中國(guó)醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)生理學(xué)習(xí)課件

1、呼吸過(guò)程的基本環(huán)節(jié)：,血液循環(huán) 肺 組織細(xì)胞 O2 O2 CO2 CO2,第五章 呼 吸 respiration,肺通氣,肺換氣,氣體在血 液中運(yùn)輸,組織 換氣,細(xì)胞內(nèi) 氧 化,外呼吸,內(nèi)呼吸,第一節(jié) 肺通氣 Pulmonary Ventilation,一、肺通氣的原理 (一)肺通氣的動(dòng)力 1.呼吸運(yùn)動(dòng) Respiratory movement 1) 吸氣 inspiration 肋間外肌收縮肋骨上移胸廓前 后徑和左右徑增大肺內(nèi)壓下降大 氣壓氣體入肺泡吸氣,吸氣,呼氣,膈肌收縮膈下移胸廓上下徑增大肺內(nèi)壓下降大氣 壓氣體入 肺泡吸氣,2)呼氣 expiration 肋間外(膈)肌舒張肋骨(膈)下

2、(上) 移胸廓前后(上下)徑減小肺內(nèi)壓 上升大氣壓肺泡氣體流出呼氣。 *平靜呼吸時(shí),因膈肌收縮而增加的胸 腔容積約占總通氣量4/5。所以膈肌 收縮在肺通氣中起重要作用 呼吸運(yùn)動(dòng)是肺通氣的原動(dòng)力,由此 造成的肺內(nèi)壓與大氣壓的壓差是推動(dòng) 氣體進(jìn)出肺的直接動(dòng)力。,2. 肺內(nèi)壓Intrapulmonary pressure 存在于肺泡內(nèi) 的壓力。 人工呼吸 artificial respiration,大氣壓,3.胸膜腔內(nèi)壓 Intrapleural pressure 胸內(nèi)壓:存在于胸膜腔內(nèi)的壓力。 測(cè)定方法:直接法；間接(測(cè)食管內(nèi)壓)法 胸內(nèi)壓=大氣壓-肺回縮力= -肺回縮力 平靜呼氣末:-5 -3

3、mmHg; 吸氣末:-10 -5mmHg 意義:1)有利于維持肺的擴(kuò)張狀態(tài); 2)有利于靜脈和淋巴回流。,吸氣,呼氣,肺內(nèi)壓,胸內(nèi)壓,- 4cmH2O,7cmH2O,呼吸時(shí)胸內(nèi)壓變化,大氣壓,neumothorax 氣胸,人工氣胸的臨床應(yīng)用,(二) 肺通氣的阻力 Resistance,肺的彈性阻力 占總 彈性阻力 阻力 胸廓的彈性阻力 70% 氣道阻力 占總阻力 非彈性阻力 慣性阻力 30% 粘滯阻力,1.彈性阻力和順應(yīng)性： elastic resistance 主要成分:二軟脂酰卵磷脂(DPPC) Dipamitoyl phosphatidyl choline 表面活性物質(zhì)結(jié)合蛋白(SP)

4、Surfactant-associated protein 生理作用:降低肺泡液-氣界面表面張力. 這種作用的生理意義: 有助于維持大小肺泡的穩(wěn)定性,增大順應(yīng)性，維持肺擴(kuò)張，降低 吸氣 阻力， 減少吸氣作功。 防止肺水腫。,(2)胸廓的彈性阻力和順應(yīng)性： 1)肺容量/肺總量=67%(平靜吸氣末) 胸廓處于自然位置，不表現(xiàn)彈性阻力； 2)肺容量/肺總量67%(深吸氣) 胸廓擴(kuò)大，彈力向內(nèi)，吸氣阻力，呼氣動(dòng)力； 4) Cchest wall=V/P = 0.2 L/cmH2O V:胸腔容積的變化 P:跨胸壁壓(為胸膜腔內(nèi)壓與大氣壓之差),(3)肺、胸廓的總彈性阻力和總順應(yīng)性： 肺和胸廓兩者呈串聯(lián)排

