整体整合生理学医学新理论体系概论I：呼吸调控新视野*

孙兴国

（中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管疾病国家重点实验室，心血管疾病国家临床医学研究中心， 北京 100037）

整体整合生理学医学新理论体系概论I：呼吸调控新视野*

孙兴国△

（中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管疾病国家重点实验室，心血管疾病国家临床医学研究中心， 北京 100037）

目的： 以人为理解的功能为基础划分的系统生理学，在讨论呼吸调控时主要考虑呼吸系统本身，很少涉及其他系统，存在着明显的局限性和片面性。人是有机整体，应该从整体的角度探讨生命表征呼吸的调控。方法： 以整体论为指导，打破功能系统的限制，构建整体整合生理学医学理论人体生命功能一体化调控的的基本框架。结果： 除了动脉血气信号平均值参与呼吸调控外，其波浪式信号同样参与呼吸调控，并且是呼吸调控(切换)的核心，循环、神经和代谢等都是呼吸调控环路不可或缺的重要组成部分，这些新观点有助于对一些生理学和医学领域一直无法解释的难题作出合理的解释，比如：胎儿为什么不呼吸？为什么独立生命自始至终必须呼吸？第一次呼吸是如何产生的？呼吸节律和频率的产生？呼吸切换是如何实现的？循环功能如何影响呼吸等。结论： 呼吸，生命之表征，是通过呼吸、循环、神经、代谢和消化吸收泌尿排泄等功能一体化调控实现的。

整体整合生理学；整体整合医学；新理论体系；循环呼吸一体化调控；呼吸；循环；代谢；神经

约400年前，当人类研究工作从单纯解剖学的结构、形态学进展到活体生理学的功能学时，限于当时科学技术的发展水平和人类对生命的有限认知，只能人为地将人体整体生命活动首先分解为呼吸和血液循环，继之再进一步划分神经、代谢、内分泌、运动等几大系统，逐步形成了传统的系统生理学。毫无疑问，系统生理学使人类对生命的认识实现了飞跃，从而成为现代医学体系建立与发展的理论基础。近年来，研究工作由系统、器官、组织、细胞水平逐步进入到基因、蛋白质等分子水平，划分越来越深入，研究越来越细化，结果使医学越来越背离人体整体，使其“碎片化”，以至于“患者成了器官、医师成了药师”，严重偏离了医学的本质[1-4]。 在人体有机整体内，实际上没有完全静止和孤立的各个系统，将人体功能活动机械、片面地割裂开来的系统生理学观背离了医学有机整体的本质，不利于医学的发展[1-4]。医学，服务于整体人，应该整合，应该从系统回归到整体[1-4]，这也符合我国传统医学中“天人合一”的哲学要义[4]。特别是近年来，为了满足开展心肺运动试验、心肺代谢疾病康复治疗及睡眠试验等临床应用的需要 ，为了满足解释和解读气体交换、呼吸调控和慢病防治康养一体化健康管理的需要[5-8]，笔者集20余年积累和研究，于2011年初步提出生命表征呼吸调控的全新观点[9,10]，进一步完善为生命功能的整体整合一体化调控，构建完成了整体整合生理学医学新理论体系的基本理念和架构详见图1（图1见彩图页III）[4，9-15]。

本文先回顾传统呼吸生理学的共识性观点，并提出现存而又无法解决的难题。进而以呼吸调控为切入点，从人体功能活动整体整合多系统一体化调控这一全新角度进行探讨，以期对人体生命调控和呼吸调控有一个全新的认识和解释。

1 整体整合生理学医学新理论基本概念

人从生到死的全部生理和病理生理活动，是一幅幅由各功能系统整体上相互联系、相互作用，无穷无尽地交织起来的复杂、立体和连续动态的画面。生命活动以呼吸为表征，以血液循环为基础，以组织细胞代谢为前提，以细胞线粒体内能量物质代谢为各种生命活动提供能量供应为代谢之核心。呼吸循环代谢主轴在神经体液系统调控下，在消化、吸收、泌尿、排泄、皮肤等各系统配合协助之下，通过与外环境不断进行物质交换共同完成整体功能活动状态并使之趋向于平衡，而永远未能达到真正平衡的功能状态[9-15]。

