肺换气

出处：按学科分类—医药、卫生 中山大学出版社《临床人体解剖生理学》第314页（2878字）

(一)肺换气的呼吸膜

肺换气(pulmonary exchange)是在肺泡和毛细血管之间进行的。气体通过的膜称为呼吸膜(respiratory membrane)(图7－30)，它由六层结构组成：①含表面活性物质的液体分子层(surfactant and fluid layer)；②肺泡上皮细胞(alveolar epithelialcell)；③肺泡上皮基膜((alveolar basement membrane)；④肺泡上皮和毛细血管之间的组织间隙(interstitial space)；⑤毛细血管基膜(capillary basement membrane)；⑥毛细血管内皮(capillary endothelium)。

呼吸膜尽管有六层结构组成，但是它的厚度很簿，总共不到1μm，通透性很高，O₂和CO₂是高脂溶性的物质，极易通过。呼吸膜对O₂和CO₂有通透性是肺换气的先决条件。

图7－30 呼吸膜示意图

(二)肺换气的动力

气体分子在不停地运动，气体分子运动所产生的压力称为气压。大气的气体分子运动所产生的压力称为大气压，在海平面大气压为760mmHg。大气是一种混合气体，主要包括N₂、O₂、CO₂和水蒸气。每种气体的分子都在运动，都会产生各自的压力。大气压是各种气体分子运动产生的压力的总和。混合气体中每种气体产生的压力称为分压(partial pressure)。分压可用混合气体的总压力乘以各种气体所占的容积百分比求得。

气体分压=总压力×该气体的容积百分比

大气中的几种气体的容积百分比和分压见表7－1。

表7－1 海平面大气中几种气体的容积百分比和分压

如果同一种气体在两个部位的分压不同，它们分压的差值称为分压差(difference of partial pressure)。气体分子总是从分压高的部位向分压低的部位扩散。气体交换的动力就是两个部位气体的分压差，分压差越大，气体扩散越快。

(三)肺换气的过程

在肺部，肺泡气的PO₂为13．83kPa(104mmHg)，肺部毛细血管内静脉血的PO₂为5．32kPa(40mmHg)，肺泡气的PO₂高于静脉血，肺泡气中的O₂由于分压差的作用向静脉血中扩散；肺泡气的PCO₂为5．32kPa(40mmHg)，肺部毛细血管内静脉血的PCO₂为6．12kPa(46mmHg)，静脉血的PCO₂高于肺泡气，CO₂由于分压差的作用从静脉血向肺泡中扩散，这样静脉血就变成了动脉血(图7－31)。当静脉血流经肺部毛细血管时带走的是O₂，放出的是CO₂。

图7－31 肺换气示意图

(四)影响肺换气的因素

根据物理学原理气体的扩散速率(rate of diffusion)受以下因素的影响：

D：扩散速率(rate of diffusion)；

△P：分压差(difference of partial pressure)；

A：扩散面积area of diffusion)；

T：绝对温度(absolute temperature)；

S：溶解度(solubility)；

d：扩散距离(distance of diffusion)；

MW：分子量(molecular weight)。

从以上公式可以看出，气体的扩散速率与分压差、扩散面积、温度及气体的溶解度成正比，而与扩散距离和分子量的平方根成反比。

1．呼吸膜的厚度和面积 呼吸膜的厚度增加，通透性下降，气体交换减少。肺炎(pneumonia)、肺纤维化(fibrosis of lung，pulmonary fibrosis)和肺水肿(pulmonary edema)时，气体交换减少，引起患者缺O₂和体内CO₂蓄积。

正常成人呼吸膜的交换面积为70～100m²，如果由于疾病使交换面积减小，肺换气也将减少。肺气肿(pulmonary emphysema)、肺不张(pulmonary atelectasis)、肺部血管阻塞时，均可使交换面积减少，引起肺换气减少，使患者缺O₂和体内CO₂蓄积。

2．通气／血流比值(ventilation／perfusion ratio) 肺通气是肺换气的前提，正常的肺泡通气量保证肺泡气正常的PO₂和PCO₂。如果肺通气障碍，肺泡通气量减少，肺部的气体交换也将减少。正常的肺血流量保证带走摄取的O₂和运来代谢产生的CO₂，如果肺血流量减少，肺换气也将减少。正常人，肺通气量和肺血流量处于合适的比值状态，每分肺泡通气量和每分肺血流量的比值称为通气／血流比值。即：

通气／血流比值=每分肺泡通气量／每分肺血流量

=4200ml／5000ml=0．84

此时肺泡通气量和肺血流量匹配最合适，气体交换效率最高。通气／血流比值增大，多由于肺血流量不足引起，如肺血管栓塞(pulmonary thrombosis)。通气／血流比值减小，多由肺泡通气量减少，肺泡无效腔增大引起，部分血液流经通气不良的肺泡，未进行充分的气体交换，就流回了心脏，这种情况称为功能性动－静脉短路(functional A-V shunting)，如支气管痉挛或肺不张(图7－32)。

图7－32 通气／血流比值及其变化示意图