人體解剖生理學(xué)課件第五章呼吸第二節(jié)氣體交換

人體解剖生理學(xué)課件第五章呼吸第二節(jié)氣體交換第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

一、氣體交換的原理

原理：擴(kuò)散。動力：膜兩側(cè)的氣體分壓差。

速率：=擴(kuò)散速率（D）

擴(kuò)散速率與分壓差、溫度、氣體溶解度、擴(kuò)散面積呈正比；與擴(kuò)散距離、分子量的平方根呈反比。氣體的溶解度/分子量的平方根之比為擴(kuò)散系數(shù)。擴(kuò)散系數(shù)大，擴(kuò)散速率快。擴(kuò)散距離×√分子量分壓差×溫度×氣體溶解度×擴(kuò)散面積=第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三二、肺換氣與組織換氣

換氣動力：分壓差換氣方向：分壓高→分壓低換氣結(jié)果：肺Ｖ血組織Ａ血↓↓Ａ血Ｖ血第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(一)肺換氣

過程肺泡與毛細(xì)血管之間的氣體交換過程。第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

肺泡

第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三肺泡與肺血第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三肺換氣第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三（二）、組織換氣血液與組織細(xì)胞之間的氣體交換過程。第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三三、影響氣體交換的因素

(一)氣體擴(kuò)散速率

O2、CO2擴(kuò)散速率（D）的比較——————————————————————————————————————

分子量血漿溶解度肺泡氣A血V血D

——————————————————————————————————————O23221.413.913.35.31CO244515.05.35.36.12———————————————————————————————————————分壓差×溫度×氣體溶解度×擴(kuò)散面積擴(kuò)散距離×√分子量=(ml/L)（KPa）（KPa）

（KPa）第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

∵CO2的擴(kuò)散系數(shù)是O2的20倍,

在同等條件下，CO2的擴(kuò)散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡氣和V血間分壓差的不同，CO2的擴(kuò)散速率實(shí)際約為O2的2倍?！喾喂δ芩ソ呋颊咄監(jiān)2顯著，CO2潴留不明顯。

O2、CO2擴(kuò)散速率（D）的比較——————————————————————————————————————

分子量血漿溶解度肺泡氣A血V血D

——————————————————————————————————————O23221.413.913.35.31CO244515.05.35.36.12———————————————————————————————————————第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

1.厚度：肺纖維化、塵肺、肺水腫→呼吸膜厚度↑→通透性↓→氣體交換↓；特別在運(yùn)動時(shí)，∵耗氧量↑肺血流速↑（=氣體交換時(shí)間↓），呼吸膜厚度↑→氣體交換↓↓。

2.面積：肺氣腫、肺不張、肺葉切除→呼吸膜面積↓→氣體交換↓。6層＜1μm厚(二)呼吸膜正常呼吸膜非常薄，通透性與面積極大(70-80m2)。CO2O2第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(三)通氣/血流比值

每分肺通氣量（VA）/每分肺血流量（Q）

1.VA/Q↑≈肺通氣↑或肺血流↓→增大生理無效腔→換氣效率↓(如心衰、肺動脈栓塞)2.VA/Q↓≈肺通氣↓→換氣效率↓（如支哮、肺氣腫、支氣管栓塞）(5L/min＝0.84)(4.2L/min)第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三幾點(diǎn)說明：●VA/Q↑or↓→換氣效率↓→缺O(jiān)2和CO2潴留的癥狀;但以缺O(jiān)2為主，原因：①∵CO2

的擴(kuò)散系數(shù)是O2的20倍，CO2的擴(kuò)散速＞O2，∴不易出現(xiàn)CO2潴留的癥狀；②∵A血PO2↓和PCO2↑時(shí)，可刺激呼吸，增加肺泡通氣量，有助于CO2的排出，而幾乎無助于O2的攝取（O2和CO2解離曲線的特點(diǎn)所決定的）。第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

●整個(gè)肺臟的VA/Q=0.84,是衡量肺換氣功能的指標(biāo)；但因肺臟各局部的肺泡通氣量和血流量的不均性，故臨床上更應(yīng)測肺臟各局部的VA/Q：

人體直立時(shí)肺局部的VA/Q

肺上區(qū)肺下區(qū)VA（L/min）0.240.82Q（L/min）0.071.29VA/Q3.40.64第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

第三節(jié)氣體運(yùn)輸一、運(yùn)輸形式:（一）物理溶解:氣體直接溶解于血漿中。

特征:①量小,起橋梁作用；②溶解量與分壓呈正比：（二）化學(xué)結(jié)合:氣體與某些物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)結(jié)合。特征:量大,主要運(yùn)輸形式。

物理溶解化學(xué)結(jié)合動態(tài)平衡第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三二、氧的運(yùn)輸(一)物理溶解：(1.5%)(二)化學(xué)結(jié)合:(98.5%)⒈O(jiān)2與Hb的可逆性結(jié)合:Hb+O2

當(dāng)表淺毛細(xì)血管床血液中去氧Hb達(dá)5g/100ml以上，呈藍(lán)紫色稱紫紺（一般是缺O(jiān)2的標(biāo)志）。

PO2↑(氧合)PO2↓(氧離)HbO2鮮紅色暗紅色第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

③1分子Hb可與4分子O2可逆結(jié)合（4個(gè)亞基各結(jié)合1個(gè)O2）

Hb+O2結(jié)合的最大量——氧容量

100ml血Hb+O2結(jié)合的實(shí)際量——氧含量氧含量?氧容量的%——氧飽和度

2.