2 系统生理学对呼吸调控机制的认识

2.1 呼吸节律与频率

传统呼吸系统生理学认为，正常的自主呼吸节律产生于延髓呼吸中枢[16]。关于正常呼吸节律的形成机制，目前主要有两种假说：⑴起步细胞学说：即呼吸是由延髓具有起搏样活动神经元的节律性兴奋引起[17]，如不少研究认为延髓头端腹外侧的前包钦格复合体是呼吸节律的产生部位[18-19,25,26]；⑵神经元网络学说：呼吸节律的产生依赖于低位脑干呼吸神经元之间复杂的相互联系和相互作用[20，24]。

2.2 呼吸调控信号

传统系统生理学认为，呼吸调控把动脉血液中的氧分压（PaO2）、二氧化碳分压（PaCO2）、 氢离子浓度（[H+]a）等水平信号的上升与下降的变化作为呼吸调控的主体信号[21-28]。 PaCO2、[H+]a对于中枢和外周的化学感受器均有作用，但由于H+不能穿过血-脑屏障，所以PaCO2被认为是最活跃的呼吸调控信号[18-28]。在正常生理状况下，PaO2仅作用于外周化学感受器，不作用于中枢化学感受器[19-28]。但近年不少研究发现/提示氧气可以作用于中枢，即：呼吸中枢对低氧直接刺激是抑制性的；但当PaCO2长期升高时，由于中枢化学感受器对CO2的刺激极易产生疲劳，此时，氧气对于呼吸中枢有一定的兴奋作用，对于呼吸的维持十分必要[18-28]。

2.3 参与呼吸调控的化学感受器

参与呼吸调控的化学感受器按分布部位分为动脉系统的外周化学感受器和延髓背侧的中枢化学感受器；根据化学感受器对血液中的PaO2、PaCO2、 [H+]a等血气信号变化的反应时间不同，因而分别称为快和慢反应化学感受器。快反应的外周化学感受器位于主动脉体和颈动脉体部位[18-28]，可以感受PaO2、PaCO2、[H+]a等血气信号的动态变化快速产生效应；位于延髓部位的慢反应的中枢化学感受器可感受血气信号的变化，延迟约30 s产生效应[19-28]。

PaO2降低、PaCO2和 [H+]a升高时，可兴奋外周化学感受器和中枢化学感受器，两者均可引起呼吸加深加快；反之，呼吸变浅变慢[18-28]。慢反应的中枢化学感受器与快反应的外周化学感受器配合共同完成呼吸调控[18-28]。位于气道平滑肌内的牵张感受器（J受体）可感受肺过度牵张作用，对过度吸气和呼气作出反应，而牵张反射平时不参与呼吸调控[19-21,27]。

2.4 与呼吸调控相关的机制与环路

传统的呼吸系统生理学的呼吸调控环路是由化学感受器、传入神经、延髓呼吸整合中枢、传出神经、呼吸肌、胸廓、呼吸道、肺脏等组成的，呼吸调控信号经神经传递和中枢整合，通过呼吸肌实现呼吸调控[21-28]。部分相关的神经体液调控内容另文叙述[14]。但是均未讨论循环的参与。

3 系统生理学呼吸调控机制存在的问题

3.1 对呼吸调控信号的认知不足

传统呼吸系统生理学认为，自主呼吸时人的PaO2、PaCO2、和[H+]a等血气信号水平是恒定的。因而，实验设计总是人为地升高或降低PaO2、PaCO2、和[H+]a的数值为条件，研究血气信号数值变化对呼吸调控的影响。实际上这是在研究和讨论病理生理状态下的呼吸调控，而对于在正常生理状况下，呼吸是如何调控和吸呼时相反向切换的机制却一直都没有明确的解答。同样,这也不能解释人体出生前后呼吸从无到有的变化机制；特别是在相对于出生后而言，胎儿极低水平的PaO2和极高PaCO2却没有呼吸[16-28]。我们在口服5%碳酸氢钠进行吸入急性血液碱化前、后分别进行吸入空气心肺运动试验，并再次吸入纯氧心肺运动试验，结果发现PaO2，pHa和PaCO2平均水平改变并没有造成运动反应模式的改变[29-31]。

