TUhjnbcbe - 2021/2/18 19:11:00
呼吸(respiration)是机体与外界环境之间的气体交换过程。在人和高等动物,呼吸的全过程包括3个环节:①外呼吸(externalrespiration)是指肺毛细血管血液与外界环境之间的气体交换过程,包括肺通气(pulmonaryventilation)和肺换气(gasexchangeinlungs)两个过程,前者是指肺泡与外界环境之间的气体交换过程,后者则为肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换过程;②气体运输是指O2和CO2在血液中的运输,这是衔接外呼吸和内呼吸的中间环节;③内呼吸(internalrespiration)是指组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换以及组织细胞内的氧化代谢的过程,其中组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换过程也称组织换气(gasexchangeintissues)。这三个环节是相互衔接且同时进行的(图5-1)。呼吸系统(respiratorysystem)的主要功能是从外界环境摄取机体新陈代谢所需要的02，并向外界排出代谢所产生的CO2。因此,呼吸是机体维持正常代谢和生命活动所必需的基本功能之一,呼吸一旦停止,生命便将终止。呼吸系统的功能与血液循环系统的功能紧密相连,气体在肺部与外界环境之间进行交换依赖于肺循环,而在全身器官组织与细胞进行交换则依赖于体循环。另外,呼吸系统和肾脏共同调节机体的酸碱平衡和维持内环境的稳定。第一节肺通气肺通气是气体在外界大气和肺泡之间的交换过程。实现肺通气的器官包括呼吸道、肺泡、胸膜腔、膈和胸廓等。呼吸道是气体进出肺的通道,由鼻、咽、喉、气管、支气管组成。随着呼吸道的不断分支,气道数目增加,口径减小,总横断面积增大,管壁变薄,整个呼吸道好像一颗倒置的树,称为气管-支气管树。从气管到肺泡囊共分支23级(图5-2)。呼吸系统器官的功能有赖于其结构的完整性,它的主要功能是:①呼吸道是气体流通之道,具有对吸入气体进行加温、加湿、过滤和清洁作用,以及引起防御性呼吸反射(咳嗽反射和喷嚏反射)等保护功能;②肺泡是肺换气的主要场所,正常成年人两肺的肺泡总数约7亿个,肺泡之间存在肺泡相互依存(alveolarin-terdependence)关系富,即邻近的肺泡通过小孔相连,当其中一个肺泡趋于塌陷时,周围肺泡壁的张力增加,以限制肺泡的进一步塌陷,通过肺泡的相互依存关系增加肺泡的稳定性;③胸膜腔是连接肺和胸廓的重要结构,胸膜腔内负压使肺在呼吸过程中能随胸廓的张缩而张缩;④膈和胸廓中的胸壁肌则是产生呼吸运动的动力组织。一、肺通气的原理按照物理学原理,气体总是从压力高处向压力低处流动。所以,气体进出肺必须在肺泡气与外界大气之间存在一定的压力差,才能实现肺通气。(一）肺通气的动力气体进出肺取决于肺通气动力和肺通气阻力的相互作用。肺泡气与外界大气之间的压力差是实现肺通气的直接动力(directforce)。在一定的海拔高度，外界大气的压力是相对恒定的,因而在呼吸过程中,发生变化的只能是肺泡内气体的压力,即肺内压(alveolarpressure或intrapulmonarypressure)。肺内压在呼吸过程中的变化取决于肺的扩张和缩小,但肺自身并不具有主动张缩能力,它的张缩必须依赖于胸廓的节律性扩张和缩小,而胸廓的张缩则由呼吸肌的收缩和舒张所引起。因此,呼吸肌的收缩和舒张所引起的节律性呼吸运动(respiratorymovement)是实现肺通气的原动力(primaryforce)。1．呼吸运动呼吸肌的收缩和舒张所引起的胸廓节律性扩大和缩小称为呼吸运动(respiratorymovement),包括吸气运动(inspiratorymovement)和呼气运动(expiratorymovement),前者引起胸廓扩大,后者则使胸廓缩小常。主要吸气肌是膈肌和肋间外肌,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,这些肌肉只在用力呼吸时参与呼吸运动。(1）呼吸运动的过程:平静呼吸时,吸气肌收缩,吸气运动是一个主动过程。胸廓的形状类似于中空的圆锥体,上小下大。肋骨从上到下逐渐加长,并且由后向前下斜。肋间外肌起自上一肋骨的下缘,斜向前下方走行,止于下一肋骨的上缘。