人体生理学-07呼吸

1、第七章 呼吸,第一节 呼吸道与肺泡,一、呼吸道的功能,呼吸道至少有三个方面功能： 使气体进出肺泡； 改变气道阻力从而调节进出肺的气体量、速度和呼吸功； 保护功能。,二、肺泡,肺泡表面有三种类型的肺泡上皮细胞：型肺泡上皮细胞：覆盖肺泡表面的大部分，细胞扁平，便于气体交换；型肺泡上皮细胞：呈球形或立方形，有分泌功能，其分泌物敷于肺泡上皮表面，称为肺泡表面活性物质。在肺泡扩大或缩小时，肺泡表面活性物质的密度发生改变，可防止肺泡过度扩张或塌陷；形肺泡上皮细胞：见于大鼠肺内，呈立方形，游离面有短小微绒毛，故又称刷细胞，功能不甚清楚，可能是牵张或化学感受器。,肺泡与毛细血管内血液之间进行气体交换所必须经过的结构称为呼吸膜，包括肺泡表面活性物质，肺泡表面的液体层、肺泡上皮细胞及其基膜、间质、毛细血管内皮的基膜和内皮细胞等六层。,第二节 呼吸运动与肺通气,一、呼吸运动 呼吸运动是在神经系统的支配下，由呼吸肌的收缩和舒张而引起的胸廓节律性扩大和缩小的活动。 呼吸运动造成的肺内压与外界气体的压力差是实现肺通气的动力。,呼吸肌：主要呼吸肌和辅助呼吸肌。 主要吸气肌：膈肌和肋间外肌；主要呼气肌：肋间内肌。 辅

2、助呼吸肌：胸锁乳突肌、胸大肌、胸小肌、背阔肌、斜方肌、腹肌、咽喉肌等。 主要由肋间肌活动产生的呼吸运动称为胸式呼吸；主要由膈肌舒缩引起的呼吸运动称为腹式呼吸。 平和呼吸时，吸气是主动的，呼气是被动的；用力呼吸（或深呼吸）时吸气和呼气都是主动的，并有辅助呼吸肌的参与。,二、肺内压与胸内压的变化,肺内压是指肺泡内的压力。 吸气时胸廓容积扩大肺被动扩张肺容积增大使肺内压为负压外界气体进入肺内。,平和呼气是一个被动过程，依赖于胸廓、肺和腹腔内脏器的自然回位，使肺内压高于大气压，肺内气体被驱出体外。 平和呼吸时，肺内压的升降幅度在0.30.4kPa（23mmHg）之间，用力呼吸时，吸气肌收缩增强，呼气肌主动收缩，肺内压变化较大。,胸内压是指胸膜囊内的压力。 平和呼吸时，胸内压始终低于大气压，习惯上称为胸内负压。 胸内负压是肺回缩力造成的，吸气时肺扩张，回缩力增大，故负压增大，呼气时则负压减小。紧闭声门用力呼气时胸内压可变为正值。 胸内负压使肺泡保持稳定的扩张状态，并作用于胸腔内的心脏和大静脉，降低中心静脉压，有利于静脉血液和淋巴回流。,三、肺容量与肺通气量,（一）肺容量 肺容纳的气体量称为肺容量

3、，一般用呼吸时吸入和呼出的气量来估计。 潮气量：每次平和呼吸时进出肺的气量，约为400500ml。 补吸气量：平和吸气末在尽力吸气，所能吸入的最大气量，约为15001800ml。 深吸气量：潮气量与补吸气量之和。 补呼气量：平和呼气末再尽力呼气，所能呼出的气量，约为9001200ml。,余气量：最大呼气末仍存留在肺内的气量，男性约1500ml，女性约1000ml。 机能余气量：平和呼气末肺内存留的气量，等于余气量与补呼气量之和。 肺活量：最大吸气后，所能呼出的最大气量，等于补吸气量、潮气量和补呼气量三者之和，男性平均约3500ml，女性平均约2500ml。 肺总容量：肺所能容纳的最大气量，是肺活量和余气量之和。,肺活量可以反映肺一次通气的最大能力，但不能反映通气速度和通气阻力，因而提出了时间肺活量的概念。 时间肺活量是指用力吸气后再用力以最快速度呼气，在单位时间内所呼出的气量占肺活量的百分数。正常人在第1、2、3秒可分别呼出肺活量的83%、96%、99%。气道狭窄病人的时间肺活量，特别是第1秒内呼出的气量明显减少,（二）肺通气量,单位时间内吸入或呼出的累积气量，称为肺通气量。 潮气量与