事实上，呼吸过程中的动脉血液中的PaO2、PaCO2、和[H+]a等血气信号不是恒定的，而是随着吸呼过程呈周期性波浪式变化的[11,32,33]，使用PCO2或pH电极、 氧电极可记录到实验动物该动脉血液信号的波浪式曲线[11,32,33]，采用简单的连续逐搏动脉取血血气分析测定也分别在正常心功能和心力衰竭的患者身上证实这种波浪式信号的存在[34,35]，这种周期性波浪式变动信号才是通过外周化学感受器进行呼吸调控的主要信号[9-14]。

3.2 系统生理学中呼吸调控环路的不完整性

传统的呼吸系统生理学仅就呼吸调控的神经环路、反射等进行探讨[16-27]，忽视了血液循环、代谢等部分的存在及其变化对呼吸调控的关键性作用，这样形成的调控环路是不完整的，如此，呼吸的调控信号无法传送至化学感受器以触发吸呼时相的切换，不能实现下一次呼吸[9-14]。在肺通气和肺换气后，离开肺毛细血管血液携带的呼吸调控波浪式信号需要经过血液传送才能触发存在于动脉系统的外周化学感受器。呼吸调控信号在神经通路中传输很快，而信号在循环中走行时间较长，由血压和心率等决定的血液流速等因素均会影响呼吸调控信号的传送速度[13-14]；同时，非百分之百射血的左心室射血分数的高低还直接影响血气波浪式信号的幅度从左心室前到达左心室后的衰减程度，进而影响下次呼吸的强弱（参见左心室“混合室效应”[11-15]）。所以，循环对于呼吸调控的作用是决定性的，不容忽视。

3.3 系统生理学的呼吸调控缺乏对调控信号传送中时间、空间的认识

传统的呼吸生理在讨论呼吸调控时并未提及信号传送过程中的时间、空间等因素，在忽略这些因素的基础上讨论呼吸调控，必然会出现偏差[9-15]。外周和中枢化学感受器所在的部位不同，因而，呼吸调控信号经血液传送到两者的时间肯定不同。外周化学感受器主要是对波浪式信号起反应，而中枢化学感受器主要对水平信号的高低起反应；而且，调控信号经脑动脉和血-脑屏障到达中枢化学感受器周围的脑脊液中需经过弥散，传导信号作用于中枢化学感受器耗时较长。同一信号被中枢感受器感受的时间比被外周化学感受器感受到的时间有延迟（约30 s），这一延迟对于呼吸调控维持平稳呼吸很重要[9-15]。但是，当心功能降低足以使得呼吸经外周感受器在约30 s内衰减到呼吸暂停时，中枢感受器感受高通气和低通气时间上的延迟，造成中枢化学感受器感受高通气和低通气的时间与肺脏和外周化学感受器实际感受高通气和低通气的时间错位，再经过中枢进行调节就可以产生下述的“时相错位”[9-15]。

4 呼吸调控的新视野和新观点

整体整合生理学医学新理论认为，人体的功能调控都是围绕新陈代谢进行的，以保持机体内环境的稳态，满足机体正常的生命活动为核心。组织细胞代谢的两个最主要的底物是氧和能量物质。氧的供应主要依靠呼吸、循环、神经和组织细胞共同完成；能量物质的供应主要依靠消化、吸收、泌尿、排泄、神经和组织细胞的相互配合；此外，运动、睡眠、精神心理等因素会影响机体的代谢状态[12-15]。人体能量物质储备比较充足，可以满足几天的需求；但体内氧气总储存非常少，仅仅能够维持几分钟的供应，所以，人体的功能调控总是以呼吸、循环、代谢共同保护生命活动底线为核心轴，联同消化、吸收、泌尿、排泄、神经等多系统的一体化调节，氧和能量物质供应与代谢产物排除是机体调控的两条主轴[11]。由肺吸入、呼出气体与肺内功能残气形成肺泡氧和二氧化碳分压呈现逐渐上升和下降交替波浪变化，这是呼吸调控，特别是吸呼切换的主信号[9-13]。

