肺换气与组织换气
第二节肺换气
肺换气：肺泡 血液 组织换气：血液 组织
第二节
肺换气和组织换气
一、气体交换的原理
（一）气体的扩散
气体分子从高分压 低分压处转移
扩散速率的影响因素： 1.气体的分压差：正比
2.气体的分子量和溶解度：溶解度高，扩散快 扩散系数 分子量大，扩散慢 3.扩散面积和距离： 扩散面积，正比 扩散距离，反比 4.温度：正比
二、肺换气
102
（一）肺换气过程
换气动力：分压差 换气方向： 分压高→分压低
换气结果：
肺 Ｖ血 ↓ Ａ血 组织 Ａ血 ↓ Ｖ血
（二）影响肺换气的因素
呼吸膜
含表面活性物质的液体层 肺泡上皮细胞 上皮基底膜 组织间隙 毛细血管基底膜 毛细血管上皮细胞
影响肺换气的因素
1.呼吸膜厚度: 反比
O2 、CO2→ 溶解 → 化学结合 → 溶解
二、氧的运输
1．Hb分子的结构
珠蛋白+4血红素
Hb + O2
PO2高 PO2低
HbO2
2．Hb与O2结合的特征
（1）反应快，可逆，不需酶，受PO2影响 （2）Fe2+与O2 结合后仍是二价铁 （3）1分子Hb可以结合4分子O2
氧容量： 100ml血液中Hb所能结合的最大O2量 氧含量： 100ml血液中Hb实际结合的O2量 血氧含量 氧饱和度： ×100% 血氧容量 （4）Hb与的解离曲线呈S形 PO2 Hb量
O2分压高（肺）
Hb＋O2
HbO2
O2分压低（组织） （还原、紫蓝色） （氧化、红色） 盐键断裂 分子构型紧密型 分子构型疏松型 （T型） 盐键形成 （R型）
3.氧解离曲线
肺换气与组织换气概述
V血 D
(ml/L)
（KPa） （KPa） （KPa）
——————————————————————————————————————
O2 32 CO2 44
21.4 515.0
13.9 5.3
13.3 5.3 1 5.3 6.1 2
———————————————————————————————————————
肺换气与组织换气概述
O2
换气动力：分压差
换气方向： 分压高→分压低
换气结果：
肺Ｖ血 组织Ａ血
↓
↓
Ａ血 Ｖ血
CO2的运输
O2的运输
三、影响气体交换的因素
(一)气体扩散速率
——————————O2—、—CO—2扩—散—速—率——（—D）—的—比—较————————————————
分子量 血浆溶解度 肺泡气 A血
1.VA/Q↑≈肺血流↓→增大生理无效腔→换气效
率↓(如心衰、肺动脉栓塞)
2.VA/Q↓≈肺通气↓→增大功能性A-V短路→换
气效率↓（如支哮、肺气肿、支气管栓塞）
在同等条件下，CO2的扩散速率是O2的20倍；但在肺中，由于肺泡气和V血 间分压差的不同，CO2的扩散速率实际约为O2的2倍。
(二)呼吸膜 1.厚度6层＜1μm厚：呼吸膜厚度↑→气体交换↓ 2.面积：呼吸膜面积↓→气体交换↓。
COO2 2
(三)通气/血流比值 每分肺通气量（VA）/每分肺血流量（Q）
生理学：第五章_呼吸
第五章呼吸机体与外界环境之间的气体交换过程,称为呼吸（respiration）。
呼吸的全过程由三个环节组成：①外呼吸，包括肺通气和肺换气；②气体运输；③内呼吸，即组织换气，有时也将细胞内的氧化过程包括在内。
第一节肺通气一、肺通气的原理气体进出肺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。
1.肺通气的动力：肺泡与外界环境之间的压力差是肺通气的直接动力，而呼吸运动则是肺通气的原动力。
（掌握）（1）呼吸运动：指呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小的过程。
它包括吸气运动和呼气运动。
1）呼吸运动的过程：•吸气过程①（平静）吸气时，膈肌、肋间外肌收缩T胸廓扩大T肺容积扩大T肺内压降低（v大气压气体进入肺T完成吸气。
