呼吸系統(tǒng)生理學(xué)

1、呼 吸 生 理,概 述,1.概念：機(jī)體與環(huán)境間氣體交換的過程2.生理意義：穩(wěn)定O2和CO2，平衡酸堿3.兩大系統(tǒng)參與，三個(gè)基本環(huán)節(jié),肺通氣（Pulmonary Ventilation）,肺通氣的動(dòng)力 ---- 呼吸運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)力,① 吸氣（Inspiration） 呼氣 (Expiration)② 呼吸?。?吸氣?。跫?、肋間外?。?呼氣?。ɡ唛g內(nèi)肌、腹肌） 輔助呼吸?。ㄐ苯羌?、胸鎖乳

2、突肌）③ 平靜呼吸、用力呼吸④ 胸式、腹式、混合式呼吸⑤ 呼吸頻率：12～18次/分；小兒快，老人慢。,① 肺泡內(nèi)壓力② 呼吸過程中肺內(nèi)壓的變化 A：周期性變化； B：變化與呼吸的緩急、深淺及呼吸道是否通暢相關(guān)。③ 肺內(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差是推動(dòng)氣體進(jìn)出肺的直接動(dòng)力。,肺內(nèi)壓,1、胸膜腔內(nèi)壓測(cè)定：直接、間接2、負(fù)壓形成的三個(gè)決定因素： ·密閉潛在腔隙：胸膜臟、壁層，沒

3、有氣體，少量漿液：潤(rùn)滑，內(nèi)聚力。 ·胸廓自然容積遠(yuǎn)大于肺自然容積 ·肺和胸廓都有彈性,胸膜腔內(nèi)壓,3、胸膜腔內(nèi)壓= 肺內(nèi)壓－肺彈性回縮力4、負(fù)壓的生理意義： ·維持肺的擴(kuò)張狀態(tài)； ·在呼吸運(yùn)動(dòng)和肺通氣之間起偶聯(lián)作用； ·降低中心靜脈壓，有利 于血液、淋巴液回流和 心室充盈。5、氣胸,肺通氣過程全圖,肺通氣的阻

4、力,彈性阻力: 彈性組織在外力作用下變形時(shí)，有對(duì)抗變形和彈性回位的傾向。順應(yīng)性（compliance）: 在外力作用下彈性組織的可擴(kuò)張性。順應(yīng)性=1/彈性阻力=容積的變化/壓力的變化,彈性阻力和順應(yīng)性,1、肺的彈性阻力和肺順應(yīng)性吸氣的阻力，呼氣的動(dòng)力肺順應(yīng)性=肺容積變化/跨肺壓的變化肺靜態(tài)順應(yīng)性曲線比順應(yīng)性:順應(yīng)性/肺總?cè)萘?意義：斜率大，順應(yīng)性大，彈性阻力小 病理狀態(tài)下，順應(yīng)性下降（如肺充血），吸氣困難

5、；反之（如肺氣腫），呼氣困難,肺彈性阻力的來源①肺組織彈力纖維和膠原纖維: 1/3②肺泡內(nèi)側(cè)氣-液界面的表面張力: 2/3,,肺泡表面活性物質(zhì)：A.來源：肺泡Ⅱ型細(xì)胞B.成分：二棕櫚酰卵磷脂C.特性：排列于液-氣界面，隨肺泡張縮而改變密度D.作用：降低肺泡表面張力 ①降低吸氣阻力； ②減少肺組織液的生成； ③防肺泡破裂或萎縮；E.影響因素：肺炎、肺血栓、早產(chǎn)兒,2、胸廓的彈性阻力和順應(yīng)性 肺容

6、量小于肺總量的67%時(shí)是吸氣的動(dòng)力，反之，則為阻力。 胸廓的順應(yīng)性=胸腔容積的變化/跨壁壓的變化 影響因素：肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚和腹內(nèi)占位性病變等→彈性阻力↑(順應(yīng)性↓)3、總彈性阻力：肺與胸廓相加 總順應(yīng)性：兩者倒數(shù)相加,（1）包括慣性阻力、粘滯阻力和氣道阻力（80-90%）。（2）氣道阻力（airway resistance） ①計(jì)算：氣道阻力=推動(dòng)氣體流動(dòng)的

