模擬呼吸系統(tǒng)運(yùn)作原理

模擬呼吸系統(tǒng)運(yùn)作原理演講人：日期:目

錄CATALOGUE02氣體交換原理01系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析03自主調(diào)節(jié)機(jī)制04循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同05病理模擬分析06工程仿生應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析01鼻腔呼吸的門(mén)戶，具有過(guò)濾、加熱、加濕空氣的作用。咽腔連接鼻腔、口腔和喉腔，是呼吸和食物的通道。喉腔內(nèi)有聲帶，負(fù)責(zé)發(fā)聲，同時(shí)也是氣流的重要通道。氣管連接喉腔和支氣管，是氣流進(jìn)入肺部的唯一通道。01020304支氣管氣管進(jìn)入肺后分支形成，將氣流送入肺泡進(jìn)行氣體交換。05鼻腔至肺泡的通道構(gòu)成支氣管樹(shù)分級(jí)特征支氣管進(jìn)入肺后，依次分為肺葉支氣管、肺段支氣管、肺小葉支氣管等，呈現(xiàn)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。支氣管樹(shù)的分級(jí)支氣管樹(shù)的分支逐級(jí)減小，形成更細(xì)小的支氣管，最終與肺泡相連。逐級(jí)分支支氣管樹(shù)的末端形成肺泡，是氣體交換的場(chǎng)所。末端膨大呼吸肌群協(xié)同機(jī)制吸氣肌群主要包括膈肌和肋間肌，收縮時(shí)使胸腔擴(kuò)大，負(fù)壓增大，吸入空氣。01呼氣肌群主要為腹肌和肋間內(nèi)肌，收縮時(shí)使胸腔縮小，呼出氣體。02輔助呼吸肌如胸鎖乳突肌、斜角肌等，在深呼吸或呼吸困難時(shí)發(fā)揮作用，增加呼吸深度。03氣體交換原理02肺泡-毛細(xì)血管膜擴(kuò)散作用肺泡內(nèi)氧氣向血液擴(kuò)散肺泡內(nèi)的氧氣分壓高于血液，氧氣通過(guò)肺泡-毛細(xì)血管膜向血液擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)肺泡通氣。02040301擴(kuò)散速率與膜通透性肺泡-毛細(xì)血管膜的通透性對(duì)氣體擴(kuò)散速率有重要影響，通透性增加有利于氣體快速擴(kuò)散。血液向肺泡排出二氧化碳血液中的二氧化碳分壓高于肺泡，二氧化碳通過(guò)毛細(xì)血管膜向肺泡擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)肺泡通氣。氣體擴(kuò)散的Fick定律氣體擴(kuò)散速率與擴(kuò)散面積、濃度差和擴(kuò)散系數(shù)成正比，與膜厚度成反比。氧離曲線呈S形，反映血紅蛋白氧飽和度與氧分壓的關(guān)系，曲線左移表示氧與血紅蛋白結(jié)合能力增強(qiáng)，右移表示氧釋放能力增強(qiáng)。氧離曲線的特點(diǎn)二氧化碳主要以化學(xué)結(jié)合的形式（碳酸氫鹽）和物理溶解的形式（血漿和紅細(xì)胞內(nèi)）進(jìn)行運(yùn)輸，前者占大部分。二氧化碳的運(yùn)輸方式在肺部，氧分壓高，血紅蛋白結(jié)合氧，曲線左移；在組織，氧分壓低，血紅蛋白釋放氧，曲線右移，從而實(shí)現(xiàn)氧的運(yùn)輸和釋放。氧離曲線的生理意義010302氧離曲線與二氧化碳運(yùn)通過(guò)調(diào)節(jié)呼吸深度和頻率，改變肺泡通氣量，從而影響血液中二氧化碳的濃度和運(yùn)輸。二氧化碳的運(yùn)輸調(diào)節(jié)04通氣/血流比值調(diào)控通氣/血流比值的概念01通氣/血流比值是指每分鐘肺泡通氣量與每分鐘肺血流量的比值，反映通氣與血流之間的匹配程度。通氣/血流比值的正常值02通氣/血流比值的正常值為0.8，意味著肺泡通氣量與肺血流量之間達(dá)到最佳匹配，氣體交換效率最高。