动物生理学第四章--呼吸课件

第四章 呼 吸,概 述,一、呼吸过程 (活动所需能量和维持体温所需的热能都来自营养物质，任何营养物质氧化产生能量时，都需要消耗O2，并产生CO2。机体要维持内环境恒定就必须不断从外界摄取O2，排出CO2气体。) 呼吸(respiration)机体从外界不断吸入O2并排出CO2气体的交换过程。,呼吸过程包括： （1）外呼吸（ ：外界O2 肺泡肺泡壁毛细血管血液CO2 。包括：肺通气和肺换气。 ） （2）气体在血液中的运输（ ： 肺泡壁毛细血管O2全身组织毛细血管CO2 。 ） （3）组织换气（内呼吸） （ ：组织cell与 毛细血管间的气体交换。 ） 如下图：,O2 O2 肺静脉 左心 主动脉 O2 O2 O2 O2 O2 外界 肺泡 肺毛细血管 组织毛细血管 组织细胞 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 肺动脉 右心 前、后腔静脉 CO2 CO2 肺通气 肺换气 气体运输 内呼吸 外呼吸,二、呼吸系统的组成及其作用 （一）呼吸道：较长的气体通道， 只接触气体，不进行交换。包括: 上呼吸道：鼻、咽、喉 下呼吸道：气管、各级支气管 作用：清洁、温暖、湿润空气(以鼻毛阻挡尘埃，呼吸道粘膜分泌的粘液吸附吸入的尘埃，并用粘膜上的纤毛排出，使肺泡获得清洁、湿润、温暖空气)。 （二）肺单位：呼吸性小支气管 、肺泡管、肺泡囊、肺泡。作用：都能进行气体交换,但以肺泡为主。,肺与外界环境的气体交换过程，即肺通气(pulmonary ventilation) 。 一、肺通气的动力呼吸运动 （气体由压力高处流向压力低处，当肺扩张时，压力大气压吸气，当肺缩小时，压力大气压呼气。 但肺本身是个弹性组织，不能主动张缩，只有在被外力扩张后，才能自动弹性回位。这种外力来自于胸廓扩大、缩小的节律性运动，即呼吸运动。）,第一节 肺通气,（一）呼吸运动 1、吸气动作（运动） 是平和吸气肌膈肌、肋间外肌收缩的结果。 肋间外肌收缩肋骨向上向前移胸廓横径 膈肌收缩膈后移胸廓前后径增大胸廓变大肺泡被动扩张肺内压大气压空气从外入肺完成吸气(inspiration)动作。,2、呼气动作（运动） 吸气停止后，平和吸气肌舒张，胸腔恢复原位缩小，同时肺因回缩力而回缩，肺内压大气压，肺内气体由呼吸道呼出体外，完成呼气(expiration)动作。 上述呼吸运动叫平和呼吸。吸气是主动的，呼气是被动的。 但在用力呼吸时，呼气和吸气都是主动的，并且颈、胸、腰、背部肌肉都参与吸气运动。,3、呼吸式 胸式呼吸：由肋间外肌舒缩、胸壁起伏为主的呼吸运动。 腹式呼吸：由膈肌舒缩、腹壁起伏为主的呼吸运动。 一般正常动物的呼吸表现为胸壁和腹壁运动都比较明显的胸腹式呼吸。 只在疾病时，才表现为单一的胸式或腹式呼吸。,4、呼吸运动中肺内压变化 （在呼吸中，肺随着胸廓的扩大和缩小而扩张和回缩，并吸入、呼出气体，同时肺泡内的压力也发生变化。） 肺内压(intrapulmonary pressure) 即肺泡内压力。 （ 在呼吸运动中，气体无论是从外界进入肺，还是由肺泡排出体外，都要求大气与肺泡之间有压力差。）,吸气之初：肺内压大气压，随空气由外入肺泡，肺容积、压力 。 吸气末：空气填满扩大的肺容积，吸气停止，肺内压=大气压 。 呼气之初：胸腔缩小，肺也被动回缩，压缩肺内气体，肺内压暂时大气压，所以气体由肺排出体外，压力。 