5、列 1)總彈性阻力： RL+ch w=RL+Rch W 2)總順應(yīng)性： 1/CL+ch w=1/CL + 1/Cch W =1/0.2 + 1/0.2 CL+ch w =0.1 L/cmH2O,2.非彈性阻力non-elastic resistance (1)慣性阻力:氣流在發(fā)動(dòng)、變速、換向時(shí)， 因氣流和組織的慣性所產(chǎn)生的阻力. (2)粘滯阻力:來(lái)自呼吸時(shí)組織相對(duì)位移所發(fā) 生的摩擦; (3)氣道阻力:來(lái)自氣體流經(jīng)呼吸道時(shí)氣體分 子之間和氣體分子與氣道壁之間的摩擦;占 非彈性阻力的80%90%。 氣道阻力的表示：維持單位時(shí)間內(nèi)氣體流量所需的壓力差。即:,大氣壓與肺內(nèi)壓之差(cmH2O),氣道阻力

6、=,單位時(shí)間內(nèi)氣體流量(L/s),(4)影響氣道阻力的因素: 氣流速度 氣流形式 層流阻力小，渦流阻力大 氣道管徑 阻力與半徑4次方成反比: a.跨壁壓:氣道內(nèi)壓高,跨壁壓管徑,R b.肺組織對(duì)氣道外向放射狀牽引； c.副交感使氣道平滑肌收縮，交感作用相反； d.化學(xué)因素: PGF2、組胺、白三烯等使氣 道平滑肌收縮；CA、 PGE2使之舒張。,二、肺通氣功能指標(biāo)(一)肺容積和肺容量 Pulmonary volume and pulmonary capacities,肺容積和肺容量圖解,肺 總 量,肺 活 量,功 能 殘 氣 量,殘氣量,補(bǔ) 吸 氣 量,深 吸 氣 量,補(bǔ) 呼 氣 量,潮氣量,

7、吸,呼,呼,吸,肺通氣功能的測(cè)定及意義 1.深吸氣量:是衡量最大通氣潛力的指標(biāo)之一。 胸廓、胸膜、肺、呼吸肌病變此量減少。 2.功能殘氣量:緩沖呼吸過(guò)程中肺泡氣PO2和 PCO2變化幅度，維持肺換氣的穩(wěn)定。 3.肺活量:盡力吸氣后，從肺內(nèi)所能呼出的最大 氣量。反映了肺一次通氣的最大能力。 4.用力肺活量:一次最大吸氣后，盡力盡快呼氣 所能呼出的最大氣量。正常肺活量。 5.用力呼氣量(時(shí)間肺活量):一次最大吸氣后再 盡力盡快呼氣時(shí),在一定時(shí)間內(nèi)所能呼出的氣量. 以它占用力肺活量的百分?jǐn)?shù)表示:1s=80%,2s=96%, 3s=99%。是衡量肺通氣功能的最佳指標(biāo)。,(二)肺通氣量和肺泡通氣量,1.

8、每分肺通氣量 minute ventilation volume 定義:每分鐘吸入或呼出的氣體總量(基礎(chǔ)狀態(tài)下測(cè)定)。 每分通氣量=潮氣量呼吸頻率 =500ml12次/min=6L/min 2.最大隨意通氣量maximal voluntary ventilation 定義:盡力作深、快呼吸時(shí)，每分鐘吸入或呼出的最大氣體量。約為150L/min 最大通氣量(150L)每分通氣量(6L) 3.通氣貯量百分比=100% 最大通氣量(150L) 93%,解剖無(wú)效腔： 鼻終末細(xì)支 氣管,肺泡無(wú)效腔： 血流在肺分布不均引起,4.生理無(wú)效腔 Physiological dead space,5.肺泡通氣量

