1 精品课程生理学教案 第五章 呼 吸 [目的与要求] 1. 掌握肺通气和肺换气的原理 2. 掌握气体在血液中的运输 3. 掌握呼吸节律的维持和呼吸运动的调节等。 [重点] 1、肺通气的动力：肺内压与胸内压的概念、形成、呼吸过程中的变化及意义。 2、肺通气阻力：肺泡表面张力、肺表面活性物质、肺顺应性、比顺应性，非弹性阻力。 3、时间肺活量、用力呼气量、肺泡通气量、功能余气量、肺换气过程及其影响因素。 4、呼吸中枢节律的形成及呼吸运动的调节 [难点] 1. 胸内压的形成 2. 肺泡表面张力 3. 肺顺应性 4. 比顺应性 5. 胸廓弹性回缩力 6. 气道阻力 7. 肺泡通气量 8. 肺换气影响因素和呼吸运动调节。 [基本概念]： 呼吸（respiration）；肺内压（intrapulmonary pressure ）；人工呼吸（artificial respiration ）； 胸膜腔内压 （intrapleural pressure ）；开放性气胸（pneumothorax ）；顺应性（compliance ）；比 顺应性（specific compliance ）；胸廓的顺应性（thoracic compliance ， CT）；非弹性阻力（non-elastic resistance）；气道阻力（airway resistance ）；肺表面活性物质（pulmonary surfactant ， PS）；二棕 榈酰卵磷脂（dipalmitoyl phospharidyl choline ， DPPC）；潮气量（tidal volume ， TV）；补吸气量 （inspiratory volume ， IRV）； 补呼气量（expiratory volume ， ERV）；余气量（ residual volume， RV）；深吸气量（inspiratory capacity ，IC ）；功能余气量（ functional residual capacity，FRC ）； 肺活量（vital capacity ， VC）；肺总容量（ total lung capacity， TLC）； 用力肺活量（forced vital capacity，FVC ）；用力呼气量（forced expiratory volume ，FEV ）；最大呼气中段流量（ maximal midexpiratory flow，MMEF ）；每分通气量（ minute ventilation volume）；肺泡通气量（alveolar ventilation）； 解剖无效腔（anatomical dead space ）；肺泡无效腔（alveolar dead space ）；生理 无效腔（physiological dead space ）；通气／血流比值（ventilation ／perfusion ratio，V/Q ）；吸气 切断机制（inspiratory off switch ）；肺牵张反射（pulmonary stretch reflex ）；黑- 伯反射 （Hering-Breuer reflex）；肺扩张反射（pulmonary inflation reflex ）；学感受器 （chemoreceptor ）；中枢化学感受 器（central chemoreceptor ）；外周化学感受器（peripheral chemoreceptor ）；一氧化碳血红蛋白 （carboxyhemoglobin ，HbCO ） [授课学时]： 6 学时 [使用教材]： 王庭槐主编. 生理学，第 1 版，高等教育出版社，2004北京 第一节 呼吸道和肺的结构与功能 一、呼吸道 （一）呼吸道的分支结构 呼吸道包括鼻、咽、喉组成的上呼吸道和气管及以下的下呼吸道。从气管到肺泡囊共分支 23 级。从 17 开始已具有气体交换功能。一般将一根呼吸性支气管所支配的区域称为一个肺功能 单位。 （二）气道上皮的生理作用 （ 1）分泌 黏液和浆液； （2）纤毛运 输； （3）转 化与解毒； （ 4）抗氧化性 损伤。 （三）气道阻力 气道阻力是指气体流经呼吸道时，气体分子之间以及气体分子与气道壁之间的摩擦力。气 道阻力=大气 压与肺内压的压力差/单 位时间内气体的流量。 影响气道阻力的因素有： ①气流速度 ： 气流速度快，气道阻力大；②气流形式：层流阻力小，湍流阻力大；③气道口径：气道阻力的大 小和呼吸道半径的 4 次 方成反比，气道口径是影响气道阻力的最重要因素；④肺容积：肺容积增 大时，气道阻力变小。 二、肺泡 肺泡是肺内气体交换的场所，成年人大约有 3亿个大小不等的肺泡，总面积约为 70 m 2 。 （一）呼吸膜 呼吸膜由 6层组成，总厚度＜1μm，气体极易扩散。呼吸膜面积极大，约为 70 m 2 （安静开 放4 0m 2） 。气体扩散速率与呼吸膜厚度成反比、与呼吸膜面积成正比关系。 （二）呼吸隔 相邻肺泡 之间的结构称为呼吸隔。 呼吸隔除有支持作用外， 还有利于气体交换和防止液 体进入肺泡。 （三）肺泡表面张力与肺泡表面活性物质 1.肺泡表面 张力的产生 肺泡内壁 表 面薄层液 体 与气体形 成 液 -气界面, 具有使该 液- 气表面收 缩 达最小表 产生能使肺泡回缩的力， 即为表面张力 （Tension， T） 。 肺泡表面张力是肺扩张的弹性阻力。 Laplace 定 律 ， P=2 T/r、 如 T 固定， 则 P 与 r（肺 泡半径）成反比。可导致：大肺泡回缩力小， 小肺泡回缩力大，当大小肺泡连通时，则小肺泡中气体被压向大肺泡→可导致小肺泡萎陷和大肺 泡过度膨胀，容积不能稳定。 2.肺泡表面 活性物质（Pulmonary surfactant） （1）成份和 特性：主要成份是二棕榈酰卵磷脂（D PPC） ，由 肺泡Ⅱ型上皮细胞合成分泌， 单分子层垂直分布于肺泡液-气界面 ， 亲水端插在 肺泡内表面液体层中,疏 水端伸向肺泡腔,其分 密度可随肺泡的张、缩而改变，肺泡扩张，则表面活性物质变薄而稀，降低表面张力的作用小， 使肺泡回缩力大。