呼吸系統(tǒng)的臨床解剖和生理功能

呼吸系統(tǒng)由鼻,、咽,、喉、氣道和肺等器官組成,。其主要功能為呼吸,，也就是吸入 02 和呼出 C02，使入體能在自然環(huán)境中得與生存,。上,、下呼吸道和肺等組成了一個完善的 呼吸

泵 ，將空氣通過呼吸道吸入肺內(nèi),，肺臟提供了巨大的肺泡表面使血液得與和外環(huán)境中的 02和 C02 進行氣體交換,，攝取 02 和排出 C02。

要理解呼吸系統(tǒng)的正常生理功能,，首先應(yīng)了解呼吸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),。下面介紹與呼吸內(nèi)科臨床有關(guān)的呼吸系統(tǒng)的解剖、結(jié)構(gòu)和功能,。

一,、呼吸系統(tǒng)的正常解剖相結(jié)構(gòu)

呼吸道以環(huán)狀軟骨下緣為界，分為上,、下呼吸道兩大部分,。上呼吸道是由鼻、鼻竇,、咽和喉構(gòu)成,，除能輸送氣體外,，還有加溫、濕化和過濾空氣等作用,。而氣管以下部分則稱為下呼吸道,。臨床上通常將鼻、咽,、氣管,、支氣管、短支氣管,、細支氣管至終末細支氣管通稱為傳導(dǎo)氣道,；而將呼吸性支氣管、肺泡管和肺泡囊稱為呼吸區(qū),。

1,、上呼股道

上呼吸道是氣體進入肺臟的門戶。在呼吸道解剖四腔中,，上呼吸道約占一半,；呼吸道的阻力約45% 來自鼻與喉。 呼吸道對吸入的氣體加溫,、加濕和過濾等方面起重要作用,，使進入肺部的氣體適合入體的生理需要。

成入的鼻腔容積約 20m1,，鼻腔有兩側(cè)上,、中、下三個鼻甲,， 曲折的黏膜使表面積約160cm2,，由于鼻甲呈不規(guī)則形狀，吸入氣在鼻腔內(nèi)產(chǎn)生紊亂,，大大增加氣體與黏膜表面接觸機會,。黏膜下有豐富的毛細血管并且分泌黏液，因而鼻腔有加溫,，增濕等功能,。吸入的冷空氣經(jīng)過上呼吸道后溫度接近體溫，到達咽部的氣體相對濕度 為 80%以上,。鼻腔還有截留吸入氣體內(nèi)異物的作用,，由于紊亂形成，增加其沉落機會,，直徑在 15μm 以上微粒的 95% ～ 98% ,，可在鼻腔內(nèi)被清除。

咽是氣體進入下呼吸道的門戶，也是食物通過的必經(jīng)之路,，咽功能的正常對保證食物及口腔分泌物不流入呼吸道起重要作用。氣管切開的患者由于吞咽功能的障礙,，常使咽部分泌物流入氣管內(nèi),，成為院內(nèi)獲得性肺炎的一個重要原因。

應(yīng)用呼吸機的患者常常需要氣管插管或氣管切開,，外界氣體不經(jīng)過上呼吸道而直接進入下呼吸道,，上呼吸道的正常加溫、加濕和過濾等功能完全喪失,，所進入氣體如沒有經(jīng)過適當?shù)靥幚?，那么干冷的氣體可損傷氣管黏膜的防御功能，極易發(fā)生肺部感染,。

2,、下呼吸道

從氣管向下逐級分支，通常是一分為二,，每分一級其總面積比上一級大 20% 左右,，從總氣管到末梢，通常分為23級,。隨著遠端支氣管數(shù)目的增加,，其總截面積迅速增加。根據(jù)功能的不同,，下呼吸道可分為傳導(dǎo)氣道和呼吸區(qū),，每區(qū)各有其不同的結(jié)構(gòu)特點。臨床上,，氣管位于胸腔外部分稱為胸外氣道,，胸內(nèi)的氣管和肺外部分主支氣管又稱為中心氣道，因其組織硬韌和軟骨支撐,，其管徑受呼吸影響較小,。在吸氣狀態(tài)下，管徑大于2mm的氣道稱為大氣道,， 包括葉,、段支氣管。小于2mm者則稱為小氣道,。

