第四章 呼吸生理 呼吸：机体在新陈代谢过程中和外界环境之间吸收氧及排出二氧化碳的全部化学和物理过程。

1. 第四章 呼吸生理 呼吸：机体在新陈代谢过程中和外界环境之间吸收氧及排出二氧化碳的全部化学和物理过程。

2. 1. 呼吸器官 上呼吸道：鼻、咽、喉。 呼吸道 下呼吸道：气管、支气管、 终末支气管。 平滑肌：交感神经→舒张，副交感神经→收缩； 体液因素也影响 呼吸单位：呼吸性小支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡构成（p73） 。

3. 肺泡呼吸膜由6层组成（p75）。 表面活性物：由肺泡(Ⅱ型)分泌型细胞产生，二软脂(棕榈)酰卵磷脂(DPPC/DPL)， 具有降低表面张力的作用（p67） 。 呼吸肌：膈肌和肋间外肌，使胸廓扩大。

4. 呼吸过程 外呼吸（肺呼吸：通气和换气） 内呼吸（组织呼吸/换气） 气体运输 （氧、二氧化碳）

5. 肺通气原理 呼吸运动：包括呼气和吸气运动。 呼吸类型（P75）：胸式呼吸、腹式呼吸、混合式呼吸。 呼吸频率（P75）:牛、犬10~30次/min, 猪15~24次/min。 呼吸音：气体通过呼吸道及出入肺泡时，与其摩擦 产生的声音。 胸膜腔内压（胸内压）及作用: ① 对肺的牵拉作用； ② 作用于静脉、淋巴管和食管，有利于血液和淋巴液的回流和右心的充盈、有利于呕吐。

6. 肺总量和肺通气量(P78) 肺总量－－肺和呼吸道能够容纳气体的量。 肺活量=（潮气量+补吸气量+补呼气量）、 余气量――竭尽全力呼气之后，仍然存留 在肺内的气量。 机能余气量――平静呼气末，肺内所剩余的 气体量＝(余气量＋补呼气量)。 每分钟肺通气量＝潮气量×呼吸频率 每分钟肺泡通气量＝(潮气量－无效腔容量) ×呼吸频率

7. 气体交换 两处交换部位：肺泡与其周围毛细血管血液之间的肺换气；血液与组织液之间的组织换气。换气的动力为气体分压差。

8. 影响气体交换的因素 影响肺换气的因素 1．呼吸膜的厚度 呼吸膜（肺泡-毛细血管膜）由六层结构组成：含表面活性物质的极薄的液体层、很薄的肺泡上皮细胞层、上皮基底膜、肺泡上皮和毛细血管膜之间很小的间隙、毛细血管的基膜和毛细血管内皮细胞层。总厚度不到1微米，有的部位只有0.2微米，气体易于扩散通过。 此外，肺毛细血管总血量60~140ml分配给40m2的呼吸膜总面积，血液层很薄，红细胞膜通常能接触到毛细血管壁，扩散距离短，交换速度快（气体交换迅速的4点原因） 。肺纤维化，肺水肿等，厚度增大，低氧血症。。

9. 2．换气肺泡的数量（呼吸膜的面积） 成年人3亿左右肺泡总面积70m2。通常安静状态下，开放约40m2，有相当大的贮备面积。运动时，因肺毛细血管开放数量和开放程度的增加，A↗。肺不张，肺实变，肺气肿或肺毛细血管关闭和阻塞均使A↘。 3．通气/血流比值（ventilation/perfusion ratio）是指每分钟肺泡通气量（VA）和每分钟血流量（Q）之比值。反映了气泵和血泵协调配合的匹配工作。正常约为4.2/5=0.84。VA/Q＞0.84通气过剩血流不足，肺泡无效腔增大，VA/Q＜0.84气体未充分更新，功能性动静脉短路。两种情况都妨碍了有效的气体交换，可导致血液缺氧或二氧化碳潴留，但主要是血液缺氧。△PO2远大；CO2扩散速度2倍于O2；刺激呼吸，有助于CO2排出，补氧无助，氧离曲线和二氧化碳解离曲线特点而走。

10. 影响组织换气的因素 机制、影响因素与肺泡处相似，所不同的是交换发生于液相之间，而且扩散膜两侧的氧气和二氧化碳的分压差随组织细胞内氧化代谢的强度和组织血流量而异。

