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1、生命科学学院动物生理教研室生理学 第七章 呼吸生理 呼吸是指机体与环境以及机体内部气体交换的过程。呼吸是指机体与环境以及机体内部气体交换的过程。即吸入即吸入0 02 2,呼出呼出coco2 2。呼吸包括外呼吸、气体运输、内呼吸三个环节呼吸包括外呼吸、气体运输、内呼吸三个环节呼吸生理 1 呼吸运动与肺通气呼吸运动与肺通气2 气体交换气体交换3 气体运输气体运输4 呼吸中枢与呼吸运动的调节呼吸中枢与呼吸运动的调节第一节 呼吸运动与肺通气生命科学学院动物生理教研室一、呼吸运动一、呼吸运动l定义：定义：l呼吸肌：呼吸肌：l平静平静/加强呼吸加强呼吸l胸式呼吸胸式呼吸/腹式呼吸腹式呼吸 二、肺的扩张与回
2、缩二、肺的扩张与回缩呼吸运动为什么能引起肺通气？1.肺属弹性组织肺属弹性组织2.胸膜的特殊位置及作用胸膜的特殊位置及作用二、肺的扩张与回缩二、肺的扩张与回缩3.胸内负压：胸内负压：肺内压（大气压）肺回缩力肺内压（大气压）肺回缩力=肺回缩力肺回缩力 吸气末：吸气末：-5 -10mmHg(-0.71.3kPa)呼气末：呼气末：-3 -5mmHg(-0.40.7kPa)l意义意义：a.利于肺扩张；保持肺利于肺扩张；保持肺 处于一定的扩张状态处于一定的扩张状态;b.淋巴回流。淋巴回流。l形成形成：a.胸腔密闭，潜在胸腔密闭，潜在 b.胸廓容积胸廓容积肺容积肺容积 c.肺与胸廓均有弹性肺与胸廓均有弹性二
3、、肺的扩张与回缩二、肺的扩张与回缩4.肺泡表面张力与肺回缩力肺泡表面张力与肺回缩力 表面张力：占回缩力表面张力：占回缩力2/3，Laplace定律定律 P=2T/r 表面活性物质：表面活性物质：DPL 二棕榈酰卵磷脂（二软脂酰卵磷脂）二棕榈酰卵磷脂（二软脂酰卵磷脂）作用：作用：a.大幅度降低肺回缩力大幅度降低肺回缩力 b.防止液体渗入肺泡防止液体渗入肺泡 c.稳定肺泡容积稳定肺泡容积三、肺通气三、肺通气 肺通气：肺通气：（一）肺通气的结构基础（一）肺通气的结构基础1呼吸道：呼吸道：l气体通道；气体通道；l加温、加湿；加温、加湿；l纤毛驱逐异物；纤毛驱逐异物；l保护性反射保护性反射三、肺通气三、
4、肺通气（一）肺通气的结构基础（一）肺通气的结构基础2肺泡：肺泡：平均直径平均直径250m，总面面积50100m2 呼吸膜呼吸膜六六层1m：a.活性物活性物质；b.液体液体层；c.肺泡上皮肺泡上皮细胞胞 d.间隙（胶原、隙（胶原、弹力力纤维网）；网）；e.基膜；基膜；f.毛毛细血管内皮。血管内皮。三、肺通气三、肺通气（二）肺通气原理（二）肺通气原理1动力：动力：1 1）直接动力；）直接动力；2 2）原动力）原动力 2阻力：阻力：1）弹性阻力：）弹性阻力：70%，对抗外力作用引起变形的力对抗外力作用引起变形的力-弹性阻力弹性阻力 外力作用下弹性组织的可扩张性外力作用下弹性组织的可扩张性-顺应性顺应