（ 一 ）傳導(dǎo)氣道 由氣管分支的前16級組成,，包括氣管，支氣管,、 細支氣管和終末細支氣管,。此區(qū)所占路徑長 其功能為氣體的傳導(dǎo)，并對吸入氣體進一步加溫、 加濕,。氣體在進入氣管和最初二級支氣管時被加溫到 37℃,，吸入氣體約 3/4 的水分是上呼吸道加入的，另外1/4的水分支氣管及支氣管內(nèi)被加入,。

1. 組織結(jié)構(gòu)

( 1）黏膜 黏膜上皮為假復(fù)層柱狀纖毛上皮,，包括大量杯狀細胞，與支氣管腺一起分泌黏液,。炎癥時 杯狀細胞數(shù)目增多 黏液分泌增加,。在細支氣管變?yōu)閱螌恿⒎缴掀ぃ置陴ひ旱募毎鄿p少,。到終末細支氣管,，纖毛和杯狀細胞均消失。近年來發(fā)現(xiàn)支氣管上皮包括有內(nèi)分泌功能的細胞 可能參與了對氣道和血管口徑的調(diào)節(jié)作用,。

黏膜下層為疏松的結(jié)締組織層,。結(jié)膜下層中緊附于基底膜處有一毛細血管網(wǎng)，還有彈力纖維縱行成束沿黏膜皺褶分布,， 并與黏膜與纖維軟骨層中的軟骨和環(huán)形彈力纖維相連接,。在細支氣管與肺泡的彈力纖維相連。

(2） 軟骨 在氣管,，主支氣管及下葉支氣管為 ' C ' 字形,；缺口位于背面，由平滑肌束和結(jié)締組織連接,，構(gòu)成膜壁,。上葉，舌葉及肺段支氣管為不完全軟骨環(huán),，越往下軟骨環(huán)越不完全,，到細支氣管則消失。

(3） 平滑肌 氣管及主支氣管平滑肌僅在軟骨缺口部,，隨著氣管逐漸分支,，在軟骨減少的過程中，平滑肌也隨著增多,， 到細支氣管時平滑肌呈螺旋網(wǎng)狀圍繞之,，細支氣管的平滑肌纖維最多。平滑肌的功能是通過支氣管口徑的改變,，進行氣量的調(diào)節(jié),，使肺泡開放的程度和血流相適應(yīng)。當平滑肌收縮時,，支氣管管腔變窄,。

(4）支氣管腺體 黏膜腺位于氣管和支氣管的黏膜下層，以中等大小的支氣管中的腺體數(shù)目最多。腺體導(dǎo)管橫行并開口于管腔,，排出其分泌物于黏膜表面,。腺體的分泌物主要有酸性和中性多糖，此外還有白蛋白和球蛋白,，以及某些特異的抗體等,。黏液腺的分泌除源于直接剌激外，還可由迷走神經(jīng)反射誘發(fā),。乙酰膽堿可使黏液腺分泌，但對杯狀細胞無影響,。阿托品能減少血液腺體分泌,。

(5）支氣管的纖毛 纖毛從黏膜纖毛細胞上長出，纖毛在的連續(xù)擺動形成波浪運動,，可將顆粒,、病原體等排出呼吸道。黏膜干燥可影響纖毛運動,。黏液分泌過量也使纖毛運動失效,。

2.氣管及各級支氣管的結(jié)構(gòu)特點

(1）氣管 氣管的上端固定于喉部，下端與主支氣管相連接,，通過斜行的結(jié)締組織纖維進入心包的背側(cè)面并固定于縱隔內(nèi),，氣管的位置相當于第六頸椎到第五六胸椎之間。其長度為10～12cm,，前后徑I.5～2. 0cm,，左右徑2.0～2.5cm。氣管為一扁圓形的管子,，部分在頸部,，部分在胸腔內(nèi)。

軀體的位置和活動影響氣管的位置和長度,。氣管上端平第六頸椎下部,， 氣管上段居頸前正中。女性的氣管口徑和長度較男性略小,。氣管自第10軟骨環(huán)以下,，漸向右偏并稍向右下進入縱隔。氣管下端分叉處為隆突,，多位于第五胸椎上部水平,，在前胸骨角或其稍下，隆突形成氣管腔內(nèi)與氣管分叉水平面相垂直的中隔,，便于氣體分流入兩肺,。

