呼吸系统的结构与功能课件.ppt

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1、1,呼吸系统的结构与功能,第一节 呼吸系统的组成和结构呼吸系统有呼吸道和肺两部分组成。,一、呼吸道1.鼻：是呼吸道直接与外界相通的器官，包括外鼻、鼻腔和鼻旁窦。2.咽:咽为前后略扁的漏斗状肌性管道，上以盲端起自颅底，下续于食管，两侧是颈部的血管和神经。3.喉：是呼吸道，也是发音器官，向上开口于喉咽部，向下与气管通连。,4,9,4.气管和支气管：是连接喉与肺之间的管道，由软骨、粘膜等构成。,11,二、肺1.肺的位置和形态:是气体交换的器官，位于胸腔内，纵隔的两侧，左右各一。左肺有两叶，右肺有三叶。肺呈海绵状，富有弹性，内含空气。2.肺的导管部：支气管进入肺内后反复分枝，越分越细，形成支气管树。（

2、共23级）肺的呼吸部：呼吸性支气管、肺泡管、肺泡囊、肺泡3.肺的血管,14,三、胸膜和胸膜腔,胸膜：为覆盖在肺表面，胸廓内面及膈上面的浆膜。（脏层、壁层）胸膜腔：脏胸膜和壁胸膜在肺门处互相移行并包以肺根，脏、壁胸膜之间的窄腔隙称胸膜腔。（负压）四、纵隔纵隔是两侧纵隔胸膜间的全部器官。,16,18,第二节 肺通气pulmonary ventilation 肺与外界环境之间的气体交换过程,呼吸的概念及意义:机体与外界环境之间的气体交换过程称为呼吸。即机体不断地从外界摄取氧并排除体内二氧化碳的过程。,20,外呼吸,气体在血液中的运输,内呼吸,肺通气,组织换气,外界环境,呼吸的全过程:,肺换气,细胞内

3、氧化过程,21,一、肺通气的原理气体进出肺取决于两方面因素的相互作用：推动气体流动的动力 阻止气体流动的阻力,22,（一）肺通气的动力 肺内压与大气压之间的压力差 肺通气的直接动力 肺内压大气压：气体排出肺,23,呼吸肌的收缩或舒张,肺容积,胸廓,大气压气体排出肺呼气（expiration）,肺内压,24,1.呼吸运动（respiratory movement）呼吸肌的收缩或舒张造成胸廓的扩大或缩小称为呼吸运动肺通气的原动力,25,（1）吸气运动 1）主要吸气肌 膈肌,膈肌收缩，胸腔上下径增大。由膈肌收缩引起的呼吸形式伴有腹壁的起伏称为,腹式呼吸(abdominal respiration),

4、26,2）第二吸气肌肋间外肌,收缩时使肋骨外展，肋骨、胸骨上提，胸腔前后、左右径扩大。,由肋间外肌舒缩引起的呼吸形式伴有胸壁的起伏称为胸式呼吸(thoracic respiration).,27,（2）呼气运动 1）“主要呼气肌”膈肌、肋间外肌的舒张 2）第二呼气肌腹壁肌 收缩时使腹内压升高，迫使膈肌上升，使胸腔上下径缩小。使前位肋骨和胸骨下移使胸腔前后、左右径缩小,28,3）辅助呼气肌肋间内肌,收缩时使胸腔前后、左右径缩小,29,（3）呼吸方式 1）平静呼吸（eupnea）安静状态下的呼吸特点：平稳、1218次/分。参与的肌肉：膈肌、肋间外肌（吸气肌）吸气：吸气肌收缩 主动过程呼气：吸气肌舒

