呼吸生理

第五章 呼吸生理

肺通气指气体经呼吸道出入于肺的过程。

实现肺通气的器官包括呼吸道、肺泡和胸廓等： 1. 呼吸道是气体进出肺泡的通道；

2. 肺泡是吸入气体与血液之间进行气体交换的场所； 3. 胸廓的节律性扩大和缩小则是实现肺通气的动力。 呼吸道的功能特征

1. 呼吸道的分级：

〖上呼吸道〗鼻、咽、喉；

〖下呼吸道〗气管、支气管及其在肺内的多级分支。

下呼吸道自呼吸性细支气管以下具有气体交换功能。肺泡囊是呼吸道分支的最后一级，每个肺泡囊由若干个肺泡组成。 2. 呼吸道的功能：

(1) 通气功能：呼吸道的主要功能。

(2) 通过调节呼吸道阻力影响进出肺的气体量和呼吸功。 (3) 加温和湿润作用： ① 主要在上呼吸道完成。

② 由于鼻、咽部粘膜血流丰富，并有粘液腺分泌粘液，故对吸入气有加温、加湿作用。此作用对肺组织具有保护意义。 (4) 防御作用 与下列特征有关： ① 鼻毛、鼻甲对异物有阻挡作用；

② 呼吸道分泌的粘液加上上皮细胞的纤毛运动，可将异物粘着并排出体外； ③ 存在巨噬细胞可吞噬异物； ④ 免疫球蛋白有抗感染作用；

⑤ 鼻粘膜受刺激引起的喷嚏反射，喉、气管、支气管粘膜受刺激引起的咳嗽反射，均有保护意义。

3. 临床上，气管切开患者由于缺乏对吸入气的加温、加湿和净化作用，故易导致肺部感染，应加强护理。 呼吸道口径的调节

呼吸道平滑肌的舒缩可影响口径的变化。 呼吸道平滑肌的活动受下列因素的调节： 1. 神经因素：

呼吸道的平滑肌受迷走神经和交感神经双重支配，具体途径如下：

(1) 迷走神经：迷走神经兴奋→末梢释放递质乙酰胆碱，与M型胆碱受体结合→平滑肌收缩→增加呼吸道阻力。

(2) 交感神经：交感神经兴奋→末梢释放递质去甲肾上腺素，与β2型肾上腺素受体结合→平滑肌舒张→减少呼吸道阻力。 正常时，交感神经作用较小。 2. 体液因素：

(1) 舒张支气管平滑肌：

肾上腺素、去甲肾上腺素和前列腺素E2等

(2) 收缩呼吸道平滑肌：

组胺、5-羟色胺、缓激肽、过敏性慢反应物质等，可引起呼吸道平滑肌强烈收缩 肺泡

1. 肺泡囊：(1) 肺泡囊是呼吸道分支的最后一级，每个肺泡囊由若干个肺泡组成； 2. 肺泡与肺泡隔：

(1) 肺泡：大小不一，数量甚多，总面积可达50m2～100m2。肺泡是吸入气体与血液之间进行气体交换的场所。

(2) 肺泡内壁：由单层上皮细胞构成，肺泡上皮细胞主要有两型： 〖Ⅰ型细胞〗扁平上皮细胞，构成肺泡的内表面层；

〖Ⅱ型细胞〗分泌上皮细胞，呈立方形，分散在I型细胞之间，具有分泌功能，可分泌肺泡表面活性物质。

(3) 肺泡隔：肺泡与肺泡间为肺泡隔，隔内有毛细血管网、弹力纤维及少量胶原纤维、网状纤维等，使肺泡具有一定的弹性。 3. 呼吸膜:

(1) 【呼吸膜】是肺泡与肺毛细血管血液间气体分子进行交换所通过的组织结构。 (2) 呼吸膜其平均厚度小于lμm，由毛细血管内皮细胞、毛细血管基膜、间质、肺 4. 肺泡表面张力与肺泡回缩力的【力学原理】。