②用力吸气时，辅助吸气肌也参与收缩。
•呼气过程①（平静）呼气时，膈肌、肋间外肌舒张T肺弹性回缩，容积减小并牵引使胸廓缩小T肺内压增加（＞大气压）T气体排出肺T完成呼气。
②用力呼气时，呼气肌也收缩T胸廓进一步缩小T肺内压进一步增加T更多气体排出肺。
2）呼吸运动的型式：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。
肋间外肌收缩和舒张时主要表现为胸部的起伏，这种以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动称为胸式呼吸。
一般情况下，成年人的呼吸运动呈胸式和腹式混合式呼吸。
②平静呼吸和用力呼吸：安静状态下的呼吸运动称为平静呼吸，呼吸频率为每分钟12〜18次。
当机体运动或吸入气中C◎含量增加而Q含量减少或肺通气阻力增大时，呼吸运动将加深加快，这种呼吸运动称为用力呼吸或深呼吸。
在缺氧、CQ增多或肺通气阻力较严重的情况下，可出现呼吸困难。
（2）肺内压：指肺泡内的压力。
在呼吸过程中，肺内压呈周期性波动。
吸气时，肺内压下降，低于大气压，气体入肺，至吸气末，肺内压与大气压相等。
反之, 呼气时，肺内压升高，高于大气压，气体出肺，至呼气末，肺内压与大气压相等。
人体呼吸的四个过程及原理
人体呼吸的四个过程及原理人体呼吸是生命活动中的重要组成部分，它涉及氧气进入体内并二氧化碳排出体外的过程。
这一过程由四个主要步骤组成：外呼吸、气体运输、内呼吸和组织换气。
下面将详细介绍这四个过程及其原理。
一、外呼吸外呼吸包括肺通气和肺换气两个子过程。
肺通气是指空气进入肺部的过程，主要由呼吸肌的收缩和舒张驱动。
当呼吸肌收缩时，胸腔扩大，肺内压降低，空气被吸入肺部；当呼吸肌舒张时，胸腔缩小，肺内压升高，空气从肺部排出。
肺换气则是指肺泡内的气体与血液之间的交换过程。
氧气从肺泡进入血液，而二氧化碳从血液释放到肺泡。
这一过程依赖于肺泡膜两侧的气体分压差和气体的溶解性。
二、气体运输气体运输是指氧气和二氧化碳在血液中的运输过程。
氧气主要与血红蛋白结合形成氧合血红蛋白，在血液中运输至全身组织细胞。
而二氧化碳则以溶解状态和碳酸氢盐形式在血液中运输。
血红蛋白与氧气的结合是一个可逆过程，其结合程度取决于血液中的氧分压。
当氧分压升高时，血红蛋白与氧气的结合增加；当氧分压降低时，血红蛋白释放氧气。
这种特性使得血红蛋白能够在肺部高效地摄取氧气，并在组织细胞处释放氧气。
三、内呼吸内呼吸是指组织细胞与血液之间的气体交换过程。
在这一过程中，氧气从血液进入组织细胞，而二氧化碳从组织细胞释放到血液。
这一过程依赖于组织细胞膜两侧的气体分压差和气体的溶解性。
内呼吸的效率受到多种因素的影响，如组织细胞的代谢率、血液循环速度和血液与组织细胞之间的接触面积等。
当这些因素发生变化时，内呼吸的速率和效率也会相应调整以适应身体的需要。
四、组织换气组织换气是指组织细胞内的气体交换过程。
在这一过程中，组织细胞通过细胞膜上的离子泵和转运蛋白将氧气和营养物质运入细胞内，同时将二氧化碳和代谢废物运出细胞外。
这一过程对于维持组织细胞的正常代谢和功能至关重要。
综上所述，人体呼吸的四个过程包括外呼吸、气体运输、内呼吸和组织换气。
这些过程相互协调，共同维持着人体内部环境的稳定和生命活动的正常进行。
【医学学习】肺通气-肺换气和组织换气-呼吸运动的调节
非弹性阻力: 气道阻力、惯性阻力、粘滞阻力 （30％）
1.弹性阻力和顺应性
弹性阻力（R）——…对抗…变形的力。 顺应性（C）——…发生变形的难易程度。
顺应性与弹性阻力成反变关系。
顺应性大，表明弹性阻力小，容易扩张。
(1)肺的弹性阻力和顺应性
★肺的弹性阻力是吸气的__阻__力__。
