第五章 呼 吸,目的要求： 明确肺通气和气体交换的原理。 掌握气体在血液中运输的形式以及肺 的牵张反射和化学性调节。 呼吸节律的维持等作一般了解。,上一页,下一页,第一节 呼吸的过程和呼吸器官,一、呼吸的意义、肺呼吸和组织呼吸 1. 呼吸的意义 动物机体在代谢过程中，不断消耗氧，同时又源源不断地产生二氧化碳。动物体内氧的储存量有限，仅够若干分钟的消耗，而产生的二氧化碳若积累过多将破坏有机体内环境的酸碱平衡。因此，只有不断地有外界吸入氧气，并呼出二氧化碳，新陈代谢才能正常进行。,二、呼 吸 过 程,1.概 念： 呼吸：有机体与外界环境之间进行的气体交换过 程。 2. 呼吸过程 高等动物的呼吸过程包括三个环节，即外呼吸（肺呼吸）、内呼吸（组织呼吸）和气体运输。 （1）外呼吸： 又称肺呼吸，包括： 肺通气：外界与肺泡之间的气体交换； 肺换气：以及肺泡与其周围毛细血管血液之间的气体交换。,（2）内呼吸： 又叫组织呼吸或组织换气 指组织液与组织毛细血管血液之间的气体交换，在组织中进行。 （3）气体运输： 通过血液循环，从肺泡摄取的O2运送到组织细胞，同时把组织细胞产生的CO2运送到肺。,呼吸的过程,三、呼吸器官及其功能,呼吸器官包括呼吸道和肺泡 （一） 呼吸道： 呼吸气体进出肺的通道，包括上呼吸道(鼻、咽、喉)和下呼吸道(气管、支气管直至呼吸性支气管以前的终末细支气管)。呼吸道不具有气体交换功能，其粘膜和管壁平滑肌具有保护和调节呼吸道阻力等作用。,气管和支气管示意图,1.呼吸道粘膜的作用 （1） 呼吸道粘膜具有丰富的毛细血管网，分泌粘液，加温和湿润吸入的空气，粘着尘粒等异物，通过纤毛运动将异物推近至咽喉部，被咳出或被吞咽。 （2） 呼吸道粘膜上含有各种感受器，感受有刺激性或有害气体和异物的刺激，引起咳嗽、喷嚏等保护性反射，加以排除。 （3） 呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡的巨噬细胞吞噬异物颗粒或细菌；粘膜分泌物中的免疫球蛋白，起防止感染和维持粘膜完整性。,2. 呼吸道平滑肌 （1） 从气管到终末细支气管均有平滑肌组织，它们接受植物性神经支配。 （2） 迷走神经通过M型胆碱能受体引起平滑肌收缩；交感神经通过2型肾上腺能受体引起平滑肌舒张。 （3） 一些体液因素(组织胺、5-羟色胺、缓激肽和前列腺素等)引起呼吸道平滑肌的舒缩活动，参与呼吸道气流阻力的调节。,（二） 肺 肺（如图）是一对含有丰富弹性组织的气囊，由呼吸性小支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡四个部分组成的功能单位。均具有交换气体的功能，其中以肺泡为主 。,1. 肺泡的结构 （1） 肺泡壁的上皮细胞可以分为两种，大多数为扁平上皮细胞(型细胞)，少数为较大的分泌上皮细胞(型细胞)。 （2） 在肺泡气与肺毛细血管血液之间，含有多层组织结构，组成肺呼吸膜（如图），有6层：肺泡表面活性物质、液体分子、肺泡上皮细胞、间隙（弹力纤维和胶原纤维）、毛细血管的基膜和毛细血管内皮细胞；肺泡气经过此膜与血液进行气体交换。,呼吸膜结构图,2. 肺泡表面张力 肺泡上皮内表面分布有极薄的液体层，与肺泡 气体形成气-液表面。液体分子间的吸引力产生 表面张力，使液体表面有收缩的倾向，因而使 肺泡趋向回缩，并与肺泡壁含有的弹力纤维的 回缩作用共同构成肺泡的回缩力。按照拉普拉 斯定律，液泡的回缩力(P)与表面张力(T)成正 比，与液泡半径(r)成反比， 即：P = 2T/r。,不同大小的肺泡内压与气流方向,3. 肺泡表面活性物质（DPPC）的作用 肺表面活性物质是一类脂蛋白，其主要成分而是棕榈 （软脂）酰卵磷脂（DPPC），由肺泡壁型细胞合成，其亲水端伸入液体层，疏水端伸入肺泡气中，可以破坏气-液表面，从而大大降低了表面张力。 （1） 动态地稳定肺泡容量 吸气时肺泡处于扩张状态，肺泡壁表面积增大，DPPC被分散稀释成一层极薄的分子层，降低表面张力的作用减弱，肺泡回缩力增加，避免因吸气而使肺容量过分增大；呼气时肺泡容积缩小，DPPC密集成分子浓度较大的液层，大大增强了对抗表面张力的作用，使肺泡的回缩力量减少，防止因呼气而使肺泡容量过小。,（2） 保持肺泡内相对“干燥”的环境 肺泡的表面张力，具有吸引肺毛细血管内液 进入肺泡的作用，诱发肺泡积液，DPPC可以 避免发生这一现象。,第二节 肺通气原理,一、肺通气的动力 1.呼吸运动 胸廓 呼吸肌 呼吸类型和频率 2.呼吸中胸膜腔内压的变化 胸内压 胸内负压 胸内负压的生理意义,上一页,下一页,1.呼 吸 运 动 概 述 呼吸运动由吸气动作和呼气动作构成，依赖于呼吸肌的 节律性舒缩活动。呼吸肌包括两组作用相反的肌群，即 吸气肌群和呼气肌群。 吸气动作和呼气动作 吸气动作 平静呼吸时，主要的吸气肌是肋间外肌和膈肌。主要过 程：肋间外肌收缩胸腔横径增大，膈肌收缩胸腔前 后直径延长，胸廓容积扩大，肺容积增大，肺内压低于 大气压，外界气体进入肺内。, 呼气动作 平静呼吸时，呼气动作是被动的。主要过程：肋间外肌 和膈肌由于舒张而自动复位，胸廓容积缩小，肺容积变 小，肺内压高于大气压，气体被排出体外； 用力呼吸时，肋间内肌和腹部肌群是主 要的呼气肌群。这时的呼气动作是一种主动的过程。 （3） 呼吸类型 胸式呼吸: 主要靠肋间外肌的舒缩活动，呼吸时胸部起伏明显。 腹式呼吸: 主要靠膈肌舒缩活动，呼吸时腹部起伏明显。 胸腹式呼吸(混合呼吸) 肋间外肌和膈肌都同等程度参与活动，呼吸时胸腹部都 有明显起伏运动。健康哺乳动物的呼吸多属于胸腹式呼 吸类型。,（4） 呼吸频率 每分钟呼吸次数。 呼吸频率可因种别、年龄、外界气温以及生 理状况不同而变化（如图）。 （5） 呼吸音 呼吸运动时气体通过呼吸道和出入肺泡时，与 其摩擦产生的声音。 临床工作中对喉音、气管音和肺泡音等均有具 体描述。常在胸廓的表面或颈部气管附近听取 呼吸音，提供诊断材料。,不同种类动物的呼吸频率,2. 呼吸中胸膜腔内压的变化, 胸膜腔内压 胸膜腔： 由两层胸膜构成，内层是脏层，紧贴着肺的表 面；外层为壁层，与胸壁内侧面相接。两层胸 膜之间没有真实的空间，只有少量浆液将它们 粘附一起。主要作用起到润滑两层胸膜和使其黏附在一起，从而带动肺运动。, 胸膜腔内压： 指胸膜腔内的压力，也称胸内压。可用连有检 压计的针头刺入胸膜腔内直接测定胸内压。无 论在吸气还是呼气过程，胸内压始终是低于大 气压，即为负压。,胸膜腔内压测定示意图, 胸内负压的形成原理 胸内压负压是加在胸膜表面的压力间接形成，胸 膜脏层受两方面的影响（如上图），一是肺内 压，即大气压所加的压力，使肺泡扩张；一是肺 的回缩力，使肺泡缩小。因此，胸膜腔内的压力 是上述两种方向相反的力的代数和， 即：胸内压肺内压肺回缩力 在吸气之末和呼气之末，肺内压等于大气压， 则：胸内压大气压肺回缩力 以一个大气压作为生理零位标准： 则：胸内压肺回缩力, 胸内压负压的生理意义 保持肺泡膨隆状态： 负压对肺有牵拉作用，使肺泡保持膨隆状态，能持 续地与周围血液进行气体交换。 影响胸腔内各器官组织： 负压作用于心脏和腔静脉，促进静脉血和淋巴液的 回流和右心的充盈。负压作用于食管，有利于动物 在呕吐和反刍时胃内容物的逆呕。 气胸：当胸腔因某种原因使密闭性破坏，外界气 体进入胸膜腔，形成气胸。肺因自身的弹性回缩力 而萎陷，丧失通气功能。,二、肺通气的阻力,肺通气阻力可以分为弹性阻力和非弹性阻力。 1.弹性阻力 弹性阻力包括肺弹性回缩力和胸廓的弹性回缩力。胸 廓和肺扩张变形的难易程度常用顺应性表示。 （1） 顺 应 性 顺应性: 胸廓和肺扩张变形的难易程度。顺应性是弹性阻力的 倒数，即： 顺应性包括: 肺顺应性(CL)和胸廓顺应性(CT)。,（2） 肺弹性回缩力 来源于: . 肺组织的弹力纤维和胶原纤维的弹性回缩力； . 肺泡内气-液界面的表面张力。 平静呼吸时，表面张力约占肺回缩力的2/3。