通氣/血流比值異常的影響03通氣/血流比值增大，意味著通氣過(guò)度或血流相對(duì)不足，導(dǎo)致肺泡無(wú)效腔增大；通氣/血流比值減小，意味著通氣不足或血流相對(duì)過(guò)多，導(dǎo)致氣體交換障礙。通氣/血流比值的調(diào)節(jié)機(jī)制04通過(guò)改變局部血管阻力、血流速度和通氣量等方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同生理狀態(tài)下的氣體交換需求。自主調(diào)節(jié)機(jī)制03延髓呼吸中樞控制原理延髓呼吸中樞通過(guò)神經(jīng)元的節(jié)律性放電，控制呼吸肌的節(jié)律性收縮和舒張，從而實(shí)現(xiàn)呼吸運(yùn)動(dòng)。呼吸節(jié)律的產(chǎn)生呼吸深度的調(diào)節(jié)呼吸頻率的調(diào)節(jié)延髓呼吸中樞還負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)呼吸的深度，通過(guò)感知血液中的氧氣和二氧化碳濃度變化，調(diào)整呼吸的深度，以滿足機(jī)體的代謝需求。延髓呼吸中樞能夠根據(jù)機(jī)體的需要，調(diào)整呼吸的頻率，使呼吸與機(jī)體代謝相適應(yīng)?；瘜W(xué)感受器反饋系統(tǒng)感受器種類(lèi)化學(xué)感受器主要包括外周化學(xué)感受器和中樞化學(xué)感受器，前者位于頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體，后者位于延髓外側(cè)部淺表部位。感受器功能反饋調(diào)節(jié)機(jī)制化學(xué)感受器能夠感受動(dòng)脈血中氧氣、二氧化碳和氫離子濃度變化，通過(guò)神經(jīng)反射調(diào)節(jié)呼吸運(yùn)動(dòng)，使血液中這些化學(xué)成分保持在適宜水平。當(dāng)血液中氧氣濃度降低或二氧化碳濃度升高時(shí)，化學(xué)感受器受到刺激，引起呼吸加深加快，從而排出多余的二氧化碳和攝取更多的氧氣。123壓力反射調(diào)節(jié)模式壓力感受器主要位于心肺感受區(qū)、主動(dòng)脈弓和頸動(dòng)脈竇等區(qū)域，能夠感受血管壁所受到的機(jī)械牽張刺激。壓力感受器壓力感受器受到刺激后，通過(guò)傳入神經(jīng)將信號(hào)傳遞到延髓心血管中樞，進(jìn)而調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)的活動(dòng)。傳入神經(jīng)當(dāng)血壓升高時(shí)，壓力感受器傳入沖動(dòng)增多，心血管中樞受到抑制，使心率減慢、心輸出量減少、外周阻力降低，從而降低血壓；反之，當(dāng)血壓降低時(shí)，壓力感受器傳入沖動(dòng)減少，心血管中樞受到興奮，使心率加快、心輸出量增加、外周阻力升高，從而升高血壓。反射效應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同04肺動(dòng)脈是從心臟出發(fā)，將含氧量較低的血液輸送到肺部進(jìn)行氣體交換的血管。肺動(dòng)脈分為左、右兩支，分別進(jìn)入左、右肺進(jìn)行氧氣和二氧化碳的交換。肺動(dòng)脈肺靜脈是將經(jīng)過(guò)氣體交換后含氧量較高的血液從肺部輸送回心臟的血管。肺靜脈匯總成上、下腔靜脈，最終將血液送回心臟的左心房，再由左心室泵出供應(yīng)全身。肺靜脈0102肺動(dòng)脈與肺靜脈分工血紅蛋白攜氧動(dòng)態(tài)血紅蛋白是紅細(xì)胞中的一種含鐵的蛋白質(zhì)，能夠與氧氣結(jié)合形成氧合血紅蛋白，從而將氧氣輸送到全身各組織。