相反，肺泡回缩，则表面活性物质变厚而浓密，降低表面张力的作用大，使肺 泡回缩力小。 （2） 生理作用： ①降低肺泡表面张力， 利于肺 扩张， 维持 肺泡容积稳定； 肺泡内的组织液生成，防止肺水肿；③近年来研究证明肺泡表面活性物质还能上调肺内吞噬细胞 的活性，下调炎症因子的产生，有防御保护作用。 2 面 积的特性,即 根 据 布 ②减少 肺间质 和 三、肺的神经支配 支配肺的神经主要有交感神经和副交感神经。 交感神经节后纤维释放 NA 和肺内受体 结合使 气道平滑肌舒张。副交感的迷走神经释放 ACh与 M 受体结 合使气道平滑肌收缩、腺体分泌。肺内 还有肽能神经纤维支配，它们参与调节气道平滑肌舒缩以及肺泡表面活性物质的释放等功能。 第二 节 肺通 气原 理 肺通气(Pulmonary ve tilation)是指 气体进肺和出肺的过程。气体进出肺取决两方面的因 素： 一是推动气体流动的动力（大气压与肺内压的压力差）；二是阻碍气体流动的阻力（弹性阻 力和非弹性阻力），只有动力克服了阻力，才能实现肺通气。 一、肺通气的动力 3 （一）呼吸运动 呼吸肌节律性收缩和舒张引起的胸廓扩大和 缩小称为呼吸运动(Respiratory moverment)。 呼吸运动是实现肺通气的原动力；而大气压与 肺内压的压力差是肺通气的直接动力。呼吸肌收 缩舒张引起的肺内压与大气压之差，又因大气压 一般不变，故差值取决于肺内压的周期性升高和 降低。 肺内压的周期性变化是由呼吸运动引起的。 1.平静呼吸 是机体在安静状态下平稳而均匀的呼吸，频 率约 12~18次/min。其 特点是吸气为主动过程， 呼气为被动过程。①吸气时吸气肌（膈肌和肋肌外肌）收缩→胸廓扩大→肺扩张→肺内压逐渐↓ ＜大气压→气体入肺→吸气（主动过程）。②呼气时吸气肌松弛→胸廓回位→肺回缩→肺内压逐 渐↑＞大气压→气体出肺→呼气（被动过程） 。 2.用力呼吸 是指机体剧烈活动时或异常情况下 （缺 O2 或 CO2 吸气和呼气都是主动过程；②除吸气肌活动外，还有呼气肌和辅助呼吸肌的参与。 （二）肺内压 (Intrapul monary pressure) 的变 化 吸气时肺内压首先逐渐↓，气体入肺后又逐渐↑，直到吸气末，肺内压=大气压。 内压首先逐渐↑， 气体出肺后又逐渐↓， 吸气末肺内压=大 =大气压。可 见肺内压与大气压的压力差是推动气 体进出肺的直接动力。 人工呼吸(Artificil respiration)： 用人为方法 造成肺内压与大气压差， 而迫使气体进、 出肺的过 程。 （三）胸膜腔内压 胸膜腔内 压力称为胸内压， 其数值比大气压低， 亦称胸内负压。 1.胸膜腔内 压(Intrapleu ral pressure)的形 成 胸膜腔内压 = 肺内压— 肺回缩力（呼气末和 吸气末肺内压 = 大气压 ） 如设大气压 101.08 kPa(760 mmHg)为 0，则胸膜腔内压 = 0 — 分压升高） 引起深而快的呼吸。 其特点是① 呼气时肺 气压。 所以在吸气末和呼气末， 肺内压 肺回缩力 ， 即 4 胸膜腔内压 = — 肺回缩力（所以胸膜腔内压由肺的回缩力产生）要 例如，测得肺回缩力为 0.665 kPa（5 mmHg），则101.08 kPa— 0.666 kPa = 100.415 kPa （760 mmHg — 5 mmHg = 755mmHg） 即比大气压低 0.665 kPa（5mmHg），此值低于 0为负值， 故胸膜腔内压又称为胸内负压 2.胸内负压的测定 ①直接法：损伤；②间接法：测量食管内压 3.呼吸周期中胸内负压的变化 平静呼吸时，吸气末约为-0.665 ~ -0.399 kPa (-5 ~ -10 mmHg)，呼气末约为-1.33 ~ 0.6 65 kPa (-3 ~ -5 mmHg)。紧闭声门，用力吸气可达 kPa 11.97 kPa（-90 mmHg）用力呼气可达 14.6 3 kPa （110 mmHg）。 4.呼气时胸内压仍为负压 由于出生后胸廓生长速度比肺快，使肺总是被牵拉，由于其弹性组织，而具有回缩力，吸气时 牵拉更强，回缩力更大，负压更高。呼气时则相反。 5.胸内负压的意义 ①生理意义：a.有利于肺的扩张；b.有利于静脉血和淋巴液的回流。 ②临床意义：a.气胸处理（闭合性、开放性和张力性）；b.人工气胸：治疗肺部疾患。 二、肺通气的阻力 肺通气的阻力有两种：一是弹性阻力：肺和胸廓是具有弹性的组织，它们构成肺通气的主要 阻力，约占 70%；二是非弹性阻力：包括气道阻力、惯性阻力和粘滞阻力，约占肺通气阻力 30%， 其中以气道阻力为主。 （一）弹性阻力（resistance，R）与顺应性（compliance，C） R：弹性组织在外力作用下变形时，而产生的对抗外力引起其变形并趋于回位的力 。 C：顺应性是衡量弹性阻力的指标。顺应性是指在外力作用下，弹性组织的可扩张性，即肺扩张的 难易程度。在外力作用下容易变形顺应性大，反映弹性阻力小；反之弹性阻力大。顺应性与弹性 阻力成反变关系： C=1∕R 1.肺的弹性阻力和顺应性 肺弹性阻力的来源 ：肺弹性阻力来两部分：肺回缩力（占 1/3）及肺泡表面张力产生的回缩 力（占 2/3 ）。 CL = ΔV∕ΔP 式中：CL 为肺顺应性；ΔV 为肺容积的变化；ΔP为跨肺压的变化（跨肺压=肺内压—胸内压）。 单位是 L / cmH20。静息时测得 CL =0.2 L∕cmH20。 影响肺顺应性的因素有：①肺容积：肺总容量大，肺顺应性较大。 比顺应性(specific compliance)： 即单位肺容量的顺应性（CL∕肺总容量），此指标可避免大小容积不等的肺对 CL 的影响。②肺部 疾病和肺泡表面活性物质：肺充血、肺纤维化或肺泡表面活性物质减少时，肺顺应性降低，肺的 弹性阻力增加，出现吸气困难；而在肺气肿时，肺顺应性增加，肺的弹性阻力降低，出现呼气困 难。③呼吸时相。④体位：平卧位时肺顺应性降低。 