9、Alveolar ventilation 定義:每分鐘吸入肺泡的新鮮氣量，是與血液 進(jìn)行真正有效氣體交換的氣量。 =(潮氣量無(wú)效腔氣量)呼吸頻率 =(500-150)12=350 12=4.2 L/min 淺而快呼吸: (250-150)24=100 24=2.4 L/min 深而慢呼吸: (1000-150)6=850 6=5.1 L/min,(三)呼吸功 Work of breathing,呼吸肌收縮克服彈性及非彈性阻力實(shí)現(xiàn)肺通氣所作的功。 W = VP = N L/cmH2O V:肺容積的變化；P:跨壁壓 1J = 10.2 L/cmH2O 正常一次平靜呼吸作功僅0.25J。 勞動(dòng)、運(yùn)動(dòng)

10、及疾病致肺彈性及非彈性阻力增 大時(shí)，呼吸功增加。,第二節(jié) 氣體交換 Gas exchange,一、氣體交換的基本原理 (一) 氣體的擴(kuò)散 Diffusion 1.氣體分壓=總壓力該氣體容積百 分比。分壓差是氣體擴(kuò)散的動(dòng)力 2.擴(kuò)散速率(diffusion rate,D):單位 時(shí)間內(nèi)氣體擴(kuò)散的容積。,(二)影響氣體擴(kuò)散速率的因素 1.氣體分壓差 2.與分子量(MW)平方根成反比和溶解 度(S)成正比。 S / MW 為擴(kuò)散系數(shù) CO2溶解度是O2的24倍,分子量大于O2, 故CO2擴(kuò)散系數(shù)為O2的20倍。 3.與擴(kuò)散面積成正比，與擴(kuò)散距離成 反比。 4.與溫度成正比。,二、氣體交換的過(guò)程 (一

11、)肺換氣和組織換氣,O2(100),CO2(40),O2(40),CO2(46),(二) 影響肺換氣的因素 1.呼吸膜厚度和面積 2.通氣/血流比值 Ventilation/perfusion ratio 每分鐘肺泡通氣量 (VA)和每分鐘肺血流 量(Q)之間的比值。,V/Q=4.2/5=0.84 V(增)/Q(或減)0.84 生理無(wú)效腔增大 V(減)/Q (或增)0.84 機(jī)能性動(dòng)靜脈短路 3、臨床影響因素,性,(三)肺擴(kuò)散容量diffusing capacity of lung 單位分壓差作用下，每分鐘通過(guò)呼吸膜擴(kuò)散的氣 體毫升數(shù)。 DL=V/ PA-PC (ml/minmmHg) O2的

12、DL =20; CO2的DL =400 ml/minmmHg 復(fù)習(xí)思考題 1.概念：肺通氣、肺換氣、胸內(nèi)負(fù)壓、順應(yīng)性、功能殘氣量、 肺活量、用力肺活量、用力呼氣量、 肺泡通氣量、 通氣/血流比值 2.呼吸時(shí)肺內(nèi)壓與胸內(nèi)壓怎樣變化？ 3.肺表面活性物質(zhì)分泌部位、主要成分及其生 理作用？ 4.結(jié)合臨床探討影響氣道阻力的因素。,一、運(yùn)輸方式: 物理溶解 ;化學(xué)結(jié)合 二、氧的運(yùn)輸 Oxygen transport (一) 血紅蛋白(Hemoglobin)的分子結(jié)構(gòu),第三節(jié)氣體在血液中的運(yùn)輸 Gas transport in the blood,(1),(2),(3),(4),O2=1.5% CO2=5

13、%,（二）氧與血紅蛋白化學(xué)結(jié)合的特征 1. Hb + O2 HbO2(鮮紅色) 1)反應(yīng)快，可逆； 2)反應(yīng)為氧合，而非氧化(Fe2+化合價(jià)未變)； 3)1分子Hb結(jié)合4分子O2，1gHb結(jié)合O2的最大 量為1.34ml。 4)Hb與O2結(jié)合與解離有兩種構(gòu)型： 去氧Hb為緊密型(T型) ;氧合Hb為疏松型(R 型)；R 型對(duì)O2親和力為T(mén)型500倍；Hb與O2 結(jié)合后，Hb分子由T型變?yōu)镽型，對(duì)O2親和 力增加；Hb各亞單位在結(jié)合或釋放O2上有 協(xié)同效應(yīng),PO2高,PO2低,2. 血氧容量 Oxygen capacity(20.1ml/100ml血) 血氧含量 Oxygen content(1

