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第一节 呼吸系统的基本结构与功能
呼吸系统( respiratory system)是执行机体和外界进行气体交换的器官,结构和功能非常复杂。本节对呼吸系统的基本结构和生理功能做简要的介绍。
一、呼吸系统的基本结构
呼吸系统由呼吸道和肺两大部分以及呼吸的辅助装置胸膜和胸膜腔组成。呼吸道系传送气体的通道,肺则是气体交换的器官。
(一)呼吸道
呼吸道包括鼻、咽、喉、气管和支气管等,它们的壁内均有骨或软骨支持,以保证气体的畅通。临床上通常将鼻、咽和喉称为上呼吸道,把气管和各级支气管称为下呼吸道。
1.鼻
鼻( nose)由外鼻、鼻腔和鼻窦3部分组成。外鼻( external nose)为颜面中央隆起的器官,如倒置的锥体。鼻腔以骨和软骨为基础,外面盖以皮肤和肌肉,内面覆以皮肤和黏膜。鼻窦( paranasal sinuses)共4对,即额窦、筛窦、蝶窦和上颌窦。鼻窦内衬有黏膜,经各窦口与鼻腔黏膜相互移行,故鼻腔黏膜的炎症,可蔓延至鼻窦,引起鼻窦炎。
2.咽
咽( pharynx)是一个上宽下窄、前后略扁的漏斗状肌性管道。咽腔以软腭与会厌上缘为界,分为鼻咽、口咽和喉咽3部分。咽腔是消化道和呼吸道共用通道。鼻咽( nasopharynx)介于颅底与软腭之间,经鼻后孔与鼻腔相通。鼻咽的后上壁的黏膜下有丰富的淋巴组织,称咽扁桃体,婴幼儿较为发达。口咽( oropharynx)介于软腭至会厌上缘平面之间,向前经咽峡与口腔相通。喉咽( laryngopharynx)位于会厌上缘至环状软骨下缘平面之间,向下与食管相续,向前经喉口与喉腔相通,是咽腔最狭窄的部分。
3.喉
喉( larynx)位于颈前部正中,上通咽,下接气管。喉以软骨为基础,借关节、韧带和肌肉连结而成,内衬黏膜。喉软骨构成喉的支架,喉肌( muscles of larynx)是发声的动力,其形状、位置、起止及其连接状况等均与其功能活动有密切关系,由迷走神经的肌支支配,均属横纹肌。根据其部位,可分为内、外侧群,按其功能可分为声门开大肌和声门括约肌。喉腔上经喉口与喉咽相通,下至环状软骨下缘通气管。喉的黏膜极为敏感,受异物刺激可引起咳嗽,将异物咳出。
4.气管和支气管
气管( trachea)上端起自环状软骨下缘,向下至胸骨角平面分为左、右主支气管为止。按气管的行程可分为颈部和胸部。支气管( bronchi)乃指由气管分出的各级分支,由气管发出的一级支气管,即左、右主支气管,其管壁构造与气管相似,但稍薄。
(二)肺
肺( lungs)位于胸腔内纵隔两侧。膈的右侧部分因肝而较左侧高,故右肺较粗短,左肺因心偏左,而较狭长。肺表面可见许多多边形的小区,即肺小叶的轮廓。幼儿肺的颜色呈淡红色,随着年龄的增长,空气中的尘埃等颗粒吸入肺内,肺的颜色逐步变为暗红或深灰色。部分煤矿工人的肺呈棕黑色或全部呈红黑色。肺组织软而轻,呈海绵状,富有弹性。由于肺内含有空气,故能浮于水中,而未呼吸的肺,入水则下沉。
二、呼吸系统的生理功能
呼吸系统是人体的重要系统,主要由呼吸道和肺两部分组成。人体通过呼吸,不断从外界环境中摄取O 2,排出体内形成的CO 2,以满足细胞新陈代谢的需要和维持内环境的稳定。呼吸是维持生命活动的基本生理过程之一,是生命存在的重要指标,一旦呼吸停止,生命也将终止。
在高等动物和人体,呼吸过程由相互联系又同时进行的三个环节来完成。①外呼吸:包括肺通气(肺与外界大气间气体交换过程)和肺换气(肺泡与肺毛细血管之间气体交换过程) ;②气体在血液中的运输;③内呼吸:血液或组织液与细胞之间的气体交换过程。呼吸的全过程受神经、体液和自身机制调节,神经系统的呼吸中枢在调节和控制中发挥重要作用。
(一)肺通气和肺换气
肺通气( pulmonary ventilation)指气体通过呼吸道吸入和呼出,实现大气和肺泡两个空间之间的气体交换过程。实现肺通气的结构包括呼吸道、胸廓、肺泡、呼吸肌等。呼吸道是气体进出肺的通道。肺悬浮于胸廓内,两者之间有密闭的胸膜腔。肺泡是肺内储放空气的场所,也是与外界大气和肺毛细血管内气体进行交换的场所。附着于胸廓的呼吸肌通过收缩及舒张活动改变胸廓容积,引起肺的张缩,为肺通气提供动力。
肺换气指肺泡中的O 2扩散至肺毛细血管血液内,肺毛细血管血液内CO 2扩散至肺泡内的过程。两种气体都在分压差的作用下,通过呼吸膜扩散。
(二)气体在血液和体液中的运输
吸入肺泡的O 2在分压差的驱动下,透过呼吸膜从肺泡扩散进入肺毛细血管血液内,带氧的血液再通过肺静脉进入左心房、左心室,经过体循环进入全身组织。组织毛细血管内的O 2在分压差的作用下扩散入组织液,再从组织液穿过细胞膜进入细胞,供细胞利用。细胞新陈代谢消耗氧气后形成的CO 2,以相反途径形式从细胞内扩散入组织液,再从组织液进入毛细血管内,带CO 2的血液通过静脉系统进入右心房、右心室,通过肺动脉进入肺毛细血管,在分压差的作用下,CO 2从血液通过呼吸膜扩散进入肺泡内。
(三)呼吸运动的调节
呼吸运动是由呼吸肌节律性收缩,使胸廓增大和缩小,从而引起肺扩张和收缩的一种运动形式。呼吸肌是普通的骨骼肌,不具备自动节律性收缩的能力,它的节律性收缩活动是在神经系统的控制下进行的。节律性呼吸运动不受意识控制,在睡眠甚至昏迷状态下也存在这种节律性运动,但是在某些情况下,呼吸的深度和频率又可受主观意识的控制。
当外环境(如空气中O 2和CO 2浓度改变)和内环境(血液中CO 2和O 2分压)发生变化、人体生理状况发生改变(劳动、重体力活动)时,在神经系统控制下,呼吸运动的节律、深度会发生改变,这称为呼吸运动的调节。
根据肺气体交换原理,动脉血的CO 2和O 2分压取决于肺泡气的CO 2和O 2分压,而肺泡气CO 2和O 2分压取决于机体CO 2释放量、耗氧量、肺泡通气量。机体的CO 2释放量和耗氧量与代谢水平是一致的。肺泡通气量取决于呼吸运动的深度和频率。在代谢水平变化时,机体通过调节呼吸运动的深度和频率以维持肺泡气CO 2和O 2分压的稳定,进而稳定动脉血CO 2 和O 2分压,保证机体代谢的需要。