第五章　呼　吸 (Respiration)• 概述 (Introduction)

• 第一节　肺通气 (Pulmonary Ventilation)

• 第二节　呼吸气体的交换(Respiratory Gases Exchange)

• 第三节　气体在血液中的运输(Gas Transport in the Blood)

• 第四节　呼吸运动的调节(Respiratory Regulation

第一节　肺通气（ pulmonary ventilation ）

肺通气的器官包括呼吸道、肺泡和胸廓等– 呼吸道：具有加温湿润、过滤清洁等保护功能– 肺泡：气体与血液气体进行交换的场所– 胸廓：呼吸肌的运动是肺通气的动力

（一）肺通气原理（直接动力取决于肺内压与大气压之间压力变

化）1. 肺通气的动力（原动力）

– 呼吸运动（胸廓运动）• 吸气肌（隔肌、肋间外肌）• 呼气肌（肋间内肌、腹肌及辅助肌）

– 呼吸方式、特点及过程• 平静呼吸（ eupnea)

–（吸气主动；呼气被动）• 用力呼吸（ forced breathing ）

–（吸气主动；呼气主动）– 呼吸类型

• 腹式呼吸（ abdominal breathing ）• 胸式呼吸（ thoracic breathing ）

平静呼吸基本过程：

吸气肌收缩

肺容积增大

胸廓容积增大

肺内压下降

外界气体流入

吸气肌

舒张

胸廓容积缩小

肺容积缩小

肺内压上升

肺内气体流出

用力呼吸基本过程：

吸气肌收缩加强

肺容积明显增大

胸廓容积明显增大

肺内压明显下降

外界气体流入增加

呼气肌主动收缩

胸廓容积

进一步缩小

肺容积

进一步缩小

肺内压明显上升

肺内气体流出加大

– 呼吸运动（胸廓运动）• 吸气肌（隔肌、肋间外肌）• 呼气肌（肋间内肌、腹肌及辅助肌）

– 呼吸方式、特点及过程• 平静呼吸（ eupnea)

–（吸气主动；呼气被动）• 用力呼吸（ forced breathing ）

–（吸气主动；呼气主动）– 呼吸类型及临床意义

• 腹式呼吸（ abdominal breathing ）• 胸式呼吸（ thoracic breathing ）

2. 肺内压在呼吸过程中周期性变化– 平静吸气开始（肺内压低于大气压 1-2m

mHg ，外界气体进入肺内），当外界气体进入肺泡内达平衡时，吸气终止，即吸气末 = 大气压）；呼气则相反。因此，气体进出肺泡的动力来自肺泡与大气压之间的压力差。

– 图示–人工呼吸的原理：

• 口对口；• 节律性举臂压背或挤压胸廓

2. 肺内压在呼吸过程中周期性变化– 平静吸气开始（肺内压低于大气压 1-2mm

Hg ，外界气体进入肺内），当外界气体进入肺泡内达平衡时，吸气终止，即吸气末 = 大气压）；呼气则相反。因此，气体进出肺泡的动力来自肺泡与大气压之间的压力差。

– 图示– 人工呼吸（ artificial respiration ）的原理：

• 口对口；• 节律性举臂压背或挤压胸廓

平静呼吸基本过程：

吸气肌收缩

肺容积增大

胸廓容积增大

肺内压下降

外界气体流入

吸气肌

舒张

胸廓容积缩小

肺容积缩小

肺内压上升

肺内气体流出

3. 胸膜腔和胸膜腔内压– 胸膜腔结构（密闭潜在的腔隙，内有少

量浆液）– 胸膜腔内压（ intrapleural pressure ）

• 测量方法：直接法 ；间接法• 通常胸膜腔内压为负压

– 平静吸气末（ -1.33 ~ -0.665kPa,-10~-5mmHg ） – 平静呼气末（ -0.665 ~ -0.399kPa,-5~-3mmHg ）

• 形成原因：作用于胸膜腔存在两种力（肺内压，使肺泡扩张；肺的回缩力，使肺泡缩小）

–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，若以大气压 =0 ，则：

胸膜腔内压 = - 肺回缩力– 胸膜腔内压意义 :

