呼吸

生理性思维导图，呼吸章节， 包含肺换气和组织换气、气体在血液中的运输、呼吸运动的调节、肺通气等。

呼吸

• 肺换气和组织换气
  • 气体交换的基本原理
    • 气体的扩散
      • 气体交换的前提:肺通气使气泡不断更新，以保持肺泡气PO2和PCO2的相对稳定
      • 定义:气体分子不停地进行无定向运动，当不同区域存在压强差时，气体分子将从气压高处向气压低处发生净转移
      • 气体的分压差
        • 是指混合气体中各气体组分所产生的压力
        • 温度恒定时，某种气体的分压差＝混合气体的总压力×该气体在混合气体中所占容积百分百
        • 是气体扩散的动力和决定气体扩散方向的关键因素
      • 气体的分子量和溶解度
        • 气体分子的相对扩散速率与气体分子量的平方根成反比
          • 分子量小的气体扩散速率较快
        • 扩散发生在气体与液体之间，扩散速率还与气体在溶液中的溶解度成正比
        • 溶解度:单位分压下溶解于单位容积中的气体量
      • 温度(可忽略)
      • 扩散面积和距离
        • 扩散面积越大，所扩散的分子总数也越大 扩散距离越大，扩散需要的时间越长
    • 呼吸气体和人体不同部位气体的分压
      • 呼吸气和肺泡气的成分和分压
        • 空气中各气体容积百分比一般不因地域不同而异 分压可因总大气压的变动而改变，高原大气压较低，各分压也较低
      • 血液气体和组织气体的分压
        • 血液中的气体分压也称气体的张力
  • 肺换气
    • 肺换气过程
      • 血液流经肺毛细血管全长1/3时，肺换气已基本完成
      • 正常情况，体循环动脉血氧分压稍低于肺静脉血 主要是因为混入了来自支气管静脉的少量静脉血
    • 影响肺换气的因素
      • 呼吸膜的厚度
        • 即肺泡-毛细血管膜，呼吸膜又称气-血屏障(6层结构)
          • 肺泡表面活性物质的液体层、肺泡上皮细胞层、上皮基底膜层、上皮基底膜和毛细血管基膜之间的间隙
        • 气体扩散速率与呼吸膜厚度成反比，呼吸膜越厚，扩散需要的时间就越长，单位时间内交换的气体量就越少
        • 任何可使呼吸膜厚度增厚或扩散距离增加的疾病都会降低气体扩散速率
      • 呼吸膜的面积
        • 气体扩散速率与扩散面积成正比
        • 正常成年人两肺总面积约70平方米，安静状态下，用于气体扩散的呼吸膜面积约40平方米，有相当大的储备面积
      • 通气/血流比值
        • 每分钟肺泡通气量和每分钟肺血流量的比值，正常成年人安静时-0.84
        • 比值增大意味着通气过度或血流相对不足，部分肺泡气体未能与血液气体充分交换，肺泡无效腔增大
        • 比值异常时，主要表现为缺氧的原因在于
          • 动、静脉血液之间氧分压差远大于二氧化碳分压差
          • 二氧化碳的扩散系数约为氧的20倍，所以二氧化碳扩散快，不易潴留
          • 动脉血氧分压下降和二氧化碳分压升高时，可刺激呼吸，增加肺泡通气量，有助于二氧化碳排出
    • 肺扩散容量
      • 气体在单位分压的作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体毫升数
  • 组织换气
    • 体毛细血管中的血液与组织细胞之间的气体交换
    • 影响因素
      • 组织细胞与毛细血管的距离
      • 组织代谢水平和毛细血管内血流速度
• 气体在血液中的运输
  • 氧的运输
    • 运输氧气的载体-红细胞(红细胞内血红蛋白的分子结构特征)
      • 氧和二氧化碳均以物理溶解和化学结合两种新形式进行运输
      • 气体在溶液中溶解的量与其分压和溶解度成正比，与温度成反比
    • 血红蛋白(Hb)的分子结构
      • 由1个珠蛋白和4个血红素组成，血红素基团中心为一个二价铁，可与氧结合
    • Hb与氧气结合的特征
      • 结合反应迅速而可逆
        • 结合快，解离也快，结合不需要酶的参与，可受氧分压影响
      • 结合反应是氧合而非氧化
        • 二价铁与氧反应还是二价铁
      • Hb结合氧气的量
        • 一分子Hb可结合4分子氧气