由于脊椎的位置是固定的,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。膈肌位于胸腔和腹腔之间,构成胸腔的底,静止时向上隆起,形似穹隆。收缩时,隆起的中心下移,从而增大胸腔的上下径。吸气时,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,但肺内压降低。当肺内压低于大气压时,外界气体流人肺内,这一过程称为吸气(inspiration)。平静呼气时,呼气肌不参与运动,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,但肺内压升高。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,除吸气肌加强收缩外,辅助吸气肌也参与收缩。用力呼气时,除吸气肌舒张外,还有呼气肌参与收缩(见下述)。(2）呼吸运动的型式:根据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呼吸型式(breathingpattern).1）腹式呼吸和胸式呼吸:以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动称为腹式呼吸(abdominalbreathing),因为膈肌的舒缩可引起腹腔内器官位移,造成腹部的明显起伏。以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动称为胸式呼吸(thoracicbreathing),因为肋间外肌舒缩活动可引起胸部的明显起伏。一般情况下,正常成年人的呼吸运动都呈腹胸混合式呼吸,其中某种型式可占优势;只有在胸部或腹部活动受限时才出现某种单一型式的呼吸运动。如在妊娠后期的女性,腹腔巨大肿块、腹水、胃肠道胀气或腹膜炎症等患者,因膈肌运动受限,故主要依靠肋间外肌舒缩而呈胸式呼吸。如胸腔积液、胸膜炎等患者,因胸廓运动受限,故主要依靠膈肌舒缩而呈腹式呼吸。而在婴幼儿,因肋骨的排列基本上与脊柱垂直,倾斜度小,肋骨运动不易扩大胸腔容量,因而主要依靠膈肌舒缩而呈腹式呼吸。2)平静呼吸和用力呼吸:正常人安静状态下的呼吸平稳而均匀,即吸气主动而呼气被动的呼吸型式称为平静呼吸(eupnea),呼吸频率为12~18次/分。当机体劳动或运动、呼吸道不通畅或肺通气阻力增大时,或者当吸入气中CO2含量增加或O2含量减少时,加深加快的呼吸型式称为用力呼吸(forcedbreathing)。在用力吸气时,除膈肌和肋间外肌收缩外,控制第一对肋骨和胸骨运动的胸锁乳突肌及斜角肌参加收缩,可使胸骨柄及第一对肋骨向上向外提起,扩展胸廓上部,胸廓和肺的容积进一步扩大,更多的气体被吸入肺内。当用力呼气时,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。腹肌收缩时增加腹内压,膈肌被向上推挤,使胸腔的上下径减小;肋间内肌其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。呼气肌的参与使呼气运动增强,使胸腔和肺容积进一步缩小,肺内压升高,呼出更多的气体。机体在缺O2,或CO2增多较严重的情况下,可出现呼吸困难(dyspnea),不仅表现为呼吸明显加深,而且可出现鼻翼扇动,同时主观上有胸部困压感。2.肺内压﹑肺内压(intrapulmonarypressure)是指肺泡内气体的压力,在呼吸过程中呈周期性变化常。吸气时,肺容积增大,肺内压随之降低,当低于大气压时,外界气体进入肺。随着肺内气体量的增加,肺内压也逐渐升高,至吸气末,肺内压升高到与大气压相等,气流便暂停。呼气时,肺容积减小,肺内压随之升高,当高于大气压时,气体流出肺。随着肺内气体量的减少,肺内压也逐渐降低,至呼气末,肺内压又降到与大气压相等,气流再次暂停(图5-3)。﹒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,肺内压变化较小,吸气时肺内压较大气压低1~2mmHg,呼气时较大气压高1~2mmHg。用力呼吸或呼吸道不够通畅时,肺内压将大幅波动,如紧闭声门并尽力进行呼吸运动,吸气时肺内压可低于大气压30~mmHg,呼气时可高于大气压60~mmHg.临床上对一些自然呼吸暂停患者实施人工呼吸(artificialrespiration),在保持呼吸道通畅的前提下,通过人工呼吸机或口对口人工呼吸的方法使胸廓被动地节律性扩张或缩小,建立肺内压和大气压之间的压力差,维持肺的通气功能。