第三节 呼吸气体的交换和运输 视频1在线视频

现在我们开始介绍第三节

呼吸气体的交换与运输

在我们体内二氧化碳和氧气进行交换

所要遵循的原理是什么

简单的物理扩散

即气体从高压流向低压的过程

所以这样一来气体交换

也就利用交换两侧存在的气体分压差来进行

什么是分压

也就是说氧和二氧化碳

是混合气体当中的一种成分

所以氧在这个气体总体当中就有他的压力

我们称为氧的分压

二氧化碳也有二氧化碳的分压

氧气要进行扩散的话

必然就从氧分压高的一侧

流向氧分压低的一侧

二氧化碳也是如此

除了分压差之外

我们讲气体的理化特性

膜的通透性

以及膜交换的面积

也都会影响到气体交换的效果

这里我们来看一个气体扩散速率

这样一个公式

分压差乘以温度乘以气体溶解度

以及扩散面积

然后除以扩散的距离称以分子量的平方根

在这个公式当中我们可以看到

气体在局部的分压差以及局部的温度

包括气体本身的溶解度

还有他的交换面积

都是与他扩散速率是成正比的

这个值越大扩散速率也就越高

而低下扩散的距离也就是他经过膜的厚度

以及本身气体的分子量的大小

这跟扩散速率成一个反比

这个数值越大扩散效率速率也就越低

其中我们讲气体的溶解度

和分子量是气体本身固有的理化特性

所以我们一般把气体的溶解度

除以分子量平方根称之为该气体的扩散系数

不同气体有不同的扩散系数

一般二氧化碳的扩散系数

要高于我们氧气的扩散系数

扩散系数越大 扩散速率也就越高

具体气体在肺和组织是怎样的交换

这里首当其冲涉及到的就是他们的分压差

分压决定气体扩散的方向

它总是有高分压流向低分压

而分压差的大小决定了它的交换速率

是快还是慢 多还是少

所以要了解这个

必须首先知道在我们身体各部位

肺泡 血液 组织他们的氧分压

以及二氧化碳分压的态势

这里看到氧分压肺泡最高102毫米Hg

动脉血97 静脉血40 组织35

联合下面这张图

带进我们空气当中的氧分压

我们可以看到氧分压从空气到肺

到我们的血液乃至组织

呈现出一个T度的下降过程

而二氧化碳分压

我们看肺泡气和动脉血是最低的40毫米Hg

组织最高45到55 而静脉血是46

所以从空气到肺到血液到组织

二氧化碳分压呈现出一个梯度上升的过程

根据这样一个高低的关系

我们也就知道了在肺泡部发生的

与肺毛细血管之间的气体交换的方向

必然是二氧化碳由二氧化碳分压较高的

血管当中的动脉血进入到分压较低的肺泡当中

而氧气则由氧分压较高的肺泡

进入到氧分压较低的血液当中

而在组织部也是如此

二氧化碳由二氧化碳较高的组织细胞

进入到二氧化碳分压较低的动脉血当中

而氧气由动脉血氧分压较高的部位

流入到较低的细胞组织处

另一个与肺部

进行气体交换速率相关的重要结构

就是前面介绍过的呼吸膜

我们讲过呼吸膜由肺泡腔到达毛细血管腔

一共有6层结构

这6层结构是非常薄的

平均厚度只有0.6个微米

具有很高的通透性

同时扩散面积是非常大的

达到70到80平方米

与此同时还有两方面的功能储备

在安静的时候

大概只有40平方米的面积

呼吸膜是参与工作的

将有一半的面积是处在储备状态

我们也把它称为气体交换的面积储备

当我们进入剧烈运动

劳动的时候

这个部分就开始动用起来

另外血液流进毛细血管的时间

往往经过全长需要0.7秒

而我们的气体交换的过程只需要0.3秒

所以流经的时间对我们交换来说是绰绰有余

即使当我们的运动状态提升的时候

血流速度加快的时候

也不会影响到这里的交换速度

所以这个被称之为气体交换的

一个时间上的储备

但是我们讲如果得了一些肺部相关的疾病的话

如果发生呼吸膜中间一些结构性的改变

就有可能影响到这里的气体交换效率

比如说当我们肺出现纤维化 尘肺 肺内水肿

这些都会导致我们呼吸膜的厚度上升

而降低它的气体通透性

