呼吸运动是一种节律性的活动,而且其深度和频率可随机体内、外环境的改变而改变,这些都是通过神经系统的调节来实现的。
一、呼吸中枢
中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞(元)群,称为呼吸中枢,它们分布于大脑皮质、脑干和脊髓等部位,各级呼吸中枢对呼吸运动的产生和调节起着不同的作用,正常呼吸运动是在各级呼吸中枢的相互配合下实现的。
(一)脊髓
脊髓前角有支配呼吸肌的运动神经元,它们发出膈神经和肋间神经分别支配膈肌和肋间肌。动物实验中,如果在脊髓和延髓之间横切动物的脑干,呼吸运动也会立即停止。这说明脊髓本身不能产生节律性的呼吸运动,它只是联系脑和呼吸肌的中继站和整合某些呼吸反射的初级中枢。
(二)延髓
延髓有吸气神经元和呼气神经元,主要集中在腹侧和背侧两组神经核团内,其轴突纤维行支配脊髓前角的呼吸肌运动神经元。动物实验中,在延髓与脑桥之间横切脑干,保留延髓和脊髓时,呼吸运动仍存在,但呼吸节律不规则,呈喘息样呼吸;在延髓和脊髓之间横断,则呼吸运动停止。这些结果说明延髓是产生节律性呼吸运动的基本中枢。但正常呼吸节律的形成,还有赖于上位呼吸中的作用。
(三)脑桥
在动物的脑桥和中脑之间横切,呼吸运动无明显变化,呼吸节律保持正常。说明高位脑枢对节律性呼吸运动的产生不是必需的。研究证明,在脑桥前部有呼吸调整中枢,该中枢神经元与延髓呼吸中枢之间有双向联系,其作用是限制吸气,促使吸气向呼气转换。目前认为,正常呼吸节律是脑桥和延髓呼吸中枢共同活动形成的。
(四)高位脑呼吸运动还受脑桥以上中枢部位的影响,如大脑皮层、边缘系统、下丘脑等。大脑皮质可通过皮层脊髓束和皮层脑干束在一定程度上随意控制脑干和脊髓呼吸神经元的活动,以保证其他相关活动的完成。例如说话、唱歌、哭笑、咳嗽、吞咽、排便等等;一定程度的随意屏气或随意控制呼吸运动的深度与频率,也靠大脑皮质的控制而实现。
二、呼吸反射
(一)化学感受性呼吸反射
动脉血液、组织液或脑脊液中O2、CO2及H+浓度的改变,可通过刺激化学感受器,反射性地调节吸运动的频率和深度,从而维持内环境中这些化学因素的相对稳定。
1.化学感受器 参与呼吸运动调节的化学感受器因其所在部位的不同,分为外周化学器和中枢化学感受器两种。
(1)外周化学感受器:指颈动脉体和主动脉体。当动脉血Po2降低、Pco2和H+浓度升高时,使外周化学感受器受到刺激而产生兴奋,冲动分别沿窦神(舌咽神经的分支)和迷走神经传人延髓,兴奋延髓呼吸中枢,反射性的引起呼吸加深加快。
(2)中枢化学感受器:位于延髓腹外侧浅表部位,可感受脑脊液和局部细胞外液中H+浓度的变化。血液中的H+不易通过血一脑脊液屏障,故血液中H+浓度的变化对中枢化学感受器的直接作用较小。但血液中的C02易于通过血一脑脊液屏障进入脑脊液,与水结合形H2C03,H2C03进一步解离出H+可兴奋中枢化学感受器,进而兴奋延髓呼吸中枢。
2.C02、02和H十对呼吸运动的调节
(1)C02:C02是调节呼吸运动最重要的生理性刺激因素。通过实验得知,动脉血中C02过低时(如过度通气),可发生呼吸运动暂停;在一定范围内升高时(吸入气中C02在2%~4%时),呼吸运动加深加快,肺通气量增加,使动脉血中Pco2重新接近正常水平。C02过高时(吸入气C02含量超过7%),由于C02在体内堆积,使中枢神经系统括呼吸中枢的活动受抑制,出现呼吸困难、头痛、头昏,甚至昏迷,出现C02麻醉。C02对呼吸运动的兴奋作用是通过刺激中枢化学感受器和外周化学感受器两条途径。