2.胸廓的弹性阻力和顺应性 ①胸廓的弹性阻力方向与肺容量相关：胸廓处于自然位置时的肺容量相当于肺总容量的 67%， 此时胸廓无变形，无弹性阻力。a.当肺容量小于肺总容量的 67%时（如呼气时），阻力向外，是 吸气的动力，呼气的阻力；b. 当肺容量大于肺总容量的 67%时（如呼气时），阻力向内，是呼气 的动力、吸气的阻力。 ②胸廓的顺应性：ΔV（胸腔容积）∕△P（跨壁压）（跨壁压 = 胸内压-大气压）。 ③胸廓和肺的总顺应性：用二者总弹性阻力的倒数计算，即 1/C 总 =1/ CL+1/CT =10.2+0.2=2/0.2=10，C 总=1/10 = 0.1 L/ CmH2O。 （二）非弹性阻力 5 包括惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力其中气道阻力占 80%~90%, 它与气流速度、气流形式（层 流、湍流）和气道口径相关。气道口径是主要因素，因为 R（阻力） ∝ 1/ r4 。影响气道口径 （r）的因素有： ①跨壁压：呼吸道内、外压差；②肺组织的牵引力；③自主神经：交感神经通 过 B2 受体起抑制支气管平滑肌收缩，副交感神经则通过 M 受体使支气管平滑肌收缩；④化学因素； ⑤ 随呼吸周期变化：吸气时→r↑（扩张）,呼气时→r↓（收缩），故哮喘病人呼气比吸气困难。 （三）呼吸功能 在呼吸过程中，呼吸肌为克服弹性阻力和非弹性阻力实现肺通气所做的功称为呼吸功，通常 以单位时间内压力变化乘以容积变化来计算。呼吸功大约占全身总耗能的 3%。 三、肺通气功能的评价 （一）基本肺容积 基本肺容积(Pulmonary volume)包括潮气量(ti dal volum，TV)、补吸气量（inspiratory reserve volume，IRV）、补呼气量（exspiratory reserve volume，ERV）和余（残）气量 (residual volume，RV)（概念见书本）。 （二）评价肺通气功能的指标 肺容量(Pulmonary c apacity)是肺容积中的两项或两项以上的联合气量，可作为评价肺通气 功能的指标。包括深吸气量（inspiratory ca pacity，IC）、功能残气量(func tional residual capacity，FRC)、肺活量（vital capacity，VC）、用力肺活量（forced vi tal capacity，FVC） 和用力呼气量（forced exspiratory volume，FEV）以及肺总容量（total lung capacity，TLC）。 还有每分通气量、最大随意通气量和每分肺泡通气量。其中肺活量是评价肺通气功能的常用指标； 用力肺活量是反映肺通气功能的较好指标；而用力呼气量是临床反映肺通气功能的最常用，也是 最好的指标。 1.每分通气量 每分通气量(minute ventilati on volume)是指每分钟进肺或出肺的气量。每分通气量=潮气 量×呼吸频率 = 500 ml×12~18 次/min = 6~9 L/min。 最大随意通气量：尽力深、快呼吸，每分吸入或呼出气量（约 70~120L/min）。通气贮量百分比 在 93%以上，不能少于 70%。 2.无效腔和肺泡通气量 生理无效腔(physiological dead space) = 解剖无效腔（anat omical dead space）+ 肺泡 无效腔(alveolar de ad space)，正常情况下其容积约为 150 ml。 肺泡通气量(alveolar ventila tion volume)是指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量。 肺泡通气量= （潮气量- 无效腔气量）× 呼吸频率 =（500-150 ）×12~18 次/min = 4.2~6.3 L/min 。 因此，从气体交换效率分析，深而慢的呼吸比浅而快的呼吸效率高。 第三节 肺换气和组织换气 一、气体交换原理 气体的交换在肺部和全身组织内同时进行，分别称为肺换气和组织换气。气体交换的实质是 气体的扩散过程。气体交换是通过单纯扩散的转运方式，由分压高处向分压低处扩散。 （一） 气体的分压差 （二） 气体分子由分压高处向分压低处净移动的过程称为气体的扩散。 气体的分压=混合气总压力 ×该气体的所占的容积百分比。两个区域之间的气体的分压差是气体扩散的动力，也决定了气体 扩散的方向。 表 5-1 血液和组织液中气体的分压（kPa，mmHg） 动脉血 混合静脉血 组织 Po2 12.9~13.3 5.33 4 (97~100) (40) (30) Pco2 5.32 6.12 6.65 (40) (46) (50) （二）气体的扩散速率 单位时间内气体扩散的容积扩散速率(diffusion rate， DR)等于： 6 分子量扩散距离 溶解 度面积温度分压差 · ··· =DR 二、肺换气 （一）肺换气过程 肺换气是指肺泡和肺毛细血管间的气体交换。其动力为气体分压差。 O 2 肺 泡 肺 毛细血管→静脉血变成动脉血 CO 2 （二）影响肺换气的因素 1.呼吸膜厚 度与面积 6 层＜1μ m， 面积为 70m 2 （安静开放 40 m 2 ）。气体扩散 速率与呼吸膜厚度成反比、 与呼吸膜面积成 正比关系。 2.通气 /血流 比值 （v entilation/perfusion ratio，V/Q 比 值） 是指每分肺泡通气量与每分肺血流量 （等于 心排出量） 的比值。 正常值： 4.2/5 = 0.84， 此时的肺泡气可完全交换， 肺泡无效腔为零。 泡气未能与血液进行充分气体交换， 即肺泡无效腔↑； 流，流经肺泡的静脉血液不能充分氧合成动脉血，意味着存在功能性动—静脉短路。可见，无论 V/Q↑或↓， 均妨碍肺换气的效率。 3.气体的分 压差 4.气体的扩 散系数 三、组织换气 组织换气指组织细胞和体循环毛细血管间的气体交换。 