        • 评价Hb结合氧气的量
          • Hb氧容量:100ml血液中，Hb所能结合的最大氧气量
          • Hb氧含量:100ml血液中，Hb实际结合的氧气量
          • Hb氧饱和度:Hb氧含量与Hb氧容量的百分比
        • HbO2呈鲜红色，Hb呈紫红色。当血液中Hb含量达5g/100ml以上时，皮肤、黏膜呈暗紫色-发绀
      • 氧解离曲线呈S形
        • 呈S形与Hb的变构效应有关
          • Hb为紧密型(T型)
          • HbO2为疏松型(R型)
            • Hb与氧气结合，盐键逐步断裂，T型变为R型
            • HbO2释放氧气时，Hb逐渐由R型变为T型
    • 氧解离曲线
      • 表示血液氧分压与Hb饱和度关系的曲线
      • 分段
        • 上段(氧分压60～100)
          • 曲线较平坦，
        • 中段(40～60)
          • 曲线较陡，反映安静状态下血液对组织液的供氧情况
        • 下段(15～40)
          • 曲线最陡，表明血液氧分压发生较小变化即可引起Hb饱和度的明显改变，反映血液供氧的储备能力
    • 影响氧解离曲线的因素
      • 血液PH和二氧化碳分压的影响
        • PH降低或二氧化碳分压升高，Hb对氧气的亲和力降低，曲线右移
        • 波尔效应:血液酸度和二氧化碳分压对Hb和氧气的亲和力
          • 酸度降低，促使盐键断裂并释放H＋，使Hb向R型转变，对氧亲和力增加
          • 意义
            • 促进肺毛细血管血液摄取氧(促进氧结合)
              • 促进氧结合，曲线左移
            • 促进组织毛细血管血液释放氧(促进氧解离)
              • 促进氧解离 曲线右移
      • 温度的影响
        • 温度升高，亲和力降低，右移，促进氧气的释放;温度降低，左移
        • 温度对氧解离曲线的影响可能与H＋有关，
          • 温度升高，H＋活度增加，降低亲和力，右移
          • 低温麻醉-低温有利于降低组织的耗氧量
      • 红细胞内2，3-二磷酸甘油酸(2，3-DPG)
        • 2，3-DPG是糖酵解的产物
        • 慢性缺氧、贫血、高山低氧等情况下，糖酵解加强，红细胞内2，3-DPG增加，氧解离曲线右移，有利于释放较多氧气
        • 保存三周以上血液-枸橼酸-葡萄糖液
      • 一氧化碳的影响
        • 在极低PCO下，CO即可从HbO2中取代氧
        • 当CO与Hb一个血红素结合后，可增加其余三个血红素对氧的亲和力，曲线左移
        • Hb与CO结合呈樱桃色
      • 其他因素
        • 受自身性质和含量的影响，二价铁被氧化为三价铁→失去运输氧气能力
  • 二氧化碳的运输
    • 二氧化碳的运输形式
      • 5％以物理溶解的形式运输
      • 95％以化学结合的形式运输
        • 碳酸氢盐
          • 血浆或红细胞中，溶解的二氧化碳与水结合生成碳酸 解离为碳酸根离子和氢离子，反应可逆，需要碳酸酐酶
          • 反应方向取决于PCO2高低 组织中，反应向右;肺部-反应向左
          • 血浆中缺少碳酸酐酶 反应较缓慢
          • 乙酰唑胺-使组织PCO2从46升高到80
        • 氨基甲酰血红蛋白
          • 无需酶的催化，迅速，可逆
          • 调节这一反应的主要因素-氧合作用
    • CO2解离曲线
      • 表示血液中CO2与PCO2关系曲线的曲线
      • 血液中CO2可随PCO2升高而增加，CO2解离曲线接近线性，而不呈S形，无饱和点
    • 影响CO2运输的因素
      • Hb是否与氧结合是影响CO2运输的主要因素
      • 何尔登效应:Hb与O2结合可促进CO2释放 释放O2后的Hb容易与CO2结合
• 呼吸运动的调节
  • 呼吸中枢与呼吸节律的形成
    • 呼吸中枢
      • 定义:在中枢神经系统内产生呼吸节律的调节呼吸运动的神经元细胞群
      • 呼吸中枢包括
        • 脊髓