5、性三、肺通气三、肺通气（二）肺通气原理（二）肺通气原理2阻力：阻力：2）非弹性阻力：）非弹性阻力：30%，气道阻力（口径）、惯性阻力、粘滞阻力气道阻力（口径）、惯性阻力、粘滞阻力 影响口径的因素影响口径的因素：跨壁压（内跨壁压（内-外压差）；外压差）；肺实质对气道壁的牵引；肺实质对气道壁的牵引；神经作用：交感神经神经作用：交感神经(-)，副交感神经，副交感神经(+)；三、肺通气三、肺通气 化学物质：化学物质：儿茶酚胺、氨茶碱、麻黄素、儿茶酚胺、氨茶碱、麻黄素、PEG2，舒张作用；，舒张作用；Ach、组胺、组胺、PEG2，收缩作用；，收缩作用；障碍物：痰造成涡流障碍物：痰造成涡流吸气吸气小气道受
6、弹力纤维牵拉小气道受弹力纤维牵拉胸内压胸内压 跨壁压跨壁压交感神经兴奋交感神经兴奋 NA口径变大口径变大阻力减小阻力减小呼气相反呼气相反三、肺通气三、肺通气（三）肺容量与肺通气量（三）肺容量与肺通气量1肺容量：肺容量：l潮气量：潮气量：400600mll肺活量：肺活量：25003500ml 机能余气机能余气 20002500mll时间肺活量：时间肺活量：83%，96%，99%补吸气量：补吸气量：15002000ml潮气量：潮气量：400600ml补呼气量：补呼气量：9001200ml余气量：余气量：10001500ml三、肺通气三、肺通气l用力肺活量：用力肺活量：尽力吸气后，尽力尽快呼出最大气
7、量尽力吸气后，尽力尽快呼出最大气量l用力肺活量与肺活量不同之处是在用力快速呼气时测得。用力肺活量与肺活量不同之处是在用力快速呼气时测得。l用力呼气量：用力呼气量：尽力吸气后，尽力尽快呼气，一定时间呼出尽力吸气后，尽力尽快呼气，一定时间呼出气占肺活量的百分比气占肺活量的百分比(过去的时间肺活量过去的时间肺活量)2肺通气量：肺通气量：1）每分肺通气量：）每分肺通气量：潮气量（潮气量（500）频率（频率（12-18次次/分）分）2）每分肺泡通气量：）每分肺泡通气量：(潮气量潮气量-无效腔无效腔150ml)频率频率第二节 气体交换生命科学学院动物生理教研室第二节第二节 气体交换气体交换一、分压差一、分
8、压差第二节第二节 气体交换气体交换二、溶解度二、溶解度液体一定，单位分压下某气体能溶解于单位容积液体中的液体一定，单位分压下某气体能溶解于单位容积液体中的量。量。CO2在血浆中的溶解度在血浆中的溶解度是是O2的的24倍，扩散速度达倍，扩散速度达到到O2的的20倍。倍。三、呼吸膜面积与透性三、呼吸膜面积与透性肺气肿，面积肺气肿，面积；肺纤维化、肺水肿，厚度；肺纤维化、肺水肿，厚度第二节第二节 气体交换气体交换四、通气四、通气/血流比值血流比值 1通气不足通气不足，血流过剩血流过剩=A-V=A-V短路短路2血流不足血流不足，通气过剩通气过剩=增加无效腔增加无效腔通气通气/血流比值不合，血流比值不合
9、，造成缺造成缺O O2 2比比COCO2 2潴留明显潴留明显原因是：原因是：血液结合血液结合O O2 2有饱和度，有饱和度，COCO2 2扩散快，呼出多；扩散快，呼出多；比例不适造成比例不适造成POPO2 2，PCOPCO2 2，反射性引起呼吸加强，呼出，反射性引起呼吸加强，呼出PCOPCO2 2 多，多，而而O O2 2不能迅速补上不能迅速补上3正常正常：0.84 肺通气肺通气/血流整体适应，局部不一定适应血流整体适应，局部不一定适应肺尖部：肺尖部：胸廓活动范围也是有限的，通气相对教少胸廓活动范围也是有限的，通气相对教少,血流更少，血流更少，通通气气/血流血流比值大比值大。肺底部：肺底部：下