O 2 组织毛细血管 组织细胞 CO 2 第四 节 气 体在 一、 O 2 、 CO 2 在血液中存在形式 物理溶解：量少但很重要，因为结合和释放都先要通过溶解。 化学结合：占运输量的绝大部分，是主要存在形式。 当 V/Q 比值 >0.84 时 ， 即 肺泡通气>肺 血流， 部分肺 当 V/Q 比值＜ 0.84 时， 即肺泡通气＜肺血 →动脉血变成静脉血 血液中的运 输 二、 O 2 的运输 （一）血红蛋白分子结构 血红蛋白（Hemoglobin， Hb）由 1 个 珠蛋白和 4个血红素组成。珠蛋白有 4 条多肽 链，每条与 1 个血红素相连； 每个血红素由 4 个 吡咯基组成一个环， 中心为二价铁原子 （Fe 2+ ），是 Hb结 合 O 2 的 部位。 （二）Hb与 O 2 结合的特征 （1）反应快 、可逆（取决P O 2 ）、无需酶催化。 PO 2 高 Hb(紫兰 )+ O 2 HbO 2 （鲜 红） PO 2 低 （ 2）是氧合 （ oxgenation） ，并非氧化 （ oxidation） 。因为 Fe 2+ 与 O 2 结合后仍是二价铁原子。 （ 3） 1 分子 Hb可结合 4 分子 O 2 ，才达到饱和。 Hb的氧容量 (Oxygen capacity)： 100ml血 液中， 能结合的最大 O 2 量（取决于 Hb浓度） 。 Hb的氧含量 (Oxygen content)： 100ml血液中 Hb实际结合的 O 2 量（取决 于 PO 2 ） 。 Hb的氧饱和度 (Oxygen saturation)=血氧含 量 /血氧容 量× 100% 。 （动脉血为 100%；静脉 血为 75% ） 。 （ 4） Hb与 O 2 的结合或解离曲线呈 S形， 与 Hb的变 构效应有关。 Hb与 O 2 结合时由紧密型 （ T型） 变为疏松型（ R型） ；而 与 O 2 解离时，则反之。 R型对的亲和力是 T型的几百倍。 （三）氧解离曲线（oxygen dissocia tion curve） 曲线仅反应氧饱和度与血P O 2 的关系，曲线呈S形 （ Hb 变构效 应）。 曲线分析： 上段： （P O 2 100→60 mmHg） 较平坦， 是Hb与 O 2 结合部分， P O 2 在1 00→ 60 mmHg之间变化 时， Hb的氧饱和 度变化很小，如表。 PO 2 和 Hb的氧饱和度的关系 PO 2 Hb 氧饱和度 说 明 13.30kPa(100 mmHg) 97.4% 相当于动脉血压，血氧含量约 19.4 ml% 19.95kPa(150 mmHg) 100% 只↑ 2.6%， 提示肺泡通气量↑并未使 O 2 摄取↑ 9.31kPa (70 mmHg) 94% 只↓ 3.4%， 提示不易发生低氧血症 意义：轻度P O 2 ↓及轻度呼吸机能↓，不 会引起缺 O 2 。 中段：（P O 2 60→ 40 mmHg）较陡、表明P O 2 稍 低，Hb氧饱 和度↓明显，有较多 O 2 离解出来， 如P O 2 降到 40 mmHg时， Hb氧饱和度只 有 75%， 血氧含量 14.4ml%（ V血） ，说明血从动脉→ 组织→静脉时，释 O 2 5ml（ 19.4%~14.4%）。 下段：（P O 2 40→ 15） 最陡，表明P O 2 稍↓， 血氧饱和度显著↓。 在组织活动加强时， Hb O 2 分解↑，每 100ml血可释 放 15 mlO 2 ，为安静 时的 3 倍 ， 故该段曲线代表 O 2 储备。 （四）影响氧解离曲线因素 7 各种因素对Hb与 O 2 亲和力的影响均可用P 50表示。P 50是指在P O 2 为 3.52kPa（2 6.5mmHg） 时， Hb对 O 2 亲和力， 即Hb氧饱 和度达 50%时 的P O 2 。 P 50↑→Hb对 O 2 的 亲和力↓ →曲线右移,反之亦然 。 以P 50移动作指标，可判定Hb对 O 2 的亲和力。 1.pH和 PCO2的影响 pH↓、PCO 2↑—P 50↑，曲线右移；相反则左移。“Bohr effect”（波 尔效应） 即酸度对Hb O 2 亲和力影响。 该影响与Ｈb变构有关 。 酸度↑时， Hb变为Ｔ 型， 酸度↓ 时 ， Hb变为 R型。 2.温度的影 响 T↑→ 曲线右移，促 O 2 释放；反之亦然。 3.2,3-二磷 酸甘油酸 2,3-DPG↑ →Hb对 O 2 的亲和力↓→曲线右移；反之亦然。 4.其它 CO对Hb的亲和 力为 O 2 的 250 倍， 易于取 代 O 2 而生成HbCO。 CO结合 Hb后， ① 占 领 O 2 的结合位置；②阻碍Hb O 2 的离解,故 CO中毒时 ,HbCO↑ (樱桃红 色)而不是Hb↑(紫绀)。 三、C O 2 的运输 （一）CO 2的运输形式 1.碳酸氢盐 形式 （HCO 3— ） 占运输 总量的 88%。 2 则以KHC O3（红细胞） 和N aHCO3 （血浆），两种型式进行运输，到肺后，在肺中又以相反方向进行，以呼CO 2.氨基甲酸 血红蛋白 占运输总 量的 7%。 在组织 HbNH 2 O 2 +H + CO 2 在肺 呼出量虽然只占运输 CO 2 量的 7%，但 占肺呼出 （二） CO 2 解离曲线 表示血中 CO 2 含量与P CO 2 的关系曲线， 血中 CO 静脉血流经肺时，释出 4 ml CO 2 。 （三） O 2 与Hb结合对 CO 2 运输的影响 何尔登效应（H aldane effecf）：指在肺中 O 2 强， 不易与 CO 2 结合， 故促其释放。 在组织中： Hb O Hb + O 2 →Hb O 2 ，释放 CO 2 ，故 O 2 、 CO 2 运输相互影响。 第五 节 呼 吸运 一、呼吸中枢与呼吸节律的形成 （一）呼吸中枢 8 中枢神经系统中产生和调节呼吸运动的神 经元群称为呼吸中枢。 中枢各级水平的呼吸中枢 均有调节作用，但基本中枢在延髓和脑桥。 1.