呼气末：胸腔处于静止状态，肺内压=大气压。 肺内压变化的大小与呼吸深度、缓急和通畅程度有关。,（二）胸膜腔内压(intrapleural pressure) 指胸膜腔内的压力，又叫胸内压。 1、胸膜腔：指胸膜的壁层和脏层所构成的密闭腔隙，由浆液粘在一起。 2层胸膜只能移行不能分开，与胸内压一起使肺被动张缩，同时润滑2层膜、减少摩擦。,2、胸内压：测得胸内压大气压，所以又叫胸内负压。 （1）胸内负压的形成肺的回缩力 胸膜腔内不存在气体，不可能形成本身的气压，只能由作用于胸膜表面的压力间接形成。 胸膜壁层外有坚厚的胸廓组织，因此不受大气压影响。 胸膜脏层在肺处于呼吸静止状态时，接受：一是与大气压相等的肺内压；二是肺扩张产生的回缩力。二者作用方向相反，因此,胸膜腔内压=肺内压（大气压）-肺回缩力。 设大气压=0，则胸内压= -肺回缩力 即胸内压的直接来源是肺回缩力。 呼气末，肺扩张小，回缩力也小，胸内压小； 吸气末，肺扩张大，肺回缩力也大，胸内负压增大。 无论是吸气、呼气，胸内压皆为负。,（2）胸内负压的意义： a：保证肺的扩张。 b：有利于V血和淋巴液进入腔V。 c：吸气时负压，有利于呕吐和反刍时逆呕 (气胸：胸膜腔与大气相通，因大气压胸内压而使肺塌陷。虽有呼吸运动，但肺泡不能扩张。) （三）表面活性物质与呼吸膜 1、呼吸膜：肺泡与肺泡壁毛细血管间气体交换，所经过的膜性结构叫呼吸膜。 很薄1m，通透性好，利于气体交换。,有6层结构：分别是：,(由于肺泡上液体分子间的吸引力，使液面趋向紧缩，形成表面张力。) 用Laplace定律表示为： P=2T/r P：液泡回缩力；T：表面张力； r ：液泡半径。 如果大、小液泡的T相等，则液泡的P与r成反比。 如果这些液泡相连通，小液泡内的气体大液泡，导致小液泡萎缩，大液泡膨胀。 并非如此，其原因是肺泡表面有表面活性物质。,2、肺泡表面活性物质（pulmonary surfactant） （1）来源：由肺泡II型细胞分泌。 （2）主要成份：二棕榈酰卵磷脂（DPL）。 （3）分布：以单分子层覆盖在肺泡液体层表面。,（4）主要作用： a：降低肺泡表面张力（降至原来的1/81/14）。 b：另外表面张力的和指向肺泡中心，抽吸肺毛细血管内液体进入肺泡及其间隙， DPL阻止了液体滤出，防止肺泡积液和肺水肿。 c：维持大小肺泡容量的稳定性： 小肺泡表面积小， DPL分布密集，降低表面张力的作用大，回缩力减小，以免塌陷。 大肺泡表面积大，DPL分布稀疏，降低表面张力作用小，回缩力增大，不致膨胀而破裂。 d:降低肺弹性阻力，增加其顺应性，减少吸气做功。,二 、肺容量与肺通气量 （一）肺容量(pulmonary capacity) 1、概念：指肺能容纳的气体量。 （据肺容量在呼吸过程中的变化，分为下列几种） 2、组成及其联系 （1）潮气量(tidal volume)：平静呼吸时，每次吸入或呼出的气体量。 （2）补吸气量(inspiratory reserve volume)：平和吸气末，再尽力吸气，多吸入的气体量。,（3）补呼气量(expiratory reserve volume) ：在平和呼气末，再尽力呼气，多呼出的气体量。 （4）肺活量（vital capacity）=补吸气量+潮气量+补呼气量之和。 即：在最大吸气后，从肺内呼出的最大气体量。 可反映肺通气机能的大小，是每次肺通气的最大能力。 （5）机能余气量：平静呼气后，残存于肺内的气体量。即余气量(residual volume)和补呼气量之和。 (在肺通气时，缓冲肺泡内气体分压变化，防止吸入的新鲜空气使肺泡气体浓度变化过大。),呼,（二）肺通气量(pulmonary ventilation) 1、每分通气量：每分钟吸入或呼出的气体总量。=潮气量×呼吸频率 活动使呼吸深度和频率均高，每分通气量高。 肺的最大通气量：每分钟吸入或呼出的最大气体量。它反映肺在每分种的最大通气能力，比肺活量更能客观地反映肺通气机能。 2、肺泡(alveolar)通气量：每次吸入的气体，其中能够进入肺泡的气体量。 =（潮气量-无效腔气量）×呼吸频率,3、解剖无效腔：从鼻腔终末细支气管的呼吸道，不进行气体交换，又称死腔(dead space)。 4、肺泡无效腔：不能与血液发生气体交换的肺泡空间。（因某些肺泡缺血或血流不足引起，健康动物可忽略不计。） 5、生理无效腔：解剖无效腔与肺泡无效腔之和。 靠提高呼吸频率增大每分通气量，进入肺泡的新鲜空气少，交换率低。 而增加潮气量，进入肺泡的新鲜空气多，气体交换率高。,三、肺通气的阻力 即肺通气过程中所遇到的阻力。 来自两方面：弹性阻力与非弹性阻力。 （一）弹性阻力与顺应性 1、弹性阻力（elastic resistance, R）：弹性组织阻止变形，恢复原位的力。包括：肺和胸廓的弹性阻力，是平和呼吸时的主要阻力，约占总阻力70%。 肺弹性阻力的1/3来自肺组织弹性，2/3来自肺泡表面张力。,（ 无论扩张还是收缩，只要变形都会产生弹性阻力使其回位。所以呼吸肌必需收缩作功，只有克服弹性阻力，胸廓和肺才能张缩，才能实现通气机能 ） 无论吸气还是呼气，肺泡总在扩张，故肺弹性阻力均促使肺缩小，是吸气的阻力，呼气的动力。 2、顺应性（compliance, C）：在外力作用下，弹性组织的可扩展性。易扩展者，顺应性大，弹性小，反之亦然。弹性阻力与顺应性呈反比关系： C=1/R 对有一定容积的物体： 顺应性（C）=容积变化（V）/跨壁压的变化(P),（肺的顺应性（C）=肺容积变化（V）/跨肺压变化(P)，跨肺压（P）为肺内压与胸内压的差。 胸廓顺应性（Cchw）=胸廓容积变化（V）/跨胸壁压变化（P）（L/cmH2O） 跨胸壁压为胸内压与胸壁外大气压之差。 总的弹性阻力=肺的弹性阻力+胸廓的弹性阻力。也=1/C肺+1/ C胸廓。 正常肺始终处于扩张状态，总有弹性回缩力阻止吸气。胸廓弹性回缩力的方向又随其扩张与回缩程度发生向量变化。）,胸廓处于自然容积位置时，即平静吸气末，胸廓无变形，无弹性阻力； 平和呼气或深呼气时，胸廓向内缩小，胸廓弹性阻力向外，是吸气的动力呼气的阻力； 深吸气时，胸廓扩大，弹性阻力向内，是呼气的动力吸气的阻力。 2、非弹性阻力： 惯性(inertial)阻力：气流在发动、变速、转向时，因气流和组织惯性所产生的阻止气体流动的因素。,粘滞(viscous)阻力：来自呼吸时，组织相对位移所发生的摩擦。这2者在平和呼吸时，都小。 气道(airway)阻力：气体流经呼吸道时，气体分子之间以及气体分子与气道壁之间的摩擦。 是非弹性阻力的主要成份，约占8090%；在大气流动时产生，并随气流速度加快而增加。 气道阻力可用维持单位时间内气体流量所需压力差来表示： 推动气体流动的压力（大气压-肺内压） 气道阻力= 单位时间内气体流量,