根据Laplace定律，肺泡回缩力(P)与肺泡表面张力(T)成正比，而与肺泡的半径(r)成反比，即P=2T/r。

如下图所示，若T保持不变,则必将产生一系列问题： 〖肺不张〗〖小肺泡塌陷，大肺泡膨胀〗〖肺水肿〗

5. 肺泡表面活性物质

1. 一般性质：(1) 由肺泡Ⅱ型上皮细胞分泌，(2) 主要化学成分为二软脂酰卵磷脂(DPPC)(3) 可降低肺泡表面张力至原来的1/4～1/7。

2. 肺泡表面活性物质生理学意义：(1) 防止肺萎陷，减少吸气阻力 (2) 维持肺泡容积相对恒定 (3) 减少肺间质中组织液的生成，防止肺水肿发生

3. 肺泡表面活性物质缺乏的危害：(1) 急性呼吸窘迫综合症(ARDS) 成年人当肺组织缺血时，肺泡表面活性物质减少，肺泡回缩力增加，有可能出现肺不张、肺水肿，而引起呼吸困

难。(2) 某些早产儿由于缺乏肺泡表面活性物质而致肺不张、呼吸困难，临床称之为呼吸窘迫综合症。

肺通气的动力 气体进出肺取决于：① 推动气体流动的动力② 阻止其流动的阻力 1. 呼吸运动：它是肺通气的原动力：

呼吸肌收缩、舒张所造成的胸廓扩大和缩小，称为呼吸运动。 呼吸运动包括〖吸气〗和〖呼气〗两个过程 吸气：吸气肌收缩 胸廓扩大 肺随之扩张 肺内压下降，低于大气压时 空气进入肺 吸气（吸气肌：膈肌，肋间外肌 辅助吸气肌：胸锁乳突肌，斜角肌，前锯肌，背阔肌） 呼气：吸气肌舒张 胸廓缩小 肺随之缩小 肺内压升高，高于大气压时 肺内气体排出体外 呼气（呼气肌：肋间内肌，腹肌 2. 呼吸运动的分类：(1) 〖平静呼吸〗（安静状态下的呼吸）

频率为12次/分～18次/分。平静吸气是主动过程；平静呼气是被动过程。 平静呼吸有两种呼吸型式：

① 腹式呼吸：膈肌舒缩为主的呼吸运动型式； ② 胸式呼吸：肋间外肌舒缩为主的呼吸运动型式 正常情况下，人体多为〖混合式呼吸〗 (2) 〖用力呼吸〗

吸气和呼气动作均为主动过程。

吸气过程除膈肌和肋间外肌收缩外，辅助吸气肌也参与收缩活动。 呼气过程有肋间内肌、腹部肌肉参与收缩。 3. 肺内压：指肺泡内的压力。

(1) 【平静呼吸时】的肺内压改变；

平静呼吸时的肺内压改变 (左图:平静呼吸时肺内压、胸内压和呼吸气量的变化) 1.吸气初期，肺随胸廓扩大而扩大，肺内压低于大气压，在平静吸气时约低0.13kPa～0.27kPa，空气在此压差推动下进入肺泡，至吸气末期，肺内压与大气压达到相等。2.呼气初期，肺内

容积减小，肺内压高于大气压，在平静呼气时约高0.13kPa～0.7kPa，肺内气体流向外界，至呼气末期，肺内压又与大气压相等。

3.临床上，人工呼吸的原理就是用人工的方法造成肺泡与外界压力差的周期性变化，以维持肺的通气功能。

(2) 〖用力呼吸时〗肺内压的改变；用力吸气时，肺容积明显增大，肺内压显著下降可达-10.7kpa,促使大量气体吸入。。。。反之 5. 胸膜腔内压：

胸膜腔内压=肺内压(大气压)-肺回缩力

(1) 胸膜腔内压测定 〖平静呼气末〗胸膜腔内压约为-0.40kPa～-0.67kPa； 〖平静吸气末〗胸膜腔内压约为-0.67kPa～-1.33kPa； 〖紧闭声门，用力呼气〗胸膜腔内压可达+14.67kPa。 (2) 胸内负压的生理意义 〖维持肺泡和小气道扩张状态〗〖有助于静脉血和淋巴的回流〗 (3) 胸内负压的【成因】。1. 胸内负压是出生后形成的：(1) 当婴儿一出生第一次呼吸，气体进入肺后，肺被动扩张，具有回缩倾向的肺随之产生回缩力，使胸膜腔内开始产生负压。(2) 以后，在发育过程中，胸廓发育的速度大于肺发育的速度，肺被牵拉得更大，回缩力也更大，使胸内负压也随之增加。