呼吸调控信号需要经过血液循环的传送才能作用于化学感受器，传入的信号经呼吸中枢整合后，最终经神经通路传递给呼吸肌，这个过程需要呼吸、循环、神经、代谢等多系统的相互配合，经此通路完成呼吸调控和呼吸切换，仅呼吸系统本身经神经信号传递是无法完成呼吸调控的。在现代生理学认知的基础上，以整体论为指导而形成的新理论认为，呼吸调控是人体多系统协调、配合的过程。下面仅就一些关键点与核心内容进行简述。

4.1 人体生命整体调控的关键：吸呼循环代谢神经等一体化调控环路的构成

经肺通气和肺换气产生的肺泡气体波浪式变化，与肺泡气体压力基本平衡的肺毛细血管血液离开肺脏时就携带着波浪式呼吸调控信号。血液进入肺静脉、左心房、左心室被射入主动脉和颈动脉作用于外周化学感受器，经上传神经上传、呼吸中枢整合、下传神经作用于呼吸肌，终止吸气或呼气，开始呼气或吸气。同时，波浪式信号经颈动脉、脑动脉到毛细血管，穿过血-脑屏障，经脑脊液弥散，波浪式信号变为水平信号作用于中枢化学感受器，直接调节呼吸整合中枢的敏感性、维持呼吸的稳定，此为一体化调控的主环路（彩图页III图1）。正常情况下，中枢化学感受器和外周化学感受器共同作用维持平稳的呼吸。

血液经化学感受器后会进入全身毛细血管进行物质交换，动脉的波浪式信号一直到到达毛细血管时波动幅度均非常明显，弥散进入组织细胞到达线粒体对能量物质进行氧化，完成新陈代谢，离开组织毛细血管的静脉血液的波浪式信号已经成为近乎水平的信号，经过呼吸、循环、神经的共同作用以满足机体代谢对氧的需求。机体的能量物质经过消化、吸收经门静脉进入机体的血液循环，再经血液循环进一步运输到各个组织细胞进行代谢。血液中的能量物质浓度会影响循环的血流动力学指标，改变血液中呼吸调控信号的运输速度，影响血液在肺部的气体交换和呼吸节律以及频率。循环、神经、代谢、运动、睡眠、消化、吸收、泌尿、排泄等均在不同程度上影响机体的能量代谢状态。所有的系统均可影响血气水平信号和能量代谢信号，经过组织代谢，能量信号和血气信号在各系统的影响下随静脉回流进入右心房，经右心室入肺循环，进而影响下一次呼吸、影响肺部气体交换后波浪式信号的波动幅度，以此参与组成循环呼吸一体化调控环路。（彩图页III图1）。

4.2 人体呼吸调控信号的特征---动脉血中波浪式起伏变化的PaO2、PaCO2和[H+]a

早在上世纪70年代，英国牛津大学Band教授采用二氧化碳电极、pH电极连续动态测定PaCO2和 [H+]a（pHa）一系列卓越的动物实验研究证明了机械通气实验动物的PaCO2和 [H+]a是动态波浪式变化的，并绘制出变化的波浪式曲线，同时还发现单位时间PaCO2和 [H+]a（pHa）的变化速率与潮气量呈正相关[32,33]。但是，他们没有从生命整体调控角度正确分析该特征信号的重要意义。使用氧电极描记机械通气动物动脉PaO2得到与PaCO2和 [H+]a（pHa）变化相似的结果，只是变化方向相反[11,12]。

