呼吸中樞和呼吸肌功能測定

呼吸中樞和呼吸肌功能測定第1頁/共43頁一、呼吸中樞及呼吸調(diào)節(jié)第2頁/共43頁(一)延髓呼吸中樞（1）支配呼吸肌的運動神經(jīng)元細胞體位于脊髓，脊髓的呼吸肌運動神經(jīng)元受延髓呼吸中樞控制。保留延髓的去大腦動物能進行節(jié)律的呼吸運動，并隨著血液CO2和O2含量改變表現(xiàn)相應(yīng)變化。（2）吸氣中樞位于延髓腹側(cè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，電刺激可引起動物的吸氣動作；呼氣中樞位于延髓背側(cè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，電刺激引起呼氣動作。第3頁/共43頁（二）腦橋呼吸中樞

平穩(wěn)、均勻的呼吸節(jié)律還依賴于腦橋呼吸調(diào)整中樞和長吸中樞的存在。（1）呼吸調(diào)整中樞：位于腦橋上部；對延髓吸氣中樞有抑制作用，防止過長過深的吸氣。延髓吸氣神經(jīng)元興奮時，沖動下傳至脊髓，引起吸氣動作；同時上傳腦橋，刺激呼吸調(diào)整中樞，后者發(fā)出沖動對延髓吸氣神經(jīng)元負反饋調(diào)節(jié)，使吸氣轉(zhuǎn)入呼氣。（2）長吸中樞位于腦橋中下部有加強延髓吸氣神經(jīng)元活動的結(jié)構(gòu)。第4頁/共43頁（三）大腦皮層對呼吸的調(diào)節(jié)

呼吸運動在一定范圍內(nèi)可以隨意調(diào)節(jié)，并能建立條件反射。大腦皮層對呼吸運動的調(diào)節(jié)，是通過兩條途徑實現(xiàn)的：（1）通過對腦橋和延髓呼吸中樞的作用，調(diào)節(jié)呼吸的節(jié)律；（2）通過皮層脊髓束和皮層紅核脊髓束，下傳直接支配呼吸肌運動神經(jīng)元的活動。第5頁/共43頁（四）呼吸運動的反射性調(diào)節(jié)肺牽張反射（1）肺擴張反射：感受器存在于支氣管和細支氣管平滑肌里，肺擴張反射的生理作用在于阻抑吸氣過長過深，促使吸氣及時轉(zhuǎn)入呼氣。（2）肺收縮反射：將實驗動物肺中氣體抽出，或造成開放性氣胸，使肺萎縮，則反射性引起吸氣動作。第6頁/共43頁（四）呼吸運動的反射性調(diào)節(jié)呼吸肌本體感受器（肌梭裝置）（1）當呼吸肌被動拉長或等長性肌肉收縮時，本體感受器因牽拉而發(fā)生興奮，傳入沖動通過脊神經(jīng)到達脊髓，反射使感受器所在肌肉收縮加強。（2）當吸氣時增加呼吸道阻力時，吸氣肌等長收縮，本體感受性反射增強，提高吸氣肌收縮強度，克服阻力，保持吸入氣量。在呼氣時增加呼吸道阻力，也使呼氣肌產(chǎn)生相同的反應(yīng)。第7頁/共43頁

（五）化學感受性呼吸反射外周化學感受器是指主動脈體和頸動脈竇，感受血液PCO2、PO2和氫離子濃度變化的刺激。對呼吸的調(diào)節(jié)來說，頸動脈竇的作用更重要。摘除外周化學感受器或切斷其傳入神經(jīng)，外周化學感受器作用雖消除，但吸入CO2仍能加強呼吸反應(yīng)。延髓外淺表部有中樞化學感受器，接受H+刺激。血液中CO2能迅速透過血腦屏障，與腦脊液和化學敏感細胞周圍組織液中的H2O結(jié)合生成H2CO3，解離出H+,對中樞化學感受器起刺激作用。第8頁/共43頁（六）CO2對呼吸的調(diào)節(jié)1）CO2是調(diào)節(jié)呼吸最重要的體液因子。CO2主要通過中樞化學感受器而起作用的。提高血液中的CO2濃度，對呼吸調(diào)節(jié)效應(yīng)在1分鐘左右即達高峰。2）血液中CO2濃度長期維持在較高水平，則其調(diào)節(jié)效應(yīng)逐漸下降。血液HCO3-通過腦脊液腔表層蛛網(wǎng)膜細胞主動轉(zhuǎn)移進入腦脊液，與H+結(jié)合，降低其濃度，從而降低對呼吸的效應(yīng)。血液CO2對呼吸的作用，初期具有急性效應(yīng)，數(shù)天后變成緩慢的適應(yīng)性效應(yīng)。第9頁/共43頁（七）缺氧對呼吸的影響缺氧刺激時通過外周化學感受器起作用的。在嚴重肺氣腫等患者，肺部氣體交換和通氣功能受到限制，導致動脈血O2含量下降而CO2含量增多，表現(xiàn)呼吸的加強；隨后由于中樞化學感受器對CO2的適應(yīng)性作用，CO2的刺激效應(yīng)逐漸減弱，缺氧成為加強呼吸的主要刺激。第10頁/共43頁1、在外周感受器，頸動脈竇更為重要，切除后機體對低氧無通氣增加反應(yīng)。

