呼吸

呼吸是机体与外界环境之间的气体交换过程。全过程包括三个环节:外呼吸，气体运输，内呼吸。

呼吸

• 外呼吸
  • 毛细血管血液与外界环境之间的气体交换过程
  • 肺通气
    • 肺与外界环境之间的气体交换过程
    • 器官
      • 呼吸道
        • 气体进出肺的通道
        • 加温、加湿、过滤、清洁吸入气体，以及引起防御反射等保护作用
      • 肺泡
        • 肺换气的主要场所
      • 胸膜腔
        • 连接肺和胸廓的重要结构，使肺在呼吸过程中能够随着胸廓的张缩而张缩
      • 膈和胸廓
        • 胸壁肌是产生呼吸运动的动力器官
    • 原理
      • 肺通气的动力
        • 直接动力
          • 肺泡气与外界大气之间的压力差
        • 原动力
          • 呼吸运动
        • 呼吸运动
          • 吸气运动
            • 吸气肌：膈肌和肋间外肌
            • 辅助吸气肌：斜角肌，胸锁乳突肌
            • 平静吸气
              • 膈肌和肋间外肌收缩
            • 用力吸气
              • 膈肌和肋间外肌加强收缩，辅助吸气肌也参与收缩
            • 主动过程
              • 吸气，膈肌和肋间外肌收缩 ↓ 胸廓和肺容积↑ ↓ 肺内压＜大气压 ↓ 气体进入肺泡
          • 呼气运动
            • 呼气肌：腹肌和肋间内肌
            • 平静呼气
              • 膈肌和肋间外肌舒张
              • 被动过程
            • 用力呼气
              • 吸气肌舒张，呼气肌参与收缩
              • 主动过程
          • 呼吸运动的型式
            • 腹式呼吸和胸式呼吸
            • 平静呼吸和用力呼吸
        • 肺内压
          • 人工呼吸
            • 正压吸气
              • 使肺内压高于大气压
                • 口对口
            • 负压吸气
              • 使肺外压低于肺内压
                • 节律性举臂压背或挤压胸廓
          • 吸气时，肺内压↓ 吸气末，肺内压＝大气压
          • 呼气时，肺内压↑ 呼气末，肺内压＝大气压
        • 胸膜腔内压
          • 测量食管内压
          • 胸内压在平静呼吸时低于大气压
          • 肺维持扩张状态主要取决于跨肺压
            • 跨肺压＝肺内压-胸膜腔内压＝大气压-胸膜腔内压＝-胸膜腔内压
          • 肺维持扩张状态是由于肺内压与肺回缩压之间平衡的结果
            • 胸膜腔内压＝肺内压+（-肺回缩压）＝大气压+（-肺回缩压）＝-肺回缩压
          • 意义
            • 扩张肺，使肺能随胸廓的张缩而张缩，使肺通气成为可能
            • 加大胸腔内腔静脉和胸导管的跨壁压，使之扩张，有利于静脉血和淋巴液的回流
            • 使气管扩张，降低气管阻力
      • 肺通气的阻力
        • 弹性阻力（70％） （静态阻力）
          • 肺弹性阻力
            • 吸气的阻力，呼气的动力
            • 来源
              • 肺的弹性成分：肺自身的弹性纤维和胶原纤维等结构
              • 肺泡表面张力：源于肺泡内表面的液-气界面
            • 肺泡表面活性物质
              • 由Ⅱ型上皮细胞分泌 成分：脂质（二棕榈酰卵磷脂）+蛋白质
              • 意义
                • 降低吸气阻力，减少吸气做功
                • 维持肺泡稳定性。肺表面活性物质在肺泡内液-气界面的密度可随肺泡半径↓而↑，肺泡表面张力↓
                • 降低肺泡表面张力，减小肺泡回缩力，减少组织液的生成，防止肺水肿