10、部肋骨活动范围大，膈下移，通气多，血流更多，下部肋骨活动范围大，膈下移，通气多，血流更多，通通气气/血流血流比值小。比值小。局部通气/血流比值不适应可调节：通气多，通气多，PCO2，刺激该区支气管平滑肌收缩，通气减少；，刺激该区支气管平滑肌收缩，通气减少；血流多，比值小，血流多，比值小，PO2，局部血管收缩，血流减少。，局部血管收缩，血流减少。气体交换指标：肺泡气体交换指标：肺泡-动脉动脉PO2差差通气通气/血流为原料血流为原料动脉动脉PO2是产品是产品肺泡肺泡 气气 PO2 102静脉静脉 血血 PO2 40动脉动脉 血血 PO2 100第三节 气体运输生命科学学院动物生理教研室一、一、O2
11、 结合结合:9698%(98.5%)，溶解，溶解:24%(1.5%)（一）（一）HbO2HbO2PO2HbO2 Fe2+永远是二价，所以是氧合永远是二价，所以是氧合1 Hb1 Hb结合结合4 O4 O2 2Hb=64000-67000DHb=64000-67000D1M O1M O2 2=22.4L=22400ml=22.4L=22400ml1gHb1gHb能结合能结合1.34-1.39ml O1.34-1.39ml O2 2人体人体Hb=15g/100mlHb=15g/100ml，最大结合，最大结合O O2 2=1.3415=20ml/100ml=1.3415=20ml/100ml一、一、O
12、2（一）（一）HbO2Hb氧容量氧容量Hb氧含量氧含量Hb氧氧饱饱合度合度Hb达到达到5g/100ml血时，血时，发绀发绀（cyanosis）Hb与与CO亲合力为亲合力为O2的的210倍，倍，PCO达到达到0.7mmHg（0.1%），就会引起中毒。），就会引起中毒。缺氧不一定发绀：缺氧不一定发绀：贫血病人，贫血病人，CO中毒。发绀不一定中毒。发绀不一定缺缺O2：高原红细胞增多症。：高原红细胞增多症。一、一、O2（二）氧离曲线（二）氧离曲线1S型特征型特征 1）上段：）上段：PO2 60100mmHg，饱和度，饱和度9097.4%l高原缺高原缺O O2 2，呼吸轻度疾，呼吸轻度疾患，只要患，只要
13、POPO2 2在在60 mmHg60 mmHg以以上不出现低血上不出现低血O O2 2l供血不足，过度通气，供血不足，过度通气，也不能多结合也不能多结合O O2 2一、一、O2（二）氧离曲线（二）氧离曲线1S型特征型特征 2）中段：中段：PO2 6040mmHg，饱和度，饱和度75%，释放，释放5mlO2/100ml血血，解离速度快，解离速度快，POPO2 2 40mmHg 40mmHg，正是混合，正是混合静脉血静脉血 3）下段：解离难，代表）下段：解离难，代表O2贮备贮备 运动时，运动时，PO2降到降到15mmHg，饱和度降到，饱和度降到22%，可释，可释 放放15mlO2/100ml血血
14、本段解离需要条件（即本段解离需要条件（即POPO2 2降得更低），但满足条件解降得更低），但满足条件解 离量大离量大一、一、O2（二）氧离曲线（二）氧离曲线2影响因素影响因素1）PO22）CO2、H+（Bohr效应）效应）3）2,3-DPG 4）温度提高）温度提高H+活性活性5）Hb质和量质和量二、二、CO2的运输的运输（一）（一）HCO3-1H2CO3大量在红细胞中生成大量在红细胞中生成2HCO3-主要在血浆中与主要在血浆中与Na+结合运结合运 输输3H+与与Hb结合，促进了结合，促进了HbO2解离解离溶解溶解:6%(5%)结合结合:94%(95%)88%HCO3-6%(7%)HbNHCOO