7、壓力/單位時(shí)間內(nèi)氣體流量 ②影響因素：氣流速度、氣流形式、氣道口徑,非彈性阻力,氣道口徑的影響因素：A：跨壁壓（呼吸道內(nèi)外的壓力差）；B：肺實(shí)質(zhì)對(duì)氣道壁的外向放射狀牽引；C：自主神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)氣道管壁平滑肌的調(diào)節(jié)： 副交感：收縮氣管（M受體）； 交 感：舒張氣管（β2受體） ； NANC：調(diào)節(jié)遞質(zhì)釋放量或效應(yīng)器的反應(yīng)； D：化學(xué)因素的影響：

8、 兒茶酚胺、前列腺素E2——舒張； 前列腺素F2α、組胺、白三烯、吸入CO2含量增加、內(nèi)皮素——收縮；,肺容積,肺通氣功能的評(píng)價(jià),深吸氣量：衡量最大通氣潛力，潮氣量+補(bǔ)吸氣量功能余氣量：2000-2500ml，穩(wěn)定肺泡內(nèi)氣體比例，緩沖作用。 余氣量+補(bǔ)呼氣量肺活量：潮氣量+補(bǔ)吸氣量+補(bǔ)呼氣量 ·受體位、身材、胸廓和肺的彈性、年齡、性別等影響 ·

9、男：3500ml；女：2500ml ·意義：反映一次呼吸的最大通氣能力。嚴(yán)重降低時(shí)，提示有限制性肺病。,肺容量,時(shí)間（用力）肺活量：正常值：1S：83%；2S：96%；3S：99%?？煞从澈粑枇ψ兓?；降低時(shí)提示有阻塞性肺病。,肺總量,肺所能容納最大氣體的量與性別（男：5000ml；女：3500ml）、年齡、身材、運(yùn)動(dòng)鍛煉情況和體位改變有關(guān)限制性通氣不足時(shí)降低,肺通氣量,概念：每分鐘進(jìn)、出肺的氣體量。

10、計(jì)算：每分通氣量= 潮氣量×呼吸頻率正常值：6～8L/min最大隨意通氣量：最大速度最大深度呼吸時(shí)的每分通氣量。70~120L。通氣貯量百分比=（最大通氣量-每分平靜通氣量）/最大通氣量×100%，正常大于等于93％，它反映通氣功能的貯備力。,無效腔 解剖無效腔：鼻或口至終末細(xì)支氣管未能參加氣體交換的呼吸道。約150ml 肺泡無效腔：因血流分布不均勻而未能發(fā)生氣體交換的肺泡容量

11、。 生理無效腔：解剖無效腔+肺泡無效腔肺泡通氣量：每分鐘吸入肺泡的新鮮空氣量。肺泡通氣量=（潮氣量－解剖無效腔氣量）×呼吸頻率意義：淺快呼吸對(duì)氣體交換不利,肺泡通氣量,1、概念：在呼吸過程中，呼吸肌為克服彈性阻力和非彈性阻力而實(shí)現(xiàn)肺通氣所作的功。2、計(jì)算：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的壓力變化X容積的變化3、呼吸耗能占全身總耗能的3~5%,呼吸功,肺換氣和組織換氣,氣體交換原理,1、原理：擴(kuò)散。2、動(dòng)力：膜兩側(cè)的氣體分

12、壓差。3、擴(kuò)散速率的影響因素 氣體分壓差·溫度·擴(kuò)散面積·溶解度D∝ 距離· √分子量,,,,擴(kuò)散系數(shù)：溶解度與分子量平方根之比 CO2的擴(kuò)散系數(shù)約為O2的20倍； A,V血中，O2分壓差是CO2 分壓差的10倍肺功能衰竭患者往往缺O(jiān)2顯著，CO2潴留不明顯。,氣體在肺的交換過程,0.3s達(dá)到平衡，相當(dāng)于血液流經(jīng)肺毛