2、平靜呼吸時，頸動脈竇驅(qū)動作用占15%，高碳酸血癥時，頸動脈竇呼吸驅(qū)動作用占30%。

3、頸動脈竇接受頸外動脈的血供，平均血流量為2升/100克/分。第11頁/共43頁

處在相對較高PaCO2狀態(tài)下，頸動脈竇在低氧時發(fā)出的神經(jīng)沖動頻率有增加趨勢。第12頁/共43頁第13頁/共43頁呼吸過程

高級中樞呼吸中樞外周感受器

外周神經(jīng)神經(jīng)肌肉接頭肌梭裝置張力改變呼吸肌細胞膜肌纖維收縮血氣O2,CO2變化呼吸運動胸膜腔壓力改變肺容積改變第14頁/共43頁（八）呼吸中樞敏感性和反應(yīng)性測定通氣過程經(jīng)感受器-呼吸中樞-效應(yīng)器（呼吸器官）系統(tǒng)的有效控制，保持PaCO2正常。呼吸中樞驅(qū)動定量包括CO2敏感性和反應(yīng)性測定。CO2敏感性測定是以特定PaCO2狀態(tài)下口腔阻斷壓P0.1、平均吸氣流量（VT/Ti）和每分鐘通氣量（VE

）絕對值表示。CO2反應(yīng)性測定是以單位PaCO2改變時P0.1、VT/Ti和VE的相對改變值表示。第15頁/共43頁P0.1測定間斷短暫阻斷吸氣口，傳感器測定吸氣0.1秒時口腔壓力。由于氣道阻斷，無氣流、肺容量變化，故不受氣道阻力和肺順應(yīng)性影響，測得負壓純粹為呼吸肌活動所致。在定量PCO2刺激下，P0.1是反映呼吸中樞吸氣驅(qū)動的指標。但受吸氣肌力影響。多數(shù)COPD患者P0.1顯著增高，提示吸氣驅(qū)動高輸出狀態(tài)。平均吸氣流量（VT/Ti）反映單位時間內(nèi)由吸氣驅(qū)動所完成的吸入氣量。VT/Ti和P0.1呈現(xiàn)高度相關(guān)性，均可定量反映中樞吸氣驅(qū)動。根據(jù)呼吸中樞對CO2反應(yīng)強弱可將COPD分為2組：反應(yīng)較強PCO2接近正常；弱反應(yīng)易出現(xiàn)CO2潴留。第16頁/共43頁CO2反應(yīng)性測定

觀察PaCO2改變時P0.1、VT/Ti和VE的相對改變情況。定量分析呼吸中樞驅(qū)動。

重復呼吸法高CO2反應(yīng)性測定。穩(wěn)態(tài)法高CO2反應(yīng)性測定。第17頁/共43頁重復呼吸法高CO2反應(yīng)性7升儲氣袋中配制7％CO2、40％O2，其余N2的混合氣，重復呼吸4分鐘。同步間斷測定呼氣末CO2(PetCO2)、P0.1、VT、RR、VE。以PetCO2為自變量，以P0.1、VT、RR、VE

為應(yīng)變量，計算相關(guān)和回歸。第18頁/共43頁重復呼吸法高CO2反應(yīng)性注意事項配氣CO2濃度要求接近肺泡氣CO2濃度，以加速達到平衡。因此高碳酸血癥患者應(yīng)適當提高配氣CO2濃度。要求試驗結(jié)束時儲氣袋O2濃度>21％，因此氧耗量大者可適當提高配氣O2濃度。為減少身高體重對測定結(jié)果的影響，VT和VE可用體表面積校正并換算成BTPS。如受試者不能耐受，可提前結(jié)束測試。第19頁/共43頁穩(wěn)態(tài)法高CO2反應(yīng)性測定配制幾種不同CO2濃度氣體，F(xiàn)iCO2分別為0％、3％、5％、7％，O2濃度為21％，其余為N2。通過單向活瓣每種氣體呼吸10分鐘。測定呼吸每種CO2濃度氣體時PetCO2、

