肺換氣和氣體運輸課件

1、第二節(jié) 氣體的交換氣體的交換: (一)動力: (二)過程：三影響肺換氣的因素：第1頁，共48頁。一、 氣體交換的原理 Physical Principles of Gas Exchange :Diffusion of Oxygen and Carbon Dioxide （一） 氣體的擴散 概念：氣體分子不停地進(jìn)行著無定向的運動，其結(jié)果是氣體分子從分壓高處向分壓低處發(fā)生凈移動，這一過程稱為氣體擴散 氣體擴散的動力是氣體的分壓差 第2頁，共48頁。氣體交換肺部:肺泡氣中O2的分壓大于 肺毛細(xì)血管O2 的分壓, O2 進(jìn)入血管. 肺泡氣中CO2 的分壓小于 肺毛細(xì)血管CO2 的分壓, CO2進(jìn)入肺泡

2、. 組織:組織中O2的分壓小于毛細(xì) 血管O2 的分壓, O2進(jìn)入組織. 組織中CO2 的分壓大于毛細(xì) 血管CO2 的分壓, CO2進(jìn)入 血管. 第3頁，共48頁。第4頁，共48頁。(二) 擴散速率（diffusion rate，D）: 單位時間內(nèi)氣體擴散的容積 D P. A .S. Td. MW .第5頁，共48頁。1. 氣體的分壓差 氣體分壓（ partial pressure ，P）：在混合氣體的總壓力中，某種氣體所占有的壓力，稱為該氣體的分壓 氣體分壓 = 總壓力 該氣體的容積百分比. PO2 = 760 mmHg 20.1 % = 159.6 mmHg PCO2 = 760 mmHg

3、0.04 % = 0.3 mmHg第6頁，共48頁。 氣體的張力 ：溶解在液體中的氣體分子從液體中逸出的力，稱為液體中該氣體的張力，張力就是液體中該氣體的分壓。: Pressure =Concentration of dissolved gasSolubility coefficient第7頁，共48頁。2. 氣體分子量與溶解度(S) A. 氣體的溶解度 The solubility coefficient ：單位分壓差下溶解于單位容積的溶液中的氣體量 The solubility is the volume of the gas in100ml water at one atmosphere

4、 pressure of the gas at 38(centigrade ) 在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，38時，每100 ml 血漿中溶解的氣體的 ml 數(shù)： O2的溶解度：21.1ml / L CO2的溶解度：515.0 ml / L CO2的溶解度是O2的溶解度的24倍 Solubility coefficient of different gases O2 : 0.024 CO2: 0.57第8頁，共48頁。 B. 氣體的分子量越大，擴散速率越慢 氣體的擴散系數(shù) Diffusion coefficient: S/MW is called diffusion coefficient of ga

5、s = S / (MW)1/2 CO2 的擴散系數(shù)是 O2的 20 倍 氣體的分子量和溶解度是氣體分子本身的性質(zhì)第9頁，共48頁。 3. 擴散面積和距離（A、d） the Respiratory Membrane第10頁，共48頁。第11頁，共48頁。4. 溫度（T） 影響氣體擴散速率的因素： DP*S*T*A / d*( MW ) 1 / 2 D： 擴散速率 P ：I擴散界面兩側(cè)的某種氣體分壓差 A ：擴散面積 S：某氣體的溶解度 MW: 氣體的分子量 ：氣體的粘滯度 d ：氣體的擴散距離 CO2 的溶解度是 O2的 24 倍 CO2 的擴散系數(shù)是 O2的 20 倍 肺換氣中, CO2 的擴

6、散速率是 O2的 2 倍第12頁，共48頁。二、肺換氣(一) 肺換氣過程： PO2和PCO2分壓差決定擴散方向、動力 肺泡氣 ： PO2 102 mmHg PCO2 40 mmHg 肺毛細(xì)血管靜脈端 PO2為 40 mmHg PCO2為 46 mmHg 在肺，靜脈血變?yōu)閯用}血 PO2 100 mmHg PCO2 40 mmHg 第13頁，共48頁。 通常在血液流經(jīng)肺毛細(xì)血管全長的1/3時，已完成肺換氣過程第14頁，共48頁。第15頁，共48頁。(二) 影響肺部氣體交換的因素 Factors that Affect the Rate of Gas Diffusion Through the Re