11. 气体运输 运输的形式： A、物理溶解：占1.5% B、化学结合：占98.5%, Hb O2的形式。 特点： 1．反应快、可逆，不需酶的催化，受PO2的影响； 2．Fe2+与O2结合后仍是二价铁，所以该反应是氧合/氧化； 3．1分子Hb可结合4分子O2。

12. 氧容量（P103）：指100ml血液所结合O2的最大量。若100ml血液含有15g的血红蛋白（Hb），每g血红蛋白可与1.34ml O2结合，则15g×1.34ml＝20ml 氧含量（P103） ：一定氧分压下，血液中血红蛋白实际含氧量。 氧含量/氧容量＝氧饱和度（P103） O2运输靠与血红蛋白 “氧合”。物理溶解占1.5%，主要靠化学结合（ Hb O2）。

13. 氧（解）离曲线（P104） 氧离曲线或氧合血红蛋白解离曲线是表示PO2与Hb氧结合量或Hb氧饱和度关系的曲线。它既表示在不同PO2下，O2与Hb的分离情况，同样也反映结合情况。 Hb与O2结合或解离曲线呈S形，与Hb变构效应有关（别构效应）。Hb两种构型：去氧为紧密型（tense form, T型）；氧合为疏松型（relaxed form，R型）。疏松型与氧的亲和力是紧密型的数百倍。（疏松型通过协同效应，第4个氧亲和力可增加125倍是第一个氧亲和力的300倍。解离系数K4=0.135，K1=41.6）。

14. 氧离曲线的意义 1．氧离曲线的上段 PO2 60~100mmHg(7.98~13.3KPa)，曲线较平坦，表明PO2的变化对Hb氧饱和度影响不大（19.4ml%）。150←100mmHg→70，100←97.4%→94。高原 病，保证摄氧。 2．氧离曲线的中段 PO240~60mmHg(5.32~7.98KPa)，曲线较陡，释放。（心输出量5L，每分钟耗氧250ml）。(14.4ml% ,25%) 3．氧离曲线的下段 PO2 15~40mmHg(2~5.32 KPa)，曲线最陡，组织活动加强时，HbO2进一步解离。可见该段曲线代表O2贮备。(4.4ml% ,75%)

15. 影响氧离曲线的因素 多种因素影响Hb对O2的亲和力。造成氧离曲线位置偏移。通常用使Hb氧饱和度达50%时的PO2（正常为3.62KPa～26.5mmHg）。P50表示Hb对O2的亲和力。P50↗，表明需要更高的PO2才能达到50%的Hb氧饱和度，即亲和力↘，曲线右移……。影响Hb与O2的亲和力或P50的因素有血液的PH、PCO2.温度和有机磷化物。 1．pH和PCO2的影响 pH↘PCO2↗，亲和力↘，P50↗。酸度对Hb氧亲和力的影响称为波尔效应（Bohr effect）。酸度↗，H+与Hb多肽链某些氨基酸残基的基因结合，促进盐键形成，使Hb分子构型变为T型，亲和力变小；反之T→R型。PCO2的影响，一方面是通过PCO2改变时，pH也改变的间接效应，一方面也通过CO2与Hb结合而直接影响Hb与氧的亲和力，不过后一效应极小。

16. 波尔效应有重要的生理意义，它既可促进肺毛细血管血液（二氧化碳扩散出，pH升高）的氧合，又有利于组织毛细血管血液（组织中二氧化碳入血，pH下降）释放氧。带出CO2.H+缓冲组织pH降低。（1914,C.Bohr HbO2+H2+CO2(在肌肉中pH7.2)↔(在肺pH7.6)Hb-CO2+O2） [H+] 2．温度的影响 温度降低，曲线左移，不利于释放；组织代谢活跃时，温度升高，氢离子活度增加，降低了Hb对O2的亲和力。（多获O2）。

