第五章 呼 吸 (Respiration) 概述 (Introduction) 第一节 肺通气 (Pulmonary...
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第五章 呼 吸 (Respiration)• 概述 (Introduction)
• 第一节 肺通气 (Pulmonary Ventilation)
• 第二节 呼吸气体的交换(Respiratory Gases Exchange)
• 第三节 气体在血液中的运输(Gas Transport in the Blood)
• 第四节 呼吸运动的调节(Respiratory Regulation
第一节 肺通气( pulmonary ventilation )
肺通气的器官包括呼吸道、肺泡和胸廓等– 呼吸道:具有加温湿润、过滤清洁等保护功能– 肺泡:气体与血液气体进行交换的场所– 胸廓:呼吸肌的运动是肺通气的动力
(一)肺通气原理(直接动力取决于肺内压与大气压之间压力变
化)1. 肺通气的动力(原动力)
– 呼吸运动(胸廓运动)• 吸气肌(隔肌、肋间外肌)• 呼气肌(肋间内肌、腹肌及辅助肌)
– 呼吸方式、特点及过程• 平静呼吸( eupnea)
–(吸气主动;呼气被动)• 用力呼吸( forced breathing )
–(吸气主动;呼气主动)– 呼吸类型
• 腹式呼吸( abdominal breathing )• 胸式呼吸( thoracic breathing )
平静呼吸基本过程:
吸气肌收缩
肺容积增大
胸廓容积增大
肺内压下降
外界气体流入
吸气肌
舒张
胸廓容积缩小
肺容积缩小
肺内压上升
肺内气体流出
用力呼吸基本过程:
吸气肌收缩加强
肺容积明显增大
胸廓容积明显增大
肺内压明显下降
外界气体流入增加
呼气肌主动收缩
胸廓容积
进一步缩小
肺容积
进一步缩小
肺内压明显上升
肺内气体流出加大
– 呼吸运动(胸廓运动)• 吸气肌(隔肌、肋间外肌)• 呼气肌(肋间内肌、腹肌及辅助肌)
– 呼吸方式、特点及过程• 平静呼吸( eupnea)
–(吸气主动;呼气被动)• 用力呼吸( forced breathing )
–(吸气主动;呼气主动)– 呼吸类型及临床意义
• 腹式呼吸( abdominal breathing )• 胸式呼吸( thoracic breathing )
2. 肺内压在呼吸过程中周期性变化– 平静吸气开始(肺内压低于大气压 1-2m
mHg ,外界气体进入肺内),当外界气体进入肺泡内达平衡时,吸气终止,即吸气末 = 大气压);呼气则相反。因此,气体进出肺泡的动力来自肺泡与大气压之间的压力差。
– 图示–人工呼吸的原理:
• 口对口;• 节律性举臂压背或挤压胸廓
2. 肺内压在呼吸过程中周期性变化– 平静吸气开始(肺内压低于大气压 1-2mm
Hg ,外界气体进入肺内),当外界气体进入肺泡内达平衡时,吸气终止,即吸气末 = 大气压);呼气则相反。因此,气体进出肺泡的动力来自肺泡与大气压之间的压力差。
– 图示– 人工呼吸( artificial respiration )的原理:
• 口对口;• 节律性举臂压背或挤压胸廓
平静呼吸基本过程:
吸气肌收缩
肺容积增大
胸廓容积增大
肺内压下降
外界气体流入
吸气肌
舒张
胸廓容积缩小
肺容积缩小
肺内压上升
肺内气体流出
3. 胸膜腔和胸膜腔内压– 胸膜腔结构(密闭潜在的腔隙,内有少
量浆液)– 胸膜腔内压( intrapleural pressure )
• 测量方法:直接法 ;间接法• 通常胸膜腔内压为负压