          • 脊髓中有支配呼吸肌的运动神经元
          • 脊髓本身以及呼吸肌不能产生节律性呼吸，脊髓的呼吸神经元是联系高位呼吸中枢和呼吸肌的中继站，以及整合某些呼吸反射的初级中枢
        • 低位脑干
          • 指脑桥和延髓
            • 脑桥上部-呼吸调整中枢，对长吸中枢产生抑制作用
            • 脑桥下部-长吸中枢，对吸气活动产生紧张性易化作用，使吸气延长
          • 呼吸神经元分布
            • 延髓背内侧的背侧呼吸组。兴奋脊髓膈运动神经元，引起膈肌收缩而吸气
            • 延髓腹外侧的腹侧呼吸组。使脊髓呼吸运动神经元兴奋，加强吸气并引起主动呼气，增加肺通气量，调节咽喉部辅助呼吸肌的活动，调节气道阻力
            • 脑桥头端背侧的脑桥呼吸组。与邻近的KF核合称为PBKF核，是呼吸调整中枢所在位 限制吸气，促使吸气向呼气
          • 比奥呼吸-死亡前出现的危机症状，原因可能是病变已侵及延髓呼吸中枢
        • 高位脑
          • 脑桥以上，如下丘脑，边缘系统，大脑皮层等
          • 大脑皮层可通过皮层脊髓束和皮层脑干束随意控制脊髓和低位脑干呼吸神经元的活动
          • 呼吸运动受大脑皮层随意性和低位脑干自主性的双重调节，这两个系统的下行通路是分开的，有时可观察到自主呼吸和随意呼吸分离的现象
    • 呼吸节律的产生机制
      • 起搏细胞学说，神经元网络学说
  • 呼吸的反射性调节
    • 化学感受性呼吸反射
      • 化学因素对呼吸运动的调节是一种反射性调节
      • 化学感受器
        • 外周化学感受器
          • 位于颈动脉体和主动脉体的外周化学感受器
          • 动脉血PO2降低，PCO2或H＋浓度升高时外周化学感受器感受到刺激
        • 中枢化学感受器
          • 延髓腹外侧部的浅表部位是影响呼吸活动中枢的化学敏感区
            • 分头、中、尾三个区，头区和尾区都有化学感受行，中区不具有化学感受性
          • 中枢化学感受器的生理性刺激是脑脊液和局部细胞外液中的H＋，使呼吸运动加深加快 肺通气量增加
          • 血液中的H＋不易通过血-脑屏障，血液中PH变化对中枢化学感受器的刺激作用较弱
          • 呼吸兴奋反应存在适应性
            • 肾对血液PH具有调节作用
            • 血液中的碳酸氢根离子可缓慢通过血-脑屏障和血-脑脊液屏障，使脑脊液和局部细胞外液的OH回升，减弱H＋对呼吸运动的刺激作用
      • CO2、H＋、和O2对呼吸运动的调节
        • CO2水平
          • CO2是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素
          • 一定水平的PVO2对维持呼吸中枢的基本活动是必须的，过度通气因CO2排出增加也可抑制呼吸运动
          • 刺激呼吸的两条途径
            • 刺激中枢化学感受器再兴奋呼吸中枢
            • 刺激外周化学感受器，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，反射性的使呼吸加深加快，肺通气量增加
        • H＋浓度
          • H＋浓度升高，导致呼吸运动加深加快，肺通气量增加
          • 中枢化学感受器对H＋敏感性较外周化学感受器高，但H＋通过血-脑屏障速度较慢，限制了它对中枢化学感受器的作用
          • 血液中的H＋主要通过刺激外周化学感受器而起作用
          • 脑脊液中的H＋是中枢化学感受器最有效的刺激
        • O2水平
          • 吸入气体氧分压降低以及肺通气或肺换气功能障碍时，动脉血液中PO2下降，反射性使呼吸运动加深加快，肺通气量增加
          • 低氧对外周化学感受器的刺激成为驱动呼吸运动的主要刺激因素
      • CO2、H＋、和O2在呼吸运动调节中的相互作用
        • CO2对呼吸的刺激作用最强 ＞H＋＞O2
    • 肺牵张反射(黑-伯反射)
      • 肺扩张反射
        • 指肺扩张时抑制吸气活动的反射(一般不参与呼吸运动的调节)