延髓 （1）背侧呼 吸组：NTS 腹外侧 部，主含吸气神经元→脊髓颈、胸段吸气运动神 经元, 膈神经 →膈肌。 肋间神经→肋间外肌。 （2） 腹侧呼吸组：含后疑核、疑核、面神经后核及其 近区。按功能分三区: ①cVRG：主 含呼气神经元 →肋间内肌、腹肌。②iVRG：主含吸 气神经元→ 膈肌、 肋间外肌、 咽喉辅助呼吸肌。 ③Bot： 主 含 呼气神经元及支配咽喉部的神经元，也到脊髓和 延髓内部，抑制吸气神经元。头段和中段 VRG之 间（疑核头端）含各类呼吸性中间神经元的过渡 区 ，称前包 钦格复合体，可能为呼吸节律起源的关键部位。 进入血浆的CO 2。 HHbNHCOOH+O 2 CO 2 的 17%。 2 含量随P CO 2 ↑而增加， 无饱和点。 表明 100ml 与Hb结合促 CO 2 释放的现象。 因Hb O 2 酸性比Hb 2 →释 O 2 ， 而 Hb结合 CO 2 和H + 。 在肺毛细血管 ： 动的调节 2.脑桥 NPBM 和 KF 核 →PBKF 核 群 为“呼吸调整中枢“→限制吸气（使吸气转为呼气） （二）呼吸节律的起源和控制 1.20 世 纪 80年代，在新生大鼠发现“前包钦格复合体”，是呼吸节律起源的关键区。 2.其它研究 ①起步细胞学说：延髓内有起步活动神经元，其节律性兴奋导致呼吸节律产生，认为前包钦 格复合体存在此类神经元。 ② 网络学说 ：节律产生于延髓内呼吸 N 元之间 复杂的、相互联系， 相 互作用。20 世 纪 70 年代提出：吸气活动发生器和吸气切断机制模型是解释呼吸节律产生的基础。 ③呼吸节律形成 （+） PB，KF （+） 9 （+） CIAG IOS （—） （ +） 脊髓吸气运动神经元（+） Ⅹ N 吸气肌（+） 吸气→肺扩张 肺牵张感受 器（+ ） 二、呼吸的反射性调节 （一）肺牵张反射 （pulmonary Stretch refles，黑-伯氏反 射） 由肺扩张或肺缩小引起的吸气抑制或兴奋的反射称为肺牵张反射，也叫黑-伯氏反 射。它包 括两种成分：肺扩张反射和肺缩小反射。 1.肺扩张反 射 肺扩张→支气管、细支气管牵张感受器兴奋↑→迷走神经传入冲动↑→兴奋延髓吸气切断 机制→传出神经→吸气停止转为呼气。 其意义在于阻止吸气过深， 与 NPBM 共同调节呼 吸频率和呼 吸幅度。 2.肺缩小反 射 肺萎缩→支气管、细支气管牵张 感受器兴奋↓→迷走神经传入冲动↓→ 呼吸中枢→传出神经→由呼气转为吸 气。 其意义 在于阻止呼气过深和肺不张。 （二）化学感受性反射 动脉血或脑脊液中P CO 2 ↑、P O 2 ↓ 或〔H + 〕↑等因素通过兴奋化学感受器， 引起的调节呼吸运动，增加肺通气量， 以恢复血中化学成份的相对恒定。 1.化学感受 器（chemoreaeptor） 10 (1) 外周化感器：颈动脉体及主动脉体，它们可直接感受动脉血液中P CO 2 ↑、P O 2 ↓或〔H + 〕 ↑的刺激，冲动经窦神经主动脉神经传入延髓，反射性地使呼吸活动增强。外周化学感受器，在 缺氧时，成为驱动节律性呼吸的唯一感受器。 （2）中枢化学感受器：位于延髓腹外侧浅表部位，可直接感受脑脊液和局部细胞外液中的 [H+]，间接动脉血中P CO 2 的改变，其传入冲动可兴奋延髓呼吸中枢，反射性地使呼吸活动增强。 中枢化学感受器作用的意义可能是通过调节脑脊液中的〔H + 〕，使中枢神经系统内部pH维持相对 稳定。 2. CO 2 、H + 、O 2 对呼吸的调节 （1）血CO 2 ：是维持正常呼吸的最主要的生理性刺激因素。当血中P CO 2 ↑→呼吸活动↑→ 肺通气量↑。如CO 2 过↑（占吸入气 7%以上）则出现 CO 2 麻痹，导致呼吸抑制。血CO 2 对呼吸调节 作用有两条途径： （A）通过中枢化学感受器：敏感性高（P CO 2 ↑2mmHg 即可兴奋），效应强（占 80%），是 主要途径。 （B）通过外周化学感受器：P CO 2 ↑，通气量虽只増加 20%，但 P CO 2 突然↑时，引起快速 呼吸反应。 （2）血[H + ]↑：动脉血中[H + ] 不易通过血脑屏障 ,但进入中枢后作用大，在中枢[H + ]作用比 外周强 25 倍。动脉血中[H + ]↑主要是通过刺激颈动脉体、主动脉体化学感受器而兴奋呼吸中枢， 使呼吸加深快。 （3）P O 2 ↓：当动脉血中P O 2 ↓，呼吸增强，肺通气量↑。低O 2 对呼吸的刺激作用完全是通 过外周化学感受器而实现的；低O 2 对呼吸中枢有直接抑制作用。P O 2 降低到 80 mmHg时抑制作用 开始，60 mmHg以下抑制作用更显著。特殊情况下缺O 2 成为中枢节律性呼吸的驱动因素，故在此 情况下病人不能输纯O 2 。 (三)呼吸肌本体感受性反射 指呼吸肌本体感受器传入冲动所引起的反射性呼吸变化，如当气道阻力↑时，呼吸肌将受到 较强的牵拉而兴奋， 可反射性引起收 缩加强， 以保持潮气量不变。此反射也参与正常的呼吸活动。 如切断动物脊神经背根后，呼吸运动↓。 (四)防御性反射 1.咳嗽反射 排除呼吸道内的异物或分泌物。 2.喷嚏反射 排出鼻腔内的刺激物。 （五）运动时呼吸的变化及调节 1. 运动时呼吸的变化 运动使代谢↑→P O 2 ↓，P CO 2 ↑→呼吸加深加快，通气量增加。 开始时由于血液循环供不应求而欠氧债，随后，血液循环逐渐加强而达到稳定水平，运动停止后， 还氧债。剧烈运动时， O 2 的利用和CO 2 的生成可增加 20 倍，但动脉血P O 2 及 P CO 2 基本正常，是 机体调节所至。 2. 运动时呼吸的调节 以神经调节为主，大脑皮层高位中枢条件反射及本体感受器反射 共同完成。 三、气压对呼吸的影响 长期生活在高原低气压（低O 2 ）环境，会对缺O 2 的耐受力逐渐增强以适应低O 2 环境，此过程 称为习服。其机制包括：低O 2 ）环境①增加肾脏对HCO 3— 的排出；②血液中HCO 3— 的降低可增加CO 2 的刺激作用；③低O 2 促进肾脏分泌EPO；④红细胞内 2,3-DPG↑以及P CO 2 ↑、[H + ]↑使氧解离曲 线右移，促进O 2 释放。 