肺容积变化(△V) 肺顺应性(C) = ————————
液体层
肺泡表面张力：
根据Laplace定律： P＝2T/r
假设两肺泡的T不变，
式中 ra= 2rb 则 Pa＝1/2 Pb
a
ra=0.01cm
b
rb=0.005cm
肺表面活性物质(Pulmonary Surfactant)
Ⅰ型肺泡 上皮细胞
Ⅱ型肺泡 上皮细胞
表面活性物质
肺泡腔
肺表面活性物质的组成
呼吸形式
呼吸 频率
潮气量 肺通气量
肺泡通气量
平静呼吸 16 深慢呼吸 8 浅快呼吸 32
500 1000 250
8000 （500－150）×16＝5600 8000 （1000－150）×8＝6800 8000 （250－150）×32＝3200
【医学学习】
呼吸
（Respiration）
呼吸：
机体与外界环境之间的气体交换过程。
组织
肺
细胞
O2
血液 O
CO
循环 2 CO
2 2
肺通气
肺换气 气体在血液
中的运输
外呼吸
组织换气 细胞内 代谢
内呼吸
提纲
• 第一节 肺通气 • 第二节 肺换气和组织换气 • 第三节 气体在血液中的运输 • 第四节 呼吸运动的调节
人体生理学——呼吸
1．碳酸氢盐（HCO3-）
（1）在组织细胞：
CO2
CO2 ＋ H2O
H2CO3
ClCl-
HCO3-
HCO3-
红细胞 血浆
H+ ＋HbO2 HHb＋O2
O2
1．碳酸氢盐（HCO3-）
（2）在肺部：
血 浆 肺泡
红细胞 H2CO3 H2O＋CO2 CO2
反映血液PO2与Hb氧饱和度关系的曲线，称为氧解离曲线。 1．氧解离曲线的上段：PO2100～60mmHg 曲线较平坦，表明PO2的变化对Hb氧饱和度的影响不大。 意义：吸入气PO2只要不低于60mmHg，血液就可携带足够量的O2供组织细胞利用。
（三）氧解离曲线
O2。
2．氧解离曲线的中段：PO260～40mmHg 曲线较陡直，是反映HbO2释放2的部分。 表示PO2稍降低，Hb氧饱和度将明显降低，有较多的O2释放，有利于组织利用
（二）Hb与O2结合的特征
氧合血红蛋白(HbO2)呈鲜红色。 去氧血红蛋白(HHb)呈紫蓝色。 当血液中的去氧血红蛋白＞5g/100ml时，皮肤、粘膜呈暗蓝色，称为发绀 (cyanosis)。 出现发绀常表示机体缺氧。
4．Hb在与O2的结合或解离过程中发生变构效应，使氧解离曲线呈 S 形。
（三）氧解离曲线
阻
力非
弹
性
阻
力
胸廓弹性阻力： 与胸廓所处的位置有关 肺泡表面张力：2/3
肺弹性阻力 肺弹性回缩力：1/3
气道阻力： 气流形式和速度、气道半径
粘滞阻力 惯性阻力
常态下可忽略不计
1.弹性阻力和顺应性
顺应性(C)：单位跨壁压变化(△P)所引起的容积变化(△V )：C＝ △V/△P(L/cmH2O)
肺通气肺换气
第四节 呼吸运动的调节
本节要点
• 最基本的呼吸中枢是延髓。 • 呼吸运动受CO2 PO2和H+ 的调节及机械感
受性反射的调节
一、呼吸中枢与呼吸节律的形成
（一）呼吸中枢(respiratory center) 1、脊髓 2、低位脑干 ----脑桥和延髓
延髓是呼吸基本中枢,脑桥是呼吸调整中 枢。 3、高位脑
• 胸廓的顺应性 单位跨壁压引起的肺容积的改变
肺容量变化(△P) 胸廓顺应性＝ ───────= 0.2L/cmH2O
跨壁压(△P)
• 胸廓的弹性阻力与顺应性呈反变
非弹性阻力(non elastic resistance)
• 惯性阻力 • 粘滞阻力 • 气道阻力 气体流经呼吸道时，气体分子间和气
体分子与气道壁之间的摩擦.是非弹性 阻力的主要成分， 约占80%--90%。 影响因素： 气流速度 气流形式 气道半径
二、肺通气功能的指标
（一）肺容积和肺容量 1、肺容积(pulmonary volume)
