Week 5,  生命体征 － 呼吸频率 

人类呼吸系统是如何工作的？呼吸系统负责为身体细胞提供氧气，以及排出二氧化碳，

一，呼吸系统：是由鼻子、鼻腔、咽、喉、气管、支气管和肺组成。

  o 鼻孔nares (nostrils) 
  o 鼻腔 nasal cavity
  o 咽  pharynx
     ♣ 鼻咽部 nasopharynx
     ♣ 口咽部 oropharynx
     ♣ 喉咽  laryngopharynx
  o 喉   larynx
     ♣ 会厌 epiglottis 
       • 在吞咽过程中，会厌复盖喉部的开口，将吞咽的东西引导至食道esophagus 
  o 气管  trachea
     ♣ 分支形成左右主支气管the right and left primary bronchi
     ♣ 初级支气管分支形成次级支气管secondary bronchi
       • 2 个左次级支气管 （左肺小一些，2叶）
       • 3 个右次级支气管 （右肺3叶）

首先空气从鼻子进入人体，鼻子中的上皮细胞产生粘液，能湿润空气，而血管具有一定热量，可使进入鼻孔的空气变得温暖。鼻孔黏液还会保留任何可能入侵肺部的污垢和病原体，同时，鼻子内部还有数百万个嗅觉感受器，帮助我们嗅闻周围环境。

空气从鼻孔吸入穿过咽喉进入气管，咽和喉连接鼻腔和气管，也确保人体空气通道在呼吸时保持开放状态，声带位于喉内，当空气穿过喉咙，处于声带之上时，就能发出声音。

气管是一根由C形软骨环和平滑肌支撑的长管，气管内部充满了黏液，同样是为了防止外来颗粒进入身体，可以确保空气保持湿润状态。当吸入空气向下进入气管时，气管分裂成支气管，支气管又进一步分裂成细支气管，空气通过不同的支气管通道进入肺部。该情况一直持续到细支气管，抵达肺泡。

你知道右肺比左肺略微大一些吗？左肺较窄，因为它要为心脏腾出空间，而心脏稍微向左倾斜。然而，右肺比左肺短而宽，因为肝脏在其右下方，由于右肺更大，它比左肺为身体提供更多氧气。

二。 呼吸机理

肺泡是气体交换发生的地方，它们是充满空气的囊状结构，有点像气球，它们与毛细血管相接触，毛细血管将缺氧和富含二氧化碳的血液送到肺部。

呼吸依赖于一个重要原理——压力差，肺内部压力与外部环境压力之间的差异决定了空气是流入还是流出肺部，这种压差是通过改变肺的容积而产生的，压强和体积是成反比的，所以体积越小，内部压强就越大。

inhalation吸气- 

吸气时可使肺部扩张，从而导致肺内部压力低于大气压力，自然地，空气会从一个压力较高区域流向一个压力较低区域，这意味着外部空气会进入肺部。在肺部中，氧气分压较高，而在血管中，氧气分压较低，因此，氧气会从肺泡中转移至血管中，因为肺泡中有较高的分压。同样，二氧化碳的分压在血管中较高，在肺泡里较低，所以它会从血管流向肺泡。这种气体交换在肺部大约5亿个肺泡中不断发生，通过肺泡富含氧气将传输到身体其他部位，为细胞提供氧气。

  - 吸入是一个主动的过程inhalation is an active process

  - quiet inspiration –包括收缩：diaphragm隔膜，external intercostal muscles肋间外肌

  - forced inspiration用力吸气，需要额外的骨骼肌skeletal muscles：

    Sternocleidomastoid 胸锁乳突肌，scalenes斜角肌，pectoralis minor胸小肌

exhalation呼气-

为了排出二氧化碳气体，肺部会向内收缩，从而减少了肺内容积，从而增加了压力，这个压强现在比大气压强大，所以空气会从肺部排出，进入空气之中。这样，就形成了一个完整的呼吸循环系统。

1. quiet exhalation is a passive process- elastic tissue retracts to normal position。安静的呼气是一个被动的过程——弹性组织收缩到正常位置。如果一个人用力呼吸，呼气也会变成一个积极的过程。

