呼吸系统 Respiratory system是指生物体内将呼吸气吸入体内并进行气体交换的系统。在人类和其他哺乳动物体内中,呼吸系统包括呼吸道、肺和呼吸肌。氧气与二氧化碳在呼吸系统里通过扩散作用在外环境与血液中进行被动交换,气体交换过程发生在肺腔内[1]。其他动物如昆虫的呼吸系统功能非常简单,对于两栖动物而言,他们的皮肤甚至也对气体交换至关重要。植物也有呼吸系统,但是气体交换的方向性可以与动物的气体交换方向相反,而且植物叶片背面的气孔结构也属于其呼吸系统的一部分。人类呼吸系统
呼吸器官:鼻,咽,喉,气管,支气管,肺
肺通气量

在呼吸生理学中,肺通气量用来描述出入肺的气体量。以下表格展示了不同的定义:


控制
换气受到自主神经系统的控制,具体是由脑干、延髓和脑桥控制,这几个区域形成了呼吸控制中心,低位脑干与中位脑干的相关细胞可以调控呼吸动作。呼吸中枢可以分为腹侧呼吸组、背侧呼吸组、长吸中枢和呼吸调节中枢。呼吸控制中心在婴儿时期非常敏感,如果婴儿坠地或者被暴力摇晃后可能会使这一区域受损,可能会导致摇晃婴儿综合症[9]。
当血液中的二氧化碳含量升高时,颈动脉和主动脉的外周化学感受器以及骨髓的中枢化学感受器会感受到升高的信号,进而提升呼吸频率。运动也会肌肉运动知觉的动作、体温的升高、肾上腺素的释放和来自大脑的运动冲动使得呼吸频率得到提高[10]。同时运动还能够提高肺活量。
吸入
空气的吸入是受横膈膜控制的,并由肋间外肌进行支撑。静息状态下呼吸次数一般为每分钟10-18次,每次之间相隔2秒。在强烈呼吸时(每分钟超过35次)或者发生呼吸衰竭时,呼吸辅助肌也会参与协助呼吸。呼吸辅助肌包括颈部的胸锁乳突肌、颈阔肌和斜角肌。除此之外,背阔肌和胸肌也属于呼吸辅助肌。
在正常情况下,主要是横膈膜驱动空气的吸入。当横膈膜收缩,肋骨扩张,腹部内的组织器官等便会向下移动,这会导致胸腔量变大,并且在胸部形成负压(相对于大气压而言),最终使得气体进入体内。在气体被吸入到进入肺部的过程中,气体会被过滤、加温并加湿。
在进行比如深呼吸等的强制吸气时,肋间外肌与其他呼吸辅助肌会协助扩张胸腔的容积,同时横膈膜也会相应地收缩。
呼出
气体的呼出通常是一个被动的过程,但无论是主动还是被动的过程,气体的呼出都是通过腹部与肋间内肌的控制完成的,在这个过程中气体会被强制排出或者放出。
肺具有天然的弹性,它可以在吸入气体后进行收缩,肺部的气体便会被排出,直到胸内的气压也大气压达到平衡为止[11]。
当进行吹蜡烛等需要强制排出气体的时候,包括腹部肌肉和肋间内肌在内的呼吸肌会在腹部和胸部产生压力,迫使气体从肺部被排出。
气体交换
呼吸系统的主要功能是让生物体的循环系统和外界进行气体交换。对人类和其他哺乳动物而言,气体交换包括血液中的氧合作用,以及去除循环系统中的二氧化碳及其他气态的代谢性废物[12]。气体交换时,身体也会达到酸碱的体内平衡。若无法进行气体交换,可能会出现二种极端的情形:会威胁生命的呼吸性酸中毒,以及呼吸性碱中毒。
当吸气后,会在肺泡进行气体交换,肺泡是肺部的微小囊泡,是肺部的基本功能元件。肺泡壁非常的薄,约0.2μm。肺泡壁是由单层的上皮细胞(第一型及第二型上皮细胞)组成,靠近由单层内皮组成的毛细管。二类细胞接近,因此此可以让气体流通,也就是的气体交换。气体交换的机制是由于压强差而产生的简单现象。当肺部的压强较高时,气体从肺部呼出体外,当肺部的压强较低时,气体从体外吸进肺部。
免疫机能
呼吸道的上皮细胞会分泌许多可以保护肺部的物质,包括分泌型免疫球蛋白(IgA)、胶原凝集素(包括表面活性剂A和D)、防御素、肽和蛋白酶,活性氧和活性氮等都是由上皮细胞产生的。这些分泌物可以做为抗菌剂,使呼吸道不会受到感染。呼吸道的上皮细胞也会分泌趋化因子及细胞因子,使得传统的免疫细胞可以到受感染的部位。
呼吸系统中大部分都包覆了由粘膜组成的淋巴样组织,会产生像淋巴细胞等白细胞。
肺的代谢和内分泌机能
肺部除了进行气体交换外,也有许多代谢和内分泌上的机能。肺部会产生表面活性剂,也有可以溶解肺血管血栓的纤维蛋白溶解系统。肺部会分泌许多物质,由动脉送到全身,也会从去除血管中的一些物质。在血液循环时,前列腺素会减少甚至消失,但当肺组织伸展时,肺部会合成前列腺素,释放到血液中。
肺部也会活化一种激素,在肺部循环中将无生理活性的十肽血管紧张素I转换成可以提高血压及刺激醛固酮的八肽血管紧张素II。其他组织也会活化此激素,但主要是由肺部活化。在肺的上皮细胞表面含有大量可以活化激素的血管紧张素Ⅰ转化酶,这种酶也会使得缓激肽失去活性。血液经过肺部毛细管的时间少于1秒,但单次行程就可以让70%通过毛细管的血管紧张素I转换为血管紧张素II。在肺部内皮细胞的表面已识别到有其他的四肽成分。

温度调节
狗、猫及一些动物会用喘气来调节体温,身体的自然反应形成一种冷却的机制。
呼吸系统疾病可以分为以下的几种:
阻塞性疾病:如慢性阻塞性肺病、支气管炎、哮喘等。
限制性疾病:如囊肿性纤维化、结节病、弥漫性肺泡损伤、肺积水等。
血管性疾病:如肺水肿、肺栓塞、肺动脉高血压等。
感染、环境或其他疾病:如肺炎、结核、石棉沉滞症、上呼吸道感染等。
咳嗽是呼吸系统自我保护的重要机制之一,可以去除肺中的灰尘、粘液,口水等异物。若无法咳嗽可能会导致感染。深呼吸的练习有助于清除肺部中的异物。
由于呼吸道的表面积大,暴露在微生物中,因此呼吸系统会有许多机能保护自己,也避免病原进入体内中。
呼吸系统疾病一般会由内科中的胸腔医师及呼吸治疗师来治疗。
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