• 潮气量 (tidal volume TV) • 补吸气量(inspiratory reserve volume IRV) • 补呼气量(exspiratory reserve volume ERV) • 残气量 (residual volume RV)
三、呼吸功(work of breathing)
• 在一次呼吸过程中呼吸肌为实现肺通气 所作的功。
•表示方法：一次呼吸过程中的跨壁压变化
乘
以肺容积变化。
•正常人平静呼吸时，每一次呼吸做的功很 小，仅约0.2焦
第二节 肺换气和组织换气
本节要点 • 肺换气的交换速率与气体分压差、温度、溶解度、
生理学_第五章_呼吸
Hb结合O2量变化不大； ②轻度呼衰病人肺泡气
下段
上段
PO2↓ 明 显 而 Hb 结 合 O2 量 变化不大。
对高原适应或有轻度呼吸 机能不全的人均有好处
（3） （2）
⑵中段： PO2 40~60mmHg HbO2释放O2 的部分
特征：曲线较陡 意义:维持正常时组织 氧供
⑶下段： PO215～40 mmHg HbO2与O2解离的部分
第五章 呼 吸
制作人：张秀娟 专业班级：生物技术121 学号：12772005
第一节 第二节 第三节 第四节
肺通气 肺换气和组织换气 气体在血液中的运输 呼吸运动的调节
总论
人体的呼吸过程是由三个相互衔接并同时进行 的环节来完成：
（1）外呼吸：指外界环境与肺毛细血管之间的气体 交换过程,包括肺通气（肺与外界空气之间的气体交 换过程）和肺换气（肺泡与肺毛细血管之间的气体 交换过程）。
Hb与O2亲和力↓ P50↑，氧离曲线右移
1）机理-波尔效应
H+↑→
R型
→Hb与O2亲和力↓
T型
2）波尔效应的意义
➢ 肺Cap： 血PCO2↓，[H+] ↓，氧离曲线左移，利于 Hb与O2的结合。
➢组织Cap：血PCO2↑，氧离曲线右移，促使Hb结合O2释 放。
2.温度
温度↑→H+活度↑→ Hb与O2亲和力↓→
≈2500ml
3.肺活量（VC）：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最 大气量＝潮气量+补吸气量+补呼气量
☛用力肺活量（FVC）：尽力 吸气后，尽力尽快呼气，所呼 出的最大气体量。
单位时间内呼出的气体量占用力 肺活量的百分数 如FEV1/ FVC ☛时间肺活量FEV1
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第十五章 肺换气与组织换气
肺换气：
肺通气过程中，进入到肺泡内的新鲜空气通过很薄的组织层与流经肺泡的毛细血管血液进行气
体交换的过程
组织换气：
组织毛细血管血液与组织细胞之间的气体交换过程
一. 肺换气和组织换气的基本原理
1. 呼吸气体以扩散的方式进行交换
气体扩散：
气体分子不停地进行着无定向的运动，结果为气体分子从分压高处向分压低处发生
净转移
。
气体扩散速率∝
∆P•T•A•S
𝑑𝑑•
√
𝑀𝑀𝑀𝑀
① ∆P即扩散气体的分压差。分压差是气体扩散的动力
② T
为温度（生理情况下影响不大）
③ A
为气体的扩散面积（呼吸膜的面积）
④ S为气体分子的溶解度
⑤ d
为气体的扩散距离（呼吸膜厚度）
⑥ MW为气体的分子量
S
√
𝑀𝑀𝑀𝑀
称气体分子的扩散系数，是决定气体扩散速率的自身因素。
𝐶𝐶𝐶𝐶
２扩散系数≈20倍𝐶𝐶２
2. 大气与人体不同部位的气体分压存在差异
This picture derived from textbook for eight-year MD program
空气中各气体的容积百分比一般不变，分压可因总大气压变化而变化。
吸入的空气在呼吸道内被水蒸气饱和（“加湿”）→成分比例不同于大气→各气体分压改变
二. 肺换气
1.
