缺氧等因素对呼吸运动的影响

1、实验人员： 实验日期：2011 年 10 月 26 日 室温：24 大气压：1 个标准大气压实验名称实验名称： 缺氧等因素对呼吸运动的影响缺氧等因素对呼吸运动的影响 （一）实验目的实验目的：观察缺氧等因素造成血液中化学因素改变后对呼吸运动的影响，加深理 解呼吸运动的反射性调节。 （二）实验对象实验对象：家兔 （三）实验步骤实验步骤：（略） （四）实验结果实验结果： 缺氧等因素对呼吸运动影响的波形图上升支呼气；下降支吸气；幅度呼吸深浅；波间隔呼吸快慢（频率） 。 由上图可知：增加吸入气中的 CO2、轻度缺氧、增加无效腔、注射乳酸后，家兔的呼吸加 深加快；切断动物迷走神经后，呼吸深慢，吸气时间延长。 （五）讨论：讨论： 机体与外界环境之间的气体交换过程称为呼吸。通过呼吸，机体从外界环境摄取新陈代谢所需要的 O2，排除代谢所产生的 CO2。呼吸是维持机体生命活动所必需的基本生理过 程之一，呼吸一旦停止，生命便将终结。 每次吸入的气体，一部分将留在鼻或口与终末细支气管之间的呼吸道内，不参与肺泡 与血液之间的气体交换，这部分呼吸道的容积称为解剖无效腔。进入肺泡的气体，也可因 血液在肺内分布不均而

2、不能都与血液进行气体交换，未能发生交换的这一部分肺泡容量称 为肺泡无效腔。健康人平卧时，生理无效腔等于或接近于解剖无效腔。由于无效腔的存在， 每次吸入的新鲜空气不能都达到肺泡与血液进行气体交换。因此，为了计算真正有效的气 体交换量，应以肺泡通气量为准。肺泡通气量是指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量，它等于 潮气量和无效腔气量之差与呼吸频率的乘积。如果潮气量为 500mL，无效腔为 150mL，则 每次吸入肺泡的新鲜空气量为 350mL。若功能余气量为 2500mL，则每次呼吸仅使肺泡内的 气体更新 1 /7 左右。若潮气量减少或功能余气量增加，均可使肺泡气体的更新率降低，不 利于肺换气。若增大无效腔，则肺泡通气量减少，肺泡气体的更新率降低，造成肺泡内 O2 减少，CO2潴留，使呼吸加深加快。 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。呼吸中枢广泛分布 于中枢神经系统内，包括大脑皮质、间脑、脑桥、延髓和脊髓等，但它们在呼吸节律的产 生和调节中所起的作用不同，正常节律性呼吸运动是在各级呼吸中枢的共同作用下实现的。脊髓中有支配呼吸肌的运动神经元，呼吸肌在相应脊髓前角运动神经元支配下

3、，发生 节律性收缩、舒张运动，即呼吸运动。但脊髓本身以及呼吸肌和支配呼吸肌的传出神经不 能产生呼吸节律，脊髓的呼吸运动神经元是联系高位呼吸中枢和呼吸肌的中继站。 低位脑干是指脑桥和延髓。用横切脑干的方法对猫进行实验研究，观察到在不同平面 横切脑干，可使呼吸运动发生不同的变化，由此研究形成了所谓三级呼吸中枢学说，即在 延髓内，有喘息中枢产生最基础的呼吸节律；在脑桥下部，有长吸中枢，对吸气活动产生 紧张性易化作用；在脑桥上部，有呼吸调整中枢，对长吸中枢产生周期性抑制作用，在三 者的共同作用下，形成正常的呼吸节律。 呼吸运动还受脑桥以上中枢部位的影响，如大脑皮质、边缘系统、下丘脑等。大脑皮 质可通过皮质脊髓束和皮层脑干束在一定程度上随意控制低位脑干和脊髓呼吸神经元的活 动，以保证其他呼吸运动相关活动的完成，例如说话 、唱歌、哭笑、咳嗽、吞咽、排便等 等。大脑皮质对呼吸运动的调节系统是随意的呼吸调节系统，而低位脑干的呼吸运动调节 系统则为不随意的自主呼吸节律调节系统。 呼吸节律形成机制示意图（表示兴奋 表示抑制） 迷走 神 经臂旁内侧核、KF 核中枢吸气活动发生器吸气神经元吸气切断机制吸气肌运

4、动神经元呼吸节律虽起源于脑，但呼吸运动的频率、深度和样式都受到来自呼吸器官自身以及 血液循环等其他器官系统感受器传入冲动的反射性调节，其中最重要的是化学感受性呼吸 反射和肺牵张反射。 化学感受性反射是化学因素对呼吸运动进行调节的一种反射性活动。这里的化学因素 是指动脉血液、组织液或脑脊液中的 O2、CO2和 H。化学感受器是指其适宜刺激是 O2、CO2和 H等化学物质的感受器。根据所在部位的不同，化学感受器分为外周化学感受 器和中枢化学感受器。 外周化学感受器位于颈动脉体和主动脉体，在呼吸运动和心血管活动的调节中具有重 要作用。外周化学感受器在动脉血 Po2降低、Pco2或 H浓度升高时受到刺激，冲动分别经 窦神经和迷走神经传入延髓，反射性地引起呼吸加快加深。在贫血或 CO 中毒时，血液氧 含量虽然下降，但是其 Po2仍正常，只要血流量充分，化学感受器传入神经放电频率并不 增加。所以，当机体缺氧时，化学感受器所感受的刺激是其所处环境中 Po2的下降，而不 是动脉血氧含量的降低。当血液中 Pco2或 H浓度升高时，外周化学感受器还可因 H进入 其细胞内而受到刺激，引起传入神经动作电位频率

