动物生理学第四章-呼吸---复制课件

第四章 呼 吸 （Respiration）,三、呼吸气体的交换及运输,二、肺通气,四、呼吸的调节,一、概 述,机体同外界环境之间的气体交换过程，称为呼吸（ respiration ），它是由以下三个环节组成：,一、概 述,呼 吸,外呼吸（External respiration）,气体运输（Transpotation）,内呼吸（Internal respiration）,外呼吸又称为肺呼吸；内呼吸又称为组织呼吸,动画,二、肺通气,呼 吸,呼吸系统的结构和功能,肺通气的原理,肺容量和肺通气量,呼 吸,呼吸系统的结构和功能：,呼吸道,肺 泡,呼 吸,呼吸道是气体进出的通道,气体进出的通道,调节进出空气以及清洁空气的功能,防御性的反射：对机体有保护作用,呼 吸,肺泡是由单层扁平上皮组成的半球状含气小囊泡，其外表紧贴着丰富的毛细血管网和弹性纤维。,肺泡是气体交换的主要场所，气体进出肺泡所经历的结构被称为呼吸膜。呼吸膜主要由六层结构组成：,含有肺泡表面活性物质的液体层 肺泡的上皮细胞层 肺泡的上皮基膜层 间质层（胶原纤维和弹性纤维组成的网） 毛细血管的基膜层 毛细血管的内皮细胞,呼 吸,在液体与气体的交界面上，由于液体分子之间的引力而产生的能够引起液体表面收缩的张力。,肺内有成千上万个大小不同的肺泡，而它们各自形态的维持有赖于肺泡表面活性物质的作用。,肺泡表面张力：,呼 吸,肺泡型细胞分泌的一种复杂的脂蛋白二软脂酰卵磷脂。,肺泡的表面活性物质：,形成单分子层分布于液气界面，随肺泡的张缩改变密度。,降低肺泡的表面张力,维持肺泡内压的相对稳定,防止肺泡积液,呼 吸,肺通气的原理：,气体进出肺取决于两方面的因素的作用：,前者必须克服后者，方能实现肺通气。,呼 吸,推动气体实现肺通气的直接动力,实现肺通气的原动力,肺泡与大气之间的压力差,呼吸肌的舒缩运动,源动力通过胸膜腔的传递，改变肺容积大小，从而转化为实现肺通气的直接动力。,呼 吸,呼吸肌：引起呼吸运动的肌肉。,动画,呼 吸,呼 吸,肋间外肌收缩，肋骨向前向外移动；膈肌收缩，膈向后移动。胸腔容积增大，肺被动牵引而扩张，气体进入肺内。,吸气运动：,呼气运动：,吸气肌舒张，膈和肋回位。肺失去牵引力，由于自身弹性和肺泡表面张力而回缩，气体被压出肺外；用力呼气时呼气肌才参与。,呼 吸,胸膜有两层，即紧贴于肺表面的脏层和紧贴于胸廓内壁的壁层。两层胸膜形成一个密闭的、潜在的腔隙。,胸膜腔,呼 吸,胸膜腔内只有少量的浆液，没有气体：,（2）使两层胸膜贴附在一起，不易分开，所以肺就可随着胸廓的运动而运动。,（1）润滑作用，减小摩擦力，两层胸膜可互相滑动。,胸膜腔的密闭性和两层胸膜间浆液分子的内聚力有重要生理意义，如果密闭性被破坏，在临床上产生气胸（pneumothorax）,呼 吸,胸内压 （胸内负压）,胸廓的弹性回位力,肺的弹性回缩力,呼 吸,胸内压为负压的生理学意义：,在呼吸周期中，肺被动扩张的程度和因此产生的肺回缩力的大小不一样，所以，胸内负压也随呼吸周期而变化。但无论是呼气还是吸气时，胸内压均为负压。,（2）有利于胸腔其它组织器官生理功能的正常发挥。,（1）保证肺在呼气与吸气时均处于扩张状态，以确 保气体交换的顺利进行。,呼 吸,呼 吸,肺通气的阻力来自于两方面：,肺与胸廓的回位力弹性阻力,呼吸道气流阻力非弹性阻力,气体与呼吸道管壁之间，气体分子之间所产生的摩擦阻力以及肺和胸廓活动时，有关组织之间的粘滞阻力。,呼 吸,顺应性（C）= 1/弹性阻力（R）,呼 吸,肺的弹性阻力和顺应性,胸廓的弹性阻力和顺应性,肺在被扩张变形时，会产生回缩力，回缩力的方向与肺扩张方向相反，因而是吸气的阻力，即肺的回缩力构成了肺扩张的弹性阻力。,胸廓的弹性阻力来自胸廓的弹性成分，胸廓处于自然位置时的肺容量约相当于肺总量的67%，此时胸廓无变形，不表现有弹性阻力。呼吸运动时既可能是吸气或呼气的阻力，也可能是吸气或呼气的动力。