對氣管長度及分叉位置的了解。有助于判斷氣管插管進入的深度。氣管軟骨環(huán)通常有14～16個 (12～19個）,，氣管切開一般在第2～4軟骨環(huán)進行,。軟骨的完整面向前，后面的缺口占圓周的1/3,，為平滑肌與纖維膜組成的膜部,，有伸縮余地，以適應(yīng)食物在氣管后食管內(nèi)的下行,。

(2）主支氣管,、肺葉與肺段支氣管（1～4級）右主支氣管較短而寬，與軸線偏斜較

小,，為30.,。～36°,，長度為1～2.5cm,。左主支氣管者偏斜較大，為45,?！?0。,，較右支氣管細而長,。氣管插管與異物多易滑入右側(cè)。

左,、右支氣管在肺門處分為肺葉支氣管（2級支氣管）,。左肺分上、下葉支氣管,，右肺則分為上,、中、下三支葉支氣管,。葉支氣管再分為肺段支氣管（3級支氣管）,。肺段支氣管再依次分支為細支氣管、終末支氣管,。

主支氣管與肺葉支氣管軟骨環(huán)比較堅固,，向下分支逐漸變得不規(guī)則，呈螺旋狀,，軟骨減少,，同時，平滑肌漸取而代之,。胸內(nèi)壓對支氣管內(nèi)徑有明顯影響,，尤其在肺氣腫患者,。用力 呼氣，當胸內(nèi)壓超過5kPa ( 50cmH2 0）時,，一些支氣管可被壓閉,。下呼吸道的主要阻力在肺段支氣管。

(3）小支氣管（5～11級）共7級,，直徑1--3.5mm,。因肺泡與小支氣管間阻力并不大， 小支氣管受胸內(nèi)壓影響而被壓閉的可能較小,。

(1）細支氣管（12～16級） 支氣管的結(jié)構(gòu)在11級以后有明顯改變,。直徑＜1mm的細支氣管，由于管壁軟骨的消失,，其本身結(jié)構(gòu)的堅固程度不是維持氣道通暢的主要因素,。基底膜下疏松結(jié)締組織與毛細血管間的彈性支架及肺泡間隔的彈性回縮,，對保持氣道通暢起重要作用，氣道口徑主要受肺容量影響,。

由細支氣管向下,，分支數(shù)目明顯增多，一個細支氣管可分成18個,，最后一級終末細支氣管,，因此總截面積大增，氣管截面積約5cm2,，而呼吸道末端總截面積達1000cm2,，較氣管面積增加200倍。直徑＜2mm的小氣道的阻力,，僅占呼吸道阻力的1/10,。由于氣道結(jié)構(gòu)上的這些特點，氣流速度在通過各級支氣管時,，流速逐漸變慢,，氣體分布在肺泡內(nèi)基本達到均勻；

另一方面小氣道管腔狹窄,，管壁菲薄,，又無軟骨支撐，易扭曲陷閉,。發(fā)生炎癥后,，也易產(chǎn)生黏液阻塞，常常是慢性支氣管炎及肺氣腫等疾病的發(fā)病部位,。

（2） 呼吸區(qū)

1. 呼吸性細支氣管（17 ～ 19 級） 是細支氣管向肺泡過渡的階段,。從第一級呼吸性細支氣管起,，管壁開始有部分肺泡，有部分氣體交換功能,。 黏膜分別由立方上皮與肺泡上皮組成,，經(jīng)過逐漸分支，呼吸性細支氣管上皮由立方漸變扁平,，到肺泡管則全為扁平上皮,，整個表面均有氣體交換功能。

呼吸性細支氣管繼續(xù)分支,，管徑無大變化,。 總共數(shù)萬終末細支氣管可分出數(shù)十萬最后一級呼吸性細支氣管，總截面積大增,，因此吸入氣到此流速大減,，氣體的運輸改為主要靠彌散作用進行。從功能觀點講,，此區(qū)也是吸入氣與肺泡氣的分界,。

