生理学 第五章 呼吸

生理学第五章呼吸思维导图，包括肺通气的原理、肺通气功能的评价、气体在组织中的运输、呼吸运动的调节、肺换气和组织换气等。

第五章 呼吸

• 第二节 肺换气和组织换气
  • 一、 气体交换的基本原理
    • （一）气体的扩散
      • 气体分子不停的进行无定向运动，当不同区域存在气压差时，气体分子将从气压高处向气压低处发生净转移，这一过程称为气体的扩散
        • 肺换气和组织换气均以扩散方式进行。单位时间内气体扩散的容积称为气体扩散速率
          • 气体在通过薄层组织时，扩散速率与组织两侧的气体分压差，温度，扩散面积和气体分子溶解度成正比，而与扩散距离，和气体分子量成反比。
      • 1.气体的分压差
        • 气体的分压差指混合气体中各气体组分所产生的压力。在温度恒定时，某种气体的分压等于混合气体的总压力乘以该气体在混合气体中所占的容积百分比
      • 2. 气体的分子量和溶解度
        • 相同条件下，气体分子的相对扩散速率与气体分子量的平方成反比，因此分子量小的气体扩散速率较快。 若果扩散发生与气相和液相之间，扩散速率还与气体在溶液中的溶解度成正比。
          • 气体分子的溶解度与分子量的平方根之比称为扩散系数
      • 3. 温度
        • 在正常人体，体温相对恒定，温度因素可忽略不计
      • 4.扩散表面积和距离
        • 扩散面积越大，所扩散的分子总数也越大，分子扩散的距离变大，扩散需要的时间越长
    • （二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压
      • 1. 呼吸气和肺泡气的成分和分压
        • 人体吸入的气体主要是空气，空气成分中具有生理意义的是氧气和二氧化碳。
          • 吸入的空气在呼吸道内已被水蒸气饱和，所以呼吸道内的气体成分已不同与大气
      • 2. 血液气体和组织气体的分压
        • 液体中的气体分压也称为气体的张力
  • 二、肺换气
    • （一）肺换气过程
      • 肺泡氧气往血液中扩散，血液中二氧化碳往肺泡中扩散
    • （二） 影响肺换气的因素
      • 气体分压，扩散面积，扩散距离，温度和扩散系数等因素均可影响到气体的扩散速率。
        • 1. 呼吸膜的厚度，
          • 呼吸膜又称气血屏障，有六层结构组成，
        • 2. 呼吸膜的面积，
          • 气体扩散速率和气体扩散面积成正比
        • 3. 通气/血流比值，
          • 指每分钟肺泡通气量和每分钟血流量的比值，
    • （三） 肺扩散容量
      • 气体在单位分压差的作用下，每分钟通过呼吸膜气体毫升数称为肺扩散容量。
  • 三、 组织换气
    • 组织换气指体循环毛细血管中的血液与组织细胞之间的气体交换。
• 第四节 呼吸运动的调节
  • 一、呼吸中枢与呼吸节律的形成
    • （一） 呼吸中枢
      • 1. 脊髓
      • 2. 低位脑干
        • 实验研究得出
          • ① 延髓内的背侧呼吸组
          • ② 延髓腹外侧的腹侧呼吸组
          • ③脑桥头端背侧的脑桥呼吸组
      • 3. 高位脑
    • （二） 呼吸节律产生的机制
      • 尚未完全阐明
        • 起搏细胞学说
        • 神经元网络学说
  • 二、呼吸的反射性调节
    • （一） 化学感受性呼吸反射
      • 1. 化学感受器
        • 外周化学感受器
          • 二氧化碳分压
        • 中枢化学感受器
          • 二氧化碳 氢离子浓度
      • 2. 二氧化碳 氢离子 和氧气对呼吸运动的调节
        • 1. 二氧化碳水平
          • 最重要
            • 二氧化碳分压升高
              • 呼吸加深加快
        • 2.氢离子浓度
          • 氢离子浓度升高
            • 呼吸加深加快
        • 3. 氧气水平
          • 氧气分压降低
            • 呼吸加深加快