14、gHb=1.34ml) 血氧飽和度Oxyhemoglobin saturation 3. 去氧Hb( )與發(fā)紺(Cyanosis) 100ml血液中去氧Hb超過(guò)5g時(shí)，皮膚、黏膜 呈淺藍(lán)色的現(xiàn)象稱(chēng)為發(fā)紺。示機(jī)體缺氧。 4.CO中毒:與Hb結(jié)合力親和力是O2的250倍, 占據(jù)位點(diǎn)，造成缺氧；HbCO呈櫻桃紅色。,紫藍(lán)色,上 段 中 段 下 段,(三)氧離曲線:表示血液PO2與Hb氧飽和度關(guān)系,mmHg,1540,PO2變化對(duì)飽和度影響不大,HbO2釋放O2部分,利于為組織供氧,HbO2與O2解離部 分,利于活動(dòng)強(qiáng)時(shí) 為組織供氧,O2利用系數(shù)：血液 流經(jīng)組織釋放出的O2 容積占動(dòng)脈血O2含量的百分

15、數(shù)。安靜時(shí)為25%(5ml20ml),97%=19.4mlO2,75%=14.4mlO2,上,中,下,4.4mlO2,(四)影響氧解離曲線的因素 1.P50是使Hb氧飽和度達(dá)50%的Po2。用來(lái)表示 Hb對(duì)O2的親和力。正常為26.5mmHg。 P50 示Hb對(duì)O2的親和力 曲線右移 ; P50 示Hb對(duì)O2的親和力 曲線左移 ; 2.(1)PCO2 ;(2)pH (H+ ); 曲線右移 (3)T ; (4)2.3-DPG ; 反之左移 3.酸度對(duì)Hb氧親和力的這種影響稱(chēng)為波爾效應(yīng) Bohr effect。 意義:在肺PCO2，有利于結(jié)合O2；在組織PCO2，有利于釋放O2 4. 右移原因:各

16、因素促進(jìn)Hb亞單位內(nèi)部或各亞 單位之間鹽鍵形成，Hb向T型轉(zhuǎn)變，對(duì)O2的 親和力,(26.5mmHg),三、二氧化碳的運(yùn)輸 Carbon dioxide transport (一)物理溶解 5% (二)化學(xué)結(jié)合(反應(yīng)在組織向右,在肺向左進(jìn)行) 1.碳酸氫鹽 88%，在紅細(xì)胞內(nèi)： CO2+H2O H2CO3 H+HCO3- 為電荷平衡,Cl- 進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)稱(chēng)Cl- 轉(zhuǎn)移 2.氨基甲酸(酰)血紅蛋白 7% HbNH2O2+H+CO2 HHbNHCOOH+O2 *HbO2去氧Hb+O2，去氧Hb+CO2 , 中和 了H2CO3解離產(chǎn)生的H+,緩沖了pH變化,碳酸酐酶,在組織,在肺,RBC內(nèi)與K+,血漿

17、內(nèi)與 Na+,(三)二氧化碳解離曲線 血液中CO2含量與P CO2關(guān)系的曲線。 (四)O2與Hb的結(jié)合對(duì) CO2運(yùn)輸?shù)挠绊?何爾登效應(yīng) Haldane effect *O2 與Hb結(jié)合促進(jìn)CO2的 釋放。 *在組織HbO2釋放O2 ， 變成去氧Hb,易結(jié)合CO2,52ml,48ml,V血,A血,第四節(jié) 呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié) Respiratory Regulation 一、呼吸中樞與呼吸節(jié)律的形成 (一)呼吸中樞 基本節(jié)律中樞 延髓 呼吸調(diào)整中樞 腦橋上部 呼吸隨意控制 高位腦,(二)呼吸節(jié)律形成的機(jī)理 吸氣切斷機(jī)制 Inspiratory Off-switch, IOS,腦橋呼吸調(diào)整中樞,延髓,脊