2. 肺泡管（20 ～ 22 級） 從終末呼吸性細支氣管分出，一個終末呼吸性細支氣管,，至少有40 個肺泡管和囊,。 每個肺泡管壁約有 20 個肺泡， 不再有黏膜結(jié)構(gòu),。 成入肺泡的直徑約300μ,m,，肺泡間有間隔，包含平滑肌組織,，收縮時使肺泡管變窄,，肺泡總數(shù)約一半來自肺泡管。

3. 肺泡囊（23 級） 是呼吸道分支的最后一級,，其結(jié)構(gòu)與肺泡管相同,。但為盲端，不再繼續(xù)分支,。 每個肺泡囊約有 17 個肺泡,。

4. 腺泡 是終末細支氣管以下肺的功能單位，由移行區(qū)與呼吸區(qū)肺組織構(gòu)成,，平均直徑7.4mm,。 一個腺泡可包括400 個肺泡管和肺泡囊。 由于平滑肌的收縮,，在平時某些終末細支氣管關(guān)閉,， 使部分腺泡處于不工作狀態(tài)。

二,、呼吸道的生理功能

（一）呼吸道分泌液和纖毛運動 呼吸道黏膜上皮細胞間隙中有杯狀細胞分泌黏液,，黏膜下有黏液腺分泌液和漿液,。分泌液中含有免疫球蛋白，主要來自黏膜下漿細胞,。 呼吸道分泌物的功能為：減少呼吸道水分的丟失,；在吸入刺激物時，與黏膜細胞之間形成一道物理屏障,；分泌物組成一張液毯,，通過纖毛作用將顆粒物質(zhì)排出體外；對病原體通過抗體或某些特異性免疫因子而起到抗感染作用,。但在病理狀態(tài)下,，如慢性支氣管炎時黏液腺分泌過多，黏液不能排出 過量的黏液還可能阻塞細支氣管 因而加重感染,。

吸氣時,，外環(huán)境中的空氣由鼻孔進入呼吸道，空氣中所含較大的粉塵顆粒首先被鼻毛所阻擋,，剩下較小的顆粒也將被上,、下呼吸道黏膜表面的黏液所粘著，故到達肺泡的氣體比較潔凈,。

氣道管壁特別是上呼吸道鼻黏膜的血管極為豐富,，血流量較多，因此吸入氣經(jīng)過鼻腔中彎曲的道路時可加溫加濕,， 達到體溫和飽和水蒸氣，適宜于保持下呼吸道及肺泡的正常結(jié)構(gòu)與功能,。

除鼻,、 咽后壁及上皮細胞有約 200 條纖毛，纖毛長度為 6 ～ 7μm,，浸浴于黏膜表面的漿液中,，經(jīng)常進行協(xié)同性的纖毛運動。纖毛向前運動時,，挺直堅硬,，動作有力，向后運動時彎曲柔軟,。纖毛運動能將纖毛頂部約 5μm 厚的黏液層連同附著在黏液中的小顆粒異物朝著一個方向推送,，下呼吸道纖毛運動向上，鼻黏膜纖毛運動向后,，都朝向咽部,，或被吞下，或被吐出,。 故 呼吸道的分泌液以及纖毛運動對呼吸器官有保護作用,。

纖毛運動需要適當?shù)纳項l件,。假如黏膜太干燥或黏液分泌過多，纖毛運動即不能有效地進行,。 吸入有害氣體（如氨,、二氧化硫）、吸煙過多或病毒感染都抑制纖毛運動,，甚至引起上皮細胞脫落,，保護作用受到損害。

呼吸道黏膜下有豐富的傳入神經(jīng)纖維末梢,，是機械和化學(xué)感受器,，受到機械或化學(xué)剌激時，引起噴囔和咳嗽反射,，以高速度的氣流將異物排出口鼻外,，是呼吸道黏膜保護作用的另一種表現(xiàn)。

（3） 呼吸道的口徑和平滑肌 影響呼吸道口徑的因素大致如下：

1. 機械因素 ①肺內(nèi)各級支氣管的外側(cè)有彈性纖維與肺組織相聯(lián)系,，彈性纖維牽引支氣管壁向外擴張,，特別是在吸氣時牽引力較大，呼吸氣時呼吸道擴張,，呼氣時縮?。虎诜蝺?nèi)與肺外胸膜腔之間有壓力差,，呼吸道容量也隨之縮小,。在病理情況下例如支氣管發(fā)炎時，黏膜腫脹,、水腫,、充血，黏液腺脹大,，黏液分泌增多,，以及異物等等因素 可縮小呼吸道內(nèi)腔的空間，增加阻力 ,。