正常情况 下肺总是处于一定的扩张状态，总是表现回缩的趋向。 （3） 胸廓弹性回缩力 决定于胸廓扩大的程度。当胸廓处于本身自然位置时， 不表现弹性作用。吸气时胸廓扩大超出其自然位置，表 现出胸部的弹性回缩力，成为吸气的弹性阻力，呼气的 动力; 当呼气时胸廓被牵引而向内缩小，成为呼气的弹 性阻力，吸气的动力。,2. 非弹性阻力 （1） 主要包括气流通过呼吸道所遇到磨擦阻力和在呼吸运动中呼吸器官移位的惯性阻力。 （2）非弹性阻力只在呼吸运动中产生，呼吸运动的速度、深度、呼吸道管径的改变等，是影响非弹性阻力的主要因素。,三、肺总量和肺通气量,1.肺总量： 表示肺(包括呼吸道)能够容纳气体的量，其大小决定 于呼吸运动的深浅。由肺活量和余气量组成（如图）。 （1） 肺活量 肺活量：指作最大吸气后再尽力呼气，所能呼出的最大 气量。包括潮气量、补吸气量和补呼气量。 . 潮气量：平静呼吸时，每次吸入或呼出的气量。 . 补吸气量：平静吸气之后，以最大限度的加强吸 气，所能再吸入的气量，又称吸气储备量。 . 补呼气量：平静呼气之后再竭力深呼，所能再呼出 的气量，又称呼气储备量。,（2）余气量与机能余气量 . 余气量：指在竭尽全力呼气之后，仍剩留 在肺内的气量，是任凭如何用力也无法将其呼 出的。 . 机能余气量：余气量与补呼气量之和。机 能余气量约4倍于潮气量，大动物约为 8ml/kg体重，小动物约为10 ml/kg体重。 . 机能余气量的生理意义： 缓冲呼吸过程肺泡气中PO2、PCO2的剧烈变 化，避免肺泡气和动脉血中PO2、PCO2随呼 吸运动而发生周期性的大幅度波动。,肺总量各部分示意图,2.肺通气量 肺通气量: 是指单位时间内进出肺的气体量。肺通气量比肺总量能 更好地反映肺的通气功能。 （1）每分钟通气量 每分钟呼出或吸入的气量，即：每分钟通气量潮气量呼吸频率(次/min)。 （2）生理无效腔” “生理无效腔”:“解剖无效腔”与“肺泡无效腔”的合称， 正常情况下生理无效腔容量与解剖无效腔容量大致相 等。进出肺泡的通气量与肺通气量相等，由于存在无效 腔，肺泡更新的气量却只是肺通气量中的一部分。从肺 泡通气角度看，深而慢呼吸的效率高于浅而快的呼吸。,.“解剖无效腔”或“死腔” 鼻腔到呼吸性细支气管之前的呼吸道，无气体 交换功能，是一段无效腔。每分肺泡通气量 (潮气量无效腔容量)呼吸频率 .“肺泡无效腔” 肺泡的气体，因各种原因有一部分肺泡气不能 与血液进行交换，成为无效腔。,第三节 呼吸气体的交换,一、气体交换原理 气体扩散的动力-分压差 呼吸气体的换气是通过气体分子的扩散运动实 现，其动力来源于不同气体分压之间的差值。 1.气体分压 指混合气体中某一气体成分构成的压力，占混合 气体总压力的百分比，相当于该气体在总混合气 体中所占的容积百分比。,上一页,下一页,2. 体液中溶解气体的分压 溶解度：指单位分压下溶解于单位容积液体 中气体的量。表示气体溶解于液体中的难易程 度。在同一液体中，它与气体分压成正比。,O2和CO2在液体中的溶解度,影响气体扩散速率的因素 气体分压是气体扩散运动的动力；气体分子扩散 速度与溶解度成正比，与分子量平方根成反比。 二、气体在肺、组织的交换 交换过程（图1、2）,上一页,下一页,气体在肺、组织中的交换,气体在肺、组织中的交换,影响肺部气体交换因素 1.呼吸膜 厚度、通透性、表面积，扩散速度等。 2.通气/血流比值（ventilation/perfusion ratio，VA/Q） VA/Q 0.84； a,比值增大，表示部分肺泡不能与血液中气体充分交 换（即肺脏血管出现病变，供气体交换的血流量不 足），即增大了生理无效腔； b,比值减小，说明有部分血液流经通气不良的肺泡 （即肺泡出现病变），得不到充分的气体交换。,上一页,下一页,第四节 气体在血液中的运输,一、氧和二氧化碳在血液中存在的形式 1. 物理溶解 物理溶解是最终实现气体交换的必经步骤，即