2. 胸膜腔内压=肺内压(大气压)-肺回缩力(1) 在吸气或呼气之末，肺内压等于大气压，此压力通过肺作用于胸膜腔，似应使胸膜腔内压也等于大气压，(2) 但由于肺回缩力的方向与大气压作用的方向相反，因此抵消了一部分作用于胸膜腔的压力，使其低于大气压。 (3) 以大气压值为零，则胸膜腔内压为负肺回缩力。 由此可见，胸膜腔内压是由肺回缩力造成的。

实验证实，平静呼吸时，肺弹性回缩力约占回缩力的1／3，表面张力所造成的回缩力占2／3

肺通气的阻力

肺通气阻力包括弹性阻力和非弹性阻力。

(1) 弹性阻力(占平静呼吸时总阻力的70％)：弹性组织在外力作用下变形时，具有对抗变形和回位的力量，称为弹性阻力。① 肺弹性阻力：来自肺组织的弹性成分和肺泡内层液体的表面张力。② 胸廓弹性阻力：来自胸廓的弹性组织。 它的方向与胸廓扩大程度有关：

〖肺总容量小于67%时〗为吸气的动力； 〖肺总容量大于67%时〗为吸气的阻力。

(2) 顺应性：C=ΔV/ΔP (L/kPa) (式中C是顺应性，ΔV是容积变化，ΔP是压力变化) ① 顺应性指弹性物体在外力作用下的可扩张性，顺应性是弹性阻力的倒数。 〖肺顺应性〗指在一定跨肺压作用下肺容积变化。

〖胸廓顺应性〗指在单位跨壁压作用下胸腔容积的变化。

② 临床上，肺顺应性可因肺充血、肺不张、肺水肿等病变和肺泡表面活性物质减少而降低，患者肺扩张性降低。胸廓顺应性可因肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚等而降低。 (3) 非弹性阻力：0.lkPa／L·s～0.3kPa／L·s (正常人平静呼吸时的总呼吸道阻力) 〖呼吸道阻力〗占80％～90％，主要发生在直径2mm细支气管以上的部位。 〖惯性阻力和粘滞阻力〗可忽略不计。 2. 呼吸功=单位时间内压力变化 × 容积的变化 (J)

(1) 呼吸功指呼吸肌在呼吸运动中克服弹性阻力和非弹性阻力实现肺通气所做的功。 (2) 平静呼吸时呼吸功为2.94J～5.88J，占全身耗能总量的3％。

(3) 在神经系统调节下，机体倾向于以最小的呼吸功完成最佳的通气效率。

肺容量

肺容量指肺容纳的气量。在呼吸运动中，肺容量随出入肺的气体量而变化。 用肺量计可测知其肺容量的组成【如图】。

1. 潮气量：每次呼吸时吸入或呼出的气量，似潮汐涨落，故名潮气量。 (1) 平静呼吸时，约为0.4L～0.6L；

(2) 与年龄、性别、运动量及情绪等因素有关。运动时，潮气量将增大。 2. 补吸气量和深吸气量：

(1) 平静吸气末，再尽力吸入的气量称为补吸气量。正常成年人约1.5L～2.0L； (2) 深吸气量=补吸气量+潮气量。

3. 补呼气量：平静呼气末，再尽力呼出的气量称为补呼气量。正常成年人约0.9L～1.2L。 4. 残气量和功能残气量：

(1) 残气量指最大呼气末存留于肺内的气量。正常成年男性约为1.5L，女性约为1.0L； (2) 功能残气量指平静呼气末肺内存留的气量，代表了吸气肌处于松弛状态时的肺容量。肺弹性降低、呼吸道狭窄致通气阻力增大等都可使功能残气量增加。 (3) 功能残气量=补呼气量+残气量。 5. 肺活量和时间肺活量：

(1) 肺活量：指在最大吸气后，用力呼气所能呼出的气量。正常成年男性平均约为3.5L，女性约为2.5L；

(2) 时间肺活量：指在最大吸气后，以最快速度呼气，分别记录第1、2、3s末所呼气体量占肺活量的百分数。正常成年人第 l、2、3s末分别为83％、96％、99％。

时间肺活量是一项动态指标，不仅反映一次呼吸的最大通气量，而且反映呼吸所遇阻力的变化，是评价肺通气功能的较好指标【如图】。 6. 肺总量：

(1) 肺总量指肺所能容纳的最大气量。 正常成年男性平均约5.0L，女性约3.5L。 (2) 肺总量=肺活量+残气量。

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