1. 牵引肺扩张 2. 促进腔静脉和胸导管内静脉与淋巴液的回流

– 气胸 (pneumothorax) 临床意义– 小结，呼吸过程中肺内压与胸内压的变

化规律（图示）

（二）肺通气的阻力 包括弹性阻力（肺与胸廓的弹性阻力，占 7

0% ）和非弹性阻力（主要是气道阻力，占30% ）

弹性阻力与顺应性 (compliace) 的概念及关系 C=1/R= （ V / P ） L/cmH2O

1. 肺的弹性阻力和顺应性： 肺顺应性（ CL ） 肺容积的变化（ V ） 跨肺压的变化（ P ） 跨肺压 = 肺内压 - 胸膜腔内压

L/cmH2O=

• 肺静态顺应性曲线 （图示）及意义• 比顺应性（ specific compliance ）概念

–受肺总量的影响– = 测得的肺顺应性（ L/ cmH2O ） / 肺总

量（ L ）• 肺弹性阻力的来源（肺组织的弹性回缩

力，占 1/3 ；表面张力，占 2/3 ）• Laplace 定律， P=2T/r

• 肺泡表面活性物质作用及临床意义– 有助于维持肺泡的稳定性– 减少肺间质和肺泡内组织液生成，防止肺水肿

• 肺静态顺应性曲线 （图示）及意义• 比顺应性（ specific compliance ）概念

–受肺总量的影响（肺总量大，其顺应性亦大）

– = 测得的肺顺应性（ L/ cmH2O ） / 肺总量（ L ）

• 肺弹性阻力的来源（肺组织的弹性回缩力，占 1/3 ；表面张力，占 2/3 ）

• Laplace 定律， P=2T/r

• 肺泡表面活性物质作用及临床意义– 有助于维持肺泡的稳定性– 减少肺间质和肺泡内组织液生成，防止肺水肿

– 降低吸气阻力，减少吸气作功 临床意义：• 胸廓的弹性阻力和顺应性

– 自然位置（相当于肺总量的 67% ，胸廓不表现为弹性回缩力）

– 小于自然位置（胸廓回缩力表现为向外，有利于吸气，不利于呼气）

– 大于自然位置（胸廓回缩力表现为向内，有利于呼气，不利于吸气）

– 胸廓的顺应性（ Cchw ） = 胸腔容积的变化（ V ） / 跨胸壁压的变化 （ P ）（ L/cmH2O ）

2 、非弹性阻力主要来自：– 气道阻力（ airway resistance ）；位于鼻、声

门、气管及支气管等部位，仅 10% 发生于口径 <2mm 的细支气管。正常平静呼吸总气道阻力为 1-3cmH2O/L/s) 。

– 影响因素及临床意义• 受气流速度、形式（层流和湍流）和管径大

小（ 1/r4 ）的影响；其中气道管径又受：–跨壁压（管内压 - 管外压）–肺实质对气道壁的外向放射状牵引（多种纤维牵引使没有软骨支持细支气管畅通）

–神经调节（交感神经兴奋使之平滑肌舒张；副交感神经兴奋使之平滑肌收缩；以及其它共存的递质的调制）

–体液因素调节»使支气管平滑肌收缩的因素（前列腺

素 F2 、组胺、白三烯、内皮素以及等吸入气中 CO2 增加反射引起等）

»使支气管平滑肌舒张的因素（儿茶酚胺、前列腺素 E2 等）

• 呼吸功：呼吸过程中 ，呼吸肌克服阻力（弹性阻力和非弹性阻力）实现肺通气所作的功。平静呼吸为 0.3~0.6kg·m/分钟；运动时可增至 10kg·m/分钟；占总耗能的 3% 。

