第19届国际生物学奥林匹克竞赛试题理论B-5动物科学与生物系统学

14．肺潮气量定义为,在一次吸气过程中进入肺中的空气总量,约等于通常平静呼吸中的呼出气量。     

代谢、血液碱化和纯氧影响呼吸调控的人体实验研究II： 血液碱化后运动试验*

目的: 在完成吸入室内空气状态下症状限制性最大极限心肺运动试验(CPET)和动脉血气指标动态变化规律的基础上,进一步探讨体液酸碱度和CO₂含量对呼吸调控的影响。方法: 选正常志愿者5名,给予5%NaHCO₃(总量0.3 g/kg)分次口服,每5 min口服75 ml(3.75g )。总量服完1 h后,重复CPET。于静息、热身、运动及恢复期,连续测定肺通气指标及每分钟动脉取样的血气指标变化,并与本人在非碱化血液条件下对照数据进行配对t检验比较。结果: 碱化血液之后,CPET期间随着运动功率逐步递增,气体交换和血气指标的反应模式与非碱化血液对照相似（P>0.05）;即与静息状态比较,每分通气量、潮气量、呼吸频率、VO₂、VCO₂均呈现近于线性渐进性递增(P<0.05~0.001)。与碱化血液前吸入室内空气的对照比较：在碱化血液条件下,所有时间点血红蛋白浓度,PaCO₂与pH均显著提高(P<0.05);除无氧阈PaCO₂减低外,只有热身状态呈增高态势,统计学有显著差异(P<0.05);而PaO₂无差异(P>0.05),各状态均较对照状态减低,除恢复期外均有统计学差异(P<0.05)。与非碱化血液对照比较,除静息每分通气量低于对照(P<0.05）外,所有通气指标均无统计学差异(P>0.05)。结论: 碱化血液条件下, 尽管有更高的CaCO₂, PaCO₂ 和 pHa平均水平及更低的Hba和[H⁺]a平均水平,机体对CPET的呼吸反应模式基本相似。     

代谢、血液碱化和纯氧影响呼吸调控的人体实验研究III： 血液碱化后纯氧运动试验*

目的: 在急性血液碱化前、后空气吸入下完成症状限制性最大极限心肺运动试验(CPET)的基础上,本文探讨在血液碱化后吸入纯氧对呼吸调控的影响。方法: 正常志愿者5名在碱化血液后呼吸纯氧CPET,在静息、热身、运动及恢复期,连续测定肺通换气指标及每分钟动脉取样的血气指标,对CPET期间的呼吸气体交换和血气指标的动态变化进行分析,同时与急性碱化血液前、后空气CPET数据比较。结果: 碱化血液后吸入纯氧运动呼吸反应与急性碱化血液前、后空气CPET呼吸反应基本一致。CPET期间,各运动状态下的每分通气量均与对照组相似(P>0.05);仅静息每分通气量较血液碱化空气CPET略高(P<0.05),而其它状态和恢复2min时均相近(P>0.05)。潮气量仅峰值运动时较对照和血液碱化空气CPET略低(P<0.05);而运动过程和恢复2min时的潮气量均相近(P>0.05)。呼吸频率在各个时间与血液碱化前后CPET均无差异(P>0.05)。在碱化血液后吸入纯氧运动各个时期的PaO₂和SaO₂较碱化血液前后空气CPET时明显提高(P<0.001,P<0.05)。血红蛋白浓度虽然较急性血液碱化前后均低,但仅较血液碱化前显著降低(P<0.05),比血液碱化后差异不显著(P>0.05) ; 开始时的PaCO₂较碱化血液前后空气CPET时降低(P<0.05),无氧阈时相近(P>0.05),但到峰值及恢复2 min时明显增高(P<0.05);pH仅较对照增高(P<0.05),但与碱化血液空气试验时无差异;乳酸水平较对照略高,但仅在热身和恢复期有差异(P<0.05)。纯氧提高了两人无氧阈和三人峰值运动的功率和时间。结论: 虽然血液碱化给予纯氧, CPET呼吸反应与碱化血液前、后空气CPET呼吸反应模式相似,表明运动中呼吸反应主要取决于代谢变化,而非动脉血气平均值高低。     