四、异常呼吸 （一）陈-施呼吸 陈-施呼吸也叫潮式呼吸，其特征是周期性的呼吸逐渐加强，又逐渐减弱至呼吸暂停。其机 制与血液中PO 2周期性的升高与降低有关。可发生在病理情况，也可见于正常人睡眠。 11 （二）比-奥呼吸 比-奥呼吸特征是周期性的一次或多次强呼吸后，出现较长时间的呼吸暂停。其机制可能与 呼吸中枢受损有关。 （三）睡眠呼吸暂停综合征 睡眠呼吸暂停综合征是指睡眠期间多次出现较长时间的呼吸暂停。 可分为以下 3 种：①外周 性睡眠呼吸暂停；②中枢性睡眠呼吸暂停；③混合性睡眠呼吸暂停。 思考题 1. 胸内负压是如何形成的、有何生理意义？ 2.肺泡表面活性物质的来源、成份、分布特点及生理作用？ 3.什么叫氧离曲线、受那些因素影响？ 4.什么叫波尔效应及何尔登效应有何生理意义 ？ 5.延髓和脑桥有那些呼吸调节的中枢、各有何作用？ 6.口中含一通气管潜水，如果不考虑水中压力，你认为可潜至任何深度吗，为什么？ 7.试述评价肺通气功能的主要指标。 8.何谓缺O 2 ?简述其常见的发生原因和临床表现。 案例 1：某男，12 岁， 4 天前因受凉引起咳嗽，干咳无痰，伴发烧， T 40.1℃， P 148 次/ 分， R 30 次/ 分，BP 90/60mmHg 。 2 天前咳嗽加重，为断续连声咳嗽，有铁锈痰，咳重时右侧胸痛，被诊 断为大叶性肺炎入院。 问题： 1、请你解释患者产生咳嗽的机制及其过程。 2、为什么病人呼吸加快？如何解释脉搏加快？ 案例 2： 25 岁男性患者，因右下肺炎就诊。血气分析报告为：动脉血氧分压（PaO 2 ） 60mmHg （正 常值 100mmHg），动脉血二氧化碳分压（PaCO 2 ）29mmHg （正常值 40mmHg），血液pH 7.42 ； 每分通气量 12 L/分。 2 天后呼吸增加到 30 次/ 分，虽吸入纯氧，但PaO 2 仍为 68mmHg， PaCO 2 分 压反而降至 25mmHg。 问题： 1、请从肺换气解释PaO 2 和PaCO 2 降低的主要原因。 2、患者应处于何种体位更有利于改善肺的通气功能？ 3、影响O 2 和CO 2 运输的因素有哪些？ 参考文献 1.吴中海.节律性呼吸的调节.见：贺石林，李俊成、秦晓群主编.临床生理学.北京：科学出版社， 2001，298-307. 2.姚泰主编，生理学（五版）.北京:人民卫生出版社，2000。 3.姚泰主编，人体生理学（三版）.北京:人民卫生出版社，2001。 4.范少光、汤浩、潘伟丰主编.人体生理学（二版）。北京：北京医科大学出版社，2000. 5. William F.Ganong . Review of Medical Physiology(20th), United States of American,McGram-Hill,2001. 6.Lingappa VR and Farey K. Physiological medicine,A clinical approach to basic medical physiology. McGram-Hill,2001. 7. Jens CR, et al.Pre-Botzinger complex and pacemaker neuron:Hypothesized site and kernel for respiratory rhythm generation.Ann Rev Physiol.1998,60:385. 8.Smith Jc et al .Pre-Botzinger complex-a brainstem region that may generate respiratory 12 rhythm in mammals. Science,1991,254:726. 9．Mitsuyasu H. et al.Ile50 Val variant of il-4R alpha upregulates IgE synthesis and associates with atropic asthma. Nature Genet,1998,19:119. 10. Solway J and Fredberg JJ. Perhaps airway smooth muscle dysfunction contributes to asthmatic bronchial hyperresponsiveness after all. Am J Respir cell Mol Biol.1997,17;144. Summary The gas exchange between the living body and its environment is called respiration，which is an important sign of life. It includes three processes: external respiration (pulmonary ventilation and gas exchange in lungs), gas transport in the blood and internal respiration. Pulmonary ventilation means the inflow and outflow of air between the lung alveolus and the environment. The force that drives pulmonary ventilation comes from respiration movement. The rhythmic contraction and relaxation of the respiratory muscles cause the expansion or reduction of the chest