13、細(xì)血管全長(zhǎng)約1/3時(shí)已基本完成交換過程。,1、呼吸膜的厚度（70m2，安靜狀態(tài)下約40 m2， 減少因素：肺不張、肺實(shí)變、肺氣腫或肺毛細(xì)管關(guān)閉或阻塞,影響肺部氣體交換的因素,3、通氣/血流比值的影響（VA/Q）每分肺泡通氣量和每分肺血流量之間的比值。正常值：4.2/5=0.84VA/Q↑≈肺通氣↑或肺血流↓→增大生理無效腔→換氣效率↓(如心衰、肺動(dòng)脈栓塞) VA/Q↓≈肺通氣↓→增大功能性A-V短路→換氣效率↓（如支哮、肺

14、氣腫、支氣管栓塞）,肺擴(kuò)散容量,概念：氣體在單位分壓差作用下，每分鐘通過呼吸膜擴(kuò)散的氣體的ml數(shù)計(jì)算：DL=V/（PA-PC） V是每分鐘通過呼吸膜的氣體容積（ml/min） PA是肺泡氣中的平均分壓（mmHg）； PC是肺毛細(xì)血管血液內(nèi)的平均分壓（mmHg） 。意義：測(cè)定呼吸氣通過呼吸膜的能力；運(yùn)動(dòng)時(shí)增加，疾病時(shí)降低,組織換氣,1、交換機(jī)制、影響因素與肺泡處相似；2、發(fā)生于液相之間；3、擴(kuò)散兩側(cè)的O2和CO2的分

15、壓差隨細(xì)胞內(nèi)氧化代謝的強(qiáng)度和組織血流量而異。,氣體在血液中的運(yùn)輸,O2和CO2在血液中存在的形式,物理溶解：次要，與分壓、溶解度成正比，與溫度成反比。化學(xué)結(jié)合：主要二者處于動(dòng)態(tài)平衡之中,O2的運(yùn)輸,血紅蛋白（hemoglobin, Hb）,1、1分子Hb可以結(jié)合4分子O2； 1gHb可結(jié)合1.34-1.39ml O2。 Hb的氧容量：最大結(jié)合量，與Hb濃度有關(guān)。 Hb的氧含量：實(shí)際結(jié)合量，與PO2有關(guān)。 Hb的氧飽和

16、度：Hb的氧含量與氧容量的百分比。2、反應(yīng)快、可逆、不需酶的催化、受PO2影響。3、Fe2+與O2結(jié)合后，仍是Fe2+，因此是氧合（oxygenation）,而不是氧化（oxidation）,Hb與O2結(jié)合的特征,氧合血紅蛋白呈鮮紅色，脫氧血紅蛋白呈紫藍(lán)色。紫紺：當(dāng)動(dòng)脈血中還原血紅蛋白含量超過5%時(shí)，粘膜或甲床呈現(xiàn)蘭色（一般是缺O(jiān)2的標(biāo)志） 。,氧離曲線（又稱氧合血紅蛋白解離曲線）,呈S形,與Hb的變構(gòu)效應(yīng)有關(guān)：去氧Hb為緊密型（

17、T型），氧合Hb為疏松型（R型）；一個(gè)亞單位與O2結(jié)合后，其它亞單位更易與O2結(jié)合。,上段： PO2：60-100mmHg 特點(diǎn)：曲線較平坦，氧飽合度從90%-100%。 意義： （1）PO2壓力不低于60mmHg，血液仍可攜帶足夠氧。 （2）通氣/血流比值不匹配時(shí)，肺泡通氣量增加幾乎無助于氧的攝取。,氧離曲線各段的特點(diǎn)及生理意義,中段： PO2：40-60mmHg； 特點(diǎn)：曲線較陡，血氧飽和度從75%-90%。

18、意義：（1）是流經(jīng)組織時(shí)，HbO2釋放O2的部分；（2）O2利用系數(shù)：血液流經(jīng)組織時(shí)釋放出的O2容積所占動(dòng)脈血O2含量的百分?jǐn)?shù)。安靜時(shí)約25%。,下段： PO2：15-40mmHg 特點(diǎn)：曲線最陡，血氧飽和度從22%-75%。 意義：（1）是HbO2與O2解離的部分；（2）代表O2的貯備。,氧離曲線位置的偏移，表示Hb對(duì)氧的親和力發(fā)生變化。親和力常用P50表示，即使Hb氧飽和度達(dá)50%時(shí)的PO2。 P50↑，表示