我们用连续动脉逐搏采血血气分析试验证实，心功能正常和心力衰竭患者均存在波浪式信号，只是心力衰竭患者的波浪式信号幅度显著低于心功能正常患者[34,35]。

4.3 呼吸调控的核心——吸呼时相的切换机制

吸气时，呼吸肌群肌肉收缩使得膈肌下移和胸廓扩张，胸腔内压和肺内压低于大气，空气从呼吸道被吸入肺泡。我们采用连续逐搏动脉采血进行血气分析，发现心率和呼吸频率的比值约为6：1[34,35]。通过用CT同时测定肺血管容量和左心室每搏量，发现肺静脉血管容量和左心房容量之和大约是每搏心输出量的2倍，推算一次呼吸产生的动态波浪式信号经过肺静脉、左心房、左心室到达外周动脉，约需经过三次心跳[36,37]。即：在肺部完成气体交换的血液经一次心跳到达肺静脉末端，经第二次心跳到达左心房，在第三次心跳舒张期进入左心室，在其收缩期到达外周动脉。吸气产生的肺泡氧分压渐进性上升和二氧化碳分压渐进性下降，使得离开肺毛细血管与肺泡气体分压平衡的PaO2、PaCO2和[H+]a等血气信号呈现同样变化趋势，经过循环到达主动脉弓和颈动脉体分别刺激主动脉体和颈动脉体的外周化学感受器，外周化学感受器感受到的信号经上传神经、神经中枢整合,由传出神经（膈神经和肋间神经等）发出指令，终止呼吸肌群的收缩而使其转入舒张；即吸气产生的信号终止吸气。反之，呼吸肌群舒张，胸廓和膈肌弹性回缩产生肺内压上升，当肺内压超过大气压时肺泡内气体被呼出，从而产生与上述相反的肺泡-血液氧气和二氧化碳分压变化，经血液运输到动脉外周化学感受器，再通过神经系统终止呼吸肌的舒张，产生下一次吸气；即呼气产生的信号终止呼气。由此，肺通气肺换气在动脉化血液中形成了交替升降的波浪式信号逐次到达外周化学感受器，触发呼吸时相切换[11-15]。

吸呼切换需要的时间延迟：左心室搏血需要经过两至三次心跳，波浪式呼吸调控信号才能经肺静脉、左心房、左心室到达外周化学感受器[36,37]，再经神经上传、中枢整合、下传，以终止吸气或者呼气，实现吸气和呼气的相互转换。

4.4 呼吸调控稳态的实现——中枢化学感受器延迟反应的稳定机制

单纯由快反应外周化学感受器产生吸气信号终止吸气，呼气信号终止呼气方式实现吸呼切换机制的呼吸调控是“强-强”“弱-弱”模式，并不能直接产生稳定的呼吸。但是，人体动脉血液中呼吸信号经过脑动脉，穿过血脑屏障，弥散经至中枢化学感受器周围的脑脊液中，约需30 s的时间，波浪式信号变为水平信号，然后到达中枢化学感受器；而波浪式呼吸调控信号到达位于颈动脉体和主动脉体的外周感受器几乎没有时间的延迟。外周和中枢化学感受器所处的位置不同，对于同一呼吸信号从被感受到向呼吸中枢传递、直至呼吸中枢整合、神经冲动下传并产生效应的时间也不同，外周和中枢化学感受器相互配合可以维持呼吸的平稳[11-15]。同一个呼吸信号通过快反应外周化学感受器和慢反应中枢化学感受器产生时相不同的协同调控，使得人体正常PaO2、PaCO2和[H+]a三位一体的平均值调整到正常值。当三者中任何一个指标超出调控阈值时，就通过中枢化学感受器直接对中枢整合系统的敏感性进行调控，从而达到稳定呼吸作用。

4.5 为什么胎儿没有呼吸

胎儿在母亲体内时PaO2极低（30mmHg），而且PaCO2很高（45～50 mmHg）[16]，但却没有自主呼吸，为什么？母亲动脉血液中的波浪式信号足以触发母体的呼吸，但母亲的动脉血液经过胎盘毛细血管循环进入胎儿脐静脉时，血液中波浪式信号的波动幅度已严重衰减;而后再经脐静脉汇入胎儿下腔静脉，经右心房、卵圆孔进入左心房时，由于其他血液的稀释而变得更为衰弱；再经过非百分之百射血的左心室进入胎儿体循环动脉系统时，从母体动脉血而来的波浪式信号的波动幅度极其微弱，不足以通过刺激动脉系统中外周快反应化学感受器以触发呼吸。而经由胎盘与母亲完成交换，使得氧气、能量物质和二氧化碳等代谢产物基本维持稳定，不可能有较大幅度变化的波浪式信号到达中枢化学感受器平均值阈值以诱发呼吸，所以生活在羊水中的胎儿没有实际呼吸，也不能呼吸。