3.胸膜腔内压胸膜腔(pleuralcavity)是存在于肺表面的脏层胸膜和衬于胸廓内壁的壁层胸膜之间的密闭的、潜在的、无气体和仅有少量浆液的腔隙。腔隙内的浆液约10um厚,这一薄层浆液有两方面的作用:一是浆液分子之间的内聚力使两层胸膜紧贴在一起,不易分开,参与胸膜腔负压的形成(见后),因而肺可随胸廓的运动而张缩;二是这一薄层浆液在两层胸膜之间起润滑作用,可减小呼吸运动时两层胸膜之间的摩擦。因此,胸膜腔的密闭性和两层胸膜间浆液分子的内聚力有重要的生理意义。胸膜腔内的压力称为胸膜腔内压(pleuralpressure或intrapleuralpressure),简称胸内压,它可采用直接法或间接法进行测量常。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5-3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,测量食管内压。因为食管位于胸腔内,且其壁薄而软,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,故可用食管内压的变化来间接反映胸膜腔内压的变化。胸膜腔内压随呼吸运动而发生周期性波动。平静呼气末胸膜腔内压较大气压低3~5mmHg,吸气末较大气压低5~10mmHg(见图5-3右)。可见,胸膜腔内压在平静呼吸时始终低于大气压,若以大气压为0计,则胸膜腔内压为负压,故称为胸膜腔负压或胸内负压。而在用力呼吸时,胸膜腔内压波动将大幅增加。例如,在关闭声门用力吸气时,胸膜腔内压可降至低于大气压90mmHg;而当关闭声门用力呼气时,胸膜腔内压可高于大气压mmHg。胸膜腔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,胸廓的发育较肺快,因此胸廓的自然容积大于肺的自然容积。由于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。被扩张的肺所产生的回位力向内牵引胸廓,使胸廓容积缩小。当胸廓的容积小于其自然容积时,胸廓将产生向外扩展的回位力,使胸廓的容积趋于扩大,以回到其自然容积位置。在肺的内向回位力和胸廓的外向回位力的作用下,胸膜腔内压便降低而低于大气压,即形成负压。婴儿期由于胸廓和肺的容积差小,故胸膜腔负压很小;随着个体的生长发育,胸廓和肺的容积差变大,胸膜腔负压也逐渐增大。胸膜腔负压的形成与作用于胸膜腔的两种力有关，一是肺内压,使肺泡扩张;二是肺回缩压,使肺泡缩小(见图5-3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,即胸膜腔内压=肺内压+(-肺回缩压)(5-1)在吸气末或呼气末,呼吸道内气流停止,并且呼吸道与外界环境相通,因此肺内压等于大气压，此时胸膜腔内压=大气压+(-肺回缩压)(5-2)若以大气压为0计,则胸膜腔内压=-肺回缩压(5-3)可见,胸膜腔内压的大小主要是由肺回缩压所决定的。胸膜腔内保持负压具有重要意义。它不仅能扩张肺,使肺能随胸廓的张缩而张缩;它还作用于胸腔内的腔静脉和胸导管,使之扩张,有利于静脉血和淋巴液的回流。胸膜腔内保持负压的一个重要前提是胸膜腔须保持其密闭性。临床上，一旦密闭的胸膜腔与大气相通,空气便进入胸膜腔而形成气胸(pneumothorax)。此时胸膜腔负压减小或消失,肺依其自身的弹性而回缩,造成肺不张,不仅影响肺通气,也阻碍静脉血和淋巴液回流。气胸严重时,不但患侧呼吸和循环功能发生障碍,由于纵隔向健侧移位甚至出现纵隔随呼吸左右摆动,也将累及健侧的呼吸和循环功能,此时若不紧急处理,将危及生命富。(二）肺通气的阻力肺通气过程中所遇到的阻力称为肺通气阻力,可分为弹性阻力和非弹性阻力两类。前者包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力;后者包括气道阻力、惯性阻力和组织的黏滞阻力。平静呼吸时,弹性阻力约占肺通气总阻力的70%,非弹性阻力约占30%。弹性阻力在气流停止的静息状态下仍存在,属于静态阻力;而非弹性阻力仅在气体流动时才发生,故属于动态阻力。肺通气阻力增大是临床上肺通气障碍最常见的原因。1．弹性阻力和顺应性﹐弹性体对抗外力作用所引起的变形的力称为弹性阻力(elasticresistance,R)。机体各种组织(包括肺和胸廓)都具有弹性,故均可认为是弹性组织。弹性阻力的大小可用顺应性的高低来量度。(1）顺应性:顺应性(