              • 临床
                • 新生儿呼吸窘迫综合征
                  • 早产儿缺乏肺表面活性物质，使肺泡极度缩小，产生肺不张，且在肺泡内表面形成透明质膜，阻碍气体交换，出现新生儿呼吸窘迫综合征
                • 肺气肿
                  • 肺弹性成分大量破坏，肺回缩力减小，肺顺应性增大，弹性阻力减小，表现为呼气困难
                • 肺充血
                  • 肺组织纤维化或肺表面活性物质减少时，肺的顺应性降低，弹性阻力增大，表现为吸气困难
          • 胸廓弹性阻力
            • 平静呼吸，吸气的动力，呼气的阻力 深呼吸，吸气的阻力，呼气的动力
        • 非弹性阻力（30％） （动态阻力）
          • 气道阻力
            • 影响因素
              • 跨壁压
              • 肺实质对气道壁的牵引
              • 自主神经系统的调节
                • 交感神经，气道阻力↓ 副交感神经，气道阻力↑
              • 化学因素的影响
                • 儿茶酚胺，气道阻力↓
                • 前列腺素 PGE，气道阻力↓ PGF，气道阻力↑
                • 糖皮质激素，气道阻力↓
            • 吸气的阻力，呼气的阻力
            • 吸气，胸腔负压↑，气道阻力↓ 呼气，胸腔负压↓，气道阻力↑
            • 气流形式：湍流，气道阻力↑
          • 惯性阻力
          • 粘滞阻力
    • 肺通气功能的评价
      • 肺容积
        • 潮气量
          • 400-600ml
        • 补吸气量 或吸气储备量
          • 1500-2000ml
        • 补呼气量 或呼气储备量
          • 900-1200ml
        • 余气量
          • 1000-1500ml
            • 余气量
              • 产生原因
                • 最大呼气末，细支气管特别是呼吸性支气管关闭所致，胸廓向外的弹性回位力不能使肺回缩至自然容积
              • 存在意义
                • 避免肺泡在低肺容积时发生塌陷
      • 肺容量
        • 深吸气量
          • 潮气量+补吸气量
        • 功能余气量
          • 余气量+补呼气量
          • 功能余气量↑见于阻塞性肺疾病，如COPD，支哮
          • 意义
            • 缓冲呼吸过程中肺泡PaO2和PaCO2的变化幅度
        • 肺活量
          • 潮气量+补吸气量+补呼气量
        • 用力肺活量（FVC）
        • 用力呼气量（FEV）
          • 肺功能测量的常用指标
        • FEV1/FVC，鉴别阻塞性肺疾病和限制性肺疾病
        • 肺总量
          • 肺活量+余气量
      • 肺通气量
        • 潮气量×呼吸频率
        • 500ml×（12~18）次/分＝6~9L
      • 肺泡通气量
        • 生理无效腔
          • 解剖无效腔
            • 150ml
          • 肺泡无效腔
            • 0
        • ＝（潮气量-无效腔气量）×呼吸频率 ＝肺通气量-无效腔气量×呼吸频率
        • 潮气量减半和呼吸频率加倍 or潮气量加倍和呼吸频率减半时， 肺通气量不变，但肺泡通气量会变
          • 对肺换气而言,在一定的呼吸频率范围内,深而慢的呼吸可以增加肺泡通气量,气体更新率更高,呼吸更有效,但需注意同时也会增加呼吸做功
        • 通气/血流
          • ＝肺泡通气量/每分钟肺血流量 ＝肺泡通气量/心输出量 ＝1
        • 每次平静呼吸肺泡更新的气体量 ＝（潮气量-无效腔气量）/功能余气量 ＝350/2500＝1/7