5、张 被动过程,30,2）用力呼吸（forced breathing）机体活动时或吸入气中CO2含量增加、O2含量下降时的呼吸。特点：呼吸深而快。,参与的肌肉：除膈肌、肋间外肌外，还有 呼气肌的参与，呼气也成为 主动过程,31,2.肺内压(intrapulmonary pressure)肺泡内的压力 随呼吸而发生周期性的变化平静呼吸时为：12mmHg深呼吸时：波动加大紧闭声门：尽力吸气可降至100mmHg 尽力呼气可升至+140mmHg人工呼吸为什么肺会随胸廓的运动而舒缩？,32,胸膜腔内少量液体的作用（1）使胸膜脏、壁两层紧紧相贴（2）润滑，减少摩擦,3.胸膜腔与胸膜腔内压胸膜腔 潜在而密闭的

6、腔隙,33,胸膜腔内存在的压力，叫胸膜腔内压(intrapleural pressure)通常低于大气压，故也常称为胸膜腔负压,34,测定：间接法 直接法,35,呼吸时胸膜腔内压的变化平静吸气时：胸内压 大气压=0.71.3kPa 呼气时：胸内压 大气压=0.40.7kPa平静呼吸时胸内压始终为负压用力呼吸时负压变动更大有时可为正压(如紧闭声门用力呼吸),36,胸膜腔负压的形成,作用于胸膜腔的力,肺内压,肺的回缩力,=大气压,=0,胸膜腔压=肺内压-肺回缩力,=肺回缩力,37,肺回缩力的产生 1）出生后，胸廓发育较快，肺一直处于被动扩张状态。肺为弹性组织，当其被动扩张后，就会表现出回缩倾向 2

7、）肺泡内的气液界面产生的表面张力也形成了一种回缩力,38,胸膜腔负压的生理意义 使肺能被动扩张 有利于静脉、淋巴回流,气胸,如果胸膜腔的密闭性被破坏，胸膜腔负压消失，会发生？,39,（二）肺通气的阻力,肺通气的阻力,弹性阻力（70%）,非弹性阻力（30%）,肺,胸廓,表面张力（2/3）,肺弹性纤维的回缩力（1/3）,惯性阻力,粘滞阻力,气道阻力（8090%）,40,1.弹性阻力 弹性阻力：弹性组织在外力作用下变形时所具有的对抗变形和回位的能力 顺应性(compliance)：在外力作用下弹性组织的可扩展性。可以单位压力变化引起的容积变化来表示：C=DV/DP(L/cmH2O)顺应性与弹性阻力成

8、反比关系：C=1/R,41,（1）肺的弹性阻力和顺应性 肺的顺应性 CL=DV/DP(L/cmH2O)DP（跨肺压）为肺内压与胸内压之差 1）肺的静态顺应性曲线,42,测定条件：分步吸气或呼气，然后屏气无气流情况下进行（肺内压=大气压，跨肺压即为胸内压）斜率：反映不同肺容量下顺应性的大小，与顺应性呈正变。正常成人平静呼吸时肺的顺应性位于斜率最大的曲线中段平静呼吸时弹性阻力小，呼吸省力。,43,肺的顺应性受肺总容量的影响。例如：用5cmH2O压力将1L气体注入一个人的双肺。其全肺顺应性为0.2L/cmH2O；而一侧肺顺应性为0.1L/cmH2O2）比顺应性(specific compliance

9、)单位肺容量下的顺应性 比顺应性=测得的顺应性/肺总量,44,3）肺的弹性阻力 肺泡的表面张力（2/3）肺组织的弹性回缩力（1/3）,45,表面张力 肺泡的内表面的液体层与肺泡内的气体之间形成了一个液-气界面。该处气体与液体之间的相互吸引力就形成了促使液体表面尽量缩小的力表面张力。,肺泡表面张力的作用：使肺泡缩小，构成了吸气的阻力,46,P,P,r,r,根据Laplace law:P=2T/r 则,P,P,r,r,T,T,小肺泡的压力大大肺泡的压力小若大小肺泡相通将会发生何种变化,大肺泡膨胀小肺泡萎缩,47,表面活性物质及其作用 表面活性物质(surfactant)：脂蛋白，二棕榈酰卵磷脂(D