and lung, which results in the expansion or reduction of the alveoli to change the alveolar pressure. During inspiration, alveolar pressure is lower than the atmospheric pressure so air flows into the lung (inhalation). During expiration, opposite changes occur because the alveolar pressure is greater than the atmospheric pressure and so air flows out of the lung (exhalation). Therefore the original impetus of pulmonary ventilation is respiratory movement and the direct impetus is the pressure difference between alveolar pressure and atmospheric pressure. The intrapleural pressure (IP) is very important in the process of pulmonary ventilation. It means the pressure in the pleural space and is made of two factors: alveolar pressure (AP) acting on alveolar cell wall (namely visceral pleura) and recoil force (RF) of lung. They can be expressed as follows: IP=AP-RF. Hence, the intrapleural pressure is a slightly negative pressure（compared with atmosphere pressure）. The physiological significance of negative pressure in pleural space is that it is required to hold the lungs in expansion and to enhance both venous return and lymphatic return. During the process of pulmonary ventilation, only when the driving force overcomes the resistance, can ventilation take place. There are two kinds of resistance to pulmonary ventilation. One is the elastic resistance and another is the non-elastic resistance in pulmonary ventilation. The elastic resistance of pulmonary ventilation can be classified into two categories: alveolar surface tension and elastic recoil of the lung；alveolar surface tension is more important. The common index to reflect the elastic resistance of the lung is the compliance of lung, which is the inverse of elastic resistance. Type II alveolar epithelial cells synthesize and secrete pulmonary surfactant (PS). The physiological functions of PS are to reduce the alveolar surface tension thereby allowing lung expansion easily； to stabilize the different sized alveoli in lungs； to prevent alveolar collapse and the infiltration of fluid into the alveoli. The non-elastic resistance of pulmonary ventilation includes airway resistance, inertia resistance and tissue viscosity resistance. The airway resistance is a major element of non-elastic resistance. Many factors can lead to contraction of bronchial smooth muscle and the reduction of the bronchi radius. These changes can appear in asthma. How to evaluate the function of pulmonary ventilation, there are many indexes. Timed vital