        • 感受器位于:从气管到细支气管的平滑肌中(牵张感受器) 阈值低，适应慢
        • 生理意义:加速吸气向呼气的转换，使呼吸频率增加
      • 肺萎陷反射
        • 感受器:气道平滑肌内
        • 作用:防止呼吸呼吸过深
    • 防御性呼吸反射
      • 咳嗽反射
        • 喉、气管、支气管的黏膜收受到机械性或化学性刺激
      • 喷嚏反射
        • 刺激作用于:鼻黏膜的感受器
        • 传入神经是:三叉神经。反射效应:腭垂下降，舌压向软腭，而不是关闭声门腔，呼出气体主要从鼻腔喷出
    • 呼吸机本体感受性反射
      • 肌梭和腱器官是骨骼肌的本体感受器
  • 特殊条件下的呼吸运动及其调节
    • 运动时的呼吸调节
      • 运动时呼吸加深加快，肺通气量增加 氧的吸入和二氧化碳的排出增加
    • 低气压(高海拔)条件下的呼吸调节
      • 海拔越高，大气压越低
      • 吸入气体中氧分压降低，最初刺激外周化学感受器 进而兴奋呼吸中枢，使呼吸活动加深加快，肺通气量增加
    • 高气压(潜水)条件下的呼吸调节
      • 密闭容器中气体压力和体积成反比
      • 随着压力升高呼吸将变得深而慢
  • 临床监控呼吸状态的生理参数及意义
    • 血氧饱和度
    • 动脉血气分析
• 肺通气
  • 呼吸
    • 定义:是机体与外界环境之间的气体交换过程
      • 实现肺通气器官:呼吸道、肺泡、胸膜腔、膈、胸廓等
    • 过程
      • 外呼吸:肺毛细血管血液与外界环境之间气体交换的过程
        • 肺通气:肺泡与外界环境之间的气体交换的过程
        • 肺换气肺泡和肺毛细血管血液之间气体交换过程
      • 气体运输是指氧气和二氧化碳在血液中的运输
      • 内呼吸:组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换以及组织细胞内的氧化代谢过程
        • 组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换过程-组织换气
    • 呼吸系统主要功能:从外界环境摄取机体新陈代谢所需的氧气并向外界排出代谢所产生的二氧化碳
  • 肺通气的原理
    • 肺通气的动力
      • 肺泡与外界大气压之间的压差是实现肺通气的-直接动力
      • 呼吸机的收缩和舒张所引起的节律性呼吸运动是实现肺通气的-原动力
      • 呼吸运动
        • 定义:呼吸肌的收缩和舒张所引起的胸廓节律性扩大和缩小
        • 主要吸气肌:膈肌和肋间外肌 主要呼气肌:肋间内肌和腹肌
          • 辅助吸气肌:斜角肌，胸锁乳突肌
        • 呼吸运动的过程
          • 吸气是一个主动过程
          • 呼气是一个被动过程
        • 呼吸运动的形式
          • 腹式呼吸和胸式呼吸
            • 腹式呼吸:以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动
              • 膈肌舒缩可引起腹腔内器官位移，造成腹部明显起伏
            • 胸式呼吸:以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动
            • 正常人:腹胸混合式呼吸 妊娠后期女性-胸式呼吸 胸腔积液、胸膜炎患者、婴儿-腹式呼吸
          • 平静呼吸和用力呼吸
            • 平静呼吸:吸气主动而呼气被动的呼吸型式
            • 用力呼吸:机体劳动或运动时呼吸道不通畅或肺通气阻力增大，加深加快的呼吸型式
      • 肺内压
        • 定义:肺泡内气体的压力，呼吸过程中呈周期性变化
        • 吸气，肺容积增大，肺内压降低
        • 影响因素:呼吸运动的缓急、深浅和呼吸道是否通畅
      • 胸膜腔内压
        • 胸膜腔:存在于肺表面的脏层胸膜和衬与胸廓内壁的壁层胸膜之间的密闭的、潜在的、无气体和仅有少量浆液的腔隙
        • 胸膜腔内浆液的作用
          • 浆液分子之间的内聚力使两层胸膜紧贴在一起 不易分开，参与胸膜腔负压的形成
