生理学 第五章 呼吸

第五章机体与外界环境之间的气体交换过程称为呼吸(respiration)。

通过呼吸，机体从外界环境摄取新陈代谢所需要的o：，排出代谢所产生的CO：。

体重为70kg 的人，体内储存的02量约为1．550mi，在基础状态下，机体的耗氧量约为250ml ／min，体内储存的全部o：仅够维持机体正常代谢6min左右。

因此，呼吸是维持机体生命活动所必需的基本生理过程之一，呼吸一旦停止，生命便将终结。

在人和高等动物，呼吸的全过程由三个环节组成(图5—1)。

①外呼吸(external respira—tion)，即肺毛细血管血液与外界环境之间的气体交换过程。

外呼吸又包括肺通气和肺换气两个过程。

肺与外界环境之间的气体交换过程称为肺通气(pulmonary，ventilation)；肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换过程称为肺换气(gas exchange in lungs)。

②气体运输(transport ofgas)，即由循环血液将02从肺运输到组织以及将C02从组织运输到肺的过程，也可看成是肺与组织之间的气体交换过程。

③内呼吸(internal respiration)，即组织毛细血管血液与组织、细胞之间的气体交换过程，也称组织换气(gas exchange in tissues)，有时将细胞内的生物氧化过程也包括在内。

呼吸的三个环节相互衔接并同时进行。

由于肺通气是整个呼吸过程的基础，而肺通气的动力来源于呼吸运动，因此，狭义的呼吸通常们括怦嚼运动。

第一节肺通气实现肺通气的主要结构基础包括呼吸道、肺泡和胸廓等。

呼吸道是肺通气时气体进出肺的通道，同时还具有加温、加湿、过滤和清洁吸入气体以及引起防御反射(咳嗽反射和喷嚏反射等)等保护功能；肺泡是肺换气的主要场所；胸廓的节律性呼吸运动是实现肺通气的原动力。

一、肺通气的原理肺通气是气体流动进出肺的过程，取决于推动气体流动的动力和阻止气体流动的阻力的相互作用，动力必须克服阻力，才能实现肺通气。

(一}肺通气的动力气体进出肺取决于肺泡与外界环境之间的压力差。

在一定的海拔高度，外界环境的压力，即大气压是相对恒定的；因此，在自然呼吸情况下，肺泡与外界环境之间的压力差是由肺泡内的压力，即肺内压(intrapulmonary pressure)决定的ji、肺内压的高低取决于肺的扩张和缩小，但肺自身并不具有主动扩张和缩小的能力，其扩张和缩小依赖于呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓运动。

可见，由肺内压的变化建立的肺泡与外界环境之间的压力差是肺通气的直接动力，而呼吸肌的收缩和舒张引起的节律性呼吸运动则是肺通气的原动力。

1_呼吸运动呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小称为呼吸运动(res—piratory movement)，胸廓扩大称为吸气运动(inspiratory movement)，而胸廓缩小则称为呼气运动(expiratory movement)。

主要吸气肌为膈肌和肋间外肌，主要呼气肌为肋间内肌和腹肌；此外，还有一些辅助吸气肌，如斜角肌、胸锁乳突肌等。

(1)呼吸运动的过程：平静呼吸时，吸气运动是由主要吸气肌，即膈肌和肋间外肌的收缩而实现的，是_个主动过程。

‘膈肌位于胸腔和腹腔之间，构成胸腔的底，静止时向上隆起，形似钟罩；收缩时，隆起的中心下移，从而增大胸腔的上下径。

肋间外肌起自上一肋骨的下缘，斜向前下方走行,ak于下一肋骨的上缘。

由于脊椎的位置是固定的，而胸骨则可上下移动，所以当肋间外肌收缩时，肋骨和胸骨上举，同时肋骨下缘向外侧偏转。

从而增大胸腔的前后径和左右径。

胸腔的上下径、前后径和左右径都增大，引起胸腔扩大，肺的容积随之增大，肺内压降低。

-当肺内压低于大气压时，外界气体流入肺内，这一过程称为吸气(inspiration)0平静呼吸时，呼气运动并不是由呼气肌收缩引起的，而是由膈肌和肋间外肌舒张所致，是一个被动过程。