最后影响他的呼吸效率

在运动过程当中

剧烈的代谢过程当中

我们的肺部血流速度进一步加快

这时候会使你气体交换的效率更加下降

而在肺气肿 肺不张

或者是由于肺部组织发生恶变

必须要进行部分切除的时候

我们的肺呼吸膜总体面积就会下降

而这直接也就会影响到

我们最终气体交换能力的降低

下面我们来看看第三

气体在血液中的运输

气体的运输方式一般无外乎两种

第一种称为物理溶解

指气体直接以一种溶解态进入到血浆当中

由血浆来进行运送

这种量一般比较少 一般不超过5%

但是重要性却是很大的

因为其他的运送方式

往往都是以物理溶解为基础的

所以他是一种桥梁的方式

而且溶解往往与该气体的溶解度

以及他的分压局部的高低有直接的关系

第二种方式称为化学结合方式

氧和二氧化碳都可以与血浆当中

血液当中特殊的化学物质发生相应的结合

通过他们来进行携带

这种方式所占的比重是非常大的

也是我们气体运输的一种主流方式

下面我们具体来看看氧气的运输

氧气运输当中物理溶解很少1.5%

而绝大多数是化学结合

与氧气发生结合运送的主要是血红蛋白

血红蛋白是存在于

我们红细胞内部的功能性蛋白

它可以发生以下的结合反应

血红蛋白与氧气结合

形成我们称为叫氧合血红蛋白HbO2

但是这个过程是一个可逆过程

它是受到氧分压高低的因素影响的

当氧分压高的时候血红蛋白

与氧气是产生结合过程

我们称为氧合

而在氧分压较低的环境当中

则氧和血红蛋白就会氧离

然后分离出氧气以及去氧的血红蛋白

血红蛋白是怎样一种结构

大致了解一下

血红蛋白是我们红细胞当中的色蛋白

在这个结构当中

它是有一个珠蛋白以及4个血红素来构成的

这个珠蛋白又包括四个亚基

每一个亚基都是一个态链

两条阿尔法链 两条贝塔链

而中央的这个四个血红素

中间有一个功能性的亚铁离子

而恰恰就是这个亚铁离子

是与氧气发生结合的功能性部位

如果我们体内的氧元素缺乏的话

或者是摄入的事物当中极度缺乏铁制的话

就会形成一种贫血

我们叫缺血性贫血

从而影响你的运氧能力

血红蛋白与氧气的结合呈现出以下的特征

第一反应比较快是一个可逆反应

而且这个反应方向是受到氧分压的影响的

同时这个过程不需要酶的催化的

第二该过程是一个氧合过程

而非我们平时讲的氧化

因为在这个过程前后

我们讲它的铁2+的状态

是不发生改变的

也没有相应的电子移动的过程

第三 一分子的血红蛋白

可以与四分子的氧气进行可逆结合

我们往往根据它的血红蛋白

与氧气的结合程度

我们提出一些相应的概念

氧容量氧含量和氧饱和度

氧容量指的是100毫升血液当中

100毫升血液当中的血红蛋白

100毫升血液当中的血红蛋白

大概在15克左右

而这时候能够理论结合氧的最大量

是达到20毫升

而氧含量是指我们具体身上某一些部位

所测量到100毫升血液

血红蛋白能够结合氧的真实

或者是实际的量究竟有多少

这个叫氧含量

我们把这些部位的氧含量

去除以它的氧容量产生的一个百分比

我们称之为氧饱和度

用于衡量你局部部位血液当中

血红蛋白结合氧的程度大小

在我们的血液当中

如果去氧血红蛋白达到100毫升5克以上

这时候我们的皮肤黏膜

嘴唇这些地方就会表现出浅蓝色

这种现象我们称为紫绀

看到人身上有紫绀的现象表现

意味着身体处在明显的缺氧状态

其实我们知道血红蛋白

并不只和氧气这一种气体结合

他还能结合二氧化碳甚至结合一氧化碳

尤其与一氧化碳的结合

我们讲亚铁离子在与一氧化碳的结合当中

发现它的亲和力要远远超过它与氧气的结合

这种能力要达到250倍以上

所以一旦环境当中

有相应浓度的一氧化碳的话

它很容易结合住你的血红蛋白

并且阻止氧气与之相结合

这样一来就会造成你运送的血液当中氧的缺乏

最后引起组织缺氧

导致严重会引发死亡

这就是我们讲的煤气中毒