肺换气过程中肺毛细血管内血液的气体分压发生变化
如表15-1，静脉血与肺泡气的𝐶𝐶
2、𝐶𝐶𝐶𝐶2存在分压差，𝐶𝐶2从肺泡扩散→静脉血；而𝐶𝐶𝐶𝐶2
从静脉血扩散→肺泡。经气体交换后，静脉血→动脉血。
正常情况下，气体扩散极为迅速，不到0.3s即可达平衡；血液流经肺毛细血管全长
约1/3
时，肺换气过程基本完成（贮备能力大）
2.
呼吸膜是实现肺换气的结构基础
This picture derived from textbook for eight-year MD program.
3. 肺通气与肺血流匹配程度影响肺换气效率
可用通气/血流比值（指每分钟肺泡通气量𝑉𝑉
𝐴𝐴
和每分钟肺血流量Q的比值）衡量
正常成年人安静时
𝑉𝑉
𝐴𝐴
/Q为0.84
① 呼吸膜由六层结构组成，但很薄：
含PS的液体层、肺泡上皮细胞层、上皮基
底膜、基质层、毛细血管基膜、毛细血管内
皮细胞层
②
任何使呼吸膜增厚或扩散距离增加的疾病
（
肺纤维化、肺水肿等
），都会降低扩散速率，
减少扩散量（运动时，血流加速，交换时间
缩短，影响更突出）
③ 呼吸膜总面积约为50~100𝑚𝑚
2
，安静时仅有
40𝑚𝑚
2
参与气体交换（巨大贮备面积），呼吸
膜总面积小于正常1/3-1/4时，不能满足静
息机体需要。
𝑉𝑉
𝐴𝐴
/Q↑，通气过剩，血流相对不足，部分肺泡气体未能与血液气体充分交换，
肺泡无效腔↑
𝑉𝑉
𝐴𝐴
/Q↓，通气不足，血流相对过多，部分血液流经通气不良的肺泡，静脉血
中的气体不能充分更新，犹如功能性动-静脉短路
肺总的𝑉𝑉
𝐴𝐴
/Q为0.84，但由于肺泡通气量和肺毛细血管血流量肺内分布不均→
各个局部𝑉𝑉
𝐴𝐴
/Q值并不相同。（由于胸膜腔负压分布及重力影响，肺尖通气优于
肺底，血流量少于肺底→肺尖𝑉𝑉
𝐴𝐴
/Q较大，可达3.3）
This picture derived from textbook for eight-year MD program.
4.
肺扩散容量反映肺换气的效率
在单位分压差下，每分钟通过呼吸膜进行扩散的气体的毫升数。
𝐷𝐷𝐿𝐿=
𝑉𝑉
𝑃𝑃
𝐴𝐴−𝑃𝑃𝐶𝐶
(
V代表每分钟通过呼吸膜的气体量，𝑷𝑷
𝑨𝑨、𝑷𝑷𝑪𝑪
分别代表肺泡中、肺毛细血管血液中
该气体的平均分压 该气体的平均分压。𝑪𝑪𝑪𝑪𝟐𝟐的𝑫𝑫𝑳𝑳≈20倍𝑪𝑪
𝟐𝟐
)
三. 组织换气
与肺换气不同，完全在液相中完成，𝐶𝐶𝐶𝐶2、𝐶𝐶2净扩散方向与肺换气相反
毛细血管血液与组织液之间气体的分压差是驱动力
影响因素：①组织细胞与毛细血管距离（即扩散距离）
②组织血流量（血流量↓，分压差↓）
③组织代谢率（代谢率↑，组织𝑃𝑃
𝑪𝑪𝟐𝟐↓、𝑃𝑃𝑪𝑪𝑪𝑪
𝟐𝟐
↑，分压差↑）
Summary：了解肺换气、组织换气基本原理及几个重要影响因素
重点掌握𝑉𝑉
𝐴𝐴
/Q
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代理律师：湖南金州（岳阳）律师事务所 肖捷律师
肺尖通气优于肺底与肺底
通气量>肺尖并不矛盾：肺
尖体积≪肺底
从肺底到肺尖，
通气量↓
血流量↓↓
故𝑽𝑽
𝑨𝑨
/Q↑