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第 4 章 呼吸 (Respiration)

第 4 章 呼吸 (Respiration). 概述 (Introduction). 1. 肺通气 (Pulmonary Ventilation). 2. 气体交换与运输 (Gas Exchang and Transpot). 3. 呼吸运动的调节 (Respiratory Regulation). 概 述 (Introduction) Respiration ： gas exchange between the atmosphere and the body. O 2. CO 2. CO 2. Respiration: three events

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第 4 章 呼吸 (Respiration)

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Presentation Transcript

  1. 第4章 呼吸(Respiration) 概述(Introduction) 1.肺通气(Pulmonary Ventilation) 2.气体交换与运输(Gas Exchang and Transpot) 3.呼吸运动的调节(Respiratory Regulation)

  2. 概 述(Introduction) Respiration：gas exchange between the atmosphere and the body O2 CO2 CO2

  3. Respiration: three events 外呼吸(External respiration) 肺通气(Pulmonary Ventilation) 肺换气(Pulmonary gas exchange) 气体运输(Gas Transport) 内呼吸(Internal Respiration)

  4. 1 肺通气(Pulmonary ventilation) 1.1 呼吸道(air way)

  5. 1.2 肺泡(Alveolus) 呼吸膜(Respiratory Membrane) 毛细血管内皮层 基膜层 间隙 肺泡上皮 液体层 表面活性物质层

  6. 1.3 Mechanisms of pulmonary ventilation 1.3.1 呼吸运动(Respiratory Movement) 吸气(Inspiration): 隔肌和肋间外肌收缩,胸廓扩张，肺被牵拉，肺容积增大。肺内压 <大气压 呼气(Expiration) 隔肌和肋间外肌舒张，胸廓缩小，肺回缩，肺容积缩小。 肺内压 >大气压

  7. 1.3.2 呼吸运动类型、呼吸频率和呼吸音 呼吸类型(Respiratory styles) 胸式呼吸（thoracic breathing） 主要靠肋间外肌的收缩 腹式呼吸（abdominal breathing） 主要靠隔肌的收缩 胸腹式呼吸 正常呼吸 呼吸频率(Respiratory rate) 呼吸音(Respiratory sound)

  8. 1.3.3 肺内压与胸内压 ●肺内压(Intrapulmonary pressure) ●胸膜腔(Pleural cavity) 胸膜壁层与脏层所围成的密闭的潜在腔隙 作用：（1）湿润胸膜而减小层胸膜的摩擦 （2）使两层胸膜紧密相连 ●胸内压(intrapleural pressure) 胸膜腔内压力，由胸膜表面的压力间接造成

  9. ●胸内负压(pleural negative pressure) 胸内压 = 肺内压 - 肺的回缩力 = 大气压 –(肺的弹性纤维回缩力+表面张力) = 0 -肺的回缩力 = -肺的回缩力 胸内压是一个负压 胸内压 胸廓 肺泡 大气

  10. 生理意义(Physiological meaning) 1）肺被牵拉而扩张的条件 2）促进静脉血液和淋巴的回流 3）助于食道的扩张，利于逆呕和反刍 1.4 肺通气的阻力(Resistance) ●弹性阻力(Elastic resistance) ●非弹性阻力(non-elastic resistance) ●顺应性(Compliance)

  11. ●肺泡表面张力(surface tension) 在液气界面处，液体内部分子对液体表面分子的作用合力，有将液体表面分子拉向液体内部的力，使液体表面有尽量缩小的倾向。 液气界面 肺泡内的液-气界面，因界面层的液体分子受力不均匀，表现的内聚力（表面张力）方向是向中心的→使肺泡缩小。 液体 表面张力

  12. ●肺泡回缩力(contraction force) P = 2 T（表面张力）/ R （肺泡半径） 半径大的液泡回缩力 <半径小的液泡回缩力

  13. ●表面活性物质(surfactant) source：肺泡Ⅱ型细胞分泌。 composition:二棕榈酰卵磷脂( DPL或DPPC )。 function：降低肺泡内表面液体层表面张力的作用。

  14. 1.5 肺容量和肺通气量（Pulmonary capaacities and pulmonary ventilation) 潮气量(Tidal volume) 补吸气量(inspiratory reserve volume) 补呼气量(Espiratory reserve volume) 余气量(Residual volume) 功能余气量(functional Residual volume) 功能余气量＝余气量＋补呼气量 肺活量(vital capacity)：用力吸气后再用力呼气，所能呼出的气体量. 肺活量＝补吸气量＋潮气量＋补呼气量 肺总容量(Total lung capacity：肺所容纳的最大气体量

