大学生理学 呼吸系统

延髓：呼吸运 动基本中枢 脑桥：呼吸调 整中枢
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2. 呼吸节律的形成 rhythmic breathing
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•
局部神经元回路反馈控制假说：
延髓存在中枢吸气发生器和吸气切断机制两种神经网络， 吸气发生器能自发兴奋，引发吸气，接着通过多条通路反 馈兴奋吸气切断机制，使吸气转为呼气
呼吸调整中枢
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第四节. 气体在血液中的运输
gas transport in the blood
O2和CO2均以物理溶解态和化学结合态两种 形式运输，后者为主
O2的运输 CO2的运输
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一. O2的运输
transport of oxygen
• O2的化学结合
血红蛋白（hemoglobin, Hb） 是运氧工具，反应有 以下特点： 氧合作用 无酶反应 饱和现象 Hb+O2 别构效应
driving force of pulmonary ventilation
• 直接动力是肺内压与大气 压之差 • 原动力则是呼吸肌的舒缩 • 呼吸肌的收缩和舒张造成 的胸廓的扩大与缩小称为 呼吸运动（respiratory movement）
Inspiration
expiration
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胸式呼吸
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二. CO2的运输
transport of carbodioxide
• Haldane effect: 相同的PCO2下，静脉血比动脉血携带的
CO2多得多，说明PO2是影响血中CO2含量的重要因素

第五节. 呼吸的调控
regulation of respiration
• 中枢神经性调节 • 机械性反射调节 • 化学性反射调节
Chapter 10.
呼 吸
respiration
呼吸（respiration）
• 呼吸是机体与外界环境之间的 气体交换过程 • 意义：呼吸运动必须不停地进 行，才能保证新陈代谢的正常 进行和内环境稳定
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呼吸过程由三环节构成
• • 外呼吸 external respiration 肺通气 pulmonary ventilation 肺换气 gas exchange in lung 气体在血液中的运输 transport of gas in the blood • 内呼吸 internal respiration 组织换气 tissue respiration 细胞呼吸 cellular respiration
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• 肺泡表面活性
物质具有降低 表面张力的作 用，防止肺泡 塌陷
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胸廓（thorax）
胸廓由肋骨、胸骨、胸椎 构成骨架，附着的软组织 构成其四壁，底部由膈肌 封闭的弹性的中空结构
吸气肌
呼气肌
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胸廓（thorax）
• 肺的节律性扩 张是由胸廓的 节律性舒缩活 动引起的
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第二节. 肺通气
pulmonary ventilation
Cl-
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二. CO2的运输
transport of carbodioxide
• CO2解离曲线（carbodioxide dissociation curve）
表示血液中CO2含量与CO2 分压之间关系的曲线
1) 受血氧含量的影响较大，呈 两条曲线
2) 基本呈线性关系，无饱和点
3) PCO2生理变动范围较PO2明 显狭窄
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一. O2的运输
transport of oxygen
• 氧解离曲线的影响因素
PH和PCO2 温度 2,3--DPG

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血液流经组织时，高 PCO2、低PH促使HbO2 解离，曲线右移，有 利于向组织供氧
玻尔效应（Bohr effect）: PCO2或H+浓度对Hb与O2 亲和力的影响
evaluation of pulmonary ventilation
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二. 肺通气能力评价
evaluation of pulmonary ventilation
• 肺容量（lung capacity）
潮气量0.4－0.5 补吸气量1.5－2.0 补呼气量0.9－1.2 余气量1.0－1.5
肺活量3.5/2.5
中枢吸气发生器 吸气运动神经元 吸气切断机制
脑桥
延髓 脊髓