  • 肺换气
    • 肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换过程
    • 气体交换的基本原理
      • 气体的扩散
        • 气体的分压差
          • 气体扩散的动力， 决定气体扩散的方向
        • 气体的分子量和溶解度
          • 扩散系数决定溶解度
            • ∵CO2在血浆的溶解度约为O2的24倍 CO2的分子量略大于O2的分子量 ∴CO2的扩散系数约为O2的20倍
      • 呼吸气体和人体不同部位气体的分压
        • CO2分压：呼出气最低，组织细胞处（细胞内液）最高 O2分压：吸入气最高，组织细胞处最低
    • 肺换气
      • 影响肺换气的因素
        • 呼吸膜的厚度
          • 气体扩散速率与呼吸膜厚度成反比
        • 呼吸膜的面积
          • 气体扩散速率与扩散面积成正比
        • 通气/血流比值
          • VA/Q＝0.84
          • VA/Q↑
            • 相当于肺泡无效腔增加
              • 肺动脉栓塞
          • VA/Q↓
            • 相当于功能性动-静脉短路
              • 支哮，肺气肿，支气管栓塞
          • V/Q异常时,主要表现为缺O2
            • 动、静脉血液之间PO2差远大于PCO2差,所以当发生动 静脉短路时,动脉血PO2下降的程度大于CO2升高的程度
            • CO2的扩散系数约为O2的20倍,所以CO2扩散比O2快,不易潴留
            • 动脉血PO2下降和PCO2升高时,可刺激呼吸,增加肺泡通气量,有助于CO2的排出,却几乎无助于O2的摄取
          • 肺尖部的V/Q较大, 底部的V/Q较小
      • 肺扩散容量
• 内呼吸
  • 组织毛细血管血液与组织、细胞之间的气体交换过程
  • 组织换气
  • 细胞内氧化代谢
• 气体在血液中的运输
  • 氧的运输
    • 运输形式
      • 物理溶解1.5％
      • 化学结合98.5％
    • Hb与O2结合的特征
      • 迅速而可逆， 结合和解离不需要酶的催化
      • 是氧合而非氧化
      • Hb结合O2的量
        • 发绀 Hb＞5g/ml
          • 发绀不一定缺氧
            • 红细胞增多症
          • 缺氧不一定发绀
            • 严重贫血，CO中毒
        • 1Hb结合4O2
      • 氧解离曲线呈S形
        • 上段（60-100mmHg）
          • 只要动脉血不低于60mmHg,Hb氧饱和度仍能维持在90%以上,血液仍可携带足够量的O2,不致引起明显的血症
          • 在高原、高空或某些肺通气或肺换气功能障碍性疾病患者，吸入气PO2有所下降，只要动脉血PO2＞60mmHg，Hb氧饱和度＞90％
        • 中段（40-60mmHg）
          • 反映安静状态下血液对组织供O2情况
        • 下段（15-40mmHg）
          • 反映血液供应O2的储备能力
    • 影响氧气运输的因素
      • P50
        • 使Hb饱和度达50％时的PO2， 正常26.5mmHg
      • 酸度↓ PCO2↓ 温度↓ 2，3-DPG↓ CO中毒
        • P50左移， 亲和力↑
          • CO中毒
            • 缺氧但不发绀
            • 既影响结合又影响解离
            • PO2（物理溶解）正常，故不能通过刺激呼吸中枢来增加肺通气量 血氧含量（化学结合）↓↓
          • 波尔效应
            • 促进肺毛细血管血液摄取O2
            • 有利于阻止毛细血管血液释放O2
  • 二氧化碳的运输
    • 运输形式
      • 物理溶解5％
      • 化学结合95％
        • 碳酸氢盐88％
          • 可逆，催化需碳酸酐酶（CA），其抑制剂为乙酰唑胺