P0.1、VT、RR、VE數(shù)值。第20頁/共43頁附：重復呼吸法低氧反應(yīng)性監(jiān)測氧飽和度條件下，重復呼吸空氣或一定高氧濃度氣體，吸入氣FiO2逐漸降低，同步測定P0.1和VE，直到SaO275％。SaO2為自變量，P0.1或VE為應(yīng)變量，測定兩者相關(guān)和回歸。第21頁/共43頁重復呼吸法低氧反應(yīng)性測定注意事項吸入氣FiO2降低，可刺激通氣，使PCO2降低，影響測定結(jié)果。必須適當調(diào)節(jié)吸入氣CO2濃度，以維持PCO2恒定。監(jiān)測SaO2，不可低于75％。心電監(jiān)護；出現(xiàn)心律紊亂即停止試驗。要求試驗開始時SaO2為95％左右，故低氧血癥患者吸入氣體氧濃度應(yīng)高于空氣。第22頁/共43頁二、呼吸肌第23頁/共43頁呼吸肌的組成及功能（1）

呼吸肌主要由膈肌、肋間肌和腹肌三部分組成。輔助呼吸肌包括胸鎖乳突肌、斜角肌、斜方肌等。呼吸肌分為吸氣肌（膈肌、肋間外肌、胸鎖乳突肌等）和呼氣?。ɡ唛g內(nèi)肌、腹肌等）。呼吸肌含慢收縮抗疲勞纖維（Ⅰ類纖維），快收縮纖維（Ⅱ類纖維）。Ⅱ類纖維又可分為快收縮耐疲勞纖維（ⅡA纖維）和快收縮快疲勞纖維（ⅡB纖維）。第24頁/共43頁呼吸肌的組成及功能（2）呼吸肌遵循初長-張力關(guān)系、力量-速度關(guān)系、刺激頻率-力量關(guān)系。在吸氣過程中膈肌起的作用占60-80%。膈肌收縮的效能與其本身的形狀及長度有密切的關(guān)系。膈肌初位置越向上彎曲，能產(chǎn)生的壓力越大，吸氣越有效。第25頁/共43頁第26頁/共43頁呼吸肌遵循初長-張力關(guān)系第27頁/共43頁呼吸肌遵循刺激頻率-力量關(guān)系第28頁/共43頁呼吸肌疲勞呼吸肌疲勞是指呼吸肌組織在負荷下活動而導致力量和/或速度的下降，這種能力的下降可通過休息而恢復。呼吸肌無力（weakness）是指雖經(jīng)充分休息，呼吸肌產(chǎn)生的力量仍未能恢復。第29頁/共43頁呼吸肌疲勞發(fā)病機制

1）呼吸中樞驅(qū)動不足：中樞病變?nèi)缂顾枨敖羌毎∽儭⒒杳缘纫鸷粑∪鉄o力。呼吸肌疲勞時反射性抑制中樞驅(qū)動，減少疲勞肌肉做功。2）神經(jīng)肌肉疾患：膈神經(jīng)損傷，神經(jīng)肌肉接頭傳導障礙，肌肉本身的疾患（如進行性肌萎縮等）。3）肌肉初長和形狀的改變：正常狀態(tài)下，在肺總量位，呼氣肌肉處于最佳初長狀態(tài)，產(chǎn)生的呼氣力量最大。在殘氣位，吸氣肌肉處于最佳初長狀態(tài)，產(chǎn)生的吸氣力量最大。肺氣腫對膈肌肌力影響明顯。膈肌縮短時伴變平。第30頁/共43頁呼吸肌疲勞發(fā)病機制

