呼吸氣體的交換(氣體交換原理肺通氣/血流比值VA/Q組織)

　　一、氣體交換原理

　�。ㄒ唬�氣體的擴(kuò)散

　　氣體分子不停地進(jìn)行著無定向的運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果是氣體分子從分壓高處向分壓低處發(fā)生凈轉(zhuǎn)移，這一過程稱為氣體擴(kuò)散，于是各處氣體分壓趨于相等。機(jī)體內(nèi)的氣體交換就是以擴(kuò)散方式進(jìn)行的。單位時(shí)間內(nèi)氧化擴(kuò)散的容積為氣體擴(kuò)散速率（diffusion rate,D），它受下列因素的影響。

　　1．氣體的分壓差 在混合氣體中，每種氣體分子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力為各該氣體的分壓，它不受其它氣體或其分壓存在的影響，在溫度恒定時(shí)，每一氣體的分壓只決定于它自身的濃度�；旌蠚獾目倝毫Φ扔诟鳉怏w分壓之和。

　　氣體分壓可按下式計(jì)算：

　　氣體分壓=總壓力×該氣體的容積百分比

　　兩個(gè)區(qū)域之間的分壓差（△P）是氣體擴(kuò)散的動(dòng)力，分壓差大，擴(kuò)散快。

　　2．氣體的分子量和溶解度質(zhì)量輕的氣體擴(kuò)散較快。在相同條件下，各氣體擴(kuò)散速率和各氣體分子量（MW）的平方根成反比。溶解度（S）是單位分壓下溶解于單位容積的溶液中的氣體的量。一般以1個(gè)大氣壓，38℃時(shí)，100ml液體中溶解的氣體的ml數(shù)來表示。溶解度與分子量平方根之比（S/***）為擴(kuò)散系數(shù)（diffusion coefficient），取決于氣體分子本身的特性。CO₂的擴(kuò)散系數(shù)是O₂的20倍，主要是因?yàn)镃O₂在血漿中的溶解度（51.5）約為O₂的（2.14）24倍的緣故，雖然CO₂的分子量（44）略大于O₂的（32）。

　　3．?dāng)U散面積和距離擴(kuò)散面積越大，所擴(kuò)散的分子總數(shù)也越大，所以氣體擴(kuò)散速率與擴(kuò)散面積（A）成正比。分子擴(kuò)散的距離越大，擴(kuò)散經(jīng)全程所需的時(shí)間越長(zhǎng)，因此，擴(kuò)散速率與擴(kuò)散距離(d)成反比。

　　4．溫度 擴(kuò)散速率與溫度（T）成正比。在人體，體溫相對(duì)恒定，溫度因素可忽略不計(jì)。綜上所述，氣體擴(kuò)散速率與上述諸因素的關(guān)系是：

　�。ǘ�）呼吸氣和人體不同部位氣體的分壓

　　既然氣體交換的動(dòng)力是分壓差，則有必要首先了解進(jìn)行氣體交換各有關(guān)部位的氣體組成和分壓。

　　1．呼吸氣和肺泡氣的成分和分壓 人體吸入的氣體是空氣。空氣的主要成分是O₂、CO₂和N₂，具有生理意義的是O₂、和CO₂�？諝庵懈鳉怏w的容各百分比一般不因地域不同而異，但分壓卻因總大氣壓的變動(dòng)而改變。高原大氣壓降低，各氣體的分壓也低。吸入的空氣在呼吸道內(nèi)被水蒸氣所飽和，所在呼吸道內(nèi)吸入氣的成分已不同于大氣，因此各成分的分壓也發(fā)生相應(yīng)的改變。

　　從肺內(nèi)呼出的氣體為呼出氣，它來自兩部分：無效腔的吸入氣和來肺泡的肺泡氣，是這兩部分氣體混合。

　　上述各部分氣體的成分和分壓如表5-2所示。

　　2．血液氣體和組織氣體的分壓（張力）液體中的氣體分壓稱為氣體的張力（P），其數(shù)值與分壓的相同。表5-3示血液和組織中的PO₂和PCO₂。不同組織的PO₂和PCO₂不同，同一組織的PO₂和PCO₂還受組織活動(dòng)和水平的影響，表中值僅是安靜狀態(tài)下的大致估計(jì)值。

表5-2 海平面各氣體的容積百分比ml%和分壓kPa(mmHg)

　　N₂在呼吸過程中并無增減，只是因O₂和CO₂百分比的改變，使N₂的百分比發(fā)生相對(duì)改變

表5-3 血液和組織中氣體的分壓kPa(mmHg)

　　二、氣體在肺的交換

　　（一）交換過程

　　混合靜脈血流經(jīng)肺毛細(xì)血管時(shí)，血液PCO₂是5.32kPa(40mmHg)，比肺泡氣的13.83kPa(104mmHg)低，肺泡氣中O2便由于分壓的差向血液擴(kuò)散，血液的PCO₂便逐漸上升，最后接近肺泡氣的PCO₂。CO₂則向相反的方向擴(kuò)散，從血液到肺泡，因?yàn)榛旌响o脈血的PCO₂是6.12kPa(46mmHg)，肺泡的PCO₂是5.32kPa(40mmHg)。（圖5-8）。O₂和CO₂的擴(kuò)散都極為迅速，僅需約0.3s即可達(dá)到平衡。通常情況下血液流經(jīng)肺毛細(xì)血管的時(shí)間約0.7s，所以當(dāng)血液流經(jīng)肺毛細(xì)血管全長(zhǎng)約1/3時(shí)，已經(jīng)基本上完成交換過程（圖5-9）�？梢姡�通常情況下肺換氣時(shí)間綽綽有余。

圖5-8 氣體交換示意圖 數(shù)字為氣體分壓mmHg(1mmHg=0.133kPa)

圖5-9 肺毛細(xì)血管血液從肺泡攝取O2（A）和向肺泡排出CO2（B）的過程

（(1mmHg=0.133kPa)）

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