      • 3. 二氧化碳 氢离子和氧气在呼吸运动中的相互作用
        • 二氧化碳对呼吸作用最强
        • 氢离子的作用次之
    • （二） 肺牵张反射
      • 1. 肺扩张反射
        • 指肺扩张时抑制吸气的反射
          • 感受器在呼吸道
      • 2. 肺萎陷反射
        • 指肺在萎陷时增强吸气活动或促进呼气转换为吸气的反射
          • 感受器在气道平滑肌
    • （三）防御性反射
      • 1.咳嗽反射
        • 很常见也很重要的防御性反射
          • 机械或化学刺激
            • 呼吸道黏膜下的感受器
      • 2. 喷嚏反射
        • 类似咳嗽反射
          • 不同的是刺激作用于鼻黏膜的感受器
            • 传入神经是三叉神经
              • 反应效应是腭垂下降 舌压向软腭 而不是声门关闭 呼气主要从鼻腔喷出
    • （四） 呼吸肌本体感受性反射
      • 肌梭和腱器官是骨骼肌的本体感受器
        • 本体感受性反射
  • 三、特殊条件下的呼吸运动及其调节
    • （一）运动时的呼吸调节
      • 运动时呼吸加深加快
        • 吸入氧气的量和呼出二氧化碳的量都应该增加
          • 其增加的量随着运动量的大小和持续时间的长短而异
    • （二） 低气压
      • 高海拔下的调节
        • 最初刺激外周化学感受器
          • 呼吸加深加快
            • 急性低氧反应
        • 数十分钟内 持续的低氧导致通气量下降
          • 通气衰竭
            • 急性高原疾病
    • （三） 高气压
      • 潜水时的呼吸调节
        • 防止肺泡塌陷
          • 防止压力性损伤
  • 四、临床监控呼吸状态的生理参数及其意义
    • 1. 血氧饱和度
    • 2. 动脉血气分析
    • 3. 机械通气
• 第三节 气体在组织中的运输
  • 一、氧气的运输
    • 血液中的氧气只有有1.5% 是物理运输，剩下的98.5%都是化学运输，
    • 红细胞的血红蛋白分子结构特征使之成为有效的运输氧气的载体。
    • （一） Hb的分子结构
      • Hb由一个珠蛋白和四个血红素构成，每个血红素基团中间为一个二价铁
    • (二) Hb 与氧气的结合
      • 1. 结合反应迅速而可逆
      • 2.结合反应是氧合而非氧化
      • 3. 一份子Hb可结合四分子氧气
      • 4. 氧解离曲线呈s形
    • （三） 氧解离曲线
      • 1. 氧解离曲线的上段
        • 缓冲容量变化
      • 2. 氧解离曲线中段
        • 安静时的供氧
      • 3. 氧解离取向的下段
        • 运动时缺氧代表氧储备
    • （四） 影响氧解离曲线的因素
      • 血液和二氧化碳分压
      • 温度
      • 红细胞内2，3-二磷酸甘油酸
      • 一氧化碳
  • 二、 二氧化碳的运输、
    • （一） 二氧化碳的运输形式
      • 1. 碳酸氢盐
      • 2.氨基甲酰血红蛋白
    • （二） 二氧化碳解离曲线
    • （三） 影响二氧化碳运输的因素
      • 二氧化碳通过波尔效应影响氧气的运输，氧气通过何尔登效应影响二氧化碳的运输
• 第一节 肺通气
  • 肺通气是气体在外界大气和肺泡之间交换的过程
  • 一、 肺通气的原理
    • 实现肺通气的器官包括呼吸道、肺泡、胸膜腔、膈和胸廓等
    • 肺通气的动力
      • 肺泡气与外界大气压之间的压力差是实现肺通气的直接动力
        • 呼吸肌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
          • 呼吸肌的舒张和收缩所引起的胸廓节律性扩大和缩小称为呼吸运动，包括吸气运动，呼气运动，。
