概述
- 呼吸的定义：气体与外界环境之间的气体交换过程
呼吸全过程
肺与外界环境之间进行气体交换的过程，即气体经呼吸道进入肺泡的过程
肺通气原理
肺通气的动力（呼吸运动，肺内压与大气压之间的压力差）>肺通气的阻力（弹性阻力和非弹性阻力）—肺通气
肺通气的动力
直接动力：肺泡气和外界大气的压力差，直接推动气体进出肺
- 原动力：呼吸运动
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，包括吸气运动和呼气运动。
- 参与呼吸运动的呼吸肌：
- 吸气肌：膈肌、肋间外肌
- 辅助吸气肌：斜角肌、胸锁乳突肌
- 呼气肌：肋间内肌、腹肌
- 平静呼吸
- 吸气-主动过程
- 膈肌—增大胸腔的上下径
- 肋间外肌—增大胸腔的左右径和前后径
- →胸廓和肺容积↑ →肺内压↓＜大气压→气体进入肺
- 呼气-被动过程
- 膈肌和肋间外肌的舒张引起的
- →肺依靠回缩力而回位→肺容积↓→肺内压↑＞大气压→气体被呼出
- 吸气-主动过程
- 用力呼吸
- 腹式呼吸-膈肌收缩为主
- 胸式呼吸-肋间外肌收缩和舒张为主
呼吸功
胸膜腔内压
- 指胸膜腔内的压力，静息时通常比大气压低，又称为胸膜腔负压。
胸膜腔的压力不一定总是负值，在吸气后封口做呼气动作可以使得胸膜腔内压到0甚至为正值
形成
- 胸廓的发育速度较肺快：
- 胸膜腔内压 = 肺内压 - 肺回缩力
吸气末或呼气末：肺内压 = 大气压
胸膜腔内压 =大气压-肺回缩力=-肺回缩力
跨肺压
胸膜腔的负压
- 胸膜腔负压的大小主要由肺的弹性回缩力决定
-
生理意义
牵张肺，维持肺的扩张状态，使其不致因肺的回缩力而萎陷
扩张心房、腔静脉、胸导管，降低其压力，促进静脉血、淋巴液回流
气胸
由外伤或疾病等原因导致胸壁或肺破裂，胸膜腔与大气相通，空气自外界或肺泡进入负压的胸膜腔内而形成。
-
肺通气的阻力
弹性阻力：肺、胸廓
-
弹性阻力和顺应性
顺应性 compliance ——单位跨壁压力变化引起肺或胸廓容积的变化.
- C= △Ｖ／△Ｐ(L/cmH2O)
弹性阻力与顺应性关系:容易扩张,顺应性大,弹性阻力小 C=１／Ｒ
左图为肺顺应性曲线，右图为V-P曲线
- 肺的弹性阻力
（吸气的阻力、呼气的动力）
- 1/3-肺组织本身的弹性回缩力来自弹性纤维和胶原纤维等
- 2/3-肺泡气-液界面的表面张力
- 肺泡内衬液和肺泡气之间存在液-气界面→表面张力
- 指向中心，倾向使肺泡缩小
- 若将肺泡内充满生理盐水，没有液-气界面表面张力→肺弹性阻力↓
Laplace方程
肺表面活性物质
- 成分
- 二棕榈酰卵磷脂 DPPC-双嗜性分子，密度随肺泡的张缩而改变
- 表面活性物质结合蛋白 SP
- 合成、分泌：肺泡Ⅱ型上皮细胞
- 作用：降低肺泡液-气界面的表面张力而使肺泡的回缩力↓
生理意义：
肺的弹性阻力是吸气的阻力、呼气的动力
- 1/3-肺组织本身的弹性回缩力
- 肺组织纤维化→弹性阻力↑ →吸气困难
- 肺弹性成分被破坏→弹性阻力↓ →呼气困难
- 2/3-肺泡气-液界面的表面张力
- 表面活性物质↓→弹性阻力↑ →吸气困难
新生儿呼吸窘迫综合征（NRDS） 成人呼吸窘迫综合征（ARDS）
- 表面活性物质↓→弹性阻力↑ →吸气困难
- 1/3-肺组织本身的弹性回缩力
来源于胸廓的弹性成分
- 既可能是吸气或呼气的阻力，也可能是吸气或呼气的动力
- 胸廓处于自然容积位置 — 肺容量≈肺总量的67%（平静吸气末）：弹性阻力为0
- 胸廓缩小 — 肺容量＜肺总量的67%（平静呼气或深呼气）：弹性阻力向外，是吸气的动力，呼气的阻力
- 胸廓扩大— 肺容量＞肺总量的67%（深吸气）：弹性阻力向内，是吸气的阻力，呼气的动力
- 既可能是吸气或呼气的阻力，也可能是吸气或呼气的动力
非弹性阻力的影响
- 惯性阻力
- 粘滞阻力
- 气道阻力（主要）
- 气流速度
- 气流形式（层流或湍流）
- 气道管径大小（直径四次方反比）
气道口径的影响因素
- 跨壁压
- 肺对气管的牵引作用
- 自主神经系统的影响
- 胆碱能作用：迷走N—ACh→M3受体→口径↓
- 肾上腺素能作用 ：E→ß2受体→口径↑
- 化学因素的影响：如：儿茶酚胺可使气道平滑肌舒张, PGF2α可使气道平滑肌收缩
肺容积与肺容量
肺容积（互补重叠）
- 潮气量(tidal volume,TV):400~600ml，每次呼吸时吸入或呼气的气体量
- 补吸气量(inspiratory reserve volume, IRV):1500~2000ml ，平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气体量，反应吸气的贮备量
- 补呼气量(expiratory reserve volume, ERV):900~1200ml，平静呼气末，再尽力呼气所能呼气的气体量，反应呼气的贮备量