        • 氨基甲酰血红蛋白7％
          • 无需酶
          • 在肺部,HbO2生成增多,促使HbCO2解离释放CO2和H+,反应向左进行。氧合作用的调节具有重要意义,虽以HbCO2形式运输的CO2仅占CO2总运输量的7%左右,但占肺部CO2释放量的1.5%,提示这种运输形式的高效性。
        • 氨基甲酰血浆蛋白
    • CO2解离曲线
      • 接近线性，无饱和点
    • 影响CO2运输的因素
      • 何尔登效应
• 呼吸运动的调节
  • 呼吸节律起源于呼吸中枢，延髓是基本呼吸中枢
    • 比奥呼吸
      • 在脑损伤、脑脊液压力升高、脑膜炎等病理情况下,可出现比奥呼吸
      • 是死亡前出现的危急症状,其原因可能是病变已侵及延髓呼吸中枢
  • 化学感受器
    • 外周化学感受器
      • 位于颈动脉体和主动脉体
        • 颈动脉体主要参与呼吸调节 主动脉体主要参与循环调节
        • 颈、主动脉体血液供应非常丰富
        • 其动、静脉PO2差几乎为零，即它们始终处于动脉血液的环境中，表明其丰富的血供与其敏感的化学感受器功能有关，而并非为了满足其自身代谢
        • 颈动脉体递质释放与Ca2+有关
      • 刺激：动脉血PO2↓，PCO2或H+↑，反射性引起呼吸加深加快和血液循环功能的变化
      • 贫血或CO中毒时,血O2含量虽然下降,但其PO2仍正常,只要血流量不减少,则化学感受器传入神经放电频率并不增加
      • CO2较容易扩散进入外周化学感受器细胞,使细胞内H+浓度增加;而血液中H+则不易进入细胞。因此,相对而言,CO2对外周化学感受器的刺激作用较H强。
    • 中枢化学感受器
      • 位于延髓腹外侧浅表部位
      • 刺激：脑脊液和局部细胞外液中的H
        • 血液中CO2能迅速通过血脑屏障，使化学感受器周围细胞外液中H+升高，从而刺激中枢化学感受器。 血液中H+不易通过血脑屏障
      • 呼吸兴奋反应存在适应现象
        • 肾对血液pH具有调节作用
        • 血液中的HCO3也可缓慢透过血脑屏障和血脑脊液屏障，使脑脊液和局部细胞外液的pH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
      • CO2是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素
      • 当动脉血PCO2降到很低水平时，可出现呼吸暂停
      • 当肺通气或肺换气功能障碍以及吸入气中CO2浓度增加，血液PCO2↑（高碳酸血症）。但过高导致中枢神经系统抑制，出现CO2麻醉
      • 中枢化学感受器在CO2引起的通气反应中起主要作用 （一定水平的PCO2对维持呼吸中枢的基本活动是必须的）
      • 当动脉血PCO2突然增高时,外周化学感受器在引起快速呼吸反应中可起重要作用
      • 陈施呼吸
        • 心力衰竭或脑干损伤的患者,常可出现呼吸运动增强和减弱交替现象
        • 可能是肺泡气与化学感受器处的PCO2存在时间差和反馈增益过强
        • 陈-施呼吸也偶见于正常人熟睡时、新生儿和老年人
    • H+
      • 血液H+主要刺激外周化学感受器 脑脊液H+主要刺激中枢化学感受器
    • O2水平
      • 主要刺激外周化学感受器
      • 动脉血PO2的改变对正常呼吸运动的调节作用不大,仅机体严重缺O2时才有重要意义
  • 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+次之，低氧作用最弱
    • 肺牵张反射
      • 肺扩张反射
        • 感受器位于从气管到细支气管的平滑肌中
        • 属于牵张感受器,其阈值低,适应慢
        • 当肺扩张时,牵拉呼吸道使牵张感受器兴奋,冲动增加,经迷走神经传入延髓,通过延髓和脑桥呼吸中枢的作用,促使吸气转换为呼气
        • 生理意义在于加速吸气向呼气的转换,使呼吸频率增加
        • 在动物实验中,切断两侧颈迷走神经后,动物的吸气过程将延长吸气加深,呼吸变得深而慢
        • 肺扩张反射一般不参与呼吸运动的调节，而出现在病理情况下
      • 肺萎陷反射