2.forceful exhalation用力呼吸 –skeletal muscles involved涉及骨骼肌:

     muscles of the abdominal wall 腹壁肌肉

     internal intercostals内肋间肌

     muscles of the abdominal wall 腹壁肌肉

 

pleura 胸膜-

pleurae are one example of a serous membrane浆膜- thin membrane layer that covers the outer surface of organs in the body cavity, then reflects outward to line the cavity胸膜是浆膜层的一个例子，它覆盖体腔内器官的外表面，然后向外反射以排列腔体.

    visceral pleura 脏胸膜

    parietal pleura 壁层胸膜

    pleural cavity胸膜腔 –a thin potential space which is filled with pleural fluid胸膜液 that is secreted by the pleural membranes胸膜 

 

三。 The Mechanics of Breathing呼吸力学

Inhalation-吸气

     *chest wall moves out and up, stretching the elastic tissue胸壁向外向上移动，拉伸弹性组织;

     *lung volume increases肺容量增加 - decrease in intrapulmonary pressure 肺内压减低

     *when intrapulmonary pressure is less than atmospheric pressure, air flows into lungs 当肺内压低于大气压时，空气流入肺部

Exhalation呼气

      *lung volume decreases肺容量减小 - increase in intrapulmonary pressure 肺内压增高

      *when intrapulmonary pressure is greater than atmospheric pressure, air flows out of the lungs当肺内压大于大气压时，空气会从肺部流出

spirometry tracing肺活量追踪: 

      *tidal volume –average adult tidal volume = 500 mL 潮量，自然呼吸

      *inspiratory reserve volume吸气储备量

      *expiratory reserve volume呼气储备量

      *vital capacity肺活量

      *residual volume 残余量–volume of air left in the lungs at the end of a forceful exhalation 用劲呼气后还会有余气，不然肺泡再鼓起就有困难。

      *a greater resistance in the respiratory system makes it more difficult to move air in and out of the airways

      *bronchoconstriction支气管收缩：

         parasympathetic nervous system副交感神经系统- 

      *bronchodilation支气管扩张:

         sympathetic nervous system交感神经系统

当我们谈论气体交换时，我们谈论的是气体沿着其分压梯度扩散。现在在肺部，如果我们只考虑循环方面的情况，想想我们有脱氧血液回到右心房， 然后流入右心室。当心室收缩时，血液会喷射到肺干。然后肺干会分叉成左右肺动脉，将血液输送到左右肺，对吧？在肺内，肺动脉会分裂，分裂，分裂成越来越小的血管，直到最后到达发生气体交换的肺毛细血管的水平。现在进入肺毛细血管的血液是脱氧血液。它还含有氧气吗？当血液在整个体循环中形成回路时，它确实会向组织释放一些氧气，但不会释放出它所含的所有氧气，所以它的含氧量比它通过肺部吸收氧气后的含氧量要低。在脱氧血液中会有更多的二氧化碳。因为当血液通过体循环进行循环时，它会通过进行新陈代谢的组织。二氧化碳是细胞代谢的最终产物之一。所以血液会吸收二氧化碳，从而会有更高的二氧化碳分压。所以氧气将从分压较高的肺泡扩散到流经肺毛细血管的血液中。二氧化碳会从肺毛细血管血液扩散到肺泡，这样，两种气体都沿着它们的分压梯度扩散。血液流过那些肺毛细血管，肺毛细血管会聚形成毛细血管后到小静脉，这些小静脉会聚形成更大的小静脉。小静脉汇合形成静脉。最终，肺静脉将新氧合的血液带出肺部，输送到左心房。血液从左心房流入左心室。左心室，当心室收缩时，左心室会将血液射入主动脉。然后血液会从主动脉流入更小的动脉。动脉将分叉、分叉、分支、分叉。最后到达全身毛细血管，现在气体交换也发生在全身毛细血管中。同样，气体将沿着其分压梯度向下扩散，但由于氧气现在将在全身血液中具有更高的分压，氧气将扩散到细胞中。二氧化碳将从细胞扩散到全身毛细血管的血液中。  所以气体交换发生在肺毛细血管和全身毛细血管中。

