動物生理學(xué)課件-呼吸

1、第五章 呼 吸（Respiration）三、呼吸氣體的交換及運(yùn)輸二、肺通氣四、呼吸的調(diào)節(jié)一、概 述 機(jī)體同外界環(huán)境之間的氣體交換過程，稱為呼吸（ respiration ），它是由以下三個環(huán)節(jié)組成： 一、呼吸的過程與呼吸器官外呼吸（External respiration）氣體運(yùn)輸（Transportation）內(nèi)呼吸（Internal respiration）肺通氣（ventilation）肺換氣（gas exchange)外呼吸又稱為肺呼吸 （pulmonary respiration）內(nèi)呼吸又稱為組織呼吸（tissue respiration）呼吸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能呼吸道肺 泡呼吸肌呼吸道

2、黏膜呼吸道平滑肌呼吸膜肺泡表面張力肺表面活性物質(zhì)吸氣肌呼氣肌上呼吸道包括鼻、咽、喉和胸腔外的氣管下呼吸道從氣管一直到呼吸性細(xì)支氣管氣體進(jìn)出的通道調(diào)節(jié)進(jìn)出空氣以及清潔空氣的功能防御性的反射：對機(jī)體有保護(hù)作用呼吸道 由單層扁平上皮組成的半球狀含氣小囊泡，其外表緊貼著豐富的毛細(xì)血管網(wǎng)和彈性纖維。 肺泡是氣體交換的主要場所，氣體進(jìn)出肺泡所經(jīng)歷的結(jié)構(gòu)被稱為呼吸膜。呼吸膜主要由六層結(jié)構(gòu)組成： 含有肺泡表面活性物質(zhì)的液體層 肺泡的上皮細(xì)胞層 肺泡的上皮基膜層 間質(zhì)層（膠原纖維和彈性纖維組成的網(wǎng)） 毛細(xì)血管的基膜層 毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞肺泡肺泡與肺毛細(xì)血管呼 吸在液體與氣體的交界面上，由于液體分子之間的引力而產(chǎn)

3、生的能夠引起液體表面收縮的張力。 如果表面張力相同，大肺泡會膨脹，小肺泡會萎縮。肺內(nèi)有成千上萬個大小不同的肺泡，而它們各自形態(tài)的維持有賴于肺泡表面活性物質(zhì)的作用。肺泡表面張力（alveolar surface tension)呼 吸 肺泡型細(xì)胞分泌的一種復(fù)雜的脂蛋白（二軟脂酰卵磷脂），形成單分子層分布于液氣界面，隨肺泡的張縮改變密度。肺泡的表面活性物質(zhì)（alveolar surfactant)功能： 降低肺泡的表面張力 維持肺泡內(nèi)壓相對穩(wěn)定 防止肺泡積液肺不張：成年動物肺炎、肺血栓初生動物呼吸窘迫綜合征羊水檢查，激素治療呼 吸肺通氣的原理 氣體進(jìn)出肺取決于兩方面的因素的作用： 前者必須克服后者

4、，方能實現(xiàn)肺通氣。推動氣體流動的動力阻止氣體流動的阻力吸氣呼氣吸入O2吸氣 緊貼于肺表面的臟層和緊貼于胸廓內(nèi)壁的壁層形成的一個密閉的腔隙。 胸膜腔內(nèi)沒有氣體，只有少量的漿液，起作用是（1）潤滑：減小摩擦力，兩層胸膜可互相滑動； （2）使兩層胸膜貼附在一起，肺隨著胸廓的運(yùn)動而運(yùn)動。 如果胸膜腔的密閉性被破壞，會產(chǎn)生氣胸（pneumothorax）。胸膜腔（Pleural cavity）與胸膜腔內(nèi)壓（intrapleural pressure)胸內(nèi)壓（胸內(nèi)負(fù)壓）肺內(nèi)壓 肺的彈性回縮力 肺的彈性回縮力胸內(nèi)壓為負(fù)壓的生理學(xué)意義 在呼吸周期中，肺被動擴(kuò)張的程度和因此產(chǎn)生的肺回縮力的大小不一樣，所以，胸內(nèi)

