Übung: Atmung

8. Übung: 呼吸

8.1. 學習目標

本練習旨在：

• 加深對通氣、呼吸容積和呼吸能力（肺量計參數）的了解，包括潮氣量、肺活量和殘氣量。這些數值的測量和解釋對於評估肺功能至關重要。

• 評估外部呼吸的效率（血氣和血紅蛋白的 O₂ 飽和度）。在此，將分析動脈血氣以確定氧氣和二氧化碳含量以及 pH 值。脈搏血氧定量法用於無創監測氧飽和度。

• 了解在肺部通氣和排氣期間必須克服的阻力（呼吸力學）。這包括研究阻力（氣道阻力）和順應性（肺部擴張能力）及其對呼吸功的影響。

• 了解化學呼吸刺激（尤其是 CO₂）對呼吸的調節。將闡明中樞和外周化學感受器在適應 CO₂ 濃度變化時對通氣的調節作用。

• 根據臨床示例討論受干擾的外部呼吸的影響。將分析呼吸功能不全、哮喘或 COPD 的案例，以闡明所學概念的臨床相關性。

所需先備知識：

• 吸入空氣、呼出空氣和肺泡空氣的成分（死腔通氣、肺泡通氣）。了解這些氣體成分的差異對於評估通氣效率非常重要。

• 通氣的容積和能力（靜息呼吸、增加通氣以適應增加的氧氣需求）。了解不同的呼吸容積和能力以及它們在體力消耗時的變化至關重要。

• 呼吸力學（阻力、順應性、支氣管肌肉張力）。必須了解影響氣道阻力和肺部擴張能力的因素。

• 外部呼吸的調節（外周和中樞化學感受器）。化學和神經元對呼吸的調節機制非常重要。

• 血液中呼吸氣體的運輸（氧氣結合能力、氧氣轉運能力、血紅蛋白的氧氣飽和度、Hb 的非活性形式、玻爾效應、霍爾丹效應、肺泡動脈 O₂ 分壓差、動靜脈 O₂ 差） ). 了解血液中氧氣和二氧化碳的運輸以及相關影響至關重要。

• 呼吸功能不全的形式。必須了解呼吸功能不全的不同類型（低氧血症、高碳酸血症）及其原因。

• 酸鹼平衡調節的基礎知識。了解呼吸和酸鹼平衡之間的關係非常重要。

• 酸鹼平衡講座 I、II、III、IV。

• 呼吸I、呼吸II、呼吸III、呼吸IV。

• 自主神經系統（副交感神經）。

• 自主神經系統（交感神經）。

8.2. 基礎知識

8.2.1. 肺量測定法

• 肺量測定法是一種測量方法，可用於測量人和動物的通氣參數。它可以通過測量呼吸體積和流量來評估肺功能。

• 傳統上，呼吸體積是直接隨時間測量的（濕式或鐘式肺量計）。該方法基於呼吸體積對水的排量。

• 現代肺量計基於流量傳感器。

• 在此，測量呼吸流量（同義詞：流量，英文：flow，單位為 l/s；V'），並通過數學方法將其積分到體積中（V' = dV/dt bzw. V = ∫V' dt）。