 

五，Regulating Respiration Rate 调节呼吸频率

Control of respiration rate:

chemoreceptors化学感受器 –the specialized chemoreceptors that monitor changes in O2, CO2, and pH of body fluids体液 pH 值

     * peripheral chemoreceptors 外周化学感受器

        located in the aortic and carotid bodies位于主动脉和颈动脉体

        monitor the chemistry of systemic arterial blood监测全身动脉血化学

     * central chemoreceptors 中枢化学感受器

        in the brainstem near the control centers for respiration rate在呼吸率控制中心附近的脑干中

        monitor changes in the cerebrospinal fluid 监测脑脊液的变化

通常，中枢化学感受器在调节呼吸速率中起主要作用。       

 

chemical factors influencing respiration 影响呼吸的化学因素

     * carbon dioxide

        increased pCO2 二氧化碳分压in systemic arterial blood全身动脉血 is the most powerful stimulus最强大的刺激 for regulation of respiration rate

        it is the central chemoreceptors that are most sensitive to increased pCO2 in arterial blood 对动脉血中二氧化碳分压升高最敏感的是中枢化学感受器。

        增加的二氧化碳分压会间接影响中枢化学感受器—通过降低脑脊液的 pH 值

     * oxygen

        pO2 may fall low enough to stimulate respiration in certain clinical situations (i.e. pneumonia, congestive heart failure) 在某些临床情况下（如肺炎、充血性心力衰竭），氧分压 可能会降低到足以刺激呼吸

        it is peripheral chemoreceptors that are most responsive to increased pO2 in arterial blood 对动脉血中增加的 pO2 最敏感的是外周化学感受器。

       * pH

         -  acids (free H+) are generated in the body via metabolism 酸（游离 H+）通过新陈代谢在体内产生. examples of these types of acids are lactic acid & ketoacids乳酸和酮酸  .

          -peripheral receptors are most responsive to the decreased pH associated with accumulation of metabolic acids 外周受体对与代谢酸积累相关的降低的 pH 值最敏感.

 

regulating respiration

when chemoreceptors are activated, they increase activation of respiratory centers in the medulla of the brainstem, this results in increased neural impulses to respiratory muscles.当化学感受器被激活时，它们会增加脑干髓质中呼吸中枢的激活，这导致呼吸肌的神经冲动增加.

  - under normal circumstances, the indirect activation of central chemoreceptors by the increased pCO2 of systemic arterial is the primary stimulus regulating respiration 在正常情况下，全身动脉 pCO2 升高间接激活中枢化学感受器是调节呼吸的主要刺激.

- chronic obstructive pulmonary disease 慢性阻塞性肺病 (COPD) –condition in which there is impaired recoil ability of lung tissue肺组织的反冲能力受损的情况.

also, in patients with COPD, there is a destruction of alveolar walls - enlarged air pockets 肺泡壁被破坏 - 气囊扩大. these enlarged air pockets cause increased dead space in lungs --i.e., these spaces are not involved in gas exchange 这些扩大的气穴导致肺部死腔增加—即这些空间不参与气体交换.

  - slower, deeper breaths (versus shallow, rapid breaths) is more efficient at getting more fresh gas into the alveoli更慢、更深的呼吸（相对于浅而快的呼吸）更有效地将更多新鲜气体吸入肺泡.

 

七，临床表现

当医生用听诊器在你的前胸后背， 上上下下，聆听你的呼吸音， 判断你的呼吸音正常还是异常。 如果有人患有肺炎或肺水肿（pulmonary edema），您可能会听到他们的肺部积液，所以听起来真的像噼啪声或轻微的爆裂声，罗音Crackles 。哮喘病患者胸部能听到wheezing喘息声。

患有不受控制的糖尿病的人无法正常代谢血糖，并严重依赖脂肪作为燃料。结果，它们的脂肪分解代谢速度加快并产生了更多的酮。酮是一种代谢酸，可作用于外周化学感受器，导致呼吸速率增加。生酮饮食的人经常尿里能查到酮体，是不是会引起心跳加速呢？