膈肌和肋间外肌舒张时，肺依其自身的回缩力而回位，并牵引胸廓，使之上下径、前后径和左右径缩小，从而引起胸腔和肺的容积减小，肺内压升高。

当肺内压高于大气压时，气体由肺内流出，这一过程称为呼气(expiration)。

用力吸气时，膈肌和肋间外肌加强收缩，辅助吸气肌也参与收缩，胸廓和肺的容积进一步扩大，更多的气体被吸入肺内。

用力呼气时，除吸气肌舒张外，还有呼气肌参与收缩，此时呼气运动也是一个主动过程。

肋间内肌的走行方向与肋间外肌相反，收缩时使肋骨和胸骨下移，肋骨还向内侧旋转，使胸腔的前后径和左右径进一步缩小，呼气运动增强，呼出更多的气体；腹肌收缩可压迫腹腔器官，推动膈肌上移，同时也牵拉下部肋骨向下向内移位，从而使胸腔容积缩小，加强呼气。

(2)呼吸运动的型式：参与活动的呼吸肌的主次、多少和用力程度不同，呼吸运动可呈现不同的型式(breathing pattern)。

1)腹式呼吸和胸式呼吸：膈肌的收缩和舒张可引起腹腔内器官位移，造成腹部的起伏，这种以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动称为腹式呼吸(abdominal breathing)。

肋间外肌收缩和舒张时主要表现为胸部的起伏、，因此，以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动称为胸式呼吸(thoracic breathing)。

一般情况下，成年人的呼吸运动呈腹式和胸式混合式呼吸，只有在胸部或腹部活动受限时才会出现某种单一形式的呼吸运动。

在婴幼儿，肋骨倾斜度小，位置趋于水平，主要呈腹式呼吸。

2)平静呼吸和用力呼吸：安静状态下，正常人的呼吸运动平稳而均匀，每分钟12～18次，吸气是主动的，呼气是被动的，这种呼吸运动称为平静呼吸(etipnea)。

当机体运动或吸入气中C02含量增加而o：含量减少或肺通气阻力增大时，呼吸运动将加深加快，此时不仅参与收缩的吸气肌数量更多，收缩更强，而且呼气肌也参与收缩，这种呼吸运动称为用力呼吸(forced breathing)或深呼吸(deep breathing)。

在缺氧、CO：增多或肺通气阻力增大较严重的情况下，可出现呼吸困难(dyspnea)，表现为呼吸运动显著加深，鼻翼扇动，同时还会出现胸部困压的感觉。

2．肺内压在呼吸运动过程中，肺内压呈周期性波动(图5—2)。

吸气时，肺容积增大，肺内压下降并低于大气压(若以大气压为0，则肺内压为负值)，外界气体被吸入肺泡；随着肺内气体的增加，肺内压也逐渐升高，至吸气末，肺内压升高到与大气压相等，气流也就停止。

呼气时，肺容积减小，肺内压升高并超过大气压(若以大气压为0，则肺内压为正值)，气体由肺内呼出；随着肺内气体的减少，肺内压也逐渐降低，至呼气末，肺内压又降到与大气压相等，气流亦随之停止。

在呼吸过程中，肺内压变化的程度与呼吸运动的缓急、深浅和呼吸道是否通畅等因素有关。

平静呼吸时，肺内压波动较小，吸气时为一2—•1mini-王g，呼气时为1~2mm／-tg,，用力呼吸或呼吸道不够通畅时，肺内压的波动幅度将显著增大，如紧闭声门并尽力做呼吸运动，吸气时肺内压可低至一100～一．30mml{g，呼气时可高达60"。