5、負(fù)壓也隨呼吸周期而變化。吸氣時更負(fù)，呼氣時負(fù)壓減少，但無論是呼氣還是吸氣時，胸內(nèi)壓均為負(fù)壓。為什么？ 胸廓的生長速度比肺快，胸廓經(jīng)常牽張肺，肺總是表現(xiàn)回縮傾向。 （2）有利于胸腔其它組織器官生理功能的正常發(fā)揮。（1）保證肺在呼氣與吸氣時均處于擴(kuò)張狀態(tài)，以確 保氣體交換的順利進(jìn)行。二、肺通氣呼 吸呼吸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能肺通氣的原理肺容量和肺通氣量呼 吸呼吸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能：呼吸道肺 泡呼吸單位 呼吸性小支氣管1 肺泡管2 肺泡囊3 肺泡 氣體交換的主要部位4 肺泡是肺部的實質(zhì)組織最末一級分支 24級 約3億個 大?。?.2-0.3 mm 總面積：75 Pores of Kohn（柯恩孔）：肺泡之間

6、的小孔，細(xì)菌可通過肺泡呼吸單位呼 吸 肺泡是由單層扁平上皮組成的半球狀含氣小囊泡，其外表緊貼著豐富的毛細(xì)血管網(wǎng)和彈性纖維。 肺泡是氣體交換的主要場所，氣體進(jìn)出肺泡所經(jīng)歷的結(jié)構(gòu)被稱為呼吸膜。呼吸膜主要由六層結(jié)構(gòu)組成：含有肺泡表面活性物質(zhì)的液體層肺泡的上皮細(xì)胞層肺泡的上皮基膜層間質(zhì)層（膠原纖維和彈性纖維組成的網(wǎng)）毛細(xì)血管的基膜層毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞呼 吸在液體與氣體的交界面上，由于液體分子之間的引力而產(chǎn)生的能夠引起液體表面收縮的張力。 肺內(nèi)有成千上萬個大小不同的肺泡，而它們各自形態(tài)的維持有賴于肺泡表面活性物質(zhì)的作用。肺泡表面張力：呼 吸肺泡型細(xì)胞分泌的一種復(fù)雜的脂蛋白二軟脂酰卵磷脂。 肺泡的表面活性

7、物質(zhì)：形成單分子層分布于液氣界面，隨肺泡的張縮改變密度。降低肺泡的表面張力維持肺泡內(nèi)壓的相對穩(wěn)定防止肺泡積液功 能呼 吸肺通氣的原理： 氣體進(jìn)出肺取決于兩方面的因素的作用： 前者必須克服后者，方能實現(xiàn)肺通氣。推動氣體流動的動力阻止氣體流動的阻力呼 吸推動氣體實現(xiàn)肺通氣的直接動力實現(xiàn)肺通氣的原動力肺泡與大氣之間的壓力差呼吸肌的舒縮運(yùn)動源動力通過胸膜腔的傳遞，改變肺容積大小，從而轉(zhuǎn)化為實現(xiàn)肺通氣的直接動力。呼 吸 胸膜有兩層，即緊貼于肺表面的臟層和緊貼于胸廓內(nèi)壁的壁層。兩層胸膜形成一個密閉的、潛在的腔隙。胸膜腔呼 吸 胸膜腔內(nèi)只有少量的漿液，沒有氣體： （2）使兩層胸膜貼附在一起，不易分開，所以肺

8、就可隨著胸廓的運(yùn)動而運(yùn)動。（1）潤滑作用，減小摩擦力，兩層胸膜可互相滑動。 胸膜腔的密閉性和兩層胸膜間漿液分子的內(nèi)聚力有重要生理意義，如果密閉性被破壞，在臨床上產(chǎn)生氣胸（pneumothorax）呼 吸胸內(nèi)壓（胸內(nèi)負(fù)壓）胸廓的彈性回位力肺的彈性回縮力呼 吸胸內(nèi)壓為負(fù)壓的生理學(xué)意義： 在呼吸周期中，肺被動擴(kuò)張的程度和因此產(chǎn)生的肺回縮力的大小不一樣，所以，胸內(nèi)負(fù)壓也隨呼吸周期而變化。但無論是呼氣還是吸氣時，胸內(nèi)壓均為負(fù)壓。（2）有利于胸腔其它組織器官生理功能的正常發(fā)揮。（1）保證肺在呼氣與吸氣時均處于擴(kuò)張狀態(tài)，以確 保氣體交換的順利進(jìn)行。呼 吸肺通氣的阻力來自于兩方面：肺與胸廓的回位力彈性阻力呼吸