          • 浆液在两层胸膜之间起润滑作用，可减小呼吸运动时两层胸膜之间的摩擦
        • 测量方法
          • 直接法、间接法
        • 胸膜腔内压为负压
          • 负压的形成与肺内压(使肺泡扩张)，肺回缩压(使肺泡缩小)-主要
          • 意义
            • 扩张肺，使肺能随胸廓的张缩而张缩
            • 有利于静脉血和淋巴液的回流
          • 前提条件:胸膜腔必须保持其密闭性
    • 肺通气的阻力
      • 弹性阻力和顺应性
        • 弹性阻力(肺弹性阻力和胸廓弹性阻力)
          • 定义:弹性体对抗外力作用所引起的变形的力
        • 表示-顺应性
          • 定义:弹性组织在外力作用下发生形变的难易程度
            • 顺应性越大，其变形能力越强
            • 顺应性越大，弹性阻力越小
        • 肺的弹性阻力和肺顺应性
          • 肺在被扩张时产生弹性回缩力，其方向与肺扩张的方向相反-吸气的阻力，呼气的动力
          • 肺顺应性测定:分步吸气/分步呼气
            • 压力-容积曲线(S形)
              • 斜率大，肺顺应性大
          • 肺总量对肺顺应性的影响
            • 肺总量:肺所能容纳的最大气体量
            • 肺总量较大者肺的扩张程度较大，弹性回缩力较小，仅需较小的跨肺压，顺应性较大
          • 肺弹性阻力的来源-来自肺的弹性成分和肺泡表面张力(主要)
            • 弹性成分:自身弹力纤维和胶原纤维等
              • 肺扩张越大，其牵拉作用越强，肺的回缩力和弹性阻力越大
            • 肺的表面张力来源于肺肺泡内表面液-气界面的能使液体表面积缩小的力
            • 表面张力系数(T)不变，肺泡的回缩力与肺泡半径成反比
            • 大小不同的肺泡彼此间连通，小肺泡内的气体流入大肺泡 引起小肺泡萎陷关闭而大肺泡过度膨胀，肺泡将失去稳定性
            • 肺表面活性物质
              • 肺泡Ⅱ型上皮细胞合成和分泌的含脂质与蛋白质的混合物
              • 脂质中主要是二棕榈酰卵磷脂(DPPC)
                • 双嗜分子，一端是非极性疏水脂肪酸-不溶于水 一端是极性-易溶于水
              • 主要作用-降低肺泡表面张力，减小肺泡的回缩力
              • 生理意义
                • 减小吸气阻力，减少吸气做功
                • 维持不同大小肺泡的稳定性
                • 防止肺水肿
                • 调节肺泡回缩力，有利呼吸
                  • 早产儿可因肺泡Ⅱ型细胞尚未成熟→新生儿呼吸窘迫综合征
              • 肺充血:肺组织纤维化或肺表面活性物质减少时，肺顺应性降低，弹性阻力增加，患者表现为吸气困难
              • 肺气肿:肺弹性成分大量破坏，肺回缩力减小，顺应性增大，弹性阻力减小，患者表现呼气困难
        • 胸廓弹性阻力和胸廓顺应性
          • 来源于胸廓的弹性成分
            • 胸廓处于自然位置时-胸廓不变形，不表现出弹性阻力
            • 肺容量＜肺总量67％-胸廓被牵引向内而缩小，弹性阻力向外，是吸气的动力，呼气的阻力
            • 肺容量＞肺总量67％-胸廓内牵引向外而扩大，其弹性阻力向内，吸气的阻力，呼气的动力
        • 肺和胸廓的总弹性阻力和总顺应性
          • 肺和胸廓的总弹性阻力＝肺弹性阻力＋胸廓弹性阻力
      • 非弹性阻力
        • 包括:气道阻力、惯性阻力、组织的黏滞阻力
          • 气道阻力＝大气压与肺内压之差/单位时间内气体流量
          • 气道阻力受气流速度、气流型式、气道口径等
        • 影响气道口径的主要因素
          • 跨壁压:呼吸道内外的压力差
            • 呼吸道内压力高→跨壁压大，气道口径被动扩大，气道阻力变小
          • 肺实质对气道壁的牵引
            • 保持没有软骨支持的细支气管的通常