吸气运动
吸气－－肺扩张－－肺牵张感受器
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3. 大脑皮层的调节 regulation of cerebral cortex
• 一定程度的随意性调节，途径有二： 1) 影响脑桥和延髓呼吸中枢，调节呼吸节律 2) 通过随意呼吸调节系统（皮质－脊髓束和 皮质－红核－脊髓束）直接作用于呼吸肌 运动神经元
PO2高 PO2低
HbO2
1g Hb可结合1.34ml O2
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一. O2的运输
transport of oxygen
• O2的化学结合
血（红蛋白）氧容量（oxygen capacity） 血（红蛋白）氧含量（oxygen content）
血（红蛋白）氧饱和度（oxygen saturation）
transport of oxygen
• 氧解离曲线（oxygen dissociation curve）
上段（60-100mmHg）： 即使氧分压有所下降，只 要不低于8KPa，血氧饱 和度仍维持较高水平，不 致发生缺氧 下段（<60mmHg）： 氧分压稍有下降，就促使 较多的氧解离，保证组织 活动加强时足够的氧供应
intrapulmonary pressure and intrapleural pressure
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2. 肺内压与胸内压的变化
intrapulmonary pressure and intrapleural pressure
• 平和呼吸的肺内压呈周期性变化，幅度 3-4mmHg，吸气时为负，呼气时为正 • 胸内压是胸膜腔内压，通常为负压，也 随着呼吸运动发生节律性变化，胸内负 压由肺的回缩力造成 • 胸内负压的生理意义： 维持肺泡的扩张状态，有利于肺通气； 降低CVP，有利于静脉回流。
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二. 机械性反射调节
regulation of mechanical reflexes
• 肺牵张反射（pulmonary stretch reflex）
由肺扩张或缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射为肺 牵张反射，其感受器位于支气管和细支气管壁的平 滑肌 1) 肺扩张反射：肺充气或扩张时反射性地抑制吸气。 肺扩张时牵拉呼吸道扩张，肺牵张感受器兴奋，冲 动经迷走神经上传至延髓，兴奋吸气切断机制。生 理意义在于加速吸气与呼气的交替，使吸气不至于 过长过深 2) 肺缩小反射：肺缩小时反射性地引起吸气，在平和 呼吸调节中意义不大
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第一节. 呼吸的功能结构
functional structure of respiration
• • • • 呼吸道是气体出入肺的通道 肺泡是气体交换的主要场所 胸廓的节律性运动是实现肺通气的动力 胸膜腔位于肺与胸廓之间起偶联作用
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呼吸道（respiratory tracts）
• 上呼吸道：鼻、咽、喉 • 下呼吸道：包括气管、支气 管及分支直至呼吸性细支气 管。共分支23级，管壁的软 骨组织逐渐减少，平滑肌细 胞渐增，管壁内有粘膜和黏 液腺 • 平滑肌受神经和体液因素的 调节改变气道口径和阻力， 调整通气量
• 化学结合 两种形式：HCO3-和氨基甲酸血红蛋白
CO2+H2O
碳酸酐酶
H2CO3
HCO3 - +H Hb-NHCOOH
+
Hb-NH2+CO2
PCO2高
PCO2低
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二. CO2的运输
transport of carbodioxide
HCO3-最终以主要的血浆 中NaHCO3和少量的红细 胞内KHCO3形式运输
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体温升高，曲线右移， 促进氧解离，适应机体 活动加强时组织供氧的 需要
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红细胞无氧糖酵解时产生 DPG，能降低Hb与O2的亲 和力，曲线右移，有利于 氧释放，是对缺氧的适应 性反应
胎儿Hb不易与DPG结合， 因此与O2的亲和力高于 成人
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二. CO2的运输
transport of carbodioxide
• 肺通气是肺与外界环境之间的气体交换过程， 维持肺泡内高浓度O2和低浓度CO2环境 • 肺通气的原理 • 肺通气能力评价
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一. 肺通气的原理
principles of pulmonary ventilation • 肺通气的动力 • 肺内压与胸内压的变化 • 肺通气的阻力
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1. 肺通气的动力
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一.中枢神经性调节