7、spiratory Membrane 1. 氣體的分壓差 第16頁，共48頁。2. 呼吸膜的厚度 呼吸膜厚度：通常六層不足1m The thickness of the membrane (edema fluid ,fibrosis of the lungs causes the increase in t hickness ) 3. 呼吸膜的面積 3億個肺泡，40 70 肺毛細(xì)血管豐富，血流慢、壓強低、血管直徑小 （8 m），肺毛細(xì)血管總血量僅60 140ml 肺水腫、肺纖維化時厚度增加，肺炎、肺氣腫、 肺不張時面積減小，都使肺換氣功能減弱 運動時，肺血流速度加快 The surface a

8、rea of the respiratory membrane (removal of an entire lung ,emphysema) 第17頁，共48頁。第18頁，共48頁。4. 通氣/血流比值 Ventilation /perfusion ratio (Va/Q) ：（Va / Q = 4.2 / 5 = 0.84） 通氣/血流比值（ventilation / perfusion ratio）： 每分肺泡通氣量和肺血流量之間的比值 Va/Q is the ratio of minute alveolar ventilation and minute pulmonary perfusi

9、on. 正常情況下 Va / Q = 4.2 / 5 = 0.84 第19頁，共48頁。 Va / Q 比值在0.84 時氣體交換的效率最高 Va/Q比值大于0.84: 血泵功能下降時，Va / Q 比值 大于 0.84 : 相當(dāng)于增大了肺泡無效腔 “Physiologic dead space” increases when Va/Q is greater than normal ( 0.84 ). 氣泵功能下降時，Va / Q 比值小于 0.84 : 相當(dāng)于發(fā)生了機能性 A - V短路 “physiologic shunt ” when Va/Q is below normal ( 0.8

10、4 )第20頁，共48頁。 肺毛細(xì)血管動脈端肺泡肺泡肺毛細(xì)血管靜脈端Va/Q第21頁，共48頁。Va/Q肺毛細(xì)血管動脈端肺泡肺泡肺毛細(xì)血管靜脈端第22頁，共48頁。第23頁，共48頁。 三 、 組織換氣組織細(xì)胞內(nèi) PO2可低于 30 15 mmHg PCO2可高達(dá) 50 mmHg毛細(xì)血管動脈端 PO2為 97100 mmHg PCO2為 40 mmHg動脈血變?yōu)殪o脈血 第24頁，共48頁。影響組織換氣 的因素 組織換氣時，組織和組織毛細(xì)血管動脈端的氧和二氧化碳的分壓差隨細(xì)胞內(nèi)氧化代謝的強度和血流量而異 血流量不變時，代謝強則組織 PO2低，PCO2高 ，分壓差大。 代謝強度不變時，血流量大則細(xì)

11、胞外 PO2高，PCO2低，分壓差大。第25頁，共48頁。第三節(jié) 氣體在血液中的運輸Transport of O2 and CO2 in the Blood第26頁，共48頁。一、 O2和CO2在血液中存在的形式 形式： 物理溶解 化學(xué)結(jié)合 （ 分壓） （張力） 血液肺泡O2 溶解狀 化學(xué)結(jié)合狀組織O2組織CO2 溶解狀 化學(xué)結(jié)合狀肺泡CO2 第27頁，共48頁。實際上： 動脈血O2 含量約為 20 ml / 100 ml而不是0.31 故O2 總運輸量中 物理溶解形式占 1.5 %， 化學(xué)結(jié)合形式占 98.5 % About 98.5 percent of O2 is transported

12、 in the form of chemical combination with Hb in the red blood cells, About 1.5% of O2 is transported in the dissolved state in the water of the plasma and the cells 第28頁，共48頁。靜脈血CO2含量約為 53 ml / 100 ml而不是2.91 故CO2 總運輸量中 物理溶解形式占 5.8% 化學(xué)結(jié)合形式占 94.2% only 5.8 percent of all CO2 is transported in dissolve

13、d state . About 94.2 percent of CO2 is transported in the form of chemical combination 血液中的氣體絕大多數(shù)是以化學(xué)結(jié)合的形式存在和運輸?shù)?第29頁，共48頁。 雖然溶解形式的O2 、 CO2很少，對氣體運輸意義不大，但對氣體交換至關(guān)重要，因為: 肺和組織進(jìn)行氣體交換時，進(jìn)入血液的O2 、 CO2都是先溶解提高分壓形成化學(xué)結(jié)合的方式 ; O2 、 CO2從血液釋放時，也是溶解的先溢出（或擴散）分壓下降化學(xué)結(jié)合形式的氣體再解離為溶解形式的氣體第30頁，共48頁。二、 氧的運輸 物理溶解方式 1.5 % 化學(xué)結(jié)合