9、道氣流阻力非彈性阻力 氣體與呼吸道管壁之間，氣體分子之間所產(chǎn)生的摩擦阻力以及肺和胸廓活動時，有關(guān)組織之間的粘滯阻力。呼 吸順應(yīng)性（C）= 1/彈性阻力（R）彈性組織在發(fā)生變形時，要產(chǎn)生阻止變形恢復(fù)原位的力，稱彈性阻力。彈性阻力（elastic resistance）順應(yīng)性是指在外力作用下，彈性組織的可擴(kuò)展性。順應(yīng)性（compliance）呼 吸氣流在發(fā)動、 變速、換向時因氣流和組織慣性 所產(chǎn)生的阻止氣體流動的因素；慣性阻力：呼吸時組織相對位移所發(fā)生的摩擦；粘滯阻力：氣體流經(jīng)呼吸道時，氣體分子之間以及氣體分子與氣道壁之間的摩擦，是非彈性阻力的主要成分。 氣道阻力：影響因素：呼吸道的半徑和氣流的速

10、度呼 吸肺容量：殘氣量補(bǔ)呼氣量潮氣量補(bǔ)吸氣量潮氣量（TV）補(bǔ)呼氣量（ERV）補(bǔ)吸氣量（IRV）殘氣量（RV）功能殘氣量（FRC）肺活量（VC）肺總?cè)萘浚═LC）功能殘氣量肺活量肺總?cè)萘糠稳萘浚悍瓮夤δ茉u價殘氣量補(bǔ)呼氣量潮氣量補(bǔ)吸氣量功能殘氣量肺活量肺總?cè)萘可钗鼩饬亢?吸 各種動物的呼吸頻率，隨個體大小、年齡、機(jī)體狀態(tài)而有所差異。一般與機(jī)體的代謝強(qiáng)度相關(guān)，代謝活動強(qiáng)，呼吸頻率快。呼吸頻率一分鐘內(nèi)呼或吸的次數(shù)稱為呼吸頻率。呼 吸肺通氣量：每分通氣量每分鐘進(jìn)或出肺的氣體總量。每分通氣量=潮氣量 X 呼吸頻率肺泡通氣量=（潮氣量-生理無效腔）X 呼吸頻率解剖無效腔肺泡無效腔三、氣體交換及運(yùn)輸呼 吸氣

11、體交換氣體運(yùn)輸呼 吸氣體交換原理： 混合氣體中，每種氣體分子運(yùn)動所產(chǎn)生的壓力為該氣體的分壓。 氣體分子不停地進(jìn)行著無定向運(yùn)動，其結(jié)果是氣體分子從高分壓區(qū)域向低分壓區(qū)域擴(kuò)散。呼 吸肺和組織內(nèi)氣體交換過程：肺換氣肺與血液間的氣體交換。組織換氣血液與組織間的氣體交換。呼 吸影響肺內(nèi)氣體交換的主要因素：氣體分壓差、溶解度和分子量呼吸膜的面積和厚度通氣/血流量比值（VA/Q）呼 吸氣體O2的運(yùn)輸CO2的運(yùn)輸98% O295% CO2物理溶解化學(xué)結(jié)合物理溶解氣體物理溶解化學(xué)結(jié)合運(yùn)輸形式呼 吸HbO2O2分壓升高 Hb+O2 O2分壓降低呼 吸血紅蛋白和氧結(jié)合后鐵為二價，該反應(yīng)是氧合反應(yīng)反應(yīng)快而可逆，不需要