17. 3．2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）（正常血中4.5mmol/L约与Hb等摩尔）3．2,3-二磷酸甘油酸（2,3-DPG）（正常血中4.5mmol/L约与Hb等摩尔） 2,3-二磷酸甘油酸是无氧糖酵解产物，4500米以上高山缺氧两天由4.5升到7.0。2,3-二磷酸甘油酸可能与2个Hbβ链形成盐键→T型，提高氢离子浓度，曲线右移，亲和力变小，利于释放但妨碍结合。肺部Hb(O2)4与DPG存在无关。 4．Hb自身性质的影响 Fe2+→Fe3+，HbM失去运氧能力。亚硝酸盐→猪饱潴留。胎儿Hb(HbF)与氧的亲和力大，从母体胎盘摄取。CO与Hb亲和力为氧的250倍，空气中0.1%将中毒。结合后为樱桃红色，增加了其余3个血红素氧的亲和力，妨碍O2解离。氧的S形曲线结合，波尔效应以及DPG效应物的调节使得Hb的输氧能力达到最高效力。同时由于能在较窄的氧分压范围内完成输氧功能，因此使机体内的氧水平不至于有很大的起伏。此外Hb使机体的PH也维持在一个较稳定的水平。Hb的别构效应充分地反映了它的生物学适应性，结构与功能的高度统一性。Hb的这些特点使脊椎动物以优胜类群出现于地球的重要原因之一。（镰刀状细胞贫血病HbS致死，杂合子来得及繁殖对付疾病）。

18. 二氧化碳的运输 运输形式 ：物理溶解 占 5％； 化学结合 占 95％ a、碳酸氢盐88％ CO2 +H2O ←——→H2 CO3 ←——→HCO3 － + H+ b、氨基甲酸血红蛋白 HbNH2O2+H++CO2（组织）↔HHbNHCOOH （肺）+O2 HHb结合CO2的能力大于HbO2

19. 氧与Hb的结合对CO2运输的影响 表示血液中二氧化碳含量与PCO2关系的曲线是二氧化碳解离曲线。与氧离曲线不同，血液CO2含量随PCO2上升而增加，几乎成线性关系而不是S形，而且没有饱和点。因此，二氧化碳解离曲线的纵坐标不是饱和度而用浓度表示。 O2与Hb结合将促使CO2释放，这一效应称为何尔登效应（Haldane effect）。这主要是因为HbO2酸性较强，而去氧Hb酸性较弱，去氧Hb易与二氧化碳、氢离子结合促进反应向右。可见氧和二氧化碳的运输不是孤立进行的，而是相互影响的。CO2(波尔效应)↔（何尔登效应）O2结合和释放，两者都与Hb的理化特性有关。

20. 呼吸的调节 肺中氧气够3~5分钟使用，缺氧耐受；大细胞4~6分钟致命损害→死亡、心脏十几分钟。几分钟昏迷→挣扎迷乱，完全瘫软→全身皮色青紫→心脏由狂跳而力竭而停跳。 一、神经调节 （一）呼吸中枢 呼吸中枢分布在大脑皮层、间脑、脑桥、延髓和脊髓等部位。脑的各级部位在呼吸节律产生和调节中所起作用不同。正常呼吸运动是在各级呼吸中枢的相互配合下进行的。延髓是基本的节律中枢。

21. （二）呼吸的反射性调节 1、肺牵张反射 由肺扩张或缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射即肺牵张反射（P78）。1868年Breuer（伯芬）和Hering（黑休）分别发现，切断迷走神经→反射性反应消失。 （1）肺扩张反射 是肺充气或扩张时抑制吸气的反射。感受器位于气管到细支气管的平滑肌中，是牵张感受器，阈值低，适应慢。传入神经为迷走神经粗纤维，传入延髓内通过一定的神经联系使吸气切断机制兴奋，吸转呼，调节了呼吸运动的频率和深度。 （2）肺缩小反射 感受器同样位于气道平滑肌内，但其性质尚不十分清楚。肺缩小反射在较强的缩肺时才出现，它在平静呼吸调节中意义不大，但对阻止呼气过深和肺不等张等可能起一定作用。

22. 2、呼吸肌本体感受性反射 肌梭和肌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。呼吸肌被牵拉或有收缩趋向时，；棱内肌纤维缩短，使与之串联的肌棱感受器兴奋传入中枢后（AffI-IA、Aff II），引起兴奋扩布通过γ和α纤维分别支配棱内和棱外（并联）的肌纤维收缩。其意义在于克服呼吸道阻力，加强吸气肌、呼气肌的收缩，保持足够的肺通气量。近来实验认为还应做深入分析。

