9.1人的呼吸系统的结构与功能
9.1.1 人为什么必须不停地呼吸
呼吸过程可以分为两部分:内呼吸和外呼吸。内呼吸是指能源物质在细胞内氧化的过程,又称细胞呼吸;外呼吸是指细胞与外环境之间交换气体的过程,在本章讨论。
9.1.2 人的呼吸系统包括口、鼻、喉、气管、肺
吸气时,空气经鼻或口进入咽,再经喉、气管才进入肺。气管由马蹄铁形软骨支撑。气管进入胸腔,分为2个支气管。入肺后,支气管再一分为二,分为细支气管。这些支气管都有马蹄铁形软骨环。细支气管经过15-16次的一再分支,分为终末细支气管。终末细支气管以下再分为呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡。肺泡壁只有一层上皮细胞,其中分布着毛细血管网。肺泡是真正进行体内外气体交换的地方。
9.1.3 肺的换气活动依靠骨骼肌的收缩与舒张
整个肺除了有气管与外界相通外,是密封在胸廓中的。胸廓由脊柱、肋骨、胸骨以及肋间肌组成,底部由膈肌封闭。
由于呼吸时不同的肌肉活动,可以将呼吸运动分为腹式呼吸和胸式呼吸。腹式呼吸时膈肌收缩,膈下降,使胸廓扩张,吸入气体;膈肌舒张,膈上升,压缩胸廓,呼出气。腹肌收缩引起主动呼气。胸式呼吸时肋间外肌收缩,肋骨上举,使胸廓扩张,吸人气体;肋间外舒张,肋骨下降,压缩胸廓,呼出气体。肋间内肌收缩引起主动呼气。一般情况下,人是腹式、胸式呼吸并用。
人在平静呼吸时每次吸入或呼出的气量称为潮气量。在平静吸气后冉作最大吸气动作所能增加的吸气量称为补吸气量,成年人约为。在平静呼气后再作最大呼气动作所能增加呼出的气量称为补呼气量。最大吸气后尽力呼气所能呼出的气量称为肺活量。肺活量是潮气量、补吸气量与补呼气量之和。肺通气量是指单位时间内进出肺的气量。
9.1.4 血液运送呼吸气体
- 气体在肺泡中与组织中的交换
体内外的气体交换、大气与肺泡之间的气体交换是呼吸过程的第一步。肺泡中的氧必须穿过肺泡毛细血管膜进入肺毛细血管,由血液运送到组织,再离开组织中的毛细血管,穿过细胞膜,进入细胞;而二氧化碳则必须经过一个方向相反的过程,由细胞到达肺泡。是什么原因促使氧和二氧化碳穿过肺泡上皮、毛细血管壁和细胞膜呢?这是扩散,只是靠被动的扩散,并没有主动的转运过程在起作用。 -
氧在血液中的运输
血红蛋白是由一个珠蛋白分子结合4个血红素构成的。珠蛋白分子包括4条链:2条a链,2条β链。每条链中包含一个血红素,每个血红素中心有个亚铁离子,每个亚铁离子能携带一个氧分子。血红蛋白与氧结合很快,而且是可逆的。与氧结合的血红蛋白称为氧合血红蛋白。没有与氧结合的血红蛋白称为去氧血红蛋白。
1L动脉血约含200mL氧,其中只有3mL氧溶解在血液的血浆中,197mL氧与红细胞中的血红蛋白结合。
血红蛋白与一氧化碳结合的亲和力是氧的200倍。 - 二氧化碳在血液中的运输
血液流经组织毛细血管,氧合血红蛋白释放氧供给组织,二氧化碳则从细胞中扩散出来经过组织进入血浆。少量的二氧化碳溶解在血浆中,约90%的二氧化碳继续扩散经过血浆进入红细胞。由于在红细胞中有碳酸酐酶催化水合作用,二氧化碳大部分在红细胞中水合形成碳酸,继而解离成碳酸氢根和氢离子，当血液从全身组织毛细血管流到肺泡毛细血管时则行方向相反的变化。碳酸氢根与氢离子结合形成碳酸,在碳酸酐酶的作用下分解为二氧化碳与水化碳则扩散进入肺泡。
9.1.5 呼吸运动的调节
心肌具有自动节律性,而产生呼吸运动肌肉都是骨骼肌,受躯体神经支配,没有神经的兴奋呼吸肌(膈肌、肋间肌)不会自动收缩。有节律的自动呼吸活动起源于支配呼吸肌的运动神经元的有节律的冲动发放。这种发放完全依靠来自脑的神经冲动。
调节呼吸的神经机制有两类:一类是随意控制,另一类是自动控制。