O2與Hb結(jié)合的特征:①反應(yīng)快、可逆、受PO2的影響、不需酶的催化；②是氧合，非氧化:Hb-Fe2++O2→Fe2+-HbO2

（因O2結(jié)合在Hb的Fe2+上時(shí)，無電荷的轉(zhuǎn)移）第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三三、CO2的運(yùn)輸(一)物理溶解：

5％(二)化學(xué)結(jié)合：95％

⒈HCO3-的形式：88％

(1)反應(yīng)過程：

CO2＋H2O

碳酸酐酶H2CO3HCO3-＋H+第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(2)反應(yīng)特征:

①反應(yīng)速極快且可逆，反應(yīng)方向取決PCO2差；②RBC膜上有Cl-和HCO3-特異轉(zhuǎn)運(yùn)載體，

Cl-轉(zhuǎn)移維持電平衡,促進(jìn)CO2化學(xué)結(jié)合的運(yùn)輸；③需酶催化:碳酸酐酶加速反應(yīng)0.5萬倍,雙向作用；④在RBC內(nèi)反應(yīng),在血漿內(nèi)運(yùn)輸。第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

⒉氨基甲酸血紅蛋白的形式：7％

(1)反應(yīng)過程：

HbNH2O2+H++CO2(2)反應(yīng)特征:在組織在肺臟HHbNHCOOH＋O2

①反應(yīng)迅速且可逆，無需酶催化；②CO2與Hb的結(jié)合較為松散；③反應(yīng)方向主要受氧合作用的調(diào)節(jié):

HbO2的酸性高,難與CO2結(jié)合,反應(yīng)向左進(jìn)行

HHb的酸性低,易與CO2結(jié)合,反應(yīng)向右進(jìn)行④雖不是主要運(yùn)輸形式,卻是高效率運(yùn)輸形式，因肺部排出的CO2有20％是此釋放的。⑤帶滿O2的Hb仍可帶CO2。第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)呼吸運(yùn)動的調(diào)節(jié)一、呼吸中樞

呼吸中樞是指(分布在大腦皮層、間腦、腦橋、延髓、脊髓等部位)產(chǎn)生和調(diào)節(jié)呼吸運(yùn)動的神經(jīng)細(xì)胞群。正常呼吸運(yùn)動是在各呼吸中樞的相互配合下進(jìn)行的。早先分段橫切腦干等研究發(fā)現(xiàn)：延髓是呼吸基本中樞,腦橋是呼吸調(diào)整中樞。腦干呼吸神經(jīng)元微電極等技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)：CNS內(nèi)有些N元呈節(jié)律性放電，并且放電節(jié)律與呼吸周期有關(guān)，其類型有:

吸氣N元(I-N元)：在吸氣相放電呼氣N元(E-N元):在呼氣相放電跨時(shí)相N元I-EN元:吸氣相放電并延續(xù)到呼氣相

E-IN元:呼氣相放電并延續(xù)到吸氣相第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三二、呼吸運(yùn)動的反射性調(diào)節(jié)(一)肺牽張反射(黑-伯反射)

指肺擴(kuò)張或萎陷引起的吸氣抑制或興奮的反射。包括肺擴(kuò)張、肺縮小反射。

1.肺萎陷反射(肺縮小反射)

肺萎陷較明顯時(shí)引起吸氣的反射。在平靜呼吸調(diào)節(jié)中的意義不大，但對阻止呼氣過深和肺不張等可能起一定作用。第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

2.肺擴(kuò)張反射：

過程：肺擴(kuò)張→肺牽感器興奮→迷走N→延髓→興奮吸氣切斷機(jī)制N元→吸氣轉(zhuǎn)化為呼氣。

意義:①加速吸氣和呼氣的交替，使呼吸頻率增加。②與呼吸調(diào)整中樞共同調(diào)節(jié)呼吸頻率和深度。

特征:①敏感性有種屬差異；②正常成人平靜呼吸時(shí)這種反射不明顯，深呼吸時(shí)可能起作用；③病理情況下(肺充血、肺水腫等)肺順應(yīng)性降低時(shí)起重要作用。

第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

1.外周化學(xué)感受器存在于頸動脈體和主動脈體，前者主要參入呼吸調(diào)節(jié)，后者則在循環(huán)調(diào)節(jié)方面較為重要。