140rnm~qg,，前已述及，肺内压的周期性交替升降是引起肺通气的直接动力。

根据这一原理，在自然呼吸停止时，可用人为的方法建立肺内压与大气压之间的压力差，以维持肺通气，这就是人工呼吸(甜xificial respiration)。

人工呼吸可分为正压法和负压法两类。

施以正压引起吸气的人工呼吸为正压人工呼吸，施以负压引起吸气的人工呼吸为负压人工呼吸。

简便易行的口对口人工呼吸为正压人工呼吸，节律性地举臂压背或挤压胸廓为负压人工呼吸，采用不同类型的人工呼吸机可实施正压或负压人工呼吸。

自然呼吸一旦停止，必须紧急实施人工呼吸。

3．胸膜腔内压在肺和胸廓之间存在一个潜在的密闭的胸膜腔(plem-a1 cavity)，由紧贴于肺表面的胸膜脏层和紧贴于胸廓内壁的胸膜壁层所构成。

胸膜腔内没有气体，仅有一薄层浆液，厚约10斗m。

胸膜腔内的薄层浆液一方面在两层胸膜之间起润滑作用，减小呼吸运动中两层胸膜互相滑动的摩擦阻力；另一方面，浆液分子之间的内聚力可使两层胸膜紧贴在一起，不易分开。

因此，密闭的胸膜腔将肺和胸廓两个弹性体耦联在一起，使自身不具有主动张缩能力的肺能随胸廓容积的变化而扩大、缩小。

胸膜腔内的压力称为胸膜腔内压(．intrapleural pressure)。

胸膜腔内压可采用直接法和间接法进行测定。

直接法是将与检压计相连接的注射针头斜刺入胸膜腔内，直接测定胸膜腔内压(见图5—2左)，其缺点是有刺破胸膜脏层和肺的危险。

间接法是让受试者吞下带有薄壁气囊的导管至下胸段食管内，通过测定食管内压来间接反映胸膜腔内压。

因为食管在胸腔内介于肺和胸壁之间，食管壁薄而软，在呼吸过程中食管内压的变化值与胸膜腔内压的变化值基本一致，所以可用食管内压的变化间接反映胸膜腔内压的变化。

平静呼吸时，胸膜腔内压始终低于大气压，即为负压，并随呼吸运动而发生周期性波动。

平静呼气末胸膜腔内压为一5—一3mmI-{g，平静吸气末为一10—一5mm[{g(见图5—2右)。

肺通气阻力增大时，胸膜腔内压的波动幅度显著增大，呼气时有可能高于大气压。

例如，在关闭声门，用力吸气时，胸膜腔内压可降至一90mini-{g；关闭声门并用力呼气时，由于吸气肌的强烈收缩，胸膜腔内压可升高到110mmHg。

胸膜腔内负压的形成与肺和胸廓的自然容积不同有关。

在人的生长发育过程中，胸廓的发育比肺快，因此胸廓的自然容积大于肺的自然容积。

因为两层胸膜紧紧贴在一起，所以从胎儿出生后第一次呼吸开始，肺即被牵引而始终处于扩张状态。

由此，胸膜腔便受到两种力的作用，一是使肺泡扩张的肺内压；二是使肺泡缩小的肺回缩压(图5—2左，箭头所示)，胸膜腔内压就是这两种方向相反的力的代数和，即在呼吸过程中，肺始终处于被扩张状态而总是倾向于回缩。

因此，在平静呼吸时，胸膜腔内压总是保持负值，只是在吸气时肺扩张程度增大，肺回缩压增大，导致胸膜腔内负压更大；呼气时，肺扩张程度减小，肺回缩压降低，导致胸膜腔内负压减小。

用力呼吸或气道阻力增加时，由于肺内压的大幅度波动，吸气时胸膜腔内压更负，而呼气时胸膜腔内压可以为正压。

在外伤或疾病等原因导致胸壁或肺破裂时，胸膜腔与大气相通，空气将立即自外界或肺泡进入负压的胸膜腔内，形成气胸(pneumothorax)。

此时胸膜腔的密闭性丧失，胸膜腔内压等于大气压，肺将因其自身的内向回缩力的作用而塌陷，不再随胸廓的运动而节律性扩张和缩小。

因此，胸膜腔内负压对维持肺的扩张状态具有非常重要的意义，而胸膜腔的密闭状态是形成胸膜腔内负压的前提。

此外，胸膜腔负压也作用于壁薄而可扩张性大的腔静脉和胸导管等，使之扩张而有利于静脉血和淋巴的回流。

因此，气胸时，不仅肺通气功能出现障碍，血液和淋巴回流也将减少。