14、方式 98.5 % O2 肺血液溶解O2 組織 HbO2第31頁，共48頁。(一) Hb (hemoglobin)分子結(jié)構(gòu) 由一個珠蛋白和四個血紅素組成 每個珠蛋白由兩條和兩條肽鏈組成 每條肽鏈結(jié)合一個血紅素 每個血紅素含一個Fe + 每個Fe +可與一分子O2結(jié)合 Each Fe2+ carrying one molecule of O2 所以，一分子Hb可與四分子O2結(jié)合成為氧合血紅蛋白 One molecule of hemoglobin can bind with 4O2 第32頁，共48頁。第33頁，共48頁。Hb 的4個亞單位之間和亞單位內(nèi)部由鹽鍵連接 Hb 與 O2的結(jié)合或解離將

15、影響鹽鍵的形成（解離時）或斷裂（結(jié)合時），使Hb的構(gòu)型發(fā)生改變， Hb與O2的親和力也發(fā)生改變 氧離血紅蛋白：緊密型（T型 ，鹽鍵形成） 氧合血紅蛋白：疏松型（R型，鹽鍵斷裂） 原因：氧與T型 Hb的Fe +結(jié)合后， Fe +的電子自旋狀態(tài)改變，則鹽鍵斷裂， T型 Hb變?yōu)镽型，而R型Hb對O2的親和力逐步增加， R型Hb對O2的親和力為T型的數(shù)百倍， 反之，氧與R型Hb解離時， R型 Hb變?yōu)門型，Hb對O2的親和力逐步減弱第34頁，共48頁。第35頁，共48頁。（二）Hb與O2結(jié)合的特征 1. 反應(yīng)快，可逆，不需酶催化，受PO2影響 Hb（去氧血紅蛋白） HbO2 （氧合血紅蛋白） PO2

16、高（肺） Hb + O2 HbO2 (暗紅） PO2低（組織） （鮮紅） 2 . Fe2+與O2結(jié)合為氧合（oxygenation），不是氧化 反應(yīng)（oxidation），因結(jié)合后鐵仍為二價鐵 第36頁，共48頁。 3. 1分子Hb結(jié)合4分子O2， Hb 的分子量為64000 67000道爾頓 所以1g Hb可攜帶1.34 1.39 ml 氧 a. Hb氧容量 Oxygen capacity 或血氧容量： 100ml血液中， Hb所能結(jié)合的最大O2量 Oxygen capacity : It is the maximum volume of oxygen that can be carried

17、 by per 100 milliliter of blood 1.34 15g = 20.1 （ml / 100ml血液） b. Hb氧含量 Oxygen content或血氧含量： 100ml血液中， Hb實際結(jié)合的O2量 Oxygen content : It is the actual volume of oxygen that is carried by 100 ml of blood 第37頁，共48頁。c. Hb氧飽和度 Oxygen saturation或血氧飽和度： 氧含量/氧容量 Oxygen saturation := 100% d. Cyanosis（紫紺，發(fā)紺）oxy

18、gen contentoxygen capacity第38頁，共48頁。一氧化碳中毒： CO和血紅蛋白上氧的結(jié)合位點相結(jié)合， CO和血紅蛋白的親和力是O2的250倍Combination of Hemoglobin with Carbon Monoxide - Displacement of OxygenCO competes for the same binding sites in the Hb with O2 (competitive inhibition )The affinity of Hb for CO is about 250 times as great as for O2.第

19、39頁，共48頁。三、 二氧化碳的運輸Transport of Carbon Dioxide in The Blood （一） CO2的 運輸形式 物理溶解占 5.5 %. Only 5.5 percent of all CO2 is transport in dissolved state . 化學(xué)結(jié)合占 94.5 %1.碳酸氫鹽形式 占總運輸量的 87 % 左右 CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ 紅細(xì)胞內(nèi)CA催化，反應(yīng)加快5000倍（雙向催化） CA PCO2 時，在組織 CA PCO2 時，在肺第40頁，共48頁。 2 . 形成氨基甲酸Hb（ CO2與Hb上的氨基結(jié)合） 占總運輸量的 7 %左右，可逆，快，無酶催化 HbNH2O2 + H+ + CO2 HHbNHCOOH + O2 在組織，HbO2 (酸性強）解離出 O2 ，變?yōu)镠b（酸性弱，易于結(jié)合H+使反應(yīng)向右進(jìn)行） 在肺HbO2多(酸性強），易于促使H+ 和 CO2 釋放和解離，使反應(yīng)向左進(jìn)行 在組織 在肺第41頁，共48頁。第42頁，共48頁。（二） CO2解離曲線 carbon dioxide dissociation curve a. 概念： 是表明PCO2 與CO2含量關(guān)系曲線 血中CO2含量隨 PO2的升高而增加 Concept: The c