血紅蛋白在肺部，血紅蛋白與氧氣結(jié)合形成氧合血紅蛋白，血液顏色變?yōu)轷r紅色；在組織器官，氧合血紅蛋白釋放氧氣，供細(xì)胞使用，同時(shí)與二氧化碳結(jié)合形成碳氧血紅蛋白，顏色變?yōu)榘导t色。氧合與釋放氣體擴(kuò)散在組織中，氧氣從毛細(xì)血管壁擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)二氧化碳從細(xì)胞擴(kuò)散到毛細(xì)血管內(nèi)。這一過(guò)程主要依賴(lài)于氣體濃度差和細(xì)胞膜對(duì)氣體的通透性。組織內(nèi)氣體交換過(guò)程細(xì)胞呼吸氧氣進(jìn)入細(xì)胞后，參與細(xì)胞呼吸過(guò)程，與葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生能量、水和二氧化碳。細(xì)胞呼吸是維持細(xì)胞生命活動(dòng)的重要過(guò)程。二氧化碳排出細(xì)胞產(chǎn)生的二氧化碳通過(guò)細(xì)胞膜擴(kuò)散到組織液中，進(jìn)而進(jìn)入毛細(xì)血管，隨靜脈血回流到心臟，再經(jīng)過(guò)肺動(dòng)脈進(jìn)入肺部進(jìn)行氣體交換，排出體外。病理模擬分析05支氣管哮喘由于支氣管炎癥導(dǎo)致支氣管痙攣和黏液分泌增加，造成可逆性氣流受限。慢性阻塞性肺疾?。–OPD）由于慢性支氣管炎和肺氣腫等病變，導(dǎo)致持續(xù)的氣流受限。支氣管異物吸入異物導(dǎo)致支氣管阻塞，引起呼吸困難。支氣管狹窄支氣管因炎癥、腫瘤或外傷等引起狹窄，影響氣流通過(guò)。阻塞性通氣障礙模型彌散功能異常場(chǎng)景肺氣腫肺泡表面活性物質(zhì)缺乏肺間質(zhì)纖維化肺水腫肺泡破壞導(dǎo)致肺泡壁毛細(xì)血管數(shù)量減少，使氧氣彌散到血液中的過(guò)程受阻。肺間質(zhì)纖維組織增生，導(dǎo)致肺泡-毛細(xì)血管屏障增厚，影響氧氣彌散。導(dǎo)致肺泡萎陷，影響氣體彌散。肺泡內(nèi)液體增多，導(dǎo)致氧氣彌散距離增加，彌散功能受損。中樞性呼吸衰竭模擬藥物中毒腦炎腦血管意外神經(jīng)肌肉疾病抑制呼吸中樞功能，導(dǎo)致呼吸節(jié)律和深度異常。腦部炎癥導(dǎo)致呼吸中樞受損，引起呼吸功能異常。如腦出血或腦梗死，導(dǎo)致呼吸中樞受損，引起呼吸衰竭。如重癥肌無(wú)力或吉蘭-巴雷綜合征，導(dǎo)致呼吸肌無(wú)力，引起呼吸衰竭。工程仿生應(yīng)用06人工呼吸機(jī)設(shè)計(jì)原理氣流驅(qū)動(dòng)利用空氣壓縮機(jī)或渦輪機(jī)將空氣壓縮，通過(guò)管道輸送給患者，模擬人體呼吸過(guò)程。02040301呼吸頻率和壓力控制根據(jù)患者的呼吸頻率和潮氣量，設(shè)置合理的呼吸機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)呼吸。氧氣混合與輸送通過(guò)調(diào)節(jié)氧氣和空氣的混合比例，實(shí)現(xiàn)不同的氧濃度，滿足不同患者的需求。呼氣末正壓（PEEP）在呼氣末給予一定的正壓，防止肺泡塌陷，提高肺部的通氣效率。利用電化學(xué)原理或光學(xué)原理，檢測(cè)環(huán)境中的氧氣濃度，為呼吸機(jī)提供準(zhǔn)確的氧氣混合比例。通過(guò)測(cè)量呼出氣中的二氧化碳濃度，判斷患者的通氣情況，為呼吸機(jī)的調(diào)整提供依據(jù)。測(cè)量氣體流量，確保呼吸機(jī)輸送的氣流穩(wěn)定，避免對(duì)患者造成過(guò)大的沖擊。能夠同時(shí)檢測(cè)多種氣體濃度，為呼吸機(jī)提供更全面的環(huán)境信息。氣體傳感器開(kāi)發(fā)方向氧氣傳感器二氧化碳傳感器氣體流量傳感器多元?dú)怏w傳感器生物力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)呼吸運(yùn)動(dòng)模擬呼吸阻