余气量(residual volume,RV):1000~1500ml，最大呼气末尚存留于肺内不再呼气的气体量
肺容量
深吸气量（inspiratory capacity, IC) = TV+IR 平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气体量-衡量最大通气潜力的指标
- 功能余气量 (functional residual capacity, FRC) = RV+ERV ，2500ml
- 平静呼气末尚存留于肺内的气体量
- 缓冲呼吸过程中肺泡气氧和二氧化碳分压的变化幅度
- 肺活量 (VC, vital capacity) = IRV+TV+ERV
- 尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气体量。反映肺一次通气的最大能力。
- 男性-3500ml，女性-2500ml
- 用力肺活量 (FVC) ：尽力吸气后尽力、尽快呼气所呼出的最大气体量
- 用力呼气量（FEV，时间肺活量）：第1、2、3 s末（ FEV1、 FEV2、 FEV3 ）呼出的气体量占用力肺活量的百分数。 80% , 96% , 99%。在临床鉴别限制性肺疾病和阻塞性肺疾病有重要意义。
- 肺总量 (TLC, total lung capacity) =IRV+TV+ERV+RV：肺所能容纳的最大气体量 具有个体差异：男性-5000ml，女性-3500ml
肺通气量和肺泡通气量
- 肺通气量（pulmonary ventilation）
- 每分钟吸入或呼出的气体总量。
- 肺通气量=潮气量*呼吸频率 （6~9 L）
- 肺泡通气量（alveolar ventilation）
The space in the respiratory passages where no gas exchange takes place is called the dead space .
每分钟吸入肺泡的新鲜空气量或能与血液进行气体交换的有效通气量
肺泡通气量= (潮气量 － 无效腔气量) * 呼吸频率
| 呼吸频率(次/min) | 潮气量(ml) | 肺通气量(ml/min) | 肺泡通气量(ml/min) |
|---|---|---|---|
| 16 | 500 | 8000 | 5600 |
| 8 | 1000 | 8000 | 6800 |
| 32 | 250 | 8000 | 3200 |
- 解剖无效腔 + 肺泡无效腔 = 生理无效腔
- 解剖无效腔：鼻~呼吸性细支气管不参与气体交换的气体量, 约150ml。
- 肺泡无效腔：肺泡内未参与气体交换的气体量.
肺换气、组织换气
- 肺换气和组织换气是以扩散方式进行的
气体交换的基本原理-气体扩散
气体扩散的影响因素
- 分压差(partial pressure)
- 扩散系数（diffusion coeffcient）： S/√MW
- 扩散面积和距离
- 温度
呼吸气体和人体不同部位气体的分压
海平面空气，肺泡气，血液和组织内O2和CO2的分压（mmHg）
肺换气
肺换气过程
- 静脉血PO2 < 肺泡气PO2-O2 ： alveolus →Capillary
（40 mmHg) (104 mmHg)
- 静脉血PCO2 >肺泡气PCO2-CO2：Capillary→ alveolus
影响肺换气的因素
- 影响气体扩散的所有因素都能影响肺换气
- 呼吸膜的厚度(thickness) 厚度增加（肺纤维化、肺水肿），气体交换减小
- 呼吸膜的面积(surface area) 面积减小（肺不张、肺实变、肺气肿、肺叶切除），气体交换减小
通气-血流比值(ventilation/perfusion ratio)
呼吸膜
呼吸膜的结构
液体分子层
- 肺泡上皮细胞
- 上皮基底膜
- 间隙
- Cap.基膜
- Cap.内皮细胞
通气血流比值
- 定义：每分钟肺泡通气量和每分钟肺血流量的比值
- 正常值——0.84
- 意义
- =0.84——实现肺内适宜的气体交换
0.84——肺泡无效腔增大
<0.84——功能性动静脉短路
为什么气体交换障碍, 表现为缺氧和CO2潴留, 以前者为主？
- 动静脉血液间PO2远大于PCO2 ，所以动静脉短路对前者影响大。
- CO2的扩散系数是O2的20倍。
- 缺O2和CO2潴留可刺激呼吸中枢增加肺通气量, 有助于CO2的排出，却几乎无助于O2的摄取（PCO2↑,PH↓ →Hb对O2的亲和力↓）。
组织换气
- 动力：扩散（高浓度->低浓度）
- 表现
- 血液中PO2>组织中的PO2
- 血液中的PCO2<组织中的PCO2
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