– 平静吸气末( -1.33 ~ -0.665kPa,-10~-5mmHg ) – 平静呼气末( -0.665 ~ -0.399kPa,-5~-3mmHg )
• 形成原因:作用于胸膜腔存在两种力(肺内压,使肺泡扩张;肺的回缩力,使肺泡缩小)
–胸膜腔内压 = 肺内压 - 肺回缩力
• 吸气末或呼气末,肺内压 = 大气压,若以大气压 =0 ,则:
胸膜腔内压 = - 肺回缩力– 胸膜腔内压意义 :
1. 牵引肺扩张 2. 促进腔静脉和胸导管内静脉与淋巴液的回流
– 气胸 (pneumothorax) 临床意义– 小结,呼吸过程中肺内压与胸内压的变
化规律(图示)
(二)肺通气的阻力 包括弹性阻力(肺与胸廓的弹性阻力,占 7
0% )和非弹性阻力(主要是气道阻力,占30% )
弹性阻力与顺应性 (compliace) 的概念及关系 C=1/R= ( V / P ) L/cmH2O
1. 肺的弹性阻力和顺应性: 肺顺应性( CL ) 肺容积的变化( V ) 跨肺压的变化( P ) 跨肺压 = 肺内压 - 胸膜腔内压
L/cmH2O=
• 肺静态顺应性曲线 (图示)及意义• 比顺应性( specific compliance )概念
–受肺总量的影响– = 测得的肺顺应性( L/ cmH2O ) / 肺总
量( L )• 肺弹性阻力的来源(肺组织的弹性回缩
力,占 1/3 ;表面张力,占 2/3 )• Laplace 定律, P=2T/r
• 肺泡表面活性物质作用及临床意义– 有助于维持肺泡的稳定性– 减少肺间质和肺泡内组织液生成,防止肺水肿
• 肺静态顺应性曲线 (图示)及意义• 比顺应性( specific compliance )概念
–受肺总量的影响(肺总量大,其顺应性亦大)
– = 测得的肺顺应性( L/ cmH2O ) / 肺总量( L )
• 肺弹性阻力的来源(肺组织的弹性回缩力,占 1/3 ;表面张力,占 2/3 )
• Laplace 定律, P=2T/r
• 肺泡表面活性物质作用及临床意义– 有助于维持肺泡的稳定性– 减少肺间质和肺泡内组织液生成,防止肺水肿
– 降低吸气阻力,减少吸气作功 临床意义:• 胸廓的弹性阻力和顺应性
– 自然位置(相当于肺总量的 67% ,胸廓不表现为弹性回缩力)
– 小于自然位置(胸廓回缩力表现为向外,有利于吸气,不利于呼气)
– 大于自然位置(胸廓回缩力表现为向内,有利于呼气,不利于吸气)
– 胸廓的顺应性( Cchw ) = 胸腔容积的变化( V ) / 跨胸壁压的变化 ( P )( L/cmH2O )
2 、非弹性阻力主要来自:– 气道阻力( airway resistance );位于鼻、声
门、气管及支气管等部位,仅 10% 发生于口径 <2mm 的细支气管。正常平静呼吸总气道阻力为 1-3cmH2O/L/s) 。
– 影响因素及临床意义• 受气流速度、形式(层流和湍流)和管径大
小( 1/r4 )的影响;其中气道管径又受:–跨壁压(管内压 - 管外压)–肺实质对气道壁的外向放射状牵引(多种纤维牵引使没有软骨支持细支气管畅通)
–神经调节(交感神经兴奋使之平滑肌舒张;副交感神经兴奋使之平滑肌收缩;以及其它共存的递质的调制)
–体液因素调节»使支气管平滑肌收缩的因素(前列腺
素 F2 、组胺、白三烯、内皮素以及等吸入气中 CO2 增加反射引起等)
»使支气管平滑肌舒张的因素(儿茶酚胺、前列腺素 E2 等)
• 呼吸功:呼吸过程中 ,呼吸肌克服阻力(弹性阻力和非弹性阻力)实现肺通气所作的功。平静呼吸为 0.3~0.6kg·m/分钟;运动时可增至 10kg·m/分钟;占总耗能的 3% 。
二 . 肺容积和肺容量(图示)潮气量 tidal volume 500ml
补吸气量(吸气储备量) 1500-2000ml