capacity，vital capacity and alveolar minute volume are good indexes for the function of pulmonary ventilation and the efficiency of pulmonary ventilation respectively. Some indexes can be used to differentiate obstructive and restrictive pulmonary ventilation dysfunction. The exchange of gases between the alveoli and blood in the capillary vessels is called pulmonary gas exchange. The diffusion constant is proportional to the difference in gas partial pressure, temperature, 13 solubility of the gas and alveoli area； whereas inversely proportional to the respiratory membrane thickness and the square root of the molecular weight. Ventilation-perfusion is another important factor affecting gas exchange. The gas exchange with tissues must be carried out through blood transportation in the body. There are two kinds of transport forms: physically dissolved and chemically combined gases. The physically dissolved form is an obligatory form for oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) into and out of the blood; whereas the chemically combined form is the major form of transportation for oxygen and carbon dioxide. O 2 is mainly transported in combination with haemoglobin and CO 2 is mainly transported as bicarbonate, both within the erythrocytes. Respiratory movements can be voluntary but are mostly generated as automatic rhythmical movements. Cooperation of respiratory centers in the medulla and pons provides reflex control of the normal breathing rhythm. Respiratory movement is mainly regulated by chemical stimuli. There are two types of chemoreceptor: peripheral chemoreceptors located in the carotid and aortic bodies and central chemoreceptors located near the ventral surface of the medulla. The peripheral chemoreceptors are sensitive to a decrease in arterial PO 2 or pH and an increase in PCO 2 or H + concentration. When the blood PCO 2 rises, CO 2 will also rapidly penetrate the blood-brain barrier and enter the cerebrospinal fluid. Subsequently CO 2 will promptly be hydrated to produce H 2 CO 3 , H + will dissociate from H 2 CO 3 . So the local H + will stimulate central chemoreceptors in the end. The control centre responds to both sets of chemoreceptors by sending signals to regulate the rate and depth of respiration to maintain the homeostasis of CO 2 , O 2 and H + . Mechanical stimuli are mainly those evoking the pulmonary stretch reflex (pulmonary stretch reflex includes inflation reflex and deflation reflex and it prevents over expansion and collapse of the lungs.