15、H二、二、CO2的运输的运输（二）（二）HbNHCOOHlO2与与Hb结合将促使结合将促使CO2释放（释放（Haldane效应），去氧效应），去氧Hb易于和易于和CO2结合。结合。l虽然虽然HbNHCOOH只占运输量的只占运输量的67%，但排出的，但排出的CO2却占到却占到2030%。第四节 呼吸中枢与呼吸运动的调节生命科学学院动物生理教研室一、呼吸中枢与呼吸节律一、呼吸中枢与呼吸节律（一）呼吸中枢（一）呼吸中枢l1923年，年，Lumsden切割实验切割实验 l现在认为，延髓为基本中枢，桥脑上部有调整中枢。现在认为，延髓为基本中枢，桥脑上部有调整中枢。l将神经元分为呼气神经元、吸气神经元、跨
16、时相神经将神经元分为呼气神经元、吸气神经元、跨时相神经元（元（2种）。种）。一、呼吸中枢与呼吸节律一、呼吸中枢与呼吸节律（一）呼吸中枢（一）呼吸中枢1延髓延髓呼吸神经元分背侧组和腹侧组呼吸神经元分背侧组和腹侧组1)背侧组背侧组(DRG)：主要在主要在孤束核孤束核(NTS)腹外侧，支配膈腹外侧，支配膈肌和肋间外肌运动神经元，也接受感觉传入肌和肋间外肌运动神经元，也接受感觉传入;I膈肌运动神经元膈肌运动神经元，I接受接受I及肺牵张反射传入及肺牵张反射传入 I 肋间外肌运动神经元肋间外肌运动神经元一、呼吸中枢与呼吸节律一、呼吸中枢与呼吸节律（一）呼吸中枢（一）呼吸中枢1延髓延髓2)腹侧组腹侧组(VR
17、G)疑核疑核(NA)：I，支配膈肌和肋间外肌运动，支配膈肌和肋间外肌运动神经元，神经元，IX、X咽、喉咽、喉后疑核后疑核(NRA)：E，支配肋间内肌和腹，支配肋间内肌和腹肌运动神肌运动神 经元，加强呼吸时主动呼气，经元，加强呼吸时主动呼气，I 肋间外肌运动神经元肋间外肌运动神经元面神经后核面神经后核：主要含：主要含E，抑制吸气神经，抑制吸气神经元活动元活动一、呼吸中枢与呼吸节律一、呼吸中枢与呼吸节律（一）呼吸中枢（一）呼吸中枢2脑桥上部脑桥上部 臂旁内侧核，臂旁内侧核，I-E神经元，与延髓呼吸神经核团之间构成神经元，与延髓呼吸神经核团之间构成双向联系回路双向联系回路3脑桥以上脑桥以上皮层随意控
18、制呼吸运动皮层随意控制呼吸运动 一、呼吸中枢与呼吸节律一、呼吸中枢与呼吸节律（二）呼吸节律形成（二）呼吸节律形成（吸气切断机制学说）（吸气切断机制学说）局部神经元回路反馈控制机制：局部神经元回路反馈控制机制：1.延髓有吸气中枢活动发生器，引起吸延髓有吸气中枢活动发生器，引起吸气神经元兴奋，有气神经元兴奋，有吸气切断机制吸气切断机制，切，切断吸气，产生呼气；断吸气，产生呼气；2.在在CO2、H+，其它传入冲动，其它传入冲动，I神经神经元兴奋。元兴奋。3.吸气神经元兴奋：吸气神经元兴奋：a.传至脊髓吸气传至脊髓吸气肌运动神经元；肌运动神经元；b.传至吸气切断机传至吸气切断机制；制；c.传至传至桥脑