19、Hb對(duì)O2的親和力降低，曲線右移； P50↓，表示Hb對(duì)O2的親和力升高，曲線左移；,1、pH和PCO2： pH降低或PCO2升高，Hb對(duì)O2的親和力降低，P50增大，曲線右移，反之左移（波爾效應(yīng)）。 機(jī)制：酸度增加，促使Hb分子構(gòu)型變?yōu)門型。 意義：肺部促進(jìn)O2的結(jié)合，組織中促進(jìn)O2的釋放。,影響氧離曲線的因素,2、溫度影響溫度↑→曲線右移→O2釋放↑機(jī)制：溫度↑→H+活度↑意義

20、： ①低溫手術(shù)時(shí)，要考慮影響。 ②局部組織溫度升高，有利于氧的利用。3、2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG） 來源：紅細(xì)胞無氧糖酵解； 影響：升高→親和力↓→曲線右移； 機(jī)制：促使Hb變成T型；提高[H+]； 意義：在一定程度上促進(jìn)組織利用氧。,4、Hb自身性質(zhì)的影響 （1）Fe2+→Fe3+后，失去結(jié)合氧的能力； （2）胎兒Hb對(duì)氧親和力大； （3）異常Hb：Hb的運(yùn)O2能力↓（地中海貧血）

21、PCO↑→曲線左移→氧離難 ①CO與Hb親和力 > O2與Hb親和力 250 倍； ②CO與Hb的結(jié)合位點(diǎn)與O2相同； ③CO與Hb的某亞基結(jié)合后，將增加其余三個(gè)亞基對(duì)O2的親和力。,CO2的運(yùn)輸,CO2的運(yùn)輸形式,物理溶解：5%化學(xué)結(jié)合：95%（HCO3- : 88%，氨基甲酰血紅蛋白: 7%）化學(xué)反應(yīng)主要在紅細(xì)胞內(nèi)完成。,1、碳酸氫鹽（1）過程：細(xì)胞內(nèi) 碳酸酐酶

22、 CO2+H2O————H2CO3————HCO3-+H+（2）Cl--HCO3-交換（轉(zhuǎn)運(yùn)體）、Cl-轉(zhuǎn)移,2、氨基甲酰血紅蛋白 ①過程 在組織 HbNH2O2+H++ CO2 HHbNHCOOH+ O2 在肺 ②去氧Hb與CO2結(jié)合力強(qiáng),且酸度弱,易結(jié)合H+

23、 ③占運(yùn)輸量的7%，卻占釋放量的17.5%,,,CO2解離曲線,表示血液中CO2含量與PCO2關(guān)系的曲線。兩者呈線性關(guān)系，沒有飽和點(diǎn)?？v坐標(biāo)以濃度表示。,何爾登效應(yīng)(Haldane effect)：氧與Hb的結(jié)合促使CO2釋放。 原因：HbO2酸性較強(qiáng)，Hb酸性較弱,呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié),脊髓：聯(lián)系上位腦和呼吸肌的中繼站和整合某些呼吸反射的初級(jí)中樞。下位腦干 腦橋上部：呼吸調(diào)整中樞； 延髓：

24、呼吸節(jié)律的基本中樞。,呼吸中樞,呼吸神經(jīng)元分類,腦干呼吸神經(jīng)元分布,1、延髓背側(cè)呼吸組（DRG）： a. 位置：孤束核的腹外側(cè)部 b. 構(gòu)成：吸氣神經(jīng)元為主 c. 支配：對(duì)側(cè)脊髓膈運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元,2、延髓腹側(cè)呼吸組（VRG）： A、cVRG（尾段）： a.位置：后疑核 b.構(gòu)成：呼氣神經(jīng)元 c.支配：對(duì)側(cè)脊髓肋間內(nèi)肌和腹肌 B、iVRG（中段）： a.位置

25、：旁疑核 b.構(gòu)成：吸氣神經(jīng)元為主 c.支配： 膈肌、肋間外肌 C、rVRG（嘴段） 面神經(jīng)后核（包欽格復(fù)合體）：呼氣神經(jīng)元（GABA能），投射到DRG、脊髓膈運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元等處。,3、腦橋呼吸神經(jīng)元群（PRG）： a.位置： 臂旁內(nèi)側(cè)核：呼氣與跨時(shí)相N元 Kolliker-Fuse核：吸氣N元 b.支配：與DRG和VRG存在雙向聯(lián)系，可能起調(diào)控呼吸的作