10、PL)。由肺泡II型细胞合成分泌。平铺在肺泡表面，密度与表面积呈反比。,48,表面活性物质的作用：降低表面张力表面活性物质的生理意义：维持大、小肺泡的容积相对稳定 防止肺水肿病理：II型细胞分泌不足可造成肺不张、肺水肿等,49,肺弹性纤维的回缩力 肺组织所含弹性纤维弹性回缩力。在一定的范围内，肺被扩张得愈大，弹性回缩力也愈大。,50,病理：长期反复咳嗽，将破坏肺的弹性纤维，造成吸气时肺弹性阻力减少。在呼气时，肺不能弹性回位,气体不易被呼出。最终形成肺气肿（呼气困难)。肺间质纤维化疾病，肺弹性纤维被结缔组织所取代。肺失去了弹性扩张的能力，造成吸气困难。,51,4）胸廓的弹性阻力 胸廓也是双向弹性

11、体，其弹性回位力的方向，随胸廓所处的位置而改变（67%肺总容量为界）。,52,正常呼吸时，胸廓被动牵拉向外扩展，其弹性回位力将构成吸气的阻力、呼气的动力。挤压式人工呼吸时，胸廓被动挤压向内，其弹性回位力将构成吸气的动力。,53,胸廓的顺应性=胸腔容积的变化/跨壁压的变化 DV/DP(L/cmH2O)跨壁压为胸内压与胸壁外大气压之差5）肺和胸廓的总弹性阻力,54,2.非弹性阻力,非弹性阻力,气道阻力：8090%惯性阻力：粘滞阻力：,（1）气道阻力：,55,影响气道阻力的因素：1）气道口径（R1/r4）影响气道口径的因素 A.跨壁压：气道内外的压差 B.肺实质对气道壁的外牵作用,56,交感神经儿茶

12、酚胺,b2受体结合,气道平滑肌舒张,迷走神经,气道平滑肌收缩,（拟肾上腺素药平喘）,C.自主神经系统对气道平滑肌的作用,57,PGF2a 组织胺白三烯 内皮素CO2,气道平滑肌收缩,D.化学因素,PGE2,气道平滑肌舒张,58,2）气流方式 湍流：存在于气管和大的支气管，阻力大。吸入气的密度大、流速快，湍流大。层流：存在于小支气管以下。气流缓慢，阻力小。,59,3）气流速度：,60,（2）惯性阻力 是指气流在发动、变速、换相时因气流和组织惯性所产生的阻止运动的因素（3）粘滞阻力 呼吸时组织相对位移所发生的摩擦,61,二、基本肺容积和肺容量,62,（一）肺容积（pulmonary volume）

13、1.潮气量（tital volume,TV）每次呼吸时吸入或呼出的气量。平静呼吸为400600ml,63,2.补吸气量（inspiratory reserve volume,IRV）或吸气储备量 平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气量。正常成年人约为15002000ml,64,3.补呼气量（expiratory reserve volume,ERV）或呼气储备量 平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气量。正常成年人约为9001200ml 4.残气量（residual volume,RV）最大呼气末尚存留于肺内不能再呼出的气量,65,（二）肺容量（pulmonary capacity）1.深吸气量（i

14、nspiratory capacity,IC）=TV+IRV 2.功能残气量（functional residual capacity,FRC）=RV+ERV,66,3.肺活量（vital capacity,VC）最大吸气后，尽力呼气所能呼出的气量，=TV+IRV+ERV 用力肺活量forced vital capacity,FVC 最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的气量（略小于VC）,67,用力呼气量（forced expiratory volume,FEV）最大吸气后，尽力尽快呼气，在一定时间内所能呼出的气量，通常以它所占FVC的百分数来表示 4.肺总量（total lung capaci