补呼气量(呼气储备量) 900-1200ml
残气量 residual volume 1000-1500ml
• 深吸气量 (inspiratory capacity)
–潮气量 +补吸气量• 功能残气量 (functional residual capacity)
–补呼气量 +残气量– 其意义:缓冲肺泡内 PO2 和 PCO2 的过度变化,
以利于气体交换。
• 肺活量( vital capacity ):• 用力肺活量( forced vital capacity )• 用力呼气量( forced expiratory volume )
– 三者间的区别、正常值及应用意义(图示)• 肺总量 total lung capacity
– 成人 女: 3500 ml 男: 5000ml
三、肺通气量–每分通气量 minute ventilation volume
=潮气量呼吸频率 /分(测定条件及应用单位)
– 最大(随意)通气量( maximal voluntary ventilation )
– 通气贮量百分比(正常值 93% )
–无效腔
– 肺泡通气量 = (潮气量 --无效腔气量) 呼吸频率 为什么浅而快的呼吸对肺换气不利?
最大通气量
最大通气量 --每分平静通气量= 100%
生理无效腔解剖无效腔肺泡无效腔
=或接近正常人
生理无效腔
第二节 肺换气和组织换气一.气体交换的原理
– 气体的扩散(取决于分压差)– 气体扩散速率(单位时间时间内气体扩散的容积),它受以下因素影响:•分压差;分子量和溶解度(扩散系数);扩散面积和距离;温度等
扩散系数 CO2 > O2 20 倍– 呼吸气体和人体不同部位的气体的分压
• 呼吸气和肺泡的成分和分压(图表)• 血液气体和组织气体的分压(张力)图表
二.肺换气(静脉血变为动脉血)– 交换过程(图示)
• 0.3 秒达平衡;血液流经 1/3毛细血管长度可基本完成。(图示)
– 影响因素:• 与呼吸膜厚度呈反比(膜结构图示)• 与扩散面积呈正比(总扩散面积达 70m2;安静
为 40m2 )• 通气 / 血流比值: =0.84 ; > 0.84( 意味着肺泡无效腔增大); < 0.84( 意味着动静脉短路)
– 比值异常易造成血液缺O2 和 CO2潴留发生,尤其缺O2更明显,其原因: 1 、 2 、 3
• 通气 / 血流比值分布并不均匀– 肺扩散容量 ( pulmonary diffusion capacity)
• 静息正常值平均为 20ml/min0.133kPa
• DL=V/ ( PA-PC )• 是衡量呼吸气体通过膜的能力的一种指标
• 三.组织换气 (动脉血变成静脉血)
第三节 气体在血液中的运输一、O 2 和CO 2 在血液中存在的形式
– 物理溶解:量虽少,但是进行化学结合必需的中间步骤。
– 化学结合:运输的主要形式,量多,效率高
– 体内血液O2和CO2的含量(见表)
• 表 5-4 血液 O2 和 CO2 的含量 (ml/100ml)
物理溶解 动脉血化学结合 合计O2 0.31 20.0 20.31
CO2 2.53 46.4 48.93
物理溶解 静脉血化学结合 合计O2 0.11 15.20 15.31
CO2 2.91 50.0 52.91
二、氧的运输(物理溶解占 1.5% ;化学结合占 98.5%)
– Hb 与 O2 结合特征1 、(反应快、可逆、不需酶催化、受 PO2
的影响)2 、 Fe 2+ 与 O2 结合呈氧合反应 (oxygenation)
3 、 Hb氧饱和度( oxygen saturation ) = Hb氧含量( oxygen content ) / Hb氧 容量( oxygen capacity )的百分比 发绀( cyanosis )