• 典型的流量傳感器是氣體速測器（測量定義距離上的壓力差）或超聲波傳感器（測量取決於呼吸流量的聲速）。

• 在實踐中，將介紹和應用各種肺量計。這包括實際執行測量和解釋結果。

• 在肺量測定法測量期間，人會用嘴含住口件並閉住鼻子呼吸，動物則通過盡可能靠近動物頭部且死腔盡可能小的面罩呼吸。緊密貼合非常重要，以避免洩漏和錯誤測量。

• 在自發呼吸的條件下（即在清醒的動物身上），只能記錄靜息呼吸的參數。這包括潮氣量、呼吸頻率和分鐘通氣量。

• 測量儲備量或能力需要隨意的呼吸動作。這些包括用力肺活量 (FVC) 和第一秒用力呼氣容積 (FEV1)。

• 鐘式肺量計（濕式肺量計）：

• 懸掛在水箱中的圓柱形鐘。呼吸體積導致鐘向上和向下移動。

• 鐘的內部空間是氣密的，並連接到軟管。這允許將呼吸體積傳輸到鐘上。

• 受試者在鐘罩下吸入和呼出氣體混合物。吸氣和呼氣通過口件進行。

• 防止鼻子呼吸，CO₂ 被吸收。通過吸收 CO₂，可以防止二氧化碳的再呼吸。

• 體積波動被傳輸到書寫設備。記錄體積波動可以確定呼吸體積。

8.2.2. 脈搏血氧定量法

• 可以通過分析動脈血氣來檢查外部呼吸的效率。動脈血氣分析提供有關血液的氧分壓 (PaO₂)、二氧化碳分壓 (PaCO₂) 和 pH 值的信息。

• 血樣提供瞬時信息。通常從橈動脈抽取血液。

• 脈搏血氧定量法是一種非侵入性替代方法，可持續監測動脈血的氧氣供應。它可以連續測量氧飽和度，而無需抽血。

• 但是，不可能獲得有關血液的 CO₂ 含量或 pH 值的信息。需要進行血氣分析才能評估酸鹼平衡和二氧化碳含量。

• 血氧定量法的測量方法基於光吸收原理。

• 含氧血紅蛋白和不含氧血紅蛋白（同義詞：還原型）對紅色和紅外光的吸收不同。含氧血紅蛋白吸收更多的紅外光，而不含氧血紅蛋白則吸收更多的紅光。

• 血紅蛋白的氧飽和度 (SO₂) 是在跳動血管中以透射方式與脈搏波同步記錄的。測量是光度測量的。

• 可以並行確定心率和動脈 SO₂ (SaO₂)。脈搏血氧定量法同時提供有關心率的信息。

• 測量點：

• 人：指尖或耳垂。這些部位血液供應良好且易於接近。

• 動物：舌頭、嘴唇、鼻中隔、耳朵、陰囊或外陰（小牛：尾巴第四個到第五個尾椎附近的剃毛區域）。測量點的選擇取決於動物的種類和解剖結構。

• 干擾因素：毛髮、皮膚色素沉澱、運動偽影、環境光。這些因素會影響光的吸收並導致錯誤的測量。

8.2.3. 振盪阻力

• 在通氣過程中，空氣最好被輸送到氣道阻力低且肺組織擴張能力高的肺部區域。這導致通氣分佈不均勻。

• 呼吸力學障礙的後果是通氣不均勻（通氣不同步）和區域性肺泡通氣不足。這可能導致氣體交換紊亂。

• 為了診斷呼吸力學障礙，有必要評估氣道的氣流阻力（阻力）和肺部的擴張能力（動態順應性）。確定阻力和順應性對於診斷呼吸道疾病非常重要。

• 類比於歐姆定律 (U = R

cdot I)，氣道的阻力為：

• 氣道阻力 (R) = 壓力差 (\Delta P) / 流量 (I)

• 通過使用單頻振盪造影法（一種非侵入性方法），應測量在呼吸過程中必須克服的氣道阻力（振盪阻力；ROS）。

• 它代表呼吸系統中所有有效阻力的總和（阻力 + 順應性）。振盪阻力既考慮了氣道阻力，也考慮了肺部的擴張能力。

• 這種獨立於受試者或試驗動物合作的測量方法適用於人和動物。它在研究無法自願參與呼吸動作的嬰兒或動物時特別有用。

• 單頻振盪造影法：

• 通過塑料管呼吸（參考阻力）。塑料管用作標準化氣道。

• 將振盪（10 赫茲）施加到氣流。產生振盪以測量氣道阻力。

• 在分支點（面罩）測量壓力。測量壓力是為了確定氣道的壓力差。

• 當對稱分佈時，壓力為零。如果通氣分佈均勻，則壓力差較小。

• 當支氣管阻力較大時，會產生壓力信號。氣道阻力增加導致更大的壓力差。

8.2.4. 呼吸氣體和呼吸調節

8.2.4.1. 呼吸氣體 CO₂

• 由於 CO₂ 具有高水溶性和非常好的擴散特性，因此可以假設動脈和肺泡 CO₂ 分壓始終處於平衡狀態 (PaCO₂ = PACO₂)。這允許通過測量肺泡 CO₂ 分壓來間接監測動脈 CO₂ 分壓。