15、ty,TLC）=VC+RV,68,（三）肺通气量 1.每分通气量（minute ventilation volume）每分钟吸入或呼出肺的总气量 每分通气量=潮气量 X 呼吸频率,69,最大随意通气量：最大限度地作深而快的呼吸，每分钟进或出肺的总气量。通气贮量百分比=【（最大通气量-每分平静通气量）/最大通气量】X 100%93%,70,2.无效腔与肺泡通气量 生理无效腔：解剖无效腔和肺泡无效腔 健康人平卧时，生理无效腔接近解剖无效腔 每分肺泡通气量=（潮气量-无效腔量）X 呼吸频率,71,第三节 气体交换气体的交换包括肺换气和组织换气部位不同，原理一样,72,一、气体交换的原理：（一）气体的

16、扩散 扩散：气体分子的无定向运动 动力：气体分压差 方向：分压高分压低（二）气体扩散速率（Diffution rate、D）：单位时间内气体扩散的容积,73,影响扩散速率的因素1.气体的分压差与张力 气体的分压：DP=总压力 x 该气体的容积百分比 在空气中：PO2=760 x 20.9%=159mmHg PCO2=760 x 0.04%=0.3mmHg,74,气体的张力：溶解在液体中的气体的分压，即气体从液体中逸出的力。2.气体的分子量和溶解度 扩散速率与分子量的平方根成反比，在液体中，又与气体的溶解度成正比。,75,氧和二氧化碳在血浆中的溶解度：氧的溶解度：2.14ml/100ml 二氧化

17、碳的溶解度：51.5ml/100ml扩散系数：溶解度与分子量的平方根之比 CO2 的扩散系数/O2的扩散系数=20/1,76,3.扩散面积与距离 D与扩散面积（A）成正比，与扩散距离（d）成反比4.温度 D与温度（T）成正比,77,（二）呼吸气体和人体不同部位气体的分压,二、气体交换的过程 1.肺部气体交换,O2(104),CO2(40),肺泡,动脉血,CO2(46),O2(40),CO2(40),O2(100),静脉血,78,O2(30),CO2(50),组织细胞,动脉血,O2(100),CO2(40),静脉血,O2(40),CO2(46),O2,CO2,2.组织气体交换,毛细血管,79,3

18、.影响肺部气体交换的因素（1）呼吸膜的面积与厚度 扩散量与扩散面积成正比，与扩散距离成反比。人体约有三亿肺泡，面积约70m2，安静状态参与交换的呼吸膜面积约40m2 呼吸膜的厚度1m，通透性好,80,呼吸膜的扩散能力可以用肺扩散容量来表示 肺扩散容量(diffusion capacity)：是指某气体在1mmHg分压差下，单位时间内通过呼吸膜扩散的毫升数。,81,（2）肺通气/血流比值 ventilation/perfusion ratio,V/Q,通气量与血流量必须配合恰当，才能达到最佳换气效果。,82,V/Q=0.84,V/Q 0.84,V/Q 0.84,支气管痉挛,肺血流减少,正常,功能

19、性动静短路,无效腔增大,83,当气体交换受到影响时，血液中的PO2和PCO2 都有改变，但以PO2的降低为主。因为：1）PO2分压在动脉与静脉中相差很大 2）CO2的扩散速率是O2的20倍，只要通气功能稍有改善，CO2就可以扩散出去。,84,第四节 气体在血液中的运输一、氧和二氧化碳在血液中的存在形式,物理溶解,化学结合,85,98.5%以结合形式运输。1.5%以溶解的方式存在于血中。,二、氧的运输,86,（一）血红蛋白与氧结合的特征 1.反应快、可逆、不需酶、受PO2的影响。2.是氧合而不是氧化。血红蛋白上的Fe2+与O2结合后，不变价。,87,3.一分子 Hb可结合四分子O2 1g Hb可

20、结合1.34-1.39 ml O2 氧容量（oxygen capacity）每1000ml血中Hb所能结合的最大氧量。氧含量（oxygen content）每1000ml血中Hb实际结合的氧量。氧饱和度（oxygen saturation）每1000ml血中Hb实际结合的氧量与血中Hb所能结合的最大氧量之比。氧饱和度=氧含量/氧容量X 100%,88,4.Hb的变构效应 当Hb的一个血红素与一个 O2结合后，使其它三个血红素更容易与O2 结合，这是由Hb的变构效应引起的。去氧Hb的构型为紧密型（T型）与O2的亲合力小 氧合Hb的构型为疏松型（R型）与O2的亲合力大（是T型的数百倍）O2与Hb的