空气流动增加压力型整体体积描记箱内压力变化的空气动力学研究

动物实验中,计算小动物呼吸容量如潮气量时通常遵循Boyle定律。而小动物在压力型体积描记箱内呼吸时,箱内气体处于不停的流动状态。为了研究气体流动本身对描记箱内压力是否产生影响,本研究采用空气动力学理论推导出压力型体积描记箱内压力变化的近似公式,并设计了三个实验对理论公式进行证明。首先,往体积描记箱内注入0.1mL、0.2mL和0.4mL空气,结果显示,描记箱内压力迅速上升至一峰值然后下降为一水平的基线压力值。3种容量的空气注入产生的压力变化最大值(峰压)及压力保持平稳时的压力变化值(基线压)分别为:(0.828±0.004)cmH2O、(0.684±0.003)cmH2O;(1.650±0.010)cmH2O、(1.350±0.007)cmH2O;(3.280±0.014)cmH2O、(2.658±0.011)cmH2O,峰压均显著高于基线压。其次,往体积描记箱内注入相同容量、但通气频率不同的空气,结果显示,随着注入空气的频率增加,描记箱内压力变化幅度亦显著增加。最后,用小动物呼吸机和微量移液器分别往描记箱内注入相同容量、相同频率但流量-时间函数不同的气体,结果显示,呼吸机引起的体积描记箱内峰压及基线压均显著高于微量移液器。以上结果表明,空气流动本身在压力型体积描记箱内引起压力变化;空气流动越快,压力变化幅度也越大;流动空气的流量是时间的不同函数时,压力变化也将显著不同。因此要精确地计算小动物呼吸容量变化,需要使用更多的空气动力学原理。     

代谢、血液碱化和纯氧影响呼吸调控的人体实验研究I:运动试验*

目的: 在整体整合生理学医学理论的指导下,通过分析正常人运动期间心肺代谢等多系统功能整体整合的连续动态变化,探讨正常环境运动状态下呼吸反应模式的调控机理。方法: 选正常志愿者5名,在美国洛杉矶加州大学Harbor-UCLA医学中心分别进行动脉置管,在常温室内空气状态下完成症状限制性最大极限心肺运动试验(CPET)。在运动过程中,连续测定肺通气指标及每分钟动脉取样的血气分析指标的变化,对CPET期间呼吸气体交换和血气指标的动态变化进行统计分析。结果: 在CPET期间,随着运动功率逐步递增,分钟摄氧量(每呼吸摄氧量×呼吸频率=每搏摄氧量×心率）和分钟通气量(潮气量×呼吸频率)均呈现近于线性渐进性递增(与静息状态比较,P<0.05~0.001);在运动超过无氧阈和呼吸代偿点后,分钟通气量的上升反应更加显著。结论: 人体在运动过程中,为了克服自行车功率计的阻力而发生代谢率改变,呼吸随代谢改变而变化,高强度运动时酸性代谢产物堆积更加加剧呼吸反应。     

正常分钟通气量机械通气不同潮气量和频率影响活体山羊颈动脉血氧动态变化的初步实验研究

目的:在初步验证超快反应聚合物基质光纤氧传感器及其测定系统记录颈动脉氧分压(PaO2)连续动态变化使用基础上,为了分析探讨肺通气对PaO2连续动态变化的影响,我们设计本活体整体动物实验观察研究.方法:选择杂种山羊4只,全身麻醉气管插管空气机械通气下,切皮直接暴露把后接测定系统的氧传感器直接插入左侧颈动脉连续记录PaO2...     