,呼 吸,影响因素：呼吸道的半径和气流的速度,呼 吸,肺容量：,潮气量（TV）,补呼气量（ERV）,补吸气量（IRV）,残气量（RV）,功能残气量（FRC）,肺活量（VC）,肺总容量（TLC）,功能残气量,肺活量,肺总容量,呼 吸,各种动物的呼吸频率，随个体大小、年龄、机体状态而有所差异。一般与机体的代谢强度相关，代谢活动强，呼吸频率快。,呼吸频率,一分钟内呼或吸的次数称为呼吸频率。,呼 吸,肺通气量：,每分通气量每分钟进或出肺的气体总量。,每分通气量=潮气量 X 呼吸频率,肺泡通气量=（潮气量-生理无效腔）X 呼吸频率,呼 吸,胸腹式呼吸（混合式呼吸） （combined breathing）：,哺乳动物的呼吸式有3种类型：,胸式呼吸（thoracic breathing）：,腹式呼吸（abdominal breathing）：,吸气时以肋间外肌收缩为主，胸壁起伏明显；,吸气时以隔肌收缩为主，腹部起伏明显；,吸气时肋间外肌与膈肌都参与的，胸壁和腹壁的运动都比较明显。,三、气体交换及运输,呼 吸,气体交换,气体运输,呼 吸,气体交换原理：,混合气体中，每种气体分子运动所产生的压力为该气体的分压。,气体分子不停地进行着无定向运动，其结果是气体分子从高分压区域向低分压区域扩散。,呼 吸,肺和组织内气体交换过程：,呼 吸,影响肺内气体交换的主要因素：,气体分压差、溶解度和分子量,呼吸膜的面积和厚度,通气/血流量比值（VA/Q）,呼 吸,气体,O2的运输,CO2的运输,物理溶解,化学结合,运输形式,呼 吸,血红蛋白与氧的结合：,每个血红素分子含一个亚铁离子，称为亚铁血红素。,每个亚铁离子能结合一个氧分子，但这种结合是疏松的。血红蛋白与氧结合后，亚铁的价数不变，故称为氧合（oxygenation），而不是氧化（oxydation）。,呼 吸,HbO2,O2分压升高,Hb+O2,O2分压降低,呼 吸,血红蛋白和氧结合后铁为二价，该反应是氧合反应,反应快而可逆，不需要酶的催化，只受氧分压的影响,单独的血红素不能有效地结合氧,1分子的血红蛋白可以和4分子的氧结合,该反应有以下特点：,呼 吸,Hb氧容量（血氧容量，Oxygen Capacity） 100 ml血液中Hb所能结合的最大氧量称Hb氧容量,氧含量（血氧含量，Oxygen content） 100ml血液中，Hb实际结合的O2量称Hb的氧含量,Hb氧饱和度 Hb氧含量与氧容量的百分比为Hb氧饱和度。,呼 吸,氧离曲线（oxygen dissociation curve） ：,氧离曲线或称氧合血红蛋白解离曲线是表示PO2与Hb氧饱和度的关系曲线。 该曲线表示不同PO2下O2与Hb分离情况，同样也反映了不同PO2时O2与Hb的结合情况。,呼 吸,氧离曲线的特点和生理意义：,氧离曲线呈“S”形，是血液 运输O2有效的特性表现。,第一阶段：PO2值在813.33 kPa (60100mmHg )维持氧饱和度,第二阶段：PO2值在5.338.0kPa安静条件下代谢所需,第三阶段：PO2值在2.675.330kPa机体的氧储备,呼 吸,氧离曲线的位移：,Hb与氧的结合与分离受许多因素的影响。当氧离曲线的位置发生变化时，表明血红蛋白与氧的亲和力发生了改变。,曲线右移：表明Hb与氧的亲和力下降。,呼 吸,、pH值和CO2浓度的影响,、温度的影响,、2，3二磷酸甘油酸（2，3DPG）,、Hb自身性质的影响,影响氧离曲线位移的因素：,呼 吸,二氧化碳在体内的运输也是以物理溶解和化学结合的方式进行的。,化学结合,物理溶解（5%）,碳酸氢盐（87%）,氨基甲酸血红蛋白（7%）,呼 吸,进入红细胞内的一部分二氧化碳能直接与血红蛋白的自由氨基结合，形成氨甲酰血红蛋白（carbaminohemoglobin），并能很快解离。,这一反应无需酶的催化，调节它的主要因素是氧合作用。