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呼吸生理与呼吸力学呼吸生理与呼吸力学 首都儿科研究所首都儿科研究所 宋国维宋国维 儿科门户网站儿科门户网站 主要内容主要内容 肺换气肺换气 肺通气肺通气 呼吸力学呼吸力学 Terminal airway Terminal bronchiole Alveolar duct Respiratory bronchioles Smooth muscle Alveoli Perfusion of the alveoli Capillaries Terminal bronchiole Branch of pulmonary artery Alveolus Branch of pulmonary vein Respiratory bronchiole Alveolar design Aqueous layer Aqueous macrophage Lamella body(stores surfactant)Type ll pneumocyte-lining cell(produces surfactant)Type l Lining cell Capillary CO2 O2 O2运输运输 血浆溶解血浆溶解O2 1.5%（1mmHg 0.003ml）血红蛋白结合血红蛋白结合O2 98.5%（1g 1.34ml）CO2运输运输 血浆溶解血浆溶解CO2 710%化学结合化学结合CO2 2030%（HbCO2)血浆血浆HCO3 6070%大气成分大气成分 气体气体 浓度浓度%N2 78.6 O2 20.9 CO2 0.04 H2O 0.46 气体分压气体分压 分压分压=总压总压 x 浓度浓度(%)大气压大气压=760mmHg 氧分压氧分压=760 x 20.9=158.8mmHg 二氧化碳分压二氧化碳分压=760 x 0.04=0.30mmHg 肺泡气体分压肺泡气体分压 PACO2=40mmHg PAO2=(760-47)x 20.9%-PACO2/呼吸商呼吸商 =150 50 =100mmHg 氧解离曲线氧解离曲线 影响氧解离曲线因素影响氧解离曲线因素 影响氧解离曲线因素影响氧解离曲线因素 氧解离曲线位移的意义氧解离曲线位移的意义 PCO2 曲线右移曲线右移 PCO2 40mmHg 80mmHg SO2 75%65%10%O2 组织细胞组织细胞 PCO2(肺内）肺内）SO2 Lung Ventilation/Perfusion Ratios Functionally:Alveoli at apex are underperfused(overventilated).Alveoli at the base are underventilated(overperfused).Insert fig.16.24 Figure 16.24 PO2=40 PCO2=45 Normal VA/Q Low VA/Q High VA/Q CO2=45 PO2=150 PCO2=0 PO2=100 PCO2=40 PO2=150 PCO2=0.Ventilation Perfusion Ratios No flow PO2=40 PCO2=45 Low VA/Q.Normal VA/Q.PO2=100 PCO2=40 High VA/Q.PO2=150 PCO2=0 PO2(mm Hg)PCO2(mm Hg)50 100 150 50 Base Apex 肺容量肺容量 潮气量潮气量(VT)深吸气量（深吸气量（IC）补呼气量（补呼气量（ERV）肺活量肺活量(VC)功能残气量功能残气量(FRC)残气量残气量(RV)肺总量肺总量(TLC)VT Expiratory Reserve Inspiratory Reserve FRC Inspiratory Capacity Residual Volume Vital Capacity Expiratory Reserve Residual Volume Vital Capacity VT Inspiratory Reserve FRC Inspiratory Capacity TLC RV RV IC VT IR FRC ER VC 肺通气（肺通气（1）解剖死腔解剖死腔 肺泡死腔肺泡死腔 生理死腔生理死腔(VD)=解剖死腔解剖死腔+肺泡死腔肺泡死腔 VD=(PaCO2-PECO2)/PaCO2xVT PECO2:呼出气平均呼出气平均CO2浓度浓度 肺通气（肺通气（2）肺通气量肺通气量=VT x f 肺泡通气量肺泡通气量=（VT VD）x f 肺泡肺泡CO2浓度浓度=CO2产量产量/肺泡通气量肺泡通气量 肺泡通气量肺泡通气量 PACO2 PaCO2 肺泡通气量肺泡通气量 PACO2 PaCO2 呼吸力学 弹性阻力弹性阻力 非弹性阻力非弹性阻力 时间常数时间常数 内源性呼气末正压内源性呼气末正压 气体流动气体流动 高压高压 低压低压 呼吸肌是动力呼吸肌是动力 克服弹性阻力克服弹性阻力 肺泡弹力纤维肺泡弹力纤维 表面张力表面张力 克服非弹性阻力克服非弹性阻力 Mechanics of Breathing Figure 7-1 From J.B.West,Respiratory Physiology:The Essentials(8th ed.),2008,used with permission by Lippincott Williams&Wilkins Anatomy of Pleural Sac Taken from Sherwood,Human Physiology:From Cells to Systems,5th Ed Air liquid SURFACE Polar H2O molecules attract Surface tension 肺表面张力 表面张力 液体薄层 肺泡腔 液面压力 where:P =pressure ST =surface tension r =radius of the bubble P =2ST/r Laplaces law P =2x1=0.2 10 P =2x1=0.4 5 10 5 Connected bubbles Alveoli as bubbles Figure 7-7 From J.B.West,Respiratory Physiology:The Essentials(8th ed.),2008,used with permission by Lippincott Williams&Wilkins Figure 7-3 From J.B.West,Respiratory Physiology:The Essentials(8th ed.),2008,used with permission by Lippincott Williams&Wilkins Saline Air Von Neergaard Figure 7-5 From J.B.West,Respiratory Physiology:The Essentials(8th ed.),2008,used with permission by Lippincott Williams&Wilkins 呼吸压力呼吸压力 胸内压胸内压 胸膜腔内的压力胸膜腔内的压力 肺内压肺内压 肺泡内压力肺泡内压力 经胸廓压经胸廓压 肺内压与体表压之差值肺内压与体表压之差值 经肺压经肺压 肺内压与胸内压之差值肺内压与胸内压之差值 经胸壁压经胸壁压 胸内压与体表压之差值胸内压与体表压之差值 PA(cm H2O)+1-1 0+0.5-0.5 0 Air Flow (L/s)1 2 3 4 time(sec)-5-8 Ppl(cm H2O)The linear Dashed trace is the Ppl required to overcome recoil forces.More Ppl(solid curve)is required to overcome airway resistance to flow.N.B.P=PA-PB ResistFlow.VT(L)0.4 0 0.2 Respiratory Cycle Inspiration Expiration-5-8-8-6-5 Rest FRC Inspiration End Inspiration+0 0-Air Flow PA=0 Ppl Expiration time Respiratory Cycle Single VT Breath PB=0 顺应性顺应性 定义定义 单位压力改变时容积的改变单位压力改变时容积的改变 公式公式 C=V/P 肺顺应性肺顺应性 C肺肺=肺肺V/经肺经肺P 胸壁顺应性胸壁顺应性 C胸壁胸壁=肺肺V/经胸壁经胸壁P 呼吸系统顺应性呼吸系统顺应性 C总总=肺肺V/经胸廓经胸廓P 关系关系 1/C总总=1/C肺肺+1/C胸壁。胸壁。Static Compliance Curves-18-16-14-12-10-8-6-4-202NormalVTFRCNPleural Pressure,Ppl(cm H2O)Lung VolumeExpiration Inspiration-18-16-14-12-10-8-6-4-202Fibrosis(low compliance)NormalEmphysema(high compliance)VTFRCNVTFRCFVTFRCEPleural Pressure,Ppl(cm H2O)Lung Volume 最佳最佳PEEP 曲线的下拐点曲线的下拐点 吸气过程中，肺泡复张，肺容量增大，顺应吸气过程中，肺泡复张，肺容量增大，顺应性改善性改善 在呼吸周期中，反复出现肺泡复张，由于在呼吸周期中，反复出现肺泡复张，由于“剪切力”的作用，会造成肺组织损伤“剪切力”的作用，会造成肺组织损伤 PEEP值高于下拐点，减少剪切力的损伤，对值高于下拐点，减少剪切力的损伤，对肺是一种保护肺是一种保护 这样设置这样设置 减少肺损伤，改善氧合，又可减少减少肺损伤，改善氧合，又可减少PEEP的副作用，应称为“最佳的副作用，应称为“最佳PEEP”对“拐点”的新认识对“拐点”的新认识 吸气过程中肺泡复张是一个连续的过程，吸气过程中肺泡复张是一个连续的过程，开始是肺上部肺泡复张，随着吸气量的增开始是肺上部肺泡复张，随着吸气量的增加，肺的下垂部分的肺泡逐渐复张加，肺的下垂部分的肺泡逐渐复张 拐点的测定和估算一般是在拐点的测定和估算一般是在PV曲线的吸气曲线的吸气支上进行，而支上进行，而PEEP与呼气支关系更密切与呼气支关系更密切 上拐点仅表明肺泡复张的数量减少上拐点仅表明肺泡复张的数量减少 而不一而不一定与肺泡过度扩张或受到过度牵拉有关定与肺泡过度扩张或受到过度牵拉有关 将将PEEP设置在下拐点之上，不能有效减少设置在下拐点之上，不能有效减少剪切力对肺的损伤剪切力对肺的损伤 ARDSNET Ventilator Management Anticipated PEEP settings at various FIO2 requirements FiO2 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.7 0.7 0.7 0.8 0.9 0.9 0.9 1.0 PEEP 5 5 8 8 10 10 10 12 14 14 14 16 18 2024 Maintain SaO2/SpO2 8895%顺应性的应用顺应性的应用 肺病逐渐加重，顺应性随之下降肺病逐渐加重，顺应性随之下降 轻度病变，吸气压轻度病变，吸气压 1015cmH2O 中度病变，中度病变，1520cmH2O 重度病变，重度病变，2530cmH2O 非弹性阻力非弹性阻力 粘性阻力粘性阻力 肺形变，组织间产生的磨擦阻肺形变，组织间产生的磨擦阻 力，力，1020%气道阻力气道阻力 气流通过气道时遇到的磨擦阻气流通过气道时遇到的磨擦阻 力力,80%气流分类气流分类 层流层流 湍