（4）負荷增加：各種胸肺部疾患引起呼吸阻抗（氣道粘性、彈性、慣性阻力）增高，導致呼吸肌負荷加重。（5）代謝因素：缺氧、高碳酸血癥、低鉀血癥、低鎂血癥。（6）能量供應(yīng)不足：呼吸肌做功增加，乳酸堆積，pH值下降，可出現(xiàn)疲勞。心功能不全、休克、貧血或低氧血癥因呼吸肌血流或能量供給減少而出現(xiàn)疲勞。第31頁/共43頁呼吸肌力量測定1）最大吸氣壓（MIP）：是指在殘氣位（RV）或功能殘氣位（FRC），氣道阻斷時，用最大努力吸氣能產(chǎn)生的最大口腔壓。反映全部吸氣肌的綜合吸氣力量。正常值男性：75cmH2O，女性：50cmH2O。2）最大呼氣壓（MEP）:是指在肺總量（TLC）位，氣道阻斷，用最大努力呼氣能產(chǎn)生的最大口腔壓。它反映全部呼氣肌的綜合力量。MEP可用于評價神經(jīng)肌肉疾患的呼吸肌功能和咳嗽及排痰能力。MEP超過100cmH2O時表示咳嗽及排痰能力有效。第32頁/共43頁呼吸肌力量測定（3）食道內(nèi)壓（Peso）、胃內(nèi)壓（Pgas）、和跨膈壓（Pdi）測定：跨膈壓（Pdi）為吸氣相腹內(nèi)壓（胃內(nèi)壓）與胸內(nèi)壓（食道內(nèi)壓）的差值。最大跨膈壓（Pdimax）是指在功能殘氣位（或殘氣位）氣道阻斷狀態(tài)下，以最大努力吸氣時產(chǎn)生的Pdi最大值。Pdimax正常值：男性≥98cmH2O；女性≥70cmH2O為正常。第33頁/共43頁

慢性阻塞性肺病（COPD）患者和正常對照組最大吸氣壓（PImax）比較：

COPD患者因肺氣腫和肌肉疲勞，PImax為正常值的40%。其中PaCO2增高的患者PImax下降更為明顯。第34頁/共43頁呼吸肌疲勞的測定

肌張力時間指數(shù)（TTdi）：呼吸肌做功的大小主要取決于其收縮的力量和收縮持續(xù)時間。Pdi的平均值（Pdi）和Pdimax的比值反映收縮強度;吸氣時間（Ti）與呼氣周期總時間（Ttot）的比值反映了膈肌收縮持續(xù)時間：TTdi=Pdi/PdimaxTi/TtotTTdi正常值約為0.02左右，在吸氣阻力負荷下，TTdi明顯提高。當TTdi高于0.15這個閾值時，膈肌就有可能在45分鐘內(nèi)發(fā)生疲勞。TTdi=0.15定義為膈肌疲勞閾值。TTdi增加反映膈肌功能儲備減少。耐受時間（Tlim）指呼吸肌在特定吸氣阻力負荷下不發(fā)生疲勞的時間。耐受時間與肌張力時間指數(shù)的相互關(guān)系為：Tlim=0.1（TTdi)-3.6第35頁/共43頁1、多數(shù)正常個體在無外加阻力時肌張力指數(shù)（TTdi）在0.02左右。

2、穩(wěn)定期COPD患者平靜呼吸時Ttdi在0.05左右。

3、COPD伴急性感染時，Pdi/PdiMAX增加，膈肌收縮持續(xù)時間增加，使肌張力指數(shù)（TTdi）大0.15，導致膈肌疲勞。第36頁/共43頁1、耐受時間（Tlim）指呼吸肌在特定吸氣阻力負荷下不發(fā)生疲勞的時間。2、耐受時間與肌張力時間指數(shù)的相互關(guān)系為：Tlim=0.1（TTdi)-3.6第37頁/共43頁呼吸肌疲勞的測定肌電圖頻譜分析：膈肌疲勞時其EMG頻譜低頻成分（L:20—48HZ）增加，高頻成分（H:150—350HZ）相應(yīng)減少，相應(yīng)全部頻譜中位頻率（CentroidFrequencyFC）降低。FC或H/L比基礎(chǔ)值下降20%表示顯著性改變。EMG是疲勞的早期改變。膈神經(jīng)電刺激法：膈神經(jīng)電刺激可使膈肌收縮產(chǎn)生壓力。強直性超強刺激頻率達80—100HZ時，可誘發(fā)最大Pdi。膈神經(jīng)電刺激測得的Pdi約占Pdimax的17—21%，如果下降至12%以下，提示膈肌疲勞。第38頁/共43頁

膈肌疲勞時其EMG頻譜低頻成分（L:20-48HZ）增加，高頻成分（H:150-350HZ）相應(yīng)減少。H/L比基礎(chǔ)值下降20%表示顯著性改變。EMG顯著性改變是疲勞的早期