regulation of central nerve system
中枢神经性调节包括二机制：
• 自主性调节
脑干呼吸中枢形成的呼 吸节律受外周血液各化 学因素的反馈调节
• 随意性调节
以大脑皮层为最高呼吸 中枢的前馈性调节
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1. 呼吸中枢 respiratory center
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第三节. 呼吸气体的交换
gas exchange
• 气体交换包括肺换气（肺泡与血液之间） 和组织换气（血液与组织细胞之间），都 通过扩散方式实现 • 气体交换的原理 • 影响肺换气的因素
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一. 气体交换的原理
principles of gas exchange
• 气体的分压
各种气体扩散的 方向取决于该气 体的分压差，而 某气体的分压与 它所占的容积百 分比成正比
thoracic respiration
腹式呼吸 abdominal respiration
• 吸气为主动过程，吸气肌（膈肌和肋间外肌）收缩做功；平 静呼气为被动过程，不需吸气肌做功，但用力呼气时需呼气 肌（肋间内肌）做功；用力吸气时辅助吸气肌也参加收缩 16
膈肌是主要的吸气肌
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2. 肺内压与胸内压的变化
当毛细血管中脱氧Hb达到50g/L时，出现发绀（cyanosis） CO与O2竞争性结合Fe2+，其亲和力为后者的210倍
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一. O2的运输
transport of oxygen
• 氧解离曲线（oxygen dissociation curve）
表示血氧饱和度与氧分压关系的曲线
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一. O2的运输
• 呼吸膜的厚度与面积
肺泡总扩散面积70m2，安静状态下呼吸膜扩散面积40m2， 有相当大的储备，运动时增加；病理情况下呼吸膜增厚或 面积下降
• 通气/血流比值（VA/Q）
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通气/血流比值（VA/Q）
• 肺换气的效率依赖于肺泡通 气量与肺血流量之间的协调。 正常VA/Q ＝0.84，意味着静 脉血在通过肺毛细血管时全 部变成动脉血；比值增大说 明肺泡无效腔增大；比值下 降相当于发生功能性动静脉 短路。两种情况都可能造成 机体缺氧
时间肺活量 肺总容量5.0/3.5
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二. 肺通气能力评价
evaluation of pulmonary ventilation
• 肺通气量（ventilation volume）
每分通气量＝潮气量×呼吸频率（6.0-7.5L/min） 每分最大通气量可达100L/min 每分肺泡通气量 解剖无效腔（anatomic dead space）与肺泡无效腔合称 生理无效腔（physiological dead space） 每分肺泡通气量=（潮气量－解剖无效腔）×呼吸频率， 约为肺通气量的70％，深慢呼吸时增加
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3. 肺通气的阻力
resistances in pulmonary ventilation
• 胸壁和肺的弹性阻力，70％ • 气道阻力（非弹性阻力）,30％ • 呼吸功（respiratory work）：呼吸运动中 呼吸肌克服弹性和非弹性阻力完成肺通气 所做的功，反映呼吸耗能
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二. 肺通气能力评价
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Lungs Anatomy
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肺泡（alveoli）
• 肺的功能单位，单层上 皮细胞构成，上皮外是 丰富的毛细血管网，3 亿多肺泡，气体交换面 积达70m2 • 呼吸膜 • 肺泡表面活性物质
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呼吸膜（respiratory membrane）
• 肺部气体交换所经历的 肺泡毛细血管膜，电镜 下有六层结构，总厚度 不到1微米，通透性大 • 肺泡表面活性物质－－ 液体层－－肺泡上皮层 －－间质－－毛细血管 基膜层－－内皮层
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一. 气体交换的原理
principles of gas exchange
• 肺换气 （pulmonary exchange） • 组织换气 （tissue exchange）
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二. 影响肺换气的因素
factors influencing gas exchange
• 扩散速率
不仅取决于分压差，也与气体溶解度和分子质量有关， CO2的扩散速率是O2的2倍