12、酶的催化，只受氧分壓的影響單獨(dú)的血紅素不能有效地結(jié)合氧1分子的血紅蛋白可以和4分子的氧結(jié)合該反應(yīng)有以下特點：呼 吸Hb氧容量（血氧容量，Oxygen Capacity） 100 ml血液中Hb所能結(jié)合的最大氧量稱Hb氧容量氧含量（血氧含量，Oxygen content） 100ml血液中，Hb實際結(jié)合的O2量稱Hb的氧含量Hb氧飽和度 Hb氧含量與氧容量的百分比為Hb氧飽和度。Hb氧容量Hb氧含量Hb氧飽和度（%）=100%呼 吸氧離曲線（oxygen dissociation curve） ： 氧離曲線或稱氧合血紅蛋白解離曲線是表示PO2與Hb氧飽和度的關(guān)系曲線。 該曲線表示不同PO2下O2

13、與Hb分離情況，同樣也反映了不同PO2時O2與Hb的結(jié)合情況。呼 吸氧離曲線的特點和生理意義：氧離曲線呈“S”形，是血液 運(yùn)輸O2有效的特性表現(xiàn)。第一階段：PO2值在813.33 kPa (60100mmHg )維持氧飽和度第二階段：PO2值在5.338.0kPa安靜條件下代謝所需第三階段：PO2值在2.675.330kPa機(jī)體的氧儲備呼 吸氧離曲線的位移： Hb與氧的結(jié)合與分離受許多因素的影響。當(dāng)氧離曲線的位置發(fā)生變化時，表明血紅蛋白與氧的親和力發(fā)生了改變。 曲線右移：表明Hb與氧的親和力下降。表明Hb與氧的親和力增加。因為曲線左移后，在低氧條件下，Hb仍然有較高的氧飽和度。曲線左移：呼 吸

14、、pH值和CO2濃度的影響、溫度的影響、2，3二磷酸甘油酸（2，3DPG）、Hb自身性質(zhì)的影響影響氧離曲線位移的因素：呼 吸 二氧化碳在體內(nèi)的運(yùn)輸也是以物理溶解和化學(xué)結(jié)合的方式進(jìn)行的。 化學(xué)結(jié)合物理溶解（5%）碳酸氫鹽（87%）氨基甲酸血紅蛋白（7%）呼 吸 進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)的一部分二氧化碳能直接與血紅蛋白的自由氨基結(jié)合，形成氨甲酰血紅蛋白（carbaminohemoglobin），并能很快解離。 Hb-NH2 + CO2 HbNHCOOH這一反應(yīng)無需酶的催化，調(diào)節(jié)它的主要因素是氧合作用。呼 吸四、呼吸的調(diào)節(jié)另一方面是隨意的控制，主要是大腦皮層的功能，它可以改變正常的呼吸節(jié)律，進(jìn)行與意識有關(guān)的活動

15、，如：屏氣、說話、唱歌等。中樞系統(tǒng)對呼吸運(yùn)動的調(diào)節(jié)分為兩個方面：一方面是自動節(jié)律性的控制，主要是通過低位腦干的功能而產(chǎn)生正常的呼吸節(jié)律。呼吸中樞呼吸的反射性調(diào)節(jié)呼吸節(jié)律的形成呼吸的體液調(diào)節(jié)呼 吸結(jié) 論：1、延髓存在 基本的呼吸中樞2、腦橋 的1/3處存在 呼吸調(diào)整中樞 1923年英國學(xué)者Lumsden用分段切除法成功地觀察了呼吸節(jié)律的變化，提出了三級呼吸中樞的理論設(shè)想。呼 吸呼吸中樞：脊 髓中繼站和整合某些呼吸反射的初級中樞延 髓呼吸的基本中樞（生命活動的基本中樞）腦 橋呼吸的調(diào)整中心高位腦大腦皮層、邊緣系統(tǒng)和下丘腦呼 吸 延髓存在基本的呼吸中樞，能發(fā)動和維持比較有規(guī)律的呼吸運(yùn)動。延髓有多種類