4.6 人生第一次呼吸产生机制与胎儿宫内窘迫

4.6.1 第一次呼吸的产生机制 胎儿出生离开母亲后，由于组织细胞代谢和血液循环仍在继续进行，心脏仍在正常跳动，使得PaO2不断降低，而PaCO2和[H+]a不断升高，达到某个/些触发呼吸的刺激阈值后，就诱发第一次吸气；否则，永远不出现呼吸就将死亡。

4.6.2 胎儿宫内窘迫 与出生后第一次呼吸的产生机制一样（见上段），出生前胎儿经过胎盘脐带与母体进行交换，所以无论是母体、胎儿还是胎盘与脐带三方面出现的问题，只要严重到一定程度均可以产生胎儿宫内窘迫。与正常出生后产生第一次呼吸最相似的是临床常见的危机状态，如母体煤气中毒、车祸、创伤等直接影响到母体呼吸循环代谢功能维持；脐带打结、绕颈等中断母儿联系的状况，及胎儿在宫内羊水中发生呼吸反应。实际上，30余年前笔者临床实习的几例煤气中毒胎儿羊水吸入死亡病例及出国前10余年负责急救复苏时期对足月胎儿宫内窘迫死亡病例，尸体解剖全部发现肺内羊水吸入的经历[38]，在探索生命、呼吸调控机制数十年百思不得其解时，突然提供灵感明确了方向，就是胎儿（属于寄生生命）、新生儿和成年人在呼吸的不同时期都必须符合同一个机制原则，它们的不同只是各种条件改变所致。笔者终于在2011年美国生理学年会上提出全新呼吸调控机制构想[9,10]，并逐步得到完善。

4.6.3 第一次呼吸的生理学变化 由于人体第一次吸气前肺内没有功能残气，随着第一次吸气的进行，肺泡中的PO2可以急骤升高至约150 mmHg、PCO2则近乎0 mmHg。肺循环血管是对氧分压高度敏感的系统，第一次吸气具有“前无古人，后无来者”的特征，极高氧和极低二氧化碳造成肺循环血管全部开放，右心室射出的血液全部顺利地进入到肺动脉，使得几乎全部6～8次每搏输出量充满肺循环后，再回到左心房、左心室，进入体动脉系统。离开肺脏的血液急剧飙升的PaO2与急剧下降的PaCO2和[H+]a 等血气信号经化学感受器作用于呼吸中枢，经传出神经作用于肌肉实现吸气被终止，进入呼气；第一次呼气开始后由于肺泡中氧气不断弥散进入肺毛细血管血液中，血液中二氧化碳也不断弥散进入肺泡中，使得血液中逐渐降低的PaO2与逐渐上升的PaCO2和[H+]a等血气信号经血液循环传送到动脉外周化学感受器，作用于神经肌肉系统终止呼气，第一次呼吸就这么完成了。由于第一次吸气时肺血管由胎儿时期极度收缩状态转变成极度舒张状态，肺血管容量急剧增加，可以容纳约6～8次心跳的搏血量，所以血液前行经肺静脉、左心房、左心室到达主动脉和颈动脉外周化学感受器的时间最长，产生一生中相对而言时间最长、容量最大的吸气。紧随其后的第一次呼气，由于肺血管已经充满血液，肺-动脉时间已经显著缩短下来，所以也就符合正常约3次心跳就到达动脉，经外周化学感受器和神经肌肉终止呼气，产生第二次吸气。第一次最大吸气与一般的第一次呼气容量之差建立起真正的功能残气量；随着以后各次呼吸的进一步扩充并稳定功能残气量，逐渐使功能残气量从第一次的极高PO2（约150 mmHg）和极低PCO2（约0 mmHg）分别达到并稳定于大约100 mmHg和40mmHg水平。此后，呼吸切换则如上段所述。第一次呼吸在人的生命中是绝无仅有的唯一。

