呼吸生理-生物技术

几点说明：
VA/Q↑or↓→换气效率↓→缺O2和CO2潴留的症状;但以缺O2 为主，原因： ①∵ A-V 血间 PO2 ＞ PCO2 ∴功能性 A-V 短路时， A 血 PO2↓的 程度＞V血PCO2↑； ②∵CO2的扩散系数是O2的20倍，CO2的扩散速＞O2，∴不易 出现CO2潴留的症状； ③∵ A 血 PO2↓和 PCO2↑时，可刺激呼吸，增加肺泡通气量， 有助于CO2 的排出，而几乎无助于 O2 的摄取（O2 和 CO2 解离曲线 的特点所决定的）。
气体的扩散
气体分子总是不停地进行无定向的运动，当不同区域 存在分压差时，气体分子将从分压高处向分压低处发 生净转移，这一过程称为… 动力：膜两侧的气体分压差。 速率：= 扩散速率（D） D∝
ΔP · T· A ·S
d ·√MW
肺换气

顺着气体分压差扩散，肺泡气中的O2透过呼吸膜扩散 进入毛细血管内，而血中的CO2透过呼吸膜扩散进入肺 泡内。
化学结合形式的运输：占98.5%，形式为HbO2
Fe2+
血红蛋白与O2结合特征：
① 快速性和可逆性。 暗紫色 PO2↑(氧合) PO2↓(氧离) HbO2 鲜红色
② 氧与血红蛋白的结合过程是氧合而非氧化。
③ 一分子血红蛋白可结合四分子氧。 血氧容量：100ml血液中Hb所能结合的最大氧量。 血氧含量：100ml血液中Hb实际结合的氧量。 血氧饱和度：血氧含量占血氧容量的百分比。 ④ Hb与氧的结合或解离曲线呈S形。 氧合Hb 为疏松型（R型） 去氧Hb 为紧密型（T型）
呼吸运动的形式：
胸式呼吸：主要由肋间外肌舒缩使肋骨和胸骨运 动而产生的呼吸运动，表现为胸部起伏明显； 腹式呼吸：由膈肌舒缩而产生的呼吸运动，表 现为腹部起伏明显 ； 胸腹式呼吸（混合式呼吸）：肋间外肌和膈肌 都参与呼吸运动，胸腹部都有明显起伏运动。
胸膜腔
胸内压
胸膜腔内的压力，称为胸膜腔内压
外 呼 吸
内 呼 吸
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第一节
肺 通 气
一、肺通气的结构基础和功能 二、肺通气原理
一、肺通气的结构基础和功能
肺通气（ pulmonary ventilation）: 指 肺与外界环境之间的气体交换过程。 实现肺通气的器官包括呼吸道、肺泡 和胸廓。
（一）呼吸道
上呼吸道：鼻、咽、喉 下呼吸道：气管、支气管、 －－－－－终末细支气管
第三节 气体在血液中的运输
血液运输气体有两种方式：一种是物理溶解方式，
另一种是化学结合形式。以物理溶解方式运输氧和二
氧化碳的量。虽然很少，但很重要。
O2 肺泡 CO2 溶解CO2 化学结合CO2 溶解CO2 CO2 溶解O2 化学结合O2 溶解O2 O2 组织
一、 氧的运输
物理溶解形式的运输：仅占1.5%
脑脊液H+ 脑脊液CO2
血脑屏障
中枢化学感受器
肺通气
血液CO2 吸入CO2
>7%
外周化学感受器 呼吸中枢

H+ 对呼吸运动的影响：
脑脊液H+ 血液H+ 中枢化学感受器
血脑屏障
肺通气
外周化学感受器

缺O2 对呼吸运动的影响：
血液PO2 缺O2 外周化学感受器 中枢
肺通气
CO2
PCO2
呼 吸 明 显 增 强
在血浆中CO2主要以碳酸氢钠的形式运输
CO2+H2O
H2CO3
HCO3-+H+
在红细胞中以碳酸氢钾和氨基甲酰血红蛋白 的形式运输
碳酸氢钾形式的运输
碳酸酐酶
CO2+H2O
H2CO3
HCO3-+H+
氯转移：HCO3-扩散入血浆的过程中，又有等量的Cl-从 血浆扩散入红细胞，以维持红细胞内外正负离子的静 电平衡。这种Cl-与HCO3-的交换现象，称…
7% 4% 1%
CO 2 2 CO
CO2
PCO2
过 高 直 接 抑 制 呼 吸 中 枢
PCO2
CO2 >7%
呼吸中枢
颈动脉体灌流液中PO2
对呼吸的影响
PO 2
颈动脉体 灌流液
颈动脉体灌流液中H+浓度 对呼吸的影响
H+浓度
颈动脉体 灌流液
小结：
PCO2 2
中枢化学 感受器
PO O2 2 P
H+浓度 H+浓度
（四）防御性呼吸反射
咳嗽反射和喷嚏反射
思考题
1.呼吸包括哪几个过程?
2.胸内负压是如何形成的?有何生 理意义？
3.什么是肺泡表面活性物质?有何 生理功能？
思考题
1.O2及CO2在血液中的运输方式有哪些?
2.氧离曲线的影响因素有哪些？
3.试述氧离曲线的特征及其意义。
4.化学感受性反射对呼吸运动的调节？