• 肺泡氣體混合物中的 CO₂ 分壓 (PACO₂) 可用於監測動脈血中的 CO₂ 含量。測量呼氣末 CO₂ (PetCO₂) 是一種非侵入性方法，用於估計 PaCO₂。

• 在呼氣期間，呼出的 CO₂ 濃度遵循典型的曲線（二氧化碳圖）。二氧化碳圖顯示了呼氣期間 CO₂ 濃度的變化。

• 在正常呼吸深度下，呼氣末 CO₂ 含量與肺泡氣體混合物中的 CO₂ 含量近似（第 III 階段，肺泡高原）。肺泡高原表示肺泡中的 CO₂ 濃度。

• 混合呼氣 CO₂ 含量包括呼出體積的所有部分（第 I - III 階段）。它既包括死腔氣體也包括肺泡氣體。

• 可以從二氧化碳圖的形狀推斷出通氣分佈紊亂（早期診斷外周局限性阻塞性呼吸道疾病，例如 COB =“馬哮喘”）。二氧化碳圖的變化可能表明存在呼吸道疾病。

• 二氧化碳圖：

• 呼氣期間 CO₂ 的過程曲線。它顯示了 CO₂ 濃度隨時間的變化。

• 可以分為四個階段（在自發呼吸的動物中無法測量第 4 階段）。這些階段對應於呼氣的不同部分。

• 二氧化碳圖法：

• 記錄每次呼吸中呼出空氣中 CO₂ 的濃度。它允許連續監測 CO₂ 含量。

8.2.4.2. 呼吸調節

• 中樞調節的（基礎的、自主的）呼吸節律可以通過反饋呼吸刺激來進行修改。呼吸由腦幹中的呼吸中樞控制，但可以受到各種因素的影響。

• 化學呼吸調節起著主導作用。化學刺激（如 CO₂ 和 O₂）對呼吸有很大的影響。

• 體內 CO₂ 分壓升高會引起最強烈的呼吸反應。高碳酸血症是對呼吸的強烈刺激。

• 呼吸反應：通過改變潮氣量 (AZV syn. tidal volume, Vt)、呼吸頻率 (AF) 或兩個參數來調整分鐘通氣量 (AMV syn. Vmin)（AMV = AZV \times AF）。分鐘通氣量通過改變潮氣量和呼吸頻率來調節。

• 在所選的實驗裝置中，應通過 CO₂ 再呼吸來證明這種生理效應。CO₂ 再呼吸模擬高碳酸血症。

• 由於吸入空氣中 CO₂ 的比例越來越高（CO₂ 再呼吸），肺泡 CO₂ 分壓 (PACO₂) 增加，因此動脈 PCO₂ (PaCO₂) 也會增加。這導致血液中 CO₂ 含量增加。

• 呼吸的化學感受器介導調節反應，導致呼吸模式在幾分鐘後發生變化，並且分鐘通氣量增加（呼吸驅動）。化學感受器對 CO₂ 分壓的變化做出反應並調整呼吸。

• PaCO₂ 的變化也會影響循環調節。高碳酸血症會導致血壓和心率升高。

• 用於測試的測量設備（aeroman professional）由流量計（超聲肺量測定法）和氣體分析單元（O₂ 和 CO₂）組成。這允許同時測量呼吸體積和呼吸氣體。

• 通過脈搏血氧定量法監測受試者的氧氣供應和記錄心率。脈搏血氧定量法用於連續監測氧飽和度和心率。

8.2.5. 血氣分析和呼吸衰竭

• 動脈血中呼吸氣體 O₂ 和 CO₂ 的分壓是評估外部呼吸效率的決定性標準。血氣分析提供有關肺部氣體交換的重要信息。

• 因此，檢測肺部氣體交換功能不全的核心是血氣分析。它可以診斷呼吸衰竭。

• 在呼吸衰竭中，可以區分通氣、擴散和/或灌注障礙。區分呼吸衰竭的不同原因是治療的關鍵。

• 動脈血中 CO₂ 分壓的評估具有診斷意義。PaCO₂ 是評估肺泡通氣的一個重要參數。

8.3. 任務和調查結果表

8.3