21、Fe2+结合后，Hb由T型变为R形使其结合O2的能力增加。,89,下段：PO2为25.32Kpa（1540 mmHg）动脉血PO2 100mmHg，氧含量19.4ml 静脉血PO2 15mmHg，氧含量4.4ml 每100ml血可供给组织15ml氧（代表O2的贮备）,上段,中段,下段,上段：PO2为7.9813.3Kpa(60100mmHg)平坦PO2变化对Hb氧饱和度的影响不大 PO2 100mmHg，Hb氧饱和度97.4%PO2 150mmHg，Hb氧饱和度100%PO2 60mmHg，Hb氧饱和度90%,中段：PO2为5.327.98 Kpa(40 60mmHg)动脉血PO2 100mm

22、Hg，氧含量19.4ml 静脉血PO2 40mmHg，氧含量14.4ml 每100ml血可供给组织5ml氧,（二）氧离曲线(oxygen dissociation curve)氧分压与Hb氧含量或Hb氧饱和度之间的关系曲线 1.S型产生机制Hb变构效应 2.各段特点及功能意义,90,（四）影响氧离曲线的因素 使Hb氧饱和度达50%时的PO2（P50）,1.pH和PCO2,pH值,PCO2,Hb与O2亲和力下降P50增大，氧离曲线右移,机理：波尔效应,H+,R型,T型,Hb与O2亲和力下降,91,波尔效应的意义：促进肺毛细血管血液的氧合 CO2的交换 血PCO2下降，H+下降，氧离曲线左移，有利

23、于Hb与O2的结合。利于组织毛细血管血液O2的释放 CO2入血血PCO2升高，氧离曲线右移，促使Hb将所携带的O2释放出来，供组织利用。,92,2.温度,Hb与O2亲和力下降P50增大，曲线右移,意义：代谢活跃,温度,CO2,乳酸等酸性产物,释放更多的O2供组织利用,93,3.2、3-二磷酸甘油酸（2、3-DPG）,红细胞无氧糖酵解产生2、3-DPG,缺氧,2、3-DPG,H+,R型,T型,意义：缺氧时促使O2的释放,Hb与O2亲和力,P50增大，曲线右移,94,4.影响Hb与O2结合的其它因素（1）CO：1）竞争性抑制O2与Hb的结合，CO与Hb的亲和力是O2的250倍 2）CO还能增加O2

24、与Hb的亲和力，使氧离曲线左移，使O2 不易释放入血,95,（2）Hb Hb的Fe2+被氧化成Fe3+，将失去运氧能力 胎儿的Hb与O2的亲和力高,96,三、二氧化碳的运输（一）溶解 CO2可溶解于血浆中，或顺浓度梯度扩散入红细胞内，溶解于胞浆。此方式运输量甚微，710%。,97,（二）结合 1.氨基甲酸血红蛋白,特点：反应快，可逆，无需酶，主要调节因素是血红蛋白的氧合作用。氧离血红蛋白酸性弱，易与H+结合，促进反应向右进行,98,2.碳酸氢盐,在组织细胞，反应向右进行，生成 HCO3；在肺部，反应向左进行，分解出CO2，呼出体外。,99,CO2,CO2,H2O,碳酸苷酶,H2CO3,HCO3