二、肺通气原理
（二）肺通气的阻力
肺的弹性阻力
弹性阻力（70％） （静态阻力）
胸廓的弹性阻力 气道阻力
非弹性阻力（30％） 惯性阻力 （动态阻力）
组织粘滞阻力
第二节
肺换气和组织换气
肺换气是指肺泡气与毛细血管血 液之间的气体交换过程。
组织换气是指当血液流经组织毛 细血管时，发生在血液与组织细 胞之间的气体交换。
辅助吸气肌：斜角肌、胸锁乳突肌
吸气过程
① (平静)吸气时，膈肌、肋间外肌收缩→胸廓扩大 →肺容积扩大→肺内压降低（＜大气压）→气体进 入肺→完成吸气。 ② 用力吸气时，辅助吸气肌也参与收缩。
呼气过程
① (平静)呼气时，膈肌、肋间外肌舒张→胸廓缩小 →肺容积减小→肺内压增加（＞大气压）→气体排出 肺→完成呼气。 ② 用力呼气时，呼气肌也收缩→胸廓进一步缩小→ 肺内压进一步增加→更多气体排出肺。
呼吸中枢：指中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的 神经细胞群。它们分布在大脑皮质、间脑、脑桥、延 髓和脊髓等部位。 脊髓 呼吸运动的初级中枢 低位脑干：脑桥和延髓
横切，呼吸节律无明显变化 横切，呼吸变深变慢 切断，长吸式呼吸 横切，喘吸
横切，呼吸运动停止
低位脑干：脑桥和延髓 三级呼吸中枢学说，即在延髓内有喘息中枢，产生最基本 的呼吸节律；脑桥下部有能兴奋吸气的长吸中枢；脑桥 上部有抑制吸气的中枢，称呼吸调整中枢。 呼吸神经元的分布： 延髓背内侧部（DRG）：使吸气肌收缩，引起吸气 延髓腹外侧部（VRG）：引起呼气肌收缩，产生主动呼气 脑桥头端背侧部（PRG）：限制吸气，促使吸气向呼气转换
化学感受器 Chemoreceptor
外周化学感受器
Peripheral Chemoreceptor
中枢化学感受器
central Chemoreceptor
颈动脉体 主动脉体 Aortic bodies Carotid bodies
窦 神 经
呼吸中枢
CO2、H+和O2对呼吸的调节