適宜刺激：對PO2↓、PCO2↑、[H+]↑高度敏感，且三者對化學(xué)感受器的刺激有相互增強(qiáng)的現(xiàn)象。當(dāng)頸動脈體Ⅰ型細(xì)胞受到上述三者刺激時(shí)，細(xì)胞漿內(nèi)[Ca2+]↑,觸發(fā)內(nèi)含的ACh等遞質(zhì)釋放，引起傳入神經(jīng)纖維興奮。(二)化學(xué)感受性反射調(diào)節(jié)第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三頸動脈體和主動脈體化學(xué)感受性反射PO2↓[H+]↑PCO2↑等↓

頸動脈體和主動脈體外周化學(xué)感受器（+）竇、弓N孤束核心血管中樞興奮性改變呼吸中樞（+）心率↓、冠脈舒心輸出量↓皮膚、內(nèi)臟骨骼肌血管縮

心率、心輸出量、外周阻力↑外周阻力↑＞心輸出量↓血壓↑↓↓↓↓↓↓↓呼吸加深加快↓↓間接第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三2.中樞化學(xué)感受器

位于延髓腹側(cè)表面下0.2mm的區(qū)域，可分為頭、中、尾三部分。頭區(qū)、尾區(qū)具有化學(xué)感受性，中區(qū)不具有化學(xué)感受性。

適宜刺激：對H+高度敏感，不感受缺O(jiān)2的刺激。因血液中H+不易透過血-腦屏障，乃通過CO2易透過血-腦屏障進(jìn)入腦脊液:CO2＋H2O→H2CO3→H+＋HCO3-發(fā)揮刺激作用的。第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

3.

CO2、H+和低O2對呼吸運(yùn)動的調(diào)節(jié)

(1)CO2：↑1％時(shí)→呼吸開始加深；ＰCO2↑↑4％時(shí)→呼吸加深加快,肺通氣量↑1倍以上;↑6％時(shí)→肺通氣量可增大6-7倍;↑7％以上→呼吸減弱=CO2麻醉。ＰCO2↓→呼吸減慢（過度通氣后可發(fā)生呼吸暫停）。

機(jī)制:呼吸加深加快延髓呼吸中樞+外周化學(xué)感受器+中樞化學(xué)感受器+CO2透過血腦屏障進(jìn)入腦脊液:

CO2＋H2O→H2CO3→H+＋HCO3-ＰCO2↑第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三特點(diǎn)：

①CO2興奮呼吸的作用,以中樞途徑為主；但因腦脊液中碳酸酐酶含量很少，故潛伏期較長；②CO2興奮呼吸的中樞途徑是通過H+的間接作用(∵血液中的H+不易透過血-腦屏障)；③CO2興奮呼吸的外周途徑雖然為次，但當(dāng)動脈血PCO2突然增高或中樞化學(xué)感受器對CO2的敏感性降低（CO2

麻醉）時(shí)，起著重要作用。第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三(2)[H+]:

[H+]↑→呼吸加強(qiáng)

[H+]↓→呼吸抑制

[H+]↑→呼吸抑制

機(jī)制:類似CO2。

特點(diǎn):

①主要通過刺激外周化學(xué)感受器而引起的②[H+]↑對呼吸的調(diào)節(jié)作用＜PCO2↑；

③∵[H+]↑↑→呼吸↑→CO2排出過多→PCO2↓→限制了對呼吸的加強(qiáng)作用→呼吸抑制甚至停止。第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三3)低氧：

缺氧對呼吸中樞的直接作用是抑制,并與缺氧程度呈正相關(guān):輕度缺氧時(shí):通過外周化學(xué)感受器的傳入沖動興奮呼吸中樞的作用,能對抗缺氧對中樞的直接抑制作用，表現(xiàn)為呼吸增強(qiáng)。嚴(yán)重缺氧時(shí):來自外周化學(xué)感受器的傳入沖動，對抗不了缺氧對呼吸中樞的抑制作用，因而可使呼吸減弱，甚至停止。

特點(diǎn):①缺氧對呼吸的刺激作用遠(yuǎn)不及PCO2和[H+]↑作用明顯，僅在動脈血PO2＜80mmHg以下時(shí)起作用；②當(dāng)長期高CO2和低O2狀態(tài)（嚴(yán)重肺水腫、肺心病），中樞化學(xué)感受器對高CO2發(fā)生適應(yīng)，此時(shí)低O2對外周化學(xué)感受器的刺激成為驅(qū)動呼吸的主要刺激。若給予高O2吸入會導(dǎo)致呼吸停止。第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三4)、O2、CO2、H+在呼吸調(diào)節(jié)中的相互作用

CO2的作用最強(qiáng)，而且比單因素作用時(shí)強(qiáng)；H+的作用次之；

O2的作用最弱。當(dāng)只改變一個(gè)因素時(shí)（其他因素不變），三者引起的肺通氣反應(yīng)的程度基本接近。第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期三

由圖可見，當(dāng)一種因素改變而另兩種因素不加控制時(shí)，作用強(qiáng)度PCO2＞[H+]＞PO2。其原因?yàn)椋寒?dāng)PCO2↑時(shí)，[H+]也會↑，二者的作用發(fā)生總和，使肺通氣反應(yīng)較單因素的PCO2↑時(shí)明顯