4.7 循环在呼吸调控中不能忽略的关键作用——呼吸节律、频率和强弱的由来

4.7.1 没有血液循环就没有呼吸 呼吸调控的波浪式信号需要经过血液循环的传送才能作用于外周化学感受器和中枢化学感受器。由于外周和中枢化学感受器所处的位置不同，且调控信号需经脑动脉，穿过血-脑屏障，经脑脊液弥散，方能作用于中枢化学感受器，所以，外周化学感受器和中枢化学感受器对于同一个呼吸调控信号的接受的时间有延迟，这个延迟对于外周和中枢化学感受器的协调，对于维持平稳呼吸有重要作用。信号经血液循环传送的过程是一个涉及时间、空间的不断动态变化的过程[4-6,13-15]。

4.7.2 呼吸节律和频率的形成-血液循环速度决定肺-动脉时间 在呼吸调控环路中，呼吸调控信号在大部分时间是在血液中传送；而在神经通路中的传导时间短、速度快。心脏的射血功能、心率、血压、阻力、血流速度等因素均会影响呼吸调控信号从肺脏流经肺静脉、左心房、左心室到体循环动脉的传送[12,13,36,37]。上一次呼吸产生的血液中的波浪式信号通过刺激外周化学感受器诱导产生下一次呼吸，波浪式信号在血液循环中传送的速度[4-6,13-15]，即经过肺通气、肺换气后经肺循环和心脏泵血到达体循环动脉系统触发外周化学感受器的速度决定了呼吸的频率[12]。多种因素可影响波浪式信号在血液中的传送速度，如心脏的功能、心率、血压等。笔者分别采用CT肺扫描测定了肺血管容量，采用心脏CTA确定了左心室每博量，并确定了肺血管容量和左心室每搏量的相互关系[36,37]、即肺静脉血管容量和左心房容量之和大约是每搏心输出量的2倍；推算出正常人约需要三次心搏才能将离开肺毛细血管的动脉血液输送到主动脉弓和颈动脉体处的外周化学感受器[36,37]。我们采用逐搏动脉血血气分析证实，每个呼吸周期大约经历4～6次心跳[34,35]。血液完成气体交换后经过第一次心跳到达肺静脉末端，经过第二次心跳到达左心房，在第三次心跳舒张期进入左心室，经收缩期射血将携带的呼吸调控信号传送至动脉系统[36,37]。肺脏吸气产生的PaO2、PaCO2和[H+]a等动脉血波浪式信号到达外周化学感受器，经神经信号上传、呼吸中枢整合、神经冲动下传终止吸气动作；同样呼气时产生的信号终止呼气动作诱发下一次吸气，从而完成吸呼时相的切换。心血管系统中肺静脉血管容量、左心房容量和左心室每搏心输出量，及其相关关系直接影响到循环对呼吸的频率、节律和呼/吸、吸/呼的决定性调控作用。

4.7.3 呼吸强弱的调控-心功能和慢反应中枢化学感受器

4.7.3.1 心功能对呼吸的调控 左心室非百分之百射血，上一次射血残留在左心室的血液同本次经心房流入左心室的血液混合，使其携带的波浪式信号的波动幅度减小。正常时由于人体主动脉体、左和右侧颈动脉体的多位点外周化学感受器感受时间相近及波浪信号的幅度叠加作用，传送到中枢整合部位的信号强度有所增强。由左心室的每搏量、射血分数、舒张末容积等指标决定的血气波浪式信号衰减称之为左心室的“混合室效应”[9-15]。射血后心室残存血量的多少，影响混合后信号的波动幅度降低程度，进而影响此信号作用于外周化学感受器诱导产生的下一次呼吸。从这个角度讲，血液循环左心室功能影响左心室前后的动脉血气波浪式信号的幅度的衰减程度，决定了下一次呼吸的强弱。在正常机体，经过左心的“混合室效应”的作用，呼吸调控信号虽然有所衰减，但是并不一定会使下一次呼吸减弱。

