一、氣體交換原理
�。ㄒ�)氣體的擴(kuò)散
氣體分子不停地進(jìn)行著無定向的運(yùn)動，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，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算：
氣體分壓=總壓力×該氣體的容積百分比
兩個區(qū)域之間的分壓差（△P)是氣體擴(kuò)散的動力，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個大氣壓，38℃時，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)全程所需的時間越長，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，體溫相對恒定，溫度因素可忽略不計。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還受組織活動和水平的影響，表中值僅是安靜狀態(tài)下的大致估計值。
表5-2 海平面各氣體的容積百分比ml%和分壓kPa(mmHg)
| 大氣容積百分比 | 分壓 | 吸入氣容積百分比 | 分壓 | 呼出氣容積百分比 | 分壓 | 肺泡氣容積百分比 | 分壓 | |
| O2 | 20．84 | 21.15 | 19.67 | 19.86 | 15.7 | 15.96 | 13.6 | 13.83 |
| (159.0) | (149.3) | (120.0) | (104.0) | |||||
| CO2 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | 0.04 | 3.6 | 3.59 | 5.3 | 5.32 |
| (0.3) | (0.3) | (27.0) | (40.0) | |||||
| N2 | 78.62 | 79.40 | 74.09 | 74.93 | 74.5 | 75.28 | 74.9 | 75.68 |
| (597.0) | (563.4) | (566) | (569) | |||||
| H2O | 0.50 | 0.49 | 6.20 | 6.25 | 6.20 | 6.25 | 6.20 | 6.25 |
| (3.7) | (47) | (47) | (47) | |||||
| 合計 | 100.0 | 101.08 | 100.0 | 101.08 | 100 | 101.08 | 100 | 101.08 |
| (760) | (760) | (760) | (760) |
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)生相對改變
表5-3 血液和組織中氣體的分壓kPa(mmHg)
| 動脈血 | 混合靜脈血 | 組織 | |
| PO2 | 12.9-13.3 | 5.32 | 4 |
| (97-100) | (40) | (30) | |
| PCO2 | 5.32 | 6.12 | 6.65 |
| (40) | (46) | (50) |
二、氣體在肺的交換
�。ㄒ�)交換過程
混合靜脈血流經(jīng)肺毛細(xì)血管時，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)血管的時間約0.7s，所以當(dāng)血液流經(jīng)肺毛細(xì)血管全長約1/3時，已經(jīng)基本上完成交換過程（圖5-9)�？梢�，通常情況下肺換氣時間綽綽有余。
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))