5、增高，进而兴奋呼吸运动。CO2容易扩 散进入外周化学感受器细胞，使细胞内 H浓度升高；而血液中的 H则不易进入细胞，因 而，血液 H浓度升高时，感受器细胞内的 H浓度变化较小。因此，相对而言，CO2对外 周化学感受器的刺激作用比 H强。 中枢化学感受器位于延髓腹外侧部的浅表部位。中枢化学感受器的生理性刺激是脑脊 液和细胞局部细胞外液中的 H，而不是 CO2。中枢化学感受器与外周化学感受器不同，它 不感受低氧的刺激，但对 H的敏感性比外周化学感受器高，反应潜伏期较长。中枢化学感 受器的生理功能可能是调节脑脊液的 H浓度，使中枢神经系统有一稳定的 pH 环境；而外 周化学感受器的作用则主要是在机体低氧时驱动呼吸运动。 CO2对呼吸运动的调节：CO2是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素。一定水平的 Pco2对维持呼吸中枢的基本活动是必需的。CO2刺激呼吸运动是通过两条途径实现的：一 是通过刺激中枢化学感受器再兴奋呼吸中枢；二是刺激外周化学感受器，冲动经窦神经和 迷走神经传入延髓，反射性地使呼吸加深、加快，肺通气量增加。中枢化学感受器在 CO2 引起的通气反应中起主要作用。 H对呼吸运动的调节

6、：动脉血 H浓度升高时,呼吸运动加深、加快，肺通气量增加； H浓度降低时，呼吸运动受到抑制，肺通气量降低。H对呼吸运动的调节也是通过外周 化学感受器和中枢化学感受器实现的。中枢化学感受器对 H的敏感性较外周化学感受器高。 但是 H通过血脑屏障的速度较慢，限制了它对中枢化学感受器的作用。因此，血液中的 H主要通过刺激外周化学感受器而起作用的，而脑脊液中的 H才是中枢化学感受器最有 效的刺激物。 低氧对呼吸运动的调节：吸入气 Po2降低时，肺泡气和动脉血 Po2都随之降低，因而 呼吸运动加深、加快，肺通气量增加。低氧对呼吸运动的刺激作用完全是通过外周化学感 受器实现的。切断动物外周化学感受器的传入神经后，急性低氧对呼吸运动的刺激效应完 全消失。低氧对中枢的直接作用是抑制性的。低氧通过外周化学感受器对呼吸中枢的兴奋 作用可对抗其直接抑制作用。 肺牵张反射：是由肺扩张或肺萎陷引起的吸气抑制或吸气兴奋的一种反射。 肺扩张反射是肺扩张时抑制吸气活动的一种反射。感受器位于从气管到细支气管的平 滑肌中，是牵张感受器，其阈值低，适应慢。肺扩张时，牵拉呼吸道，使呼吸道扩张，于 是牵张感受器受到刺激，其传入

7、纤维为有髓鞘纤维，传入冲动沿迷走神经进入延髓，在延 髓内通过一定的神经联系，促进吸气转为呼气。肺扩张反射的生理意义在于加速吸气过程吸气运动 吸气 肺扩张 刺激肺牵张感受器向呼气过程的转换，使呼吸频率增加。在动物实验中，切断两侧颈迷走神经后，动物的吸 气过程延长，吸气加深，呼吸变得深而慢。 肺萎陷反射是肺萎陷时增强吸气活动或促进呼气转换为吸气的反射。在家兔实验中，增加吸入气中 CO2时，外周化学感受器所处环境的 Pco2升高，使外周 化学感受器受到刺激，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，反射性地使呼吸加深、加快。 当家兔轻度缺氧时，颈动脉体所处环境中的 Po2降低，使颈动脉体传入神经放电频率 增加，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，反射性地使呼吸加深、加快。 增大家兔呼吸的无效腔后，则其肺泡通气量减少，肺泡气体的更新率降低，造成肺泡 内 O2减少，CO2潴留，刺激外周和中枢化学感受器，引起上述反射活动的增强，使呼吸加 深加快。 沿家兔耳缘静脉注射乳酸后，使其动脉血液中的 H浓度升高， ，并通过刺激外周化学 感受器反射性地使呼吸加深、加快。 肺牵张反射的传入冲动是沿迷走神经进入脊髓而影响呼吸运动的。切断家兔一侧迷走 神经后，呼吸过程中肺牵张反射的传入冲动受到限制，使吸气向呼气过程的转换变慢，导 致家兔吸气过程延长，吸气加深，呼吸变得深而慢；切断家兔两侧迷走神经后，肺牵张反 射消失，家兔呼吸进一步变得深而慢。（六）结论：结论：呼吸运动保持相对稳定主要是靠神经调节的；肺功能评价的最好指标 肺泡通气量。

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