          • 平静呼吸时,吸气肌收缩,吸气运动是一个主动过程。胸廓的形状类似于中空的圆锥体,上小下大。肋骨从上到下逐渐加长,并且由后向前下斜。肋间外肌起自上一肋骨的下缘,斜向前下方走行,止于下一肋骨的上缘。由于脊椎的位置是固定的,胸骨则可上下移动,所以当肋间外肌收缩时,肋骨和胸骨上举,同时肋骨下缘向外侧偏转,从而增大胸腔的前后径和左右径。膈肌位于胸腔和腹腔之间,构成胸腔的底,静止时向上隆起,形似穹隆。收缩时,隆起的中心下移,从而增大胸腔的上下径。吸气时,胸腔的上下径、前后径和左右径都增大,引起胸腔扩大,肺的容积随之增大,但肺内压降低。当肺内压低于大气压时,外界气体流入肺内,这一过程称为吸气。
          • 平静呼气时,呼气肌不参与运动,而是由膈肌和肋间外肌舒张所致,是一个被动过程。膈肌和肋间外肌舒张时,肺依其自身的回缩力而回位,并牵引胸廓,使之上下径、前后径和左右径缩小,从而引起胸腔和肺的容积减小,但肺内压升高。当肺内压高于大气压时,气体由肺内流出,这一过程称为呼气。
          • 正常人安静状态下呼吸均匀而平稳，频率约为12~18次/分 当机体劳累或呼吸不畅时加深加快的呼吸形式称为用力呼吸
          • 机体缺氧气或二氧化碳增多较严重的情况下，可出现呼吸困难
        • 肺内压
          • 指肺泡内的气体压力
          • 肺内压在呼吸中呈周期性变化，吸气时，肺容积增大，肺内压随之降低，低于大气压时，外界气体进入肺内，至吸气末，肺内压等于外界大气压，气流暂停。
            • 吸气时肺内压低于大气压30~100mmHg
          • 呼气时，肺容积减小，肺内压增大，高于大气压时，气体流出肺，随着肺内气体减少，肺内压减小，至呼气末，肺内压降到与大气压相等，气流再次停止
            • 呼气时肺内压高于大气压40~140mmHg
        • 胸膜腔内压
          • 胸膜腔是存在于肺表面的脏层胸膜和衬于胸廓内壁的脏层之间密闭的，潜在的，无气体和仅有少量浆液的腔隙
          • 腔隙的浆液约10μm厚，这一薄层浆液有两方面作用
            • 浆液分子之间的内聚力使两层胸膜紧贴在一起，不易分开，参与胸膜腔负压形成，因而肺可以随胸廓的运动而张缩
            • 薄层浆液在两层胸膜之间起润滑作用，可减小呼吸时两层胸膜之间的摩擦
          • 胸膜腔负压=肺内压+（-肺回缩压）
          • 空气进入胸膜腔形成气胸，此时胸膜腔负压消失或减小，造成肺不张，不仅影响肺通气，也阻碍静脉血和淋巴液回流
    • 肺通气的阻力
      • 肺通气过程中所遇到的阻力
      • 弹性阻力
        • 平静呼吸时占70%
        • 静态阻力
        • 包括
          • 肺弹性阻力
          • 胸廓弹性阻力
        • 弹性阻力和顺应性
          • 顺应性是指弹性组织在外力作用下发生形变的难易程度
            • 顺应性越大说明弹性阻力越小，顺应性越小说明弹性阻力越大
            • C=ΔV/ΔP （L/cmH2O）
          • 肺顺应性受非总量的影响
          • 非弹性阻力的来源
            • 来自肺弹性成分和肺泡表面张力
      • 非弹性阻力
        • 平静呼吸时占30%
        • 动态阻力
        • 气道阻力
          • 气道阻力是气体流经呼吸道时气体分子之间和气体分子与气道壁之间摩擦产生的阻力，占分弹性阻力的80~90%
          • 气道阻力=大气压与肺内压之差（cmH2O）/单位时间内气体流量（L/s）
            • 气道口径
              • 跨壁压
              • 肺实质对气道壁的牵引
              • 自主神经系统的调节
              • 化学因素的影响
        • 惯性阻力
          • 气体在发动，变速，换向时因气流和组织的惯性所产生的阻止肺通气的力
        • 组织的黏滞阻力
          • 呼吸时组织相对位移所发生的摩擦
  • 二、 肺通气功能的评价
    • （一） 肺容积和肺容量
      • 1. 肺容积
        • 不同状态下肺所能容纳气体的量
        • 潮气量
