善组织的缺氧状态。,人体生理学 第五章 呼吸,（四）影响氧解离曲线的因素,4,其他因素,胎儿,Hb,与,O,2,的亲合力大。,Hb,中的,Fe,2,+,Fe,3,+,。,异常,Hb,的运,O,2,功能低。,CO,的影响：,占据,Hb,中,O,2,的位点,妨碍,O,2,与,Hb,结合。,提高,Hb,对,O,2,的亲和力，妨碍,O,2,的解离。,人体生理学 第五章 呼吸,二、,二氧化碳,的运输,（,一,）,CO,2,的运输形式：,物理溶解：,5,化学结合：,95,（,1,）,碳酸氢盐,(,HCO,3,-,),的形式：约占,88,（,2,）,氨基甲酰血红蛋白的形式：约占,7,人体生理学 第五章 呼吸,CO,2,HCO,3,-,Cl,-,HHb,O,2,O,2,（,1,）,在组织细胞,：,H,2,O,CO,2,H,2,CO,3,HbO,2,HCO,3,-,Cl,-,H,+,1,碳酸氢盐（,HCO,3,-,）,红细胞,血浆,人体生理学 第五章 呼吸,（,2,在肺部：,红细胞,血 浆,肺泡,H,2,CO,3,H,2,O,CO,2,CO,2,HbO,2,H,+,HCO,3,-,Cl,-,HHb,O,2,O,2,CO,2,HCO,3,-,Cl,-,O,2,O,2,O,2,与,Hb,结合可促使,CO,2,的,释放，而去氧血红蛋白则容易与,CO,2,结合，这种现象称为何尔登效应。,1,碳酸氢盐（,HCO,3,-,）,人体生理学 第五章 呼吸,2,氨基甲酰血红蛋白,（,1,）,在组织：,HbO,2,释放,O,2,去氧,Hb,去氧,Hb,与,CO,2,结合,氨基甲酰血红蛋白,（,2,）,在肺部：,O,2,与,Hb,结合,HbO,2,氨基甲酰血红蛋白释放出,CO,2,。,（,二,）,CO,2,解离曲线,人体生理学 第五章 呼吸,第四节 呼吸运动的调节,一、呼吸中枢,在中枢神经系统内，产生和调节呼吸运动的神经元群，称为呼吸中枢。,1,脊髓：有支配呼吸肌的运动神经元。,2,低位脑干：基本的呼吸节律产生于,延髓,。,3,高位脑,人体生理学 第五章 呼吸,二、呼吸节律的形成机制,脑 桥 呼 吸 调 整 中 枢,中枢吸气活动发生器,吸气切断机制,吸气肌运动神经元,肺扩张,肺牵张感受器兴奋,迷走,神经,-,吸气,吸 气 神 经 元,人体生理学 第五章 呼吸,三、,呼吸的反射性调节,（,一,）,化学感受性反射,1,化学感受器,（,1,）,中枢,化学感受器：延髓腹外侧浅表层。,感受脑脊液和局部细胞外液中,H,+,的变化。,（,2,）,外周,化学感受器：颈动脉体、主动脉体。,感受血液中,P,O,2,、,P,CO,2,和,H,+,的变化。,人体生理学 第五章 呼吸,2,CO,2,、,H,+,和,O,2,对呼吸的调节,（,1,）,CO,2,对呼吸运动的,调节,CO,2,是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素。,一定水平的,CO,2,对维持呼吸中枢的基本活动是必需的。,由于肺通气或肺换气障碍,血液,P,CO,2,升高。,吸入气,CO,2,增加,肺泡气,P,CO,2,升高,血液,P,CO,2,升高。,血液,P,CO,2,升高可通过两条途径影响呼吸运动。,人体生理学 第五章 呼吸,2,CO,2,、,H,+,和,O,2,对呼吸的调节,（,1,）,CO,2,对呼吸的,调节,：,血液中,CO,2,透过,血,-,脑屏障,脑脊液,CO,2,增加，,CO,2,H,2,O,H,2,CO,3,HCO,3,-,H,+,，,H,+,刺激延髓腹外侧浅表层的中枢化学感受器,呼吸中枢兴奋,呼吸加深加快。,血液,CO,2,颈动脉体和主动脉体,窦,神经,和迷走,神经,延髓,呼吸中枢兴奋,呼吸加深加快。,两条途径中，中枢化学感受器途径是主要,的,。,人体生理学 第五章 呼吸,2,CO,2,、,H,+,和,O,2,对呼吸的调节,（,2,）,H,+,对呼吸的,调节,动脉血,H,+,升高,颈动脉体和主动脉体,窦神经和迷走神经,呼吸中枢兴奋,呼吸加深加快。,动脉血,H,+,升高,脑脊液,H,+,升高,中枢化学感受器,呼吸中枢兴奋,呼吸加深加快。,因为,H,+,不易透过血脑屏障，所以血液中的,H,+,主要通过刺激外周化学感受器而兴奋,呼吸,。,人体生理学 第五章 呼吸,2,CO,2,、,H,+,和,O,2,对呼吸的调节,（,3,）,O,2,对呼吸的,调节,：,吸入气,O,2,减少或肺通气和肺换气障碍,肺泡气,P,O,2,降低,血液,P,O,2,降低,(,低氧或缺氧,),：,刺激颈动脉体和主动脉体,窦神经和迷走神经,延髓,呼吸中枢兴奋,呼吸加深加快；,血液,P,O,2,降低直接抑制呼吸中枢,呼吸抑制。,人体生理学 第五章 呼吸,2,CO,2,、,H,+,和,O,2,对呼吸的调节,（,3,）,O,2,对呼吸的,调节,：,轻、中度缺,氧,时，以外周化学感受器兴奋呼吸的作用占优势,呼吸加深加快。,其中以颈动脉体的作用为主。,重度缺,氧,时，外周化学感受器兴奋呼吸的作用对抗不了缺,氧,对呼吸中枢的抑制作用,呼吸,抑制,。,人体生理学 第五章 呼吸,（二）肺牵张反射,由肺扩张或肺萎陷引起吸气抑制或吸气兴奋的反射，称为肺牵张反射。,1,肺扩张反射,肺扩张,呼吸道扩张,肺牵张感受器兴奋,迷走,神经,吸气切断机制兴奋,吸气停止,呼气。,意义：加快吸气和呼气的交替,呼吸频率加快。平静呼吸时，肺扩张反射不参与人类的呼吸调节。,2,肺萎陷反射,（,三,）,呼吸肌本体感受性反射,人体生理学 第五章 呼吸,人体生理学 第五章 呼吸,