但以兴奋中枢化学感受器为主。因此,一定浓度的C02对维持呼吸中枢的兴奋是必需的。
(2)O2:动脉血Po2下降到80mmHg以下时,可出现呼吸运动加深加快,肺通气量增加,实验表明,低02对呼吸运动的调节作用是通过刺激外周化学感受器来实现的。但呼吸中枢的直接作用是抑制。轻度缺02时,刺激外周化学感受器而兴奋呼吸中枢能优势,呼吸运动加深加快,吸入更多的02来纠正机体缺02;重度缺02时,对呼吸中枢抑制作用占优势,则导致呼吸运动减弱甚至停止。
(3)H+:动脉血H+浓度升高,可使呼吸运动加深加快,肺通气量增加;H+浓度降低,使呼吸运动抑制。H+对呼吸运动的调节作用主要是通过刺激外周化学感受器实现的。
(二)肺牵张反射
肺扩张或缩小引起的反射称为肺牵张反射。其反射过程是:吸气时肺扩张,位气管平滑肌层的肺牵张感受器受到牵拉刺激而兴奋,冲动沿迷走神经传入延髓,在通过一定的神经联系使吸气转为呼气。其生理意义在于防止吸气过深过长,促进吸气转为呼气。在动物实验中,如切断两侧的迷走神经,动物的吸气过程延长,呼吸加深变慢。成年人在平静呼吸时,肺牵张反射一般不参与呼吸运动的调节。但在病理情况下,如肺不张、肺水肿时,可引起该反射,使呼吸运动变浅变快。
(三)防御性呼吸反射
1.咳嗽反射:是喉、气管和支气管黏膜受到机械或化学刺激时所引起的一种反射,可将呼吸道异物或分泌物排出体外,具有清洁和保护作用。但长期和剧烈的咳嗽可引起肺气肿。
2.喷嚏反射:是由鼻黏膜受刺激引起的反射活动,其作用是清除鼻腔中的刺激物。
课后练习
一、名词解释
1、呼吸
2、呼吸频率
二、填空题:
1、肺换气时,肺泡内Po2_____肺泡毛细血管Po2,肺泡内Pco2____肺泡毛细血管Pco2,因此O2由____向______扩散,CO2由____向______扩散。
2、组织换气时,组织细胞______分压低于组织毛细血管,组织细胞_____分压高于组织毛细血管,因此_______由组织细胞扩散至组织毛细血管,_____由组织毛细血管扩散至组织细胞。
3、二氧化碳在血液中的主要运输方式是形成_____,氧在血液中的主要运输方式是
形成_______。
4、氧合血红蛋白(HbO2)呈色,去氧血红蛋白(Hb)呈 色,一氧化碳氧血红蛋白(HbCO)呈色。当血中去氧血红蛋白超过g/L时,皮肤粘膜或甲床呈 色,称为。
5、呼吸运动的基本中枢在,调整中枢在。
三、A型单选题:
1、肺的有效通气量是指()
A。每分通气量B。每分肺泡通气量C。肺活量
D。最大通气量E。潮气量
2、尽力吸气后再作最大呼气所能呼出的气量称为()
A。潮气量B。肺活量C。补呼气量D。用力呼气量E。残气量
3、呼吸的基本中枢位于()
A。大脑皮层B。脑桥C。下丘脑D。延髓E。中脑
4、正常成人安静时呼吸频率为每分钟()
A。6~12次B。12~18次C。18~24次D。24~28次E。28~32次
5、有关胸内压的下列叙述,错误的是()
A。能保持肺的扩张状态B。有利于静脉血回流C。胸内压消失,可导致肺塌陷D。开放性气胸,可引起肺气肿E。胸内压为负压
四、B型单选题:
(1~2题备选答案)
A。静脉血B肺泡气C。动脉血D。组织液E。细胞外液
1、血液流经肺泡,经过肺泡气体交换后成为()
2、体循环毛细血管内的血液通过组织气体交换后转变成()
(3~4题备选答案)
A。潮气量B。肺活量C。残气量D。肺总容量E。功能残气量
3、平静吸气,吸入的气体量,称为()
4、用力吸气后,再用力呼气所能呼出的气体量,称为()
五、简答题:
1、胸膜腔负压的生理意义是什么?
2、氧气和二氧化碳在血液中主要的运输形式是什么?
(虎勤)