4、呼吸频率的乘积称为每分通气量。 尽力作深快呼吸时的每分通气量称为最大通气量，可作为估计最大运动量的生理指标。,从气体交换的角度看，只有在肺泡内能够与血液进行气体交换的气量才是有效的。 在呼吸性细支气管以上的呼吸道，没有气体交换功能，称为解剖无效腔。 即使进入肺泡内的气体，也可因血流在肺内分布不均而不能与血液进行气体交换，这部分气体容量称为肺泡无效腔。 解剖无效腔与与肺泡无效腔合称为生理无效腔。 每分钟进入肺泡的新鲜气体量称为肺泡通气量，即（潮气量无效腔气量）呼吸频率。,四、肺通气的阻力,肺通气的阻力包括弹性阻力和非弹性阻力。 弹性阻力占肺通气总阻力的70%左右。,（一）弹性阻力,弹性阻力包括：肺的弹性阻力和胸廓的弹性阻力。 肺的弹性阻力来自肺的弹性成分和肺泡液体层的表面张力。 正常情况下肺总是处于一定的扩张状态，表现出一定的弹性回缩力，所以肺的弹性回缩力在任何时候都是吸气的阻力和呼气的动力。,胸廓处于自然位置时，没有变形，不表现有弹性回缩力，此时的肺容量约为肺总容量67%。胸廓向内缩小时产生向外的弹性回缩力；胸廓向外扩张时产生向内的弹性回缩力。即：在肺容量67%时，胸廓的弹性阻力是吸气

5、的动力，而在肺容量67%时，胸廓的弹性阻力才成为吸气的阻力。,呼吸过程中，肺和胸廓的变形表现为容积的变化，即表现为是否容易扩张。 扩张难易可用顺应性表示。弹性阻力小则容易扩张，称为顺应性大，弹性阻力大则不容易扩张，称为顺应性小。 顺应性是弹性阻力的倒数。顺应性的大小，可用单位压力变化所引起的容量变化来表示，常用单位是L/kPa（L/mmHg）。,（二）非弹性阻力,非弹性阻力包括气道阻力、粘滞阻力和呼吸运动中呼吸器官位移所遇到的惯性阻力。 正常情况下，粘滞阻力和惯性阻力很小，气道阻力占非弹性阻力80%90%。 气道阻力包括气体分子间、气体分子与呼吸道之间的摩擦力。 气道阻力可用维持单位时间内气体流量（Ls）所需要的压力差（kPa）表示。,气体压力高、流速快、密度高、黏度大或形成气涡流、气道长而弯曲、管径小时，气道阻力增加。 气道管径对气道阻力的影响最大，气道阻力与气道半径的4次方成反比。 肺回缩力和胸内负压对下呼吸道的管壁有牵拉作用，因此在吸气时由于肺扩张，使肺回缩力和胸内负压增加，使气道口径增大，气道阻力减小，呼气时则相反。这也是支气管哮喘病人呼气比吸气更为困难的原因。,（三）呼吸功,

6、呼吸过程中，呼吸肌克服弹性阻力和非弹性阻力而实现肺通气所作的功称为呼吸功。通常用单位时间内呼吸肌所完成的机械功来表示，正常人平和呼吸时，每分钟所做的呼吸功约为36J，其中2/3用于克服弹性阻力，1/3用于克服非弹性阻力。剧烈运动时，每分钟的呼吸功可增至98J。,在神经系统调节下，机体倾向于选择不同的呼吸方式，以最少的呼吸功完成最佳的呼吸效率。如哮喘病人，呼吸道阻力增加，常选择深而慢的呼吸，以减少克服气道阻力所做的功；肺硬变患者，弹性阻力增加，常选择浅而快的呼吸，以减少克服弹性阻力所做的功。,第三节 呼吸气体的交换,一、呼吸气体的分压和溶解度 在混合气体中，某种气体所具有的压力称为该气体的分压。分压的大小等于总压力乘于该种气体在混合气体中的容积百分比。 气体分子不断地溶解于液体，而溶解的气体又不断地从液体中逸出。溶解的气体分子从液体中逸出的力称为张力。在一定的分压下，当某种气体的溶解和逸出的速度相等时，溶解气体的张力就等于这一气体的分压。,二、气体在肺和组织的交换,气体的分压差是气体交换的动力。 肺泡气的O2分压高于静脉血O2分压，而CO2分压低于静脉血CO2分压，因此，O2由肺泡向静脉