19、桥脑调整中枢。调整中枢。4.OS接受：接受：a.I 神经元冲动；神经元冲动；b.调整调整中枢冲动；中枢冲动；c.肺牵张反射冲动。肺牵张反射冲动。OS调整中枢调整中枢III肋间肋间外肌外肌膈肌膈肌肺扩张肺扩张二、呼吸运动的调节二、呼吸运动的调节（一）肺牵张反射（一）肺牵张反射（Hering-Breuer反射）反射）1肺扩张反射肺扩张反射（800ml潮气量）潮气量）经迷走神经到延髓，吸气切断机制经迷走神经到延髓，吸气切断机制 2肺缩小反射肺缩小反射在较强缩肺时才出现在较强缩肺时才出现二、呼吸运动的调节二、呼吸运动的调节（二）呼吸肌本体感受性反射（二）呼吸肌本体感受性反射正常就参与呼吸调节；气道阻力
20、大，肌等长收缩，作用就正常就参与呼吸调节；气道阻力大，肌等长收缩，作用就更强。更强。（三）防御性反射（三）防御性反射1咳嗽反射咳嗽反射 迷走神经，环迷走神经，环-甲肌闭声门，呼吸肌强收缩甲肌闭声门，呼吸肌强收缩开声门开声门2喷嚏反射喷嚏反射 三叉神经，悬雍垂下降，舌压向软腭。三叉神经，悬雍垂下降，舌压向软腭。三、血液中的化学成分三、血液中的化学成分1外周化学感受器外周化学感受器l主、颈动脉体，主动脉体调节呼吸更强。化学感受器主、颈动脉体，主动脉体调节呼吸更强。化学感受器主要感受主要感受PO2、PCO2、H+。l对缺对缺O2来说，所感受的刺激是来说，所感受的刺激是PO2，不是动脉血氧含，不是动脉
21、血氧含量。量。如：在贫血、如：在贫血、CO中毒时，血氧含量虽然下降，但中毒时，血氧含量虽然下降，但PO2正正常，只要血流量充分，化学感受器传入冲动并不增加。常，只要血流量充分，化学感受器传入冲动并不增加。三、血液中的化学成分三、血液中的化学成分2中枢化学感受器中枢化学感受器 位于延髓腹外侧浅表部位。位于延髓腹外侧浅表部位。敏感刺激是敏感刺激是H+，CO2H+作用，潜伏期较长。作用，潜伏期较长。l中枢化学感受器不感受缺氧刺激，对中枢化学感受器不感受缺氧刺激，对CO2敏感。因此，敏感。因此，中枢感受中枢感受CO2、H+，调节，调节H+浓度浓度，稳定中枢，稳定中枢PH环境；环境；l外周感受缺外周感受
22、缺O2，维持呼吸驱动。，维持呼吸驱动。三、血液中的化学成分三、血液中的化学成分（一）（一）CO2 一定量一定量CO2的分压对维持呼吸和呼吸中枢兴奋是必需的分压对维持呼吸和呼吸中枢兴奋是必需的；的；过量的过量的CO2对呼吸中枢有压抑作用；（对呼吸中枢有压抑作用；（吸入气吸入气COCO2 27%7%）CO2经中枢化学感受器，反射性加强呼吸是主要途径；经中枢化学感受器，反射性加强呼吸是主要途径；由于中枢感受器滞后现象，由于中枢感受器滞后现象，CO2突然升高以外周为主。突然升高以外周为主。三、血液中的化学成分三、血液中的化学成分（二）（二）H+升高，呼吸加强；降低，呼吸抑制。升高，呼吸加强；降低，呼吸抑制。脑脊液中的脑脊液中的H+通过中枢感受器通过中枢感受器外周血中的外周血中的H+主要经外周化学感受器主要经外周化学感受器（三）低（三）低O2 动脉血动脉血PO2下降到下降到80mmHg以下时，才出现呼吸增以下时，才出现呼吸增强，所以对正常呼吸调节作用不大。强，所以对正常呼吸调节作用不大。只有在特殊情况下导致低只有在特殊情况下导致低O2时，完全经外周化学感时，完全经外周化学感受器调节。受器调节。三、血液中的化学成分三、血液中的化学成分（四）（四）CO2、H+、O2相互作用相互作用 CO2H+H+肺通气肺通气 CO2 O2肺通气肺通气 CO2、H+