,呼 吸,四、呼吸的调节,另一方面是随意的控制，主要是大脑皮层的功能，它可以改变正常的呼吸节律，进行与意识有关的活动，如：屏气、说话、唱歌等。,中枢系统对呼吸运动的调节分为两个方面：,一方面是自动节律性的控制，主要是通过低位脑干的功能而产生正常的呼吸节律。,呼吸中枢,呼吸的反射性调节,呼吸节律的形成,呼吸的体液调节,呼 吸,结 论：,1、延髓存在 基本的呼吸中枢,2、脑桥 的1/3处存在 呼吸调整中枢,1923年英国学者Lumsden用分段切除法成功地观察了呼吸节律的变化，提出了三级呼吸中枢的理论设想。,呼 吸,呼吸中枢：,脊 髓中继站和整合某些呼吸反射的初级中枢,延 髓呼吸的基本中枢（生命活动的基本中枢）,脑 桥呼吸的调整中心,高位脑大脑皮层、边缘系统和下丘脑,呼 吸,延髓存在基本的呼吸中枢，能发动和维持比较有规律的呼吸运动。 延髓有多种类型的神经元，其中包括：,（1）背侧呼吸组（dorsal respiratory group DRG）,（2）腹侧呼吸组（ventral respiratory group VRG）,集中在孤束核腹外侧，主要为吸气神经元，它以交叉方式支配对侧膈肌运动神经元,集中在凝核、后凝核、以及面神经核附近，有吸气神经元，也有呼气神经元。,呼 吸,在脑桥的1/3处呼吸的神经元相对集中的地方形成了臂旁内侧核和KF核团，合称BPKF核群，起呼吸的调整中枢的作用。其作用表现为：它们与延髓的呼吸中枢之间有双向联系，其作用是限制吸气，使吸气向呼气转换。目前认为：它是通过易化延髓“吸气切断”机制，促进吸气与呼气之间的相互转换。,局部神经元回路反馈控制假说：,呼 吸,呼吸的反射性调节：,呼吸活动可受机体内外环境各种刺激的影响，如伤害性刺激、冷刺激、血压的骤然变化等都可使呼吸发生变化。重要的反射如下：,（一）肺牵张反射（Pulmonary strech reflex）,（二）呼吸肌的本体感受性反射,（三）防御性呼吸反射,呼 吸,1、定义：由肺扩张或肺缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射称肺牵张反射，又称黑伯二氏反射（Hering-Beruer reflex）,（一）肺牵张反射（Pulmonary strech reflex）,（1）肺扩张反射,（2）肺缩小反射,2、意义：使呼吸不致过长，促使吸气及时转入呼气，它与脑桥呼吸调整中枢共同调节着呼吸的频率和深度。,呼 吸,1、定义：肌梭和腱器官是骨骼肌的本体感受器，它们所引起的反射为本体感受性反射。 呼吸肌内也有本体感受器. 当呼吸道通气阻力增大时，通过本体感受器反射增强呼吸肌的收缩力，克服通气阻力，保持足够的肺通气量。,（二）呼吸肌的本体感受性反射,呼 吸,（三）防御性呼吸反射,当鼻腔、咽、喉、气管与支气管的粘膜受到机械或化学刺激时，则会引起防御性反射。此反射具有清除刺激物，防止异物进入肺泡的作用。常见的呼吸性防御反射有：,喷嚏反射,咳嗽反射,呼 吸,呼吸的体液调节：,当血中或脑脊液中的CO2、H+浓度升高，或O2浓度降低时，通过刺激体内的化学感受器，对呼吸产生调节，从而排出体内过多的CO2、H+，摄入O2以维持血液与脑脊液中CO2、O2、H+浓度的相对恒定。,（一）二氧化碳对呼吸的影响,（二）低氧对呼吸的影响,（三）氢离子对呼吸的影响,呼 吸,（1）中枢化学感受器：位于延髓腹外侧表层的对称化学敏感区域。引起中枢化学感受器兴奋的有效刺激是H+而不是CO2。,（2）外周化学感受器：颈动脉体和主动脉体。当血液中缺O2、二氧化碳分压和H+增高时其传入的神经冲动增加。,呼 吸,（一）二氧化碳对呼吸的影响,血液中一定水平的CO2对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必需的，但血中PCO2增高或降低对呼吸有显著影响。 实验证明，当动脉血中PCO2增高0.2kPa（1.5mmHg），便可使肺通气容量增大一倍，加快CO2的排出