26、用。,,呼吸節(jié)律形成的機(jī)制,1. 起源部位：前包欽格復(fù)合體2. 學(xué)說：(1)起步細(xì)胞學(xué)說：(2)N元網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：如吸氣活動(dòng)發(fā)生器和吸氣切斷機(jī)制模型。,起源：大腦皮層、邊緣系統(tǒng)和下丘腦通路：皮質(zhì)脊髓束、皮質(zhì)-紅核-脊髓束特點(diǎn)： 1、隨意調(diào)節(jié)在脊髓背內(nèi)側(cè)索下行； 自主控制在脊髓背外側(cè)索下行； 2、控制是有一定限度的。,呼吸運(yùn)動(dòng)的隨意調(diào)節(jié),呼吸運(yùn)動(dòng)的反射性調(diào)節(jié),,,,,,,化學(xué)感受性反射調(diào)節(jié),外周化

27、學(xué)感受器,組成：頸動(dòng)脈體、主動(dòng)脈體。主動(dòng)脈體在循環(huán)調(diào)節(jié)方面較為重要，頸動(dòng)脈體主要調(diào)節(jié)呼吸。血流豐富，A-V血PO2差幾乎為0，有利于感受動(dòng)脈血。,頸動(dòng)脈體的結(jié)構(gòu)①竇神經(jīng)末梢： 傳入：?jiǎn)蜗蛲挥|、 交互突觸、縫隙連 接等 傳出：調(diào)節(jié)血流和 化學(xué)感受器 ② I型細(xì)胞感受所處環(huán)境的PO2、PCO2、[H+]. PCO2↑、H+

28、↑：興奮 PO2↓：興奮 有相互增強(qiáng)的作用。,中樞化學(xué)感受器①部位：延髓腹外側(cè)淺表部位, 左右對(duì)稱, 分頭中尾三區(qū)，頭、尾有化學(xué)感受器。②適宜刺激：腦脊液和局部細(xì)胞外液的H+。但H+不易透過血腦屏障， 因此主要感受血液中的CO2。③作用：調(diào)節(jié)腦脊液的[H+]。,CO2的影響,輕度增高，刺激呼吸；興奮呼吸的生理性體液因子；超過一定水平后，壓抑和麻醉中樞神經(jīng)活動(dòng)。,作用途徑中樞化學(xué)感受器：占80%；靈敏度2mmHg

29、外周化學(xué)感受器：占20%；靈敏度10mmHg,H+的影響,通過外周與中樞兩條途徑發(fā)揮作用，但中樞敏感性為外周25倍。通過血腦屏障較難，由CO2產(chǎn)生。,低O2對(duì)呼吸的刺激作用完全是通過外周化學(xué)感受器實(shí)現(xiàn)的。對(duì)中樞的直接作用是抑制。,低O2的影響,PO2低于80mmHg以下時(shí)，肺通氣才有明顯變化。外周化學(xué)感受器對(duì)低O2適應(yīng)較慢。慢性病的給氧原則：低流量，持續(xù)給氧。,PCO2↑、[H+]↑、PO2↓在影響呼吸中的相互作用 CO2作

30、用提高，H+作用下降，O2作用下降,肺牽張反射（又稱黑-伯反射）,牽張感受器：氣管到細(xì)支氣管的平滑肌中，閾值低，適應(yīng)慢。 傳入神經(jīng)：迷走N 中樞：延髓適宜刺激：呼吸道受牽拉作用： 切斷吸氣，轉(zhuǎn)入呼氣。人潮氣量1500ml以上時(shí)起作用。,防御性呼吸反射,咳嗽反射：大支氣管以上部位的感受器對(duì)機(jī)械刺激敏感，二級(jí)支氣管以下部位對(duì)化學(xué)刺激敏感。傳入神經(jīng)是迷走神經(jīng)。噴嚏反射：鼻粘膜感受器，由三叉神經(jīng)傳入。