          • 自主神经系统的调节
            • 副交感神经使气道平滑肌收缩，口径变小 气道阻力增大
            • 交感神经使气道平滑肌舒张口径变大，减小气道阻力
          • 化学因素的影响
            • 儿茶酚胺-气道平滑肌舒张 前列腺素中，PGF2a-气道平滑肌收缩 PGE2-气道平滑肌舒张
  • 肺通气功能的评价
    • 肺容积和肺容量
      • 肺容积
        • 不同状态下肺所能容纳的气体量，随呼吸运动而变化
        • 潮气量:每次呼吸时吸入或呼出的气体量(400～600)
          • 大小取决于呼吸机收缩强度、胸和肺的机械性特征以及机体的代谢水平
        • 补吸气量:平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气体量(1500～2000)
          • 反映吸气储备量
        • 补呼气量:平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气体量(900～1200)
          • 反映呼气储备量
        • 余气量最大呼气末尚存留于肺内不能再呼出的气体量(1000～1500)
          • 可避免肺泡在低肺容积条件下发生塌陷，塌陷需极大跨壁压才能实现肺泡再扩张
          • 支气管哮喘和肺气肿患者因呼气困难而使余气量增加
      • 肺容量
        • 肺容积中两项或两项以上的联合气体量
        • 深吸气量:从平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气体量
          • 潮气量＋补吸气量
          • 衡量最大通气潜力的指标之一
        • 功能余气量:平静呼气末尚村于肺内的气体量
          • 余气量＋补呼气量
          • 生理意义:缓冲吸气过程中肺泡内氧分压和二氧化碳分压幅度
        • 肺活量
          • 尽力吸气后 从肺内能呼出的最大气体量
            • ＝潮气量＋补吸气量＋补呼气量
          • 用力肺活量:一次最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气体量
          • 用力呼气量:一次最大吸气后尽力尽快呼气，在一定时间内所能呼出的气体量
            • FEV1/FVC是临床上鉴别阻塞性肺疾病和限制性肺疾病常用指标
        • 肺总量:肺所能容纳的最大气体量
          • ＝肺活量＋余气量
      • 功能余气量的测定
    • 肺通气量和肺泡通气量
      • 肺通气量
        • 每分钟吸入或呼出的气体总量 ＝潮气量×呼吸频率
        • 劳动或运动→肺通气量增大
        • 最大随意通气量:尽力做深、快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气体量
          • 影响因素:肺或胸廓顺应性降低、呼吸肌力量减弱、气道阻力增大→最大随意通气量减小
      • 肺泡通气量
        • 解剖无效腔吸入的一部分气体留着鼻或口至终末细支气管之间的呼吸道内，不参与肺泡与血液之间的气体交换，这部分传导性呼吸道的容积
          • 与体重有关
        • 肺泡无效腔:进入肺泡的气体因血流在肺内分布不均不能全部与血液进行气体交换，未能交换的这部分肺泡容积
          • 正常人接近于0
        • 有效气体交换量-肺泡通气量
        • 浅快呼吸对机体呼吸是不利 深慢呼吸增加肺泡通气量和呼吸肌的做功
    • 最大呼气流速-容积曲线
      • MEFV曲线升支较陡，肺容积较大时，呼气流速随肌用力程度增加而加大
      • MEFV曲线降支较平坦，表呼气过程中不同肺容积的最大呼气流速
    • 气道反应性测定(支气管激发试验)
    • 呼吸功
      • 指呼吸机在运动中克服通气阻力而实现肺通气所做的功
      • 呼吸功＝跨壁压变化×肺容积，单位:焦耳
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