正常分钟通气量机械通气不同潮气量和频率影响活体山羊颈动脉血氧动态变化的初步实验研究*

目的: 在初步验证超快反应聚合物基质光纤氧传感器及其测定系统记录颈动脉氧分压（PaO₂）连续动态变化使用基础上,为了分析探讨肺通气对PaO₂连续动态变化的影响,我们设计本活体整体动物实验观察研究。方法: 选择杂种山羊4只,全身麻醉气管插管空气机械通气下,切皮直接暴露把后接测定系统的氧传感器直接插入左侧颈动脉连续记录PaO₂动态变化。正常分钟通气量机械通气分别通过三种潮气量实施：正常潮气量（潮气量VT=15 ml/kg、呼吸频率Rf=20 bpm）、减半潮气量（VT减半、Rf加倍）和加倍潮气量（VT加倍、Rf减半）。三种潮气量通气时间分别稳定10~15 min,选取后180 s分析计算PaO₂平均值、呼吸间PaO₂变化的升降幅度和肺-颈动脉延迟时间。以ANOVA及两两比较统计学差异分析不同潮气量的影响。结果: 活体山羊正常通气量机械通气实验时心率和血压均稳定;肺-颈动脉延迟时间为1.4~1.8 s（约为此时的3次心跳）。机械通气正常潮气量下PaO₂平均值在（102.94±2.40,99.38~106.16）mmHg,升降幅度是（21.43±1.65,19.21~23.59）mmHg,占平均值的（20.80±1.34,18.65~22.22）%;减半潮气量下,PaO₂平均值维持在（101.01±4.25,94.09~105.66）mmHg,虽略降但不显著（与正常机械通气比较P>0.05）,但PaO₂升降变化幅度却显著降低为（18.14±1.43,16.46~20.05） mmHg,占平均值的（17.95±1.07,16.16~18.98）%（与正常机械通气比较P<0.01）;加倍潮气量机械通气下,虽仅略升的PaO₂平均值维持在（106.42±4.74,101.19~114.08）mmHg（与正常机械通气比较P>0.05,与减半潮气量机械通气比较P<0.05）,但PaO₂升降幅度却显著增大为（26.58±1.88,23.46~28.46）mmHg,占平均值的24.99%±1.58%（与正常机械通气和减半潮气量比较P均<0.01）。结论: 正常肺通气的吸气和呼气是颈动脉PaO₂上升和下降的始动因素。正常通气量机械通气下减半潮气量和倍增潮气量显著改变PaO₂升降幅度,但PaO₂平均值仅小幅改变,而肺-颈动脉延迟时间相近。     

大潮气量致急性肺损伤犬呼吸机相关性肺损伤模型的构建

目的建立大潮气量致急性肺损伤（ALI）犬呼吸机相关性肺损伤（VILI）模型。方法健康雄性杂种犬12只用油酸静脉注射法制备犬ALI模型,造模成功后进行支持通气15min过渡,然后随机分为VILI组及对照组行机械通气6 h,每组6只。VILI组潮气量（Vt）=20 mL/kg,对照组Vt=6 mL/kg,两组呼气末正压（PEEP）均为10 cmH2O。动态观察各组血气交换指标变化。通气6 h后取支气管肺泡灌洗液（BALF）作白蛋白浓度检查,取肺组织作病理切片肺损伤评分。结果各组在油酸静脉注射后（2.50±0.80）h达到ALI标准。VILI组在犬机械通气6 h后PaO2、SaO2及氧合指数（OI）较对照组略下降（P〈0.05）,而PaCO2波动不大,且心率、血压波动也较对照组小（P〈0.05）。VILI组BALF中蛋白浓度和肺组织损伤评分均较对照组显著升高（分别P〈0.05,P〈0.01）。结论本实验成功建立了大潮气量致ALI犬VILI模型。     

对胸腹部膨胀体积法测量小鼠潮气量可行性的评价

目的：探讨利用双体描箱法对胸腹部膨胀体积测量小鼠潮气量的可行性。方法：选用6只呼吸频率在90～120h／min的小鼠,通过双体描箱法进行潮气量和胸腹部膨胀体积的同步测量。结果：小鼠胸腹部膨胀体积为（0.369±0.014）ml,潮气量为（0.356±0.012）ml,前者显著高于后者（P〈0.01）。结论：目前常用的以胸腹部膨胀体积代替潮气量的测量方法不能准确测定潮气量。     

高频双向喷射通气对麻醉犬的二氧化碳排除效能及其影响因素

观察了高频双向喷射通气(HFTJV)时反喷驱动压和通气频率对麻醉犬CO_2排除效能的影响以及潮气量(V_T)的变化特点。结果表明:在通气频率、正喷驱动压及吸/呼比均相同时,HFTJV时的Paco_2,V_T及FRC较高频喷射通气(HFJV)时均显著降低(P<0.05),Vco_2及pH均显著升高(P<0.01),而Pao_2和气道压则无明显改变。当HFTJV的反喷驱动压从2.06,4.31增加到6.57kPa/kg时,Paco_2,Vco_2,Pao_2,V_T及FRC等均无明显改变。无论在HFJV或HFTJV时,当通气频率从60,100增加到200次/min时,Paco_2均随之升高,并与V_T呈显著负相关。结果提示,HFTJV较HFJV具有更强的CO_2排除作用,HFTJV时的CO_2排除主要受潮气量的影响。