二 . 肺容积和肺容量（图示）潮气量 tidal volume 500ml

补吸气量（吸气储备量） 1500-2000ml

补呼气量（呼气储备量） 900-1200ml

残气量 residual volume 1000-1500ml

• 深吸气量 (inspiratory capacity)

–潮气量 +补吸气量• 功能残气量 (functional residual capacity)

–补呼气量 +残气量– 其意义：缓冲肺泡内 PO2 和 PCO2 的过度变化，

以利于气体交换。

• 肺活量（ vital capacity ）：• 用力肺活量（ forced vital capacity ）• 用力呼气量（ forced expiratory volume ）

– 三者间的区别、正常值及应用意义（图示）• 肺总量 total lung capacity

– 成人 女： 3500 ml 男： 5000ml

三、肺通气量–每分通气量 minute ventilation volume

=潮气量呼吸频率 /分（测定条件及应用单位）

– 最大（随意）通气量（ maximal voluntary ventilation ）

– 通气贮量百分比（正常值 93% ）

–无效腔

– 肺泡通气量 = （潮气量 --无效腔气量） 呼吸频率 为什么浅而快的呼吸对肺换气不利？

最大通气量

最大通气量 --每分平静通气量= 100%

生理无效腔解剖无效腔肺泡无效腔

=或接近正常人

生理无效腔

第二节　肺换气和组织换气一．气体交换的原理

– 气体的扩散（取决于分压差）– 气体扩散速率（单位时间时间内气体扩散的容积），它受以下因素影响：•分压差；分子量和溶解度（扩散系数）；扩散面积和距离；温度等

扩散系数 CO2 > O2 20 倍– 呼吸气体和人体不同部位的气体的分压

• 呼吸气和肺泡的成分和分压（图表）• 血液气体和组织气体的分压（张力）图表

二．肺换气（静脉血变为动脉血）– 交换过程（图示）

• 0.3 秒达平衡；血液流经 1/3毛细血管长度可基本完成。（图示）

– 影响因素：• 与呼吸膜厚度呈反比（膜结构图示）• 与扩散面积呈正比（总扩散面积达 70m2;安静

为 40m2 ）• 通气 / 血流比值： =0.84 ； > 0.84( 意味着肺泡无效腔增大）； < 0.84( 意味着动静脉短路）

– 比值异常易造成血液缺O2 和 CO2潴留发生，尤其缺O2更明显，其原因： 1 、 2 、 3

• 通气 / 血流比值分布并不均匀– 肺扩散容量 （ pulmonary diffusion capacity)

• 静息正常值平均为 20ml/min0.133kPa

• DL=V/ （ PA-PC ）• 是衡量呼吸气体通过膜的能力的一种指标

• 三．组织换气 （动脉血变成静脉血）

第三节 气体在血液中的运输一、Ｏ 2 和ＣＯ 2 在血液中存在的形式

– 物理溶解：量虽少，但是进行化学结合必需的中间步骤。

– 化学结合：运输的主要形式，量多，效率高

– 体内血液Ｏ２和ＣＯ２的含量（见表）

• 表 5-4 血液 O2 和 CO2 的含量 (ml/100ml)

物理溶解 动脉血化学结合 合计O2 0.31 20.0 20.31

CO2 2.53 46.4 48.93

物理溶解 静脉血化学结合 合计O2 0.11 15.20 15.31

CO2 2.91 50.0 52.91

二、氧的运输（物理溶解占 1.5% ；化学结合占 98.5%)

– Hb 与 O2 结合特征1 、（反应快、可逆、不需酶催化、受 PO2

的影响）2 、 Fe 2+ 与 O2 结合呈氧合反应 (oxygenation)

3 、 Hb氧饱和度（ oxygen saturation ） = Hb氧含量（ oxygen content ） / Hb氧 容量（ oxygen capacity ）的百分比 发绀（ cyanosis ）