7、血扩散，CO2则由静脉血向肺泡扩散。经气体交换后，静脉血变为动脉血。 组织内的O2分压低于动脉血O2分压，而CO2分压高于动脉血CO2分压，因此，O2由血液向组织扩散，CO2由组织向血液扩散。经气体交换后，动脉血变为静脉血。,单位分压差下，单位时间内通过单位面积扩散的气体量称为该气体的扩散系数。 气体分子的扩散系数与气体的溶解度成正比，与扩散距离和气体分子量的平方根成反比。 分压差、溶解度、气体分子量三者相互作用的结果，在肺部CO2的扩散速度约为O2扩散速度的2倍，因此，在气体交换不足时，往往缺O2比较明显，而CO2潴留不明显。,呼吸膜的面积和厚度也可影响肺部的气体交换。肺气肿时，肺泡融合使气体交换面积减小；肺纤维化、尘肺、肺炎等情况下，呼吸膜增厚，使其通透性降低。,三、肺泡通气与血流量的相互关系,每分钟肺泡通气量与每分肺血流量（心输出量）的比值，称为通气血流比值（V/Q）。正常成人安静时的最适V/Q为0.84。当肺泡无效腔增大时，V/Q0.84，部分肺泡气体不能与血液进行气体交换；当有生理性动静脉短路时，V/Q0.84，则部分血液得不到充分的气体交换。,第四节 气体在血液中的运输,O

8、2和CO2的运输有两种形式：物理溶解和化学结合。 在血液中，98% 以上的O2和95%以上的CO2是以化学结合形式运输的。 物理溶解是化学结合与气体释放之间的过渡形式，对于气体交换起着十分重要的作用。 在生理范围内，溶解状态和化学结合状态的气体维持着动态平衡。,一、氧的运输,（一）氧的化学结合 O2扩散进入红细胞内与血红蛋白结合，形成氧合血红蛋白（HbO2）。 每100ml血液中，血红蛋白能结合的O2最大值称为血红蛋白氧容量。 每100ml血液中血红蛋白实际结合O2的量称为血红蛋白氧含量。 血红蛋白氧含量占血红蛋白氧容量的百分数称为血红蛋白氧饱和度。 因为溶解状态的氧很少，所以近似地将血红蛋白氧容量、血红蛋白氧含量、血红蛋白氧饱和度称为血氧容量、血氧含量和血氧饱和度。,1分子的血红蛋白含有4个Fe2+，能结合4分子的O2； O2和血红蛋白结合后不发生氧化，因此称为氧合； O2和血红蛋白结合是可逆的，其结合或解离受O2分压的影响。 在O2分压高时，O2和血红蛋白结合形成HbO2，O2分压低时，HbO2解离为Hb和O2。,O2和血红蛋白结合的特点,（二）氧离曲线及其影响因素,反映血红蛋白氧

9、饱和度与血液O2张力（分压）的关系的曲线称为氧离曲线。 血红蛋白的4个Fe2+是逐个与O2结合的，当有一个Fe2+与O2结合后，能提高下一个Fe2+与O2的亲和力。当全部结合O2后，则不能再增加，所以氧离曲线呈“S”型。,血液O2分压在60100mmHg之间变化时，血氧饱和度变化不大。如O2分压由100mmHg变为60mmHg时，血氧饱和度仅减少10%。 血液O2分压在60mmHg以下时，O2分压稍有变化，血氧饱和度就发生大幅度的变化。如O2分压由60mmHg变为20mmHg时，血氧饱和度约降低60%。 血红蛋白的这种特性，使血液在O2分压高的肺部，迅速与O2结合，而在O2分压低的组织部位又能促进O2的释放。,影响氧离曲线的因素,pH和CO2分压：pH降低和CO2分压升高，均使氧离曲线右移，血红蛋白与O2的亲和力降低，有利于O2的释放，因而使活动组织能从血液中获取更多的O2； 温度：温度升高（如运动中的肌肉）曲线右移，可解离更多的O2供组织利用； 2，3二磷酸甘油酸（2，3DPG）的影响：血液中的O2分压降低时，红细胞内无氧酵解增加，产生较多的2，3DPG，使氧离曲线右移，使Hb与O2解离，改善组织供O2量。,二、二氧化碳的运输,（一）二氧化碳的化学结合 二氧化碳的化学结合有两种形式：碳酸氢盐（HCO3-）形式和氨基甲酸血红蛋白（HbNHCOOH）形式。 以HCO3-形式运输的CO2占血液中CO2总量的87%。 以氨基甲酸血红蛋白形式存在的CO2占血液中CO2总量的7%。,（二）二氧化碳解离曲线,表示血液中CO2分压与CO2总含量之间数量关系的曲线称为二氧化碳解离曲线。 二氧化碳解离曲线由两条近乎平行的直线组成。上面的直线表示静脉血中CO2容积百分比，下面的直线表示动脉血中CO2，即同样的CO2分压下，动脉血中的CO2容积百分比较小。,血红蛋白的氧合作用有利于CO2的释放的效应，称为何尔登效应（Haldane effect），其产生原因有二： HHb携带CO2的能力比HbO2大； HHb与H+结合的能力较大，因此能及时清除H2CO3和HbNHCOOH解离过程中产生的H+，并有利于解离反应的进行，提高血液中CO2的含量。,（三）血液二氧化碳运输与酸碱平衡,CO2在血液中形成H2

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