          • 每次呼吸时吸入或呼出的气体量，随呼吸运动而变化
          • 正常成年人平静时呼吸的潮气量为400~600ml
          • 运动时，潮气量增大，最大可达肺活量大小
        • 补吸气量
          • 指平静吸气末，再尽力吸气所能吸入气体的量
          • 正常成年人补吸气量为1500~2000ml
        • 补呼气量
          • 指平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气体量
          • 正常成年人的补呼气量为900~1200ml
        • 余气量
          • 指最大呼气末尚存留于肺内不能再呼出的气体量
          • 正常成年人余气量为1000~1500ml
      • 2.肺容量
        • 深吸气量
          • 指平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气体量
          • 是潮气量和补气量之和，是衡量最大通气潜力的指标之一
        • 功能余气量
          • 指平静呼气末尚存于肺内的气体量
          • 是余气量与补呼气量之和 ， 正常成年人为约2500ml
        • 肺活量、用力肺活量和用力呼气量
          • 尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气体量称为肺活量，
          • 是潮气量，补呼气量，补吸气量之和。
          • 肺活量有较大个体差异，与身材大小，性别，年龄，体位，呼吸肌强弱等因素有关
          • 正常成年男性平均肺活量为3500ml，正常成年女性平均为2500ml
        • 肺总量
          • 指肺所能容纳的最大气体量
          • 是肺活量与余气量之和，
          • 成年男性约5000ml，成年女性平均3500ml
      • 3.功能余气量的测定
        • 通过肺量计或气流仪可以测出肺容积和肺容量中的大部分参数
    • （二）肺通气量和肺泡通气量
      • 1. 肺通气量
        • 指每分钟吸入或呼出的气体总量
        • 是潮气量与呼吸频率的乘积
          • 通气储量百分比=（最大通气量-每分钟平静通气量）/最大通气量*100%
            • 其正常值应大于等于93%
        • 运动或劳累时，在尽力做深快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气体量 称为最大随意通气量。
      • 2.肺泡通气量
        • 每次吸入的气体有一部分将留在鼻或口或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称为解剖无效腔
          • 解剖无效腔与体重有关约2.2ml/kg
        • 进入肺泡未进行交换的部分肺泡容积称为肺泡无效腔
          • 正常人肺泡无效腔接近于零
        • 肺泡无效腔与解剖无效腔合称为生理无效腔
    • （三） 最大呼气流速-容积曲线
      • 肺容积和呼气流速构成的曲线图
    • （四）气道反应性测定
      • 又称支气管激发试验，是用以测试支气管对吸入刺激性物质产生收缩反应程度的一种实验
    • （五）呼吸功
      • 指呼吸肌在呼吸运动中克服空气阻力而实现肺通气所做的功
      • 单位：cmH2O
• 呼吸是机体与外界环境之间的气体交换过程。
  • 呼吸是机体维持正常代谢和生命活动所必需的生命活动之一，呼吸一旦停止，生命便将终止
  • 呼吸系统的功能与血液循环系统的功能紧密相连
  • 呼吸系统和肾脏共同调节机体的酸碱平衡和维持内环境的稳定
  • 外呼吸
    • 指肺毛细血管血液与外界环境之间的气体交换过程
      • 包括 肺通气 和肺换气
  • • 气体运输
      • 二氧化碳和氧气在血液内的运输
  • 内呼吸
    • 组织细胞组织毛细血管之间的气体交换和组织内细胞i氧化代谢的过程