  15. 1.6 肺通气量(pulmonary ventilation ) 1.6.1 每分通气量(Minute ventilation volume) ＝潮气量×呼吸频率(次/分) 1.6.2 肺泡通气量(Alveolar ventilation) ＝(潮气量-无效腔量)×呼吸频率 解剖无效腔(anatomical dead space)：无气体交换能力的腔（从上呼吸道→呼吸性细支气管） 肺泡无效腔(alveolar dead space)：因无血流通过而不能进行气体交换的肺泡腔 生理无效腔(physilogical dead space)＝解剖无效腔＋肺泡无效腔

  16. 2 气体交换与运输(Gas exchange and Transport)2.1 气体交换(Gas exchange) 2.1.1 气体交换的原理(Principles of gas exchange) 原理：扩散 动力：膜两侧的气体分压差(partial pressure) 扩散速率（D）(rate of diffusion): 扩散速率与partial pressuredifference、temperature、solubility、area of diffusion呈正比；与distance、molecular mass呈反比。

  17. 2.1.2 肺换气(gas exchange in the lung）(录象） PO2：alveolus ：13.6kPa，Capillary：5.33kPa 氧从肺泡进入血液 PCO2：alveolus 5.33kPa，Capillary：6.13kPa CO2从血液进入肺泡 O2 CO2

  18. 2.1.3 内呼吸(Gas exchange in tissues) PO2：tissue：3.99kPa，capillary：13.33kPa 氧从血液进入组织 PCO2：tissue：6.66kPa，capillary：5.33kPa CO2从组织进入血液 O2 CO2

  19. 2.1.4 影响气体交换的因素(Factors affecting gas exchange) A.呼吸膜(respiratory membrane) ●厚度(thickness)： 呼吸膜厚度↑→通透性↓→气体交换↓ ●面积(surface area)： 呼吸膜面积↓→气体交换↓。 O2 CO2 6层＜1μm厚

  20. B.气体扩散速率(rate of gas diffusion) 分压差×温度×气体溶解度×扩散面积 = 扩散距离×√分子量 ∵CO2的扩散系数(diffusion coefficient)是O2的20倍，在同等条件下，CO2的扩散速率是O2的20倍 ∴肺功能衰竭患者往往缺O2显著，CO2潴留不明显

  21. C.通气/血流比值(ventilation/perfusion ratio) 每分肺通气量（VA）/每分肺血流量（Q） 1.VA/Q↑≈肺通气↑或肺血流↓→增大生理无效腔→换气效率↓(如心衰、肺动脉栓塞) 2.VA/Q↓≈肺通气↓→增大功能性A-V短路→换气效率↓（如支哮、肺气肿、支气管栓塞） (4.2L/min) (5L/min ＝0.84)

  22. 2.2 气体运输(Gas transport in the blood)

  23. 2.2.1 氧的运输(Oxygen transport) 物理溶解：(1.5%) 化学结合：(98.5%) 2.2.1.1 O2与Hb (Hemoglobin)的可逆性结合(Reversible combination) PO2↑(氧合) Hb + O2 HbO2 暗红色PO2↓(氧离)鲜红色

  24. O2与Hb结合的特征： ①反应快、可逆 ②是氧合，非氧化 ③1分子Hb可与4分子O2可逆结合（4个亚基各结合1个O2） Hb+O2结合的最大量-氧容量(oxygen capacity) Hb+O2结合的实际量-氧含量(oxygen content) 氧含量/氧容量的%-氧饱和度(oxyhemoglobin saturation) PO2↑ (氧合) PO2↓ (氧离)

  25. 2.1.2.2 氧离曲线(Oxygen-hemoglobin dissociation curve) 当Hb某亚基与O2结合或解离后→Hb变构→其他亚基的亲O2力↑or↓→Hb4个亚基的协同效应便呈现S形的氧离曲线特征。

  26. 上 特征及生理意义 1）上段：PO28.0～13.3kPa (60～100mmHg) 坡度较平坦。 表明：PO2变化大时，血氧饱和度(oxyhemoglobin saturation)变化小。 意义：保证低氧分压时的高载氧能力。

  27. 下 中 上 2)中段:PO2.8～5.3kPa (40～60mmHg) 坡度较陡。 表明：PO2降低能促进大量氧离，血氧饱和度下降显著。 意义:维持正常时组织的氧供。 因正常时组织的氧供，PO2在中段范围变化。

  28. 下 中 上 3)下段：PO2.53～2.0kPa (15～40mmHg) 坡度更陡。 表明：PO2稍有下降,血氧饱和度就急剧下降。 意义：维持活动时组织的氧供。 因下段释放O2量为正常时的3倍(= O2储备段)。

  29. 影响氧离曲线的因素(factors that shift the oxygen-hemoglobin dissociation curve) 1）Pco2↑ PH↓ Pco2↑PH↓→氧离曲线右移; Pco2↓PH↑→氧离曲线左移 2）温度 T↑→氧离曲线右移 T↓→氧离曲线左移 3） 2,3-DpG DpG↑ →氧离曲线右移 DpG↓ →氧离曲线左移