2. 生理因素 呼吸道平滑肌的舒縮活動是影響呼吸道口徑和氣流阻力的重要因素 ,。支氣管和大的支氣管 半環(huán)狀軟骨的缺口部分借平滑肌互相連接。平滑肌收縮時軟骨兩端互相接近,，其內(nèi)側(cè)的黏膜層皺縮內(nèi)陷,，使管道口徑縮小。

較小的支氣管軟骨片內(nèi)側(cè)有環(huán)狀平滑肌層,，特別是細支氣管的平滑肌層相對豐富,，終未細支氣管平滑肌纖維作螺旋式排列。

呼吸道平滑肌通稱支氣管平滑肌,，其緊張性受神經(jīng)體液因素的調(diào)節(jié),。迷走神經(jīng)和乙酰膽堿引起支氣管平滑肌收縮,，交感神經(jīng)和腎上腺素引起支氣管平滑肌舒張 。

呼吸周期中呼吸道口徑在吸氣時較大,，呼氣時較小,。除前述機械因素外，平滑肌緊張性的變化可能是另一原因 ,。呼吸道黏膜受到強烈的化學(xué)刺激時,， 可通過反射作用引起細支氣管平滑肌的痊孿性收縮 。

組胺,、5－羥色胺,、緩激膚和內(nèi)皮素以及由抗原抗體反應(yīng)所產(chǎn)生的 '慢反應(yīng)物質(zhì)'，對支氣管平滑肌有強烈的收縮作用 ,。

三,、肺泡

（一）肺泡的結(jié)構(gòu)和功能 肺泡是氣體交換的場所， 肺泡為半球狀囊泡,，直徑為0. 1～0.25mm,，大小可因呼吸深度而異。全肺有約 3 億個肺泡,， 總肺泡面積約為 70m2 ,。肺泡的內(nèi)壁 由單層上皮細胞所構(gòu)成 。肺泡上皮細胞有兩種,，大多數(shù)為扁平上皮細胞（I型細胞）,，少數(shù)為較大的分泌上皮細胞（II型細胞）。

肺泡與相鄰肺泡之間為肺泡隔,，隔內(nèi)有毛細血管網(wǎng)以及少量膠原纖維,、彈性纖維和平滑肌纖維，故呼吸道,、肺泡管和肺泡囊都有擴張性與彈性 ,。

組成肺泡壁的上皮細胞和組成毛細血管壁的內(nèi)皮細胞都極薄,，兩層細胞之間的基膜與間質(zhì)也極窄,。 這三層組織合稱為肺泡－毛細血管膜（簡稱 '肺泡沫' 或 '呼吸膜' ）， 其總厚度不到 1μm,，有很大的通透性,，故肺泡氣與血液之間的氣體交換極為方便。

在肺水腫,、肺炎等情況下 肺泡壁與毛細血管壁之間的液量增加,，肺泡膜的總厚度加厚。如肺泡內(nèi)也滲出液體,，則肺泡內(nèi)氣體與毛細血管內(nèi)血液之間的距離更增加,，使氣體交換速度減慢 ,。

肺泡隔毛細血管網(wǎng)間隙中有直徑為 10 ～ 15μm 的圓形或橢圓形小孔，故肺泡中氣體有 可能通過小孔與相鄰肺泡的氣體建立有限的聯(lián)系 ,。肺氣腫患者,，肺泡隔組織損毀，小孔擴大,， 直至許多肺泡互相融合成為少數(shù)大肺泡 可供氣體交換的肺泡膜面積大大縮小,，嚴重損害氣體交換功能 。如果肺泡膜的面積小于健康入的 1/4 時,，氣體交換速度甚至不能滿足靜息時機體新陳代謝的需要 ,。