– 4 、“ S” 形解离或结合曲线• 氧离曲线 (oxygen dissociation curve)

–含义及特点（图示）• 上段 （ >60mmHg ；曲线平坦，提示氧分压

变化对氧饱和度影响不大，具有缓冲能力）• 中段（ 40~60mmHg ，相当于体内静脉血的

PO2环境；曲线较陡，提示氧分压变化对氧饱和度影响较大，以满足组织供养需要。 O2

的利用系数的概念）• 下段（ 15~40mmHg ；曲线更陡，提示氧分

压进一步下降时， Hb释放 O2 的能力进一步增强； O2 的利用系数可提高安静时的 3倍）

• 影响氧解离曲线的因素– P50 的概念（正常为 26.5mmHg ； P50 增大，提

示 Hb 与 O2 的亲和力下降，曲线右移，反之则相反）图示

– pH 和 PCO2 的影响（波尔效应机制及意义）– 温度– 2 ， 3-DPG （ 2,3-diphosphoglycerate ）– 其它因素

• Hb 自身性质（氧化时、胎儿 Hb 及异常 Hb ）• CO 与 Hb 的结合的危害性

三．二氧化碳的运输• 运输形式（物理溶解占 5% ；化学结合占 95

% ，其中以碳酸氢钠形式占 88% ，而氨基甲酸血红蛋白形式占 7% ）– 化学结合机制

•碳酸氢钠形式（图示）•氨基甲酸血红蛋白形式 (carbaminohemoglo

bin)

HbNH2O2+H2+CO2 bNHCOOH+O2

调节这一反应的主要因素是氧合作用

在组织

在肺

• 二氧化碳解离曲线（ carbon dioxide dissociation curve ）– 接近线性关系（图示）

• 氧与Ｈ b 结合对二氧化碳运输的影响–何尔登效应（ Haldane effect ）– O2 和 CO2 的运输不是孤立进行的，而是

相互影响的。 CO2 通过波尔效应影响 O2

的结合和释放； O2又通过何尔登效应影响 CO2 的结合和释放。

第四节 呼吸运动的调节一．呼吸中枢与呼吸节律的形成

–呼吸中枢（对产生呼吸节律的影响）图示•脊髓• 低位脑干（呼吸节律产生部位）

–延髓（背侧呼吸组；腹侧呼吸组）–脑桥上部

•高位脑–呼吸节律形成的假说（图示）

二．呼吸的反射性调节• 肺牵张反射（肺扩张反射、肺萎陷反射）• 化学感受性呼吸反射

– 化学感受器• 外周化学感受器：图示• 中枢化学感受器：图示

– CO2 、 H+ 和 O2 对呼吸的调节• PCO2 （生理刺激、范围、作用途径及意

义）• [H+ ] （作用途径及特点）• PO2 （作用途径及特点）

CO2+H2O

H2CO3

HCO3- H+

外周化学感受器

中枢化学

感受器

延髓呼吸中枢

反射性引起呼吸运动加强

CO2

血液中

CO2

[H+]PO2

等因素对呼吸运动的调节

H+

CO2

H+

O2

窦神经与迷走神经传入

PCO2 ：（一定范围内增加），通过中枢感受器和外周感受器两条途径反射引起呼吸运动加强，肺通气量增加，有助于体内排除过多的 CO2 。

[H+] ：通过中枢化学感受器和外周感受器两条途径反射引起呼吸运动加强，其中中枢途径作用受限制，主要则靠外周途径为主。

PO2 ：只能通过外周化学感受器途径发生作用。低氧对中枢起抑制作用。

– PCO2 、 H+ 、 PO2 在影响呼吸中的相互作用（图示）

• 呼吸肌本体感受性反射• 防御性呼吸反射等三、周期性变化

– 周期性呼吸（ periodic breathing ）•陈 -施式呼吸（ Cheyne-Stokes breathing ）• 比奥呼吸（ Biot breathing ）

四、运动时呼吸的变化及调节