- 随意控制系统位于大脑皮质,它通过皮质脊髓束将冲动传送到呼吸运动神经元。大脑皮质可以有意识地控制呼吸活动的规式,例如,有意的过度通气或呼吸暂停(屏息)。人们的语言活动必须有意地调整、改变呼吸规式才能发出各种不同的声音。
- 自动控制系统位于延髓。延髓是最基本的呼吸中枢。在颈动脉窦和主动脉弓附近由上皮细胞组成的颈动脉体和主动脉体是外周化学感受器,它们可以监测血液中氧和二氧化碳分压的水平。位于延髓的中枢化学感受器细胞对二氧化碳分压水平的反应非常灵敏,血液中二氧化碳分压水平稍有增加就会刺激延髓化学感受器细胞,这些细胞将神经冲动传送到呼吸中枢,引起呼吸活动加强。血液中的二氧化碳是延髓化学感受器的正常的兴奋剂,如果二氧化碳分压过低,不能刺激中枢化学感受器,就会导致呼吸暂停。过度的通气引起呼吸暂停,就是这个原因。总之,血液中二氧化碳过多首先作用于延髓中枢的化学感受器,兴奋呼吸中枢,使呼吸增强。而血液缺氧则主要作用于外周化学感受器,反射地引起呼吸增强。
9.2 人体对高山的适应
攀登高山对人体的影响主要是由于高海拔地区气压下降,氧分压减少引起肺泡氧分压减少,动脉血的氧饱和度下降。因此立即引起身体几方面的反应:1.呼吸频率增加,将更多的空气吸入肺;2.心率和心输出量增加以加大经过肺和身体的动脉血流量;3.身体逐步增加红细胞和血红蛋白的生成,改善血液输送氧的能力。
新近到达高原的人即使进行了这些调整,也不能使他发挥正常的生理效能。曾经测定,在海拔5500m的高度,一个人刚到高地尚未适应的时候,完成运动的能力只有海平面的50%。世居高原的民族胸部和肺总量都比较大,他们的呼吸频率也高于居
住在海平面的人。高原世居者,血液中红细胞计数和血红蛋白量都较高,心脏一般较大,心率一般低于世居海平面的人。世居高原者与来自低海拔地区的人的差别还表现在生育能力上,移居高原的低海拔地区人的不育率和婴儿死亡率都比较高。世居高原者对高原生活的高度适应能力是遗传因素决定的,还是在高原生活过程中获得的这还是一个尚待研究的问题。
9.3 危害身体健康的呼吸系统疾病
9.3.1 由吸烟引起的慢性肺气肿
慢性肺气肿是一种老年性疾病,主要是长期吸烟所致。它的主要病变是许多终末细支气管阻塞和肺泡破裂,使呼吸膜的总面积大量减少。患者的组织供氧不足,常发生憋气。由于大部分肺受损害,肺内血管阻力显著增加,引起肺的高血压。由此引起右心负担过重,往往导致右心衰竭。慢性肺气肿通常经过多年缓慢的发展,直到由于供氧不足和血中二氧化碳过多而导致死亡。不能不说这是对长期吸烟者的极大的惩罚。
9.3.2 普通感冒与流行性感冒是开始于上呼吸道的最常见的传染性疾病
普通感冒大约是由200多种相近的病毒所引起的,它通过人与人之间的接触而传播。症状有头痛、疲乏、发冷、咽痛和流鼻涕等。一个稳定的人群常常很快会对本地的病毒产生免疫力。如果由于某种原因(例如新学年开始)传入一种不同的病毒株,又会引起感冒发作。
流行性感冒是一种更为严重的疾病,主要症状有发热寒战、乏力、肌肉酸痛、头痛以及呼吸道炎症等。可采用缓解症状的措施,患者应充分休息,多饮水。流行性感冒的病原体有A、B、C3个病毒株,A型流感病毒又分为几个亚株。各种病毒引起的症状相似,但它们的抗原性却没有共同之处,不能交叉免疫。可采取的预防措施是注射流感病毒疫苗。
9.3.3硅肺
硅肺是因长期吸人二氧化硅的微粒而造成的肺部慢性疾病。此病最常见于矿工、石匠等工人中。肺内的巨噬细胞吞噬吸入肺内的微小的二氧化到硅颗粒,但巨噬细胞不能消化这种颗粒反而被它们杀死。死亡的细胞聚集起来形成纤维状小节逐步使肺部纤维化,使肺容积减少气体交换受阻。此病无有效疗法,只有预防。应采取措施尽量减少工人吸人粉尘定期用X线检查工人肺部。