16、型的神經(jīng)元，其中包括： （1）背側(cè)呼吸組（dorsal respiratory group DRG）（2）腹側(cè)呼吸組（ventral respiratory group VRG） 集中在孤束核腹外側(cè)，主要為吸氣神經(jīng)元，它以交叉方式支配對側(cè)膈肌運(yùn)動神經(jīng)元 集中在凝核、后凝核、以及面神經(jīng)核附近，有吸氣神經(jīng)元，也有呼氣神經(jīng)元。呼 吸 在腦橋的1/3處呼吸的神經(jīng)元相對集中的地方形成了臂旁內(nèi)側(cè)核和KF核團(tuán)，合稱BPKF核群，起呼吸的調(diào)整中樞的作用。其作用表現(xiàn)為：它們與延髓的呼吸中樞之間有雙向聯(lián)系，其作用是限制吸氣，使吸氣向呼氣轉(zhuǎn)換。目前認(rèn)為：它是通過易化延髓“吸氣切斷”機(jī)制，促進(jìn)吸氣與呼氣之間的相互轉(zhuǎn)換

17、。局部神經(jīng)元回路反饋控制假說：呼 吸呼吸的反射性調(diào)節(jié)： 呼吸活動可受機(jī)體內(nèi)外環(huán)境各種刺激的影響，如傷害性刺激、冷刺激、血壓的驟然變化等都可使呼吸發(fā)生變化。重要的反射如下：（一）肺牽張反射（Pulmonary strech reflex）（二）呼吸肌的本體感受性反射（三）防御性呼吸反射呼 吸1、定義：由肺擴(kuò)張或肺縮小引起的吸氣抑制或興奮的反射稱肺牽張反射，又稱黑伯二氏反射（Hering-Beruer reflex） （一）肺牽張反射（Pulmonary strech reflex）（1）肺擴(kuò)張反射（2）肺縮小反射2、意義：使呼吸不致過長，促使吸氣及時轉(zhuǎn)入呼氣，它與腦橋呼吸調(diào)整中樞共同調(diào)節(jié)著呼吸的

18、頻率和深度。呼 吸1、定義：肌梭和腱器官是骨骼肌的本體感受器，它們所引起的反射為本體感受性反射。 呼吸肌內(nèi)也有本體感受器. 當(dāng)呼吸道通氣阻力增大時，通過本體感受器反射增強(qiáng)呼吸肌的收縮力，克服通氣阻力，保持足夠的肺通氣量。（二）呼吸肌的本體感受性反射呼 吸（三）防御性呼吸反射 當(dāng)鼻腔、咽、喉、氣管與支氣管的粘膜受到機(jī)械或化學(xué)刺激時，則會引起防御性反射。此反射具有清除刺激物，防止異物進(jìn)入肺泡的作用。常見的呼吸性防御反射有：噴嚏反射咳嗽反射呼 吸呼吸的體液調(diào)節(jié)：當(dāng)血中或腦脊液中的CO2、H+濃度升高，或O2濃度降低時，通過刺激體內(nèi)的化學(xué)感受器，對呼吸產(chǎn)生調(diào)節(jié)，從而排出體內(nèi)過多的CO2、H+，攝入O2以維持血液與腦脊液中CO2、O2、H+濃度的相對恒定。（一）二氧化碳對呼吸的影響（二）低氧對呼吸的影響（三）氫離子對呼吸的影響呼 吸 （1）中樞化學(xué)感受器：位于延髓腹外側(cè)表層的對稱化學(xué)敏感區(qū)域。引起中樞化學(xué)感受器興奮的有效刺激是H+而不是CO2。（2）外周化學(xué)感受器：頸動脈體和主動脈體。當(dāng)血液中缺O(jiān)2、二氧化碳分壓和H+增高時其傳入的神經(jīng)沖動增加。 呼 吸（一）二氧化碳對呼吸的影響 血液中一定水平的CO2對維持呼吸和呼吸中樞的興奮性是必需的，但血中PCO2增高或降低對呼吸有顯著影響。 實驗證明，當(dāng)動脈血中PCO2增高0.2