左心室射血功能减弱的心脏，射血后残存血量较多，经过左心室混合，波浪式信号波动幅度变弱，使呼吸幅度、深度变小；经过几次呼吸递减后，波浪式信号的幅度过小甚至到不足以诱发下一次呼吸，呈现呼吸暂停。运用整体整合生理学医学新理论对一百多年前Cheyne-Stokes报告，及心力衰竭患者发生睡眠呼吸暂停[39]和运动期间波浪式呼吸[8,40]发生机制进行探讨，我们提出心源性呼吸异常的新概念[39,40]。

4.7.3.2 慢反应中枢化学感受器的调控 详见上面4.4。

4.7.4 心力衰竭时呼吸异常机制的解释 详见整体整合新理论体系循环调控部分和相关文章[13,14,39,40]。

4.8 呼吸调控中神经体液调控的作用模式

参照上述整体调控示意图，以简单类比的方法，用人造“音响调控系统”模拟以呼吸循环代谢等功能为主轴的呼吸调控，详细内容另文专述[14]。

4.9 其他因素对呼吸循环调控的影响

人体的功能调控是多系统、一体化的，所有系统均可影响呼吸调控信号，参与呼吸调控并且发挥着重要的作用。

运动可使基础代谢率升高，而睡眠会使基础代谢率降低。人生过程中出现静息、运动和睡眠三种代谢状态的交替变换，通过呼吸循环神经体液一体化优化调控方可实现动态平衡。

以上是在不考虑机体的大脑皮层的影响下的自主调控机制，精神心理因素在整体机体上发挥调控，对机体的生命活动必不可少。不良精神心理状态（如精神紧张、焦虑、抑郁、生活压力等）会增加疾病的发生率[14]。

正如彩图页III图1所示，代谢、运动、睡眠、消化、泌尿、排泄、精神心理、神经因素等在一定程度上可以直接和/或间接地影响呼吸循环调控[4,12-15]。此内容另文专述。

综上所述，在整体整合生理学医学体系指导下的呼吸调控新理念，并非是系统生理学的一点儿深入，而是站在整体论的角度探讨生命功能一体化调控。笔者以多年的临床经验结合潜心研究，独创性地提出整体整合生理学医学新理论体系，在此抛砖引玉，以期为医学回归整体略尽绵薄之力。

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New theory of holistic integrative physiology and medicine I: New insight of mechanism of control and regulation of breathing

SUN Xing-guo△

（State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, National Research Center of Clinical Medicine for Cardiovascular Diseases，Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China）

Objective:e modern systemic physiology, based on limit-understand functional classif i cation, has signif i cant limitation and one-sidedness. Human being is organic; we should approach the mechanism of control and regulation of breathing integrating all the systems. Methods: We use new theory of holistic integrative physiology and medicine to explain the mechanism of control and regulation of breathing. Results: Except the mean level information, the up-down “W” waveform information of arterial blood gas (ABG) is core signal to control and regulate breathing. In order to do so, we must integrate all systems together. New theory will help to explain some unanswered questions in physiology and medicine , for example: fetal does not breathing; how fi rst breath generate; how respiratory rhythm and frequency generate, etc. Conclusion: Breathing is the sign of life. Mechanism of control and regulation of breathing has to integrate respiration, circulation, nerves, metabolism, exercise, sleep and digestion, absorption and elimination and etc altogether.

holistic integrative physiology; holistic integrative medicine; new theory system ; control and regulation of breathing; circulatory and respiratory integration; respiration; circulation; metabolism

R331.3+6

A

1000-6834 (2015) 04-295-008

＊ 【基金项目】国家自然科学基金医学科学部面上项目（81470204）；国家高新技术研究发展计划(863计划)课题(2012AA021009);中国医学科学院国家心血管病中心科研开发启动基金（2012-YJR02)

2015- 06-05

2015-07-05

△【通讯作者】Tel： 010-88398300 ；E-mail： xgsun@labiomed.org