25、-,H+,K+,KHCO3,HbO2,HHb,O2,O2,HCO3-,Na+,NaHCO3,NaCl,Cl-,氯转移,血浆中的氯离子扩散入红细胞的过程。,100,第五节 呼吸运动的调节一、呼吸中枢及呼吸节律的形成（一）呼吸中枢 1.脊髓 颈34、胸段前角呼吸肌 2.低位脑干（脑桥和延髓）（1）横断脑干实验（图5-16）,101,中脑和脑桥间横断脑干 呼吸节律无明显变化延髓和脊髓间横断脑干 呼吸停止,呼吸节律产生于低位脑干,脑桥上中部间横断脑干 呼吸深慢 切断双侧迷走神经 长吸式呼吸,脑桥上分有呼吸调整中枢（抑制吸气）肺迷走神经传入冲动抑制吸气,脑桥和延髓间横断脑干 长吸式呼吸消失脑桥中下部 有

26、长吸中枢 保持基本节律呼吸基本节律 产生于延髓,102,结论：三级呼吸中枢理论 脑桥上部-呼吸调整中枢 脑桥中下部-长吸中枢 延髓-呼吸节律的基本中枢,103,（2）三级呼吸中枢理论 1）延髓的呼吸节律基本中枢,104,延髓呼吸神经元的分布背侧组(Dorsal respiratory group,DRG)位于延髓孤束核腹外侧部、支配膈肌和肋间外肌，以吸气神经元为主。腹侧组(Ventral respiratory group,VRG)疑核：吸气神经元（喉部辅助呼吸肌）后疑核：呼气神经元（肋间内肌和腹肌）包氏复合体：含呼气神经元，与背侧组的吸气神经元形成抑制性联系。,105,2）脑桥中下部的长吸中

27、枢 3）脑桥上部的呼吸调整中枢 臂旁内侧核（NPBM）和KF核 与延髓呼吸神经核团有双向联系，可调控呼吸（吸气切断机制）,106,3.高位脑 大脑皮层、边缘系统、下丘脑等（二）呼吸节律的形成 起步细胞学说 神经元网络学说,107,延髓吸气神经元（吸气活动发生器）,脊髓吸气肌运动神经元,吸气肌收缩,肺扩张,肺牵张感受器兴奋,吸气切断机制,x,抑制,108,二、呼吸的反射性调节（一）肺牵张反射（pulmonary stretch reflex）或黑-伯反射 由肺扩张或肺萎缩引起的吸气抑制或兴奋的反射 1.肺扩张反射 肺扩张气管到细支气管平滑肌中的牵张感受器兴奋迷走神经传入冲动延髓吸气切断机制兴奋吸

28、气抑制转入呼气,109,意义：（1）人平静呼吸时，不参与呼吸调节，仅当潮气量达到800ml时，才有调节意义。（2）初生婴儿存在这一反射，但很快消失。（3）病理情况下，肺顺应性下降，吸气时使气道牵张较大，可引起扩张反射。2.肺萎缩反射 肺萎陷时引起吸气的反射 仅在呼气过深和肺不张时，才有可能起一定作用。机理不清。,110,（二）呼吸肌本体感受性反射 呼吸肌肌梭受到牵拉时，反射性引起受刺激肌梭所在肌肉的收缩，为骨骼肌牵张反射。感受器：肌梭和腱器官 意义：1.参与正常呼吸的调节 2.在运动或气道阻力过大时，发挥更大的作用（克服气道阻力）,111,（三）化学感受性呼吸反射 1.化学感受器（chemor

29、eceptor）（1）外周化学感受器 血液PO2、PCO2、H+颈、主动脉体化学感受器兴奋窦神经、主动脉神经传入冲动呼吸中枢兴奋呼吸加深加快（2）中枢化学感受器 脑脊液H+中枢化学感受器兴奋呼吸中枢兴奋呼吸加深加快,112,2.O2、CO2和H+对呼吸的影响（1）CO2,吸入气中CO2的浓度达2%,吸入气中CO2的浓度 7%,呼吸加深,吸入气中CO2的浓度达4%,呼吸加深加快,CO2麻醉,113,（2）低O2 外周途径刺激呼吸 对呼吸中枢有直接抑制作用（3）H+外周途径刺激呼吸,114,PCO2对呼吸的作用最为明显 PO2有很明显下降时才影响呼吸,3.O2、CO2和H+在呼吸调节中的相互作用 单独作用：,