CO2 对呼吸运动的影响：
肺泡Ⅱ型细胞分泌，主要 成分是二棕榈酰卵磷脂。 作用：
①降低肺泡的表面张力
②维持肺泡内压的相对稳定 ③阻止肺泡积液
二、肺通气原理
（一）肺通气的动力
直接动力:肺内压与外界大 气压间的压力差。 原动力:呼吸运动是肺通气 的原动力。
呼吸运动
呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小
呼 吸 肌
吸气肌：肋间外肌、膈肌 呼气肌：肋间内肌、腹肌
摘除外周化学感 受器或切断传入神经 后，吸入二氧化碳 增加脑脊液 中二氧化碳和氢 离子浓度
肺通气
中枢化学感受器
适宜刺激： 脑脊液及局部 细胞外液H+
延 髓 腹 外 侧 浅 表 部 位
摘除外周化学感 受器或切断传入神经 后，吸入二氧化碳
增加脑脊液 中二氧化碳和氢 离子浓度
肺通气
保持人工脑脊液的pH不 变，用含高浓度二氧化碳的 人工脑脊液灌流脑室
（二）肺牵张反射
1868年奥地利医生Josef Breuer与德国生理学家Ewald Hering实验中发现，在麻醉动物，肺扩张或向肺内充气可引 起吸气活动的抑制，而肺萎陷或由肺内抽气则可引起吸气活 动的加强。切断迷走神经后，上述反应消失，说明上述现象 是由迷走神经参与的反射性反应。这种由肺扩张引起的吸气 抑制或由肺萎陷引起的吸气兴奋的反射，也称为黑-伯反射
在 组 织 氧 与 二 氧 化 碳 运 输 形 式
氨基甲酰血红蛋白形式的运输 HbNH2O2 +H++CO
组织
2
肺
HHbNHCOOH+O2
霍尔登效应：氧与Hb结合可促使CO2释放，而去氧
Hb则容易与CO2结合的现象称为…
CO2解离曲线
血液中CO2含量与CO2分压关系的曲线称之为…
一、神经调节 二、化学因素对呼吸的调节
氧解离曲线
表示血液氧分压与Hb氧饱和度关系的曲线，其 横坐标为血液氧分压，纵坐标为血氧饱和度。
氧解离曲线的上段 反 映血红蛋白与氧的结合 的部分。 氧解离曲线的中段 反 映HbO2释放氧的部分。 氧解离曲线的下段 反 映的是血红蛋白与氧的 解离。
影响氧离曲线的因素
P50：表示Hb氧饱和度达到50%时的Po2。 ① 血液PCO2和pH：血液PCO2上升或pH下降时，氧饱和 度下降，P50增大，曲线右移；反之，氧离曲线左移。 血液PCO2和pH改变对氧离曲线的影响 称为波尔效应
呼吸道功能：没有气体交换功能；其黏
膜具有加温、湿润、清洁、过滤空气；其
平滑肌具有调节呼吸道阻力的作用。
呼吸道平滑肌受迷走神经和交感神经支配。迷走神经兴奋，
其末梢释放乙酰胆碱，与气管平滑肌细胞膜上的M受体结合，引起
平滑肌收缩。交感神经兴奋，其末梢释放去甲肾上腺素，与β2受 体结合，引起平滑肌舒张。体液中的组胺、5-羟色胺和缓激肽均
大脑皮层 通过皮层脑干束和皮层脊髓束在一定程度上随意控制 低位脑干和脊髓呼吸神经元的活动，以保证其他与呼 吸相关的重要活动的完成如说话、吞咽、咳嗽等，还 能在一定限度内随意屏气或加深加快呼吸。
（一）化学感受性反射
外周化学感受器
颈A体（主要调节呼吸）
主A体（主要调节循环）
适宜刺激: 血 PO2 PCO2 H+ 作用：使呼吸加深加快。
测定方法:
直接法 间接法
成因:
肺 内 压 (大 气 压 )
肺 回 缩 力 (肺弹性组织回缩力和肺泡表面张力)
迫使脏层胸膜外移使肺扩张 迫使脏层胸膜回位
两种方向相反作用力的代数和 胸内压＝大气压－肺回缩力 胸内压＝0－肺回缩力
概括肺通气的动力如下：

肺通气的原动力：呼吸肌的舒缩形成的呼吸运动。 肺通气的直接动力：呼吸运动引起的肺的被动扩张 和回缩所形成的肺内压与大气压之间的压差。 胸内负压是实现肺通气的必要条件。

O2与CO2的扩散极为迅速，当血液流经肺毛细血管全
长约1/3时，已基本完成气体交换。
影响肺换气的因素
① 呼吸膜的厚度 反比 ② 呼吸膜的面积 正比 ③ 通气/血流比值(VA/Q比值)
概念:每分钟肺泡通气量(VA)和每分钟肺血流量(Q) 之间的比值。正常情况下， VA/Q = 4.2/5 = 0.84
肺扩张反射：肺扩张时抑制吸气活动、促进吸气转换为呼气的
反射。切断双侧 迷走神经后，动物的吸气过程延长，呼气加深， 呼吸变得深慢。
肺萎陷反射：肺萎陷时增强吸气活动或促进呼气转换为吸气
的反射
（三）呼吸肌本体感受性反射
指呼吸肌的本体感受器肌梭受到牵张刺激时，上传 冲动而引起呼吸肌反射性收缩加强。
可引起呼吸道平滑肌收缩。
为什么咳嗽病人晚上比白天重?
（二）肺泡

肺泡是肺内气体交 换的主要部位。成 人约有3～4亿个肺 泡，总面积100m2
呼吸膜
指隔在肺泡气与肺毛细血管血液之间的极薄 的膜性结构，构成了肺泡气与血液之间进行气
体交换的气-血屏障。
表面张力
Laplace 定律: P=2T/r
肺表面活性物质
第六章 呼 吸 生 理
呼吸（respiration）:机体与外界环境之 间的这种气体交换过程称为呼吸。
呼吸过程的三个环节: ①外呼吸，肺与外环境之间的气体交换（肺通气） 以及肺泡与毛细血管血液之间的气体交换过程 （肺换气）。 ②气体在血液中的运输，是指机体通过血液循环 把肺摄取的氧运送到组织细胞，又把组织细胞 产生的二氧化碳运送到肺的过程。 ③内呼吸或组织呼吸，是指组织毛细血管血液与 组织细胞之间的气体交换以及组织细胞的生物 氧化过程。
影响氧离曲线的因素
② 温度：温度升高，氧饱和度下降，曲线右移；反之 ，氧离曲线左移。 ③ 2,3—二磷酸甘油酸（2,3—DPG）：当血液中含量 增加时，氧离曲线右移。 ④ 一氧化碳 ⑤ Hb自身性质
二、CO2运输
物理溶解形式的运输：占5% 化学结合形式的运输：碳酸氢盐占88%，氨基甲
酸血红蛋白占7%