– 4 、“ S” 形解离或结合曲线• 氧离曲线 (oxygen dissociation curve)
–含义及特点(图示)• 上段 ( >60mmHg ;曲线平坦,提示氧分压
变化对氧饱和度影响不大,具有缓冲能力)• 中段( 40~60mmHg ,相当于体内静脉血的
PO2环境;曲线较陡,提示氧分压变化对氧饱和度影响较大,以满足组织供养需要。 O2
的利用系数的概念)• 下段( 15~40mmHg ;曲线更陡,提示氧分
压进一步下降时, Hb释放 O2 的能力进一步增强; O2 的利用系数可提高安静时的 3倍)
• 影响氧解离曲线的因素– P50 的概念(正常为 26.5mmHg ; P50 增大,提
示 Hb 与 O2 的亲和力下降,曲线右移,反之则相反)图示
– pH 和 PCO2 的影响(波尔效应机制及意义)– 温度– 2 , 3-DPG ( 2,3-diphosphoglycerate )– 其它因素
• Hb 自身性质(氧化时、胎儿 Hb 及异常 Hb )• CO 与 Hb 的结合的危害性
三.二氧化碳的运输• 运输形式(物理溶解占 5% ;化学结合占 95
% ,其中以碳酸氢钠形式占 88% ,而氨基甲酸血红蛋白形式占 7% )– 化学结合机制
•碳酸氢钠形式(图示)•氨基甲酸血红蛋白形式 (carbaminohemoglo
bin)
HbNH2O2+H2+CO2 bNHCOOH+O2
调节这一反应的主要因素是氧合作用
在组织
在肺
• 二氧化碳解离曲线( carbon dioxide dissociation curve )– 接近线性关系(图示)
• 氧与H b 结合对二氧化碳运输的影响–何尔登效应( Haldane effect )– O2 和 CO2 的运输不是孤立进行的,而是
相互影响的。 CO2 通过波尔效应影响 O2
的结合和释放; O2又通过何尔登效应影响 CO2 的结合和释放。
第四节 呼吸运动的调节一.呼吸中枢与呼吸节律的形成
–呼吸中枢(对产生呼吸节律的影响)图示•脊髓• 低位脑干(呼吸节律产生部位)
–延髓(背侧呼吸组;腹侧呼吸组)–脑桥上部
•高位脑–呼吸节律形成的假说(图示)
二.呼吸的反射性调节• 肺牵张反射(肺扩张反射、肺萎陷反射)• 化学感受性呼吸反射
– 化学感受器• 外周化学感受器:图示• 中枢化学感受器:图示
– CO2 、 H+ 和 O2 对呼吸的调节• PCO2 (生理刺激、范围、作用途径及意
义)• [H+ ] (作用途径及特点)• PO2 (作用途径及特点)
CO2+H2O
H2CO3
HCO3- H+
外周化学感受器
中枢化学
感受器
延髓呼吸中枢
反射性引起呼吸运动加强
CO2
血液中
CO2
[H+]PO2
等因素对呼吸运动的调节
H+
CO2
H+
O2
窦神经与迷走神经传入
PCO2 :(一定范围内增加),通过中枢感受器和外周感受器两条途径反射引起呼吸运动加强,肺通气量增加,有助于体内排除过多的 CO2 。
[H+] :通过中枢化学感受器和外周感受器两条途径反射引起呼吸运动加强,其中中枢途径作用受限制,主要则靠外周途径为主。
PO2 :只能通过外周化学感受器途径发生作用。低氧对中枢起抑制作用。
– PCO2 、 H+ 、 PO2 在影响呼吸中的相互作用(图示)
• 呼吸肌本体感受性反射• 防御性呼吸反射等三、周期性变化
– 周期性呼吸( periodic breathing )•陈 -施式呼吸( Cheyne-Stokes breathing )• 比奥呼吸( Biot breathing )
四、运动时呼吸的变化及调节