肺泡隔有巨噬細胞 可以吞噬進入肺泡中的極小顆粒粉塵，稱為塵細胞,。進入肺泡的病菌則被中性 顆粒細胞消滅,。

（2） 肺泡細胞

1. I 型肺泡細胞 根據(jù)其特點亦稱模樣細胞或肺上皮細胞，為直徑 50 ～ 60μm 的扁平細胞,，胞質(zhì)甚薄,，它們覆蓋大約 96%的肺泡表面，組成肺泡的最外層,，約 0. 1μm 厚,。上皮下有一層基底膜，可與鄰近的毛細血管內(nèi)皮基底膜融合為一,。此處即為肺泡腔與毛細血管血流內(nèi)氣體交換的場所,，也稱為血流空氣屏障，只允許氣體通過,，液體則不能由血管內(nèi)向肺泡腔內(nèi)滲出,。

2. II 型肺泡細胞 亦稱分泌細胞或顆粒細胞，直徑 1Oμm,，位于多面性肺泡的成角處,，立方形，形體小,，只占肺泡壁小部分,，但在數(shù)目上占肺泡細胞總數(shù)的 60% ，與表面活性物質(zhì)的生成有關(guān),。

3. 毛細血管內(nèi)皮細胞 組成肺毛細血管床,，厚度約 0. 1μm，除氣體交換外尚有重要代謝功能,。

4. 肺泡巨噬細胞 在肺泡液內(nèi),，數(shù)量多，細胞內(nèi)含有多種酶，可吞噬進入肺泡的微生物和塵粒,。肺泡巨噬細胞是由血液內(nèi)單核細胞遷移至肺泡間隔后演變而來?，F(xiàn)認為肺泡巨噬細胞有相當多的生物活性，能生成和釋放多種細胞因子,，如白介素－1,、血小板衍生生長因子(PDGF）等，這些因子在肺部疾病的發(fā)病過程中起重要作用,。

5. 肥大細胞 主要在胸膜下區(qū)域,，可分泌多種代謝活性物質(zhì)。

（三）肺泡的表面張力和表面活性物質(zhì) 肺泡是半球形小囊泡,，肺泡中是氣體,，肺泡內(nèi)壁有一 層液體，所以液體與氣體的交界面上就具有表面張力,。肺泡表面張力的作用是使肺泡的表面積縮小至極小,，故肺泡表面張力和肺泡膈的彈性纖維都是肺泡回縮的力量。

肺泡壁分泌上皮細胞能分泌一種表面活性物質(zhì),，其化學(xué)成分為二軟脂酷卵磷脂,，涂敷于肺泡及呼吸道的內(nèi)壁，其作用為降低肺泡的表面張力,。如取肺組織的浸出液或肺水腫液,，測定其表面張力，可發(fā)現(xiàn)它的表面張力小于純粹血清的表面張力,，就因為肺組織浸出液中除血清的成分外還含有表面活性物質(zhì),。

當肺泡在擴張狀態(tài)時，活性物質(zhì)只是肺泡內(nèi)壁液體表面上一 層單分子薄膜,，降低表面張力的作用較?。环闻萑莘e縮小時,，肺泡內(nèi)壁的面積縮小,，表面活性物質(zhì)的厚度增加，所以它降低表面張力的作用加大,。

故肺泡在擴張時,，表面張力較大，肺泡在縮小時,，表面張力較小,。因此在吸氣時,，肺泡擴大,，表面張力增加，回縮力量增加；在呼氣時,，肺泡縮小,，表面張力減少，回縮力量減少,。由此可見,，表面活性物質(zhì)的特殊生理功能是在呼氣時肺泡容量縮小時，減少和延緩其縮小趨勢,，避免完全萎縮,。

因此，雖然體內(nèi)億萬肺泡大小并不 致,，有些肺泡較大,，有些肺泡較小。但由于有了表面活性物質(zhì)和隨肺泡容積大小改變表面張力的特性,，故可防止小肺泡的陷縮和大肺泡的擴張 ,， 保持大小肺泡容積的相對穩(wěn)定。

肺泡表面活性物質(zhì)是肺泡壁分泌上皮細胞的氧化代謝所產(chǎn)生的,，不斷產(chǎn)生,，也不斷消失。如肺組織缺血或結(jié)扎肺動脈,，都能損害肺泡壁分泌上皮細胞的分泌功能,。故失血性休克或體外循環(huán)手術(shù)后肺泡表面活性物質(zhì)生成減少，有可能出現(xiàn)肺不張,。