23. 3、防御性呼吸反射 在整个呼吸道都存在着激惹感受器，它们是分布在粘膜上皮的迷走传入神经末梢，受到机械或化学刺激时，引起防御性呼吸反射，以清除激惹物，避免其进入肺泡。 （1）咳嗽反射感受器位于喉、气管和支气管的粘膜。（会厌软骨盖住上提的喉腔）。大支气管以上部位的感受器对机械刺激敏感，二级支气管以上部位的对化学刺激敏感。传入冲动经XN传入延髓，触发一系列协调的反射效应，引起咳嗽反射。剧烈咳嗽时，因胸膜腔内压显著升高，可阻碍静脉回流，使静脉压和脑脊液压升高。 （2）喷嚏反射刺激作用于鼻粘膜感受器，传入神经是三叉神经，呼出气主要从鼻腔喷出，以清除鼻腔中的刺激物。（腭垂下降，舌压向软腭，而不是声门关闭）。

24. 二、化学因素对呼吸的调节 （一）化学感受器 1．外周化学感受器颈动脉体和主动脉体是调节呼吸和循环的重要外周化学感受器。 2．中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位，左右对称，可分为头、中、尾三个区。 （二）CO2.H+和O2对呼吸的影响 1．CO2的影响动脉血液PCO2降得很低时可发生呼吸暂停。因此，一定水平的PCO2对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必要的，CO2是调节呼吸最重要的经常起作用的生理性体液因子。动物血液PCO2↗，呼吸加快加深，肺通气量增加，以增加CO2的清除；但当吸气CO2含量超过一定水平时，肺通气量不能作相应增加，致使肺泡气、动脉血PCO2陡升，二氧化碳堆积，压抑CNS的活动，包括呼吸中枢，发生呼吸困难，头痛、头昏，甚至昏迷，出现CO2麻醉。（个体差异多因素影响。吸入气中二氧化碳含量超过7%时）。二氧化碳刺激呼吸是通过中枢、外周两条途径实现的，但以中枢机制为主，去掉外周化学感受器的作用，二氧化碳的通气反应仅下降约20%。PCO2升高（中枢2mmHg、外周10mmHg）通气加强。但在动脉血PCO2突然大增时及中枢化学感受器受抑制时，二氧化碳的反应降低时，外周化学感受器就起重要作用。

25. 2．H+的影响 中枢化学感受器对H+的敏感性约为外周的25倍，但由于血脑屏障的存在，脑脊液中的H+才是中枢化学感受器的最有效刺激。 3．O2的影响 同二氧化碳一样，动物对低氧的反应也有个体差异。一般在动脉PCO2由100降到80mmHg以下时，肺通气才出现可觉察到的增加，可见动脉血PO2对正常呼吸的调节作用不大。只有在严重肺气肿、肺心病患者，肺换气受到障碍时低氧刺激才有重要意义。这时低O2和CO2潴留，后者长时间的存在使中枢化学感受器对二氧化碳的刺激作用发生适应，而外周化学感受器对低氧的刺激的适应很慢，这时低氧对外周化学感受器的刺激成为驱动呼吸的主要刺激。 低O2对呼吸的刺激作用完全是通过外周化学感受器实现的。低O2对中枢的直接是压抑作用。轻微低O2时后者被前者对抗，而严重低O2时不足以对抗压抑，终将导致呼吸障碍。尤其是此时吸入纯O2，由于解除了外周化学感受器的低氧刺激，会引起呼吸暂停。

26. （三）PCO2.H+和PO2在影响呼吸中的相互作用 如果仅改变一种因素同时保持另二因素于正常水平时肺泡通气量随之变化。PO2下降对呼吸影响较慢、较弱。实际情况中往往是一种因素的改变会引起其余一、两种因素相继改变或存在几种因素的同时改变，三者间相互影响、相互作用，既可因相互总和而加大，也可因相互抵消而减弱。当PCO2↗时，[H+]随之升高，加大；[H+]↗时，因肺通气增大使二氧化碳排出，抵消部分，作用变小；PCO2↘也因肺通气增大使二氧化碳排出，使PCO2和[H+]↘，从而减弱了低氧的刺激作用。

27. 肺的非呼吸功能 肺的主要功能是呼吸，此外，肺还有呼吸以外的其它功能，如防御（吞噬）、排泄、液体交换等功能，称其为肺的非呼吸功能。肺的代谢功能是指在合成、激活、释放和灭活某些生物活性物资方面的功能： 合成：肺泡II型细胞→二软脂(棕榈)酰卵磷脂(DPPC/DPL）、肥大细胞→肝素、组织胺，还产生PGs、5-HT、缓激肽等。 激活：血管紧张素I（10肽）（肺内皮细胞转换酶）→血管紧张素II（8肽）。 灭活：血中Ach、PGs95%经肺灭活，由肺血管内皮细胞摄取分解。