  30. 2.2.2 Transport of carbon dioxide dissolved state:5％ Chemical forms：95％ ● HCO3-的形式(Form of Bicarbonate ion): 88％ CO2＋H2O Carbonic anhydrase H2CO3 HCO3-＋H+

  31. CO2的运输 碳酸酐酶

  32. ●氨基甲酸血红蛋白的形式(carbaminohemoglobin) ：7％ 反应过程 HbNH2+H++CO2 HHbNHCOOH＋O2 tissue lung

  33. ●Factors affecting CO2 transport Haldane effect：氧分压影响二氧化碳和血红蛋白的结合和解离。 在肺部：氧分压高，促进二氧化碳的解离。 在组织：氧分压低，促进二氧化碳的结合。 波尔效应：二氧化碳分压影响氧和血红蛋白的结合和解离。 在肺部：二氧化碳分压低，促进氧和血红蛋白的结合。 在组织：二氧化碳分压高，促进氧和血红蛋白的解离。

  34. 在肺脏氧与二氧化碳运输形式

  35. 组织换气过程

  36. 3 Respiratory regulation (video） main contents： ●respiratory center? ●respiratory rhythm？ ●Process of respiratory regulation？ 基本呼吸中枢

  37. 3.1 呼吸中枢(respiratory center) ●脊髓(Spine)：初级中枢 ●延髓(medulla)：基本的呼吸节律中枢 背侧呼气组(Dorsal respiratory group)：吸气神经元 腹侧呼气组(Ventral respiratory group)：呼气神经元和过度性神经元

  38. 脑桥(pons)：呼吸节律的调整中枢（Pneumotaxic center)

  39. ●大脑皮质( 3.2 呼吸节律(rhythmical breathing) 局部神经元回路反馈控制假说 吸气活动发生器(inspiratory activity generator)：吸气神经元的自发性兴奋 吸气切断机制(Switch-off mechanism)： 负反馈性地终止吸气神经元的兴奋使吸气转为呼气

  40. 吸气活动发生器和吸气切断机制模型 吸气活动发生器： 当H+ CO2 等作用下兴奋并引起: ①向下兴奋延髓I-N元→脊髓吸气肌运动N元→吸气；②向上兴奋脑桥呼吸调整中枢;③兴奋吸气切断机制N元。 吸气切断机制： 当接受到吸气活动发生器、延髓I-N元、脑桥呼吸调整中枢和肺牵张感受器的冲动，兴奋总和达到某一阈值，反馈抑制延髓I-N元,切断吸气，从而使吸气转化为呼气。 H+ CO2

  41. 3.3 呼吸反射性调节(Reflex regulation of respiration) 肺牵张反射(pulmonary stretch reflex) 概念：由肺扩张或缩小而引起的抑制吸气或呼气的过程 反射弧： 感受器(Sensor):位于支气管，细支气管平滑肌 传入神经(Afferent fiber):迷走神经 中枢(Controller):吸气中枢 传出神经(Efferent fiber):控制呼吸肌的运动神经 效应器(Effector):呼吸肌

  42. 3.4 化学因素对呼吸的调节(Respiratory regulation by chemical factors) 3.3.1 化学感受器(chemoreceptor) Peripheral chemoreceptor 颈动脉体 主动脉体 前者主要参与呼吸调节，后者则在循环调节方面较为重要。 适宜刺激： 对PO2↓、PCO2↑、[H+]↑高度敏感.

  43. Central chemoreceptor: 位于延髓腹侧表面下0.2mm的区域，可分为头、中、尾三部分。 适宜刺激：对H+高度敏感.

  44. 3.3.2 Respiration controlled by CO2 PCO2 ↑1％时→呼吸开始加深 PCO2↑4％时→呼吸加深加快 ↑6％时→肺通气量可增大6-7倍 ↑7％以上→呼吸减弱=CO2麻醉 PCO2↓→呼吸减慢 ＰCO2↑ CO2透过血脑屏障进入脑脊液： CO2＋H2O→H2CO3→H+＋HCO3- 中枢化学感受器+ 外周化学感受器+ 延髓呼吸中枢+ 呼吸加深加快

  45. 3.3.3 Respiration controlled by O2 轻度缺氧:通过外周化学感受器的传入冲动兴奋呼吸中枢的作用,能对抗缺氧对中枢的直接抑制作用，表现为呼吸增强。 严重缺氧:来自外周化学感受器的传入冲动，对抗不了缺氧对呼吸中枢的抑制作用，因而可使呼吸减弱，甚至停止。

  46. 3.3.4 Respiration controlled by H+ [H+]↑→呼吸加强 [H+]↓→呼吸抑制 [H+]↑→呼吸抑制 机制：类似CO2 特点： ①主要通过刺激外周化学感受器而引起的 ②[H+]↑对呼吸的调节作用＜PCO2↑

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