18、髓,二、呼吸的反射性調(diào)節(jié) (一)肺牽張反射 pulmonary stretch reflex 吸氣肺擴(kuò)張肺牽張 感受器迷走神經(jīng) 延髓呼吸中樞吸氣轉(zhuǎn) 為呼氣 HeringBreuer reflex 黑伯反射 1.肺擴(kuò)張反射 2.肺縮反射 肺萎陷時(shí)引 起吸氣活動(dòng)的反射.,脊髓,延髓,腦橋呼吸調(diào)整中樞,(二)呼吸肌本體感受器反射 感受器為肌梭。當(dāng)呼吸肌負(fù)荷加重時(shí) (如,哮喘)發(fā)生本反射。 (三)防御性呼吸反射 1.咳嗽反射Cough reflex 2.噴嚏反射Sneeze reflex (四)肺毛細(xì)血管旁感受器(J感受器)反射 肺淤血或肺水腫時(shí)J感受器迷走N 延髓呼吸暫停，繼之淺快呼吸，血壓下 降,

19、心率減慢,三、化學(xué)因素對(duì) 呼吸的調(diào)節(jié) (化學(xué)感受性呼吸反射) (一)化學(xué)感受器 1.外周感受器 Peripheral receptors 2.中樞感受器 Central receptors,(二)CO2、H+和O2對(duì)呼吸的調(diào)節(jié) 1.CO2的影響 CO2是調(diào)節(jié)呼吸的經(jīng)常起作用的生理性 化學(xué)因素 CO2潴留(中樞化學(xué)感受器發(fā)生適應(yīng))與 呼吸功能不全 CO2 增加呼吸加深加快 1)直接作用中樞化學(xué)感受器 呼吸中樞興奮 2)間接作用外周化學(xué)感受器 呼吸中樞興奮,2.乏O2的影響 乏O2 呼吸加深加快 1)直接作用呼吸中樞抑制 2)間接作用外周化學(xué)感受器呼吸中樞興奮 *臨床吸O2 3.H+的影響 H+增

20、加 呼吸加深加快 1)直接作用中樞化學(xué)感受器呼吸中樞興奮 2)間接作用外周化學(xué)感受器呼吸中樞興奮 *呼吸與酸堿平衡,肺通氣不足：CO2蓄積，H+ -呼吸性酸中毒 肺通氣過(guò)度：CO2排出過(guò)多， -呼吸性堿中毒,(三)CO2、O2、H+的相互影響,一個(gè)因素改變時(shí) 引起的通氣效應(yīng)接近,三個(gè)因素改變時(shí) 通氣效應(yīng)CO2H+O2,復(fù)習(xí)思考題 1.概念：氧容量 氧含量 血氧飽和度、Bohr效應(yīng)、 Haldane效應(yīng) 2.O2和CO2運(yùn)輸?shù)姆绞接心男?3.影響氧離曲線右移的因素有哪些？ 4.呼吸節(jié)律形成與呼吸中樞的關(guān)系？ 5.肺牽張反射的過(guò)程及意義？ 6.CO2、O2、H+對(duì)呼吸的影響及作用途徑？ 7.臨床嚴(yán)禁吸純O2的機(jī)理是什么？,2)呼氣 expiration 肋間外(膈)肌舒張肋骨(膈)下(上) 移胸廓前后(上下)徑減小肺內(nèi)壓 上升大氣壓肺泡氣體流出呼氣。 *平靜呼吸時(shí),因膈肌收縮而增加的胸 腔容積約占總通氣量4/