肺通氣(pulmonary ventilation)(呼吸道,呼吸運(yùn)動(dòng),肺內(nèi)壓,胸膜腔內(nèi)壓,肺泡表面活性物質(zhì),基本肺容積)

　　一、呼吸道的主要功能

　　呼吸首（氣道）包括鼻、咽、喉（上呼吸道）和氣管、支氣管及其在肺內(nèi)的分支（下呼吸道）。隨著呼吸道的不斷分支，其結(jié)構(gòu)和功能均發(fā)生一系列變化，氣道數(shù)目增多，口徑減小，總橫斷面積增大，管壁變薄，這些變化有重要的生理意義。

　�。ㄒ唬┱{(diào)節(jié)氣道阻力

　　通過(guò)調(diào)節(jié)氣道阻力從而調(diào)節(jié)進(jìn)出肺的氣體的量、速度和呼吸功（詳見(jiàn)肺通氣原理）。

　　（二）保護(hù)功能

　　環(huán)境氣溫、濕度均不恒定，而且可含塵粒和有害氣體，這些都交危害機(jī)體健康。

　　但是，呼吸道具有對(duì)吸入氣體進(jìn)入加溫、濕潤(rùn)、過(guò)濾、清潔作用和防御反射等保護(hù)功能。

　　1．加溫濕潤(rùn)作用 主要在鼻和咽，而氣管和支氣管的作用較小。一般情況下，外界空氣的溫度和溫度都較肺同為低。由于鼻、咽粘膜有豐富的血流，并有粘液腺分泌粘液，所以吸入氣在達(dá)氣管時(shí)已被加溫和被水蒸氣所飽和，變?yōu)闇嘏�而濕�?rùn)的氣體進(jìn)入肺泡。如果外界氣溫高于體溫，則通過(guò)呼吸道血流的作用，也可以使吸入氣的溫度下降到體溫水平。呼吸道的這種空氣調(diào)節(jié)功能對(duì)肺組織有重要的保護(hù)作用。經(jīng)氣管插管呼吸的病人，失去了呼吸道的空氣調(diào)節(jié)功能，可使呼吸道上皮、纖毛及腺體等受到損傷，因此應(yīng)給病人呼吸濕潤(rùn)的空氣為宜。

　　2．過(guò)濾清潔作用 通常通過(guò)呼吸道的過(guò)濾和清潔作用，阻擋和清除了隨空氣進(jìn)入呼吸道的顆粒、異物，使進(jìn)入肺泡的氣體幾乎清潔無(wú)菌。呼吸道有各種不同的機(jī)制防止異物到達(dá)肺泡。其一在上呼吸道。鼻毛可以阻擋較大顆粒進(jìn)入，而鼻甲的形狀則使許多顆粒直接撞擊在粘膜上或因重力而沉積在粘膜上。這樣，直徑大于10μm的顆粒幾乎完全從鼻腔空氣中被清除掉。其二在氣管、支氣管和細(xì)支氣管。直徑在2-10μm的顆�？赏ㄟ^(guò)鼻腔而進(jìn)入下呼吸道，但這里管壁粘膜有分泌粘液的杯狀細(xì)胞和纖行上皮細(xì)胞。所分泌的沾液覆蓋在纖毛上。許多纖毛有力地、協(xié)調(diào)地和有節(jié)奏地?cái)[動(dòng)，將粘液層和附著于其上的顆粒向喉咽方向移動(dòng)。每次擺動(dòng)可移動(dòng)粘液層達(dá)16μm，若每秒鐘纖毛擺動(dòng)20次，則每分鐘可使粘液層移動(dòng)約19mm。纖毛推動(dòng)粘液層及所附著的顆粒到達(dá)咽部后，或被吞咽或被咳出。吸入氣干燥或含有刺激性物質(zhì)，如二氧化硫等，可以損害纖毛的運(yùn)動(dòng)，影響呼吸道的防御功能。其三是巨噬細(xì)胞。直徑小于2μm的小顆粒可以進(jìn)入呼吸性細(xì)支氣管、肺泡管和肺泡，巨噬細(xì)胞可以吞噬吸入的顆粒和細(xì)菌，然后帶著它的吞噬物向上游走到細(xì)支氣管壁上的粘液層，隨粘液排出。肺泡巨噬細(xì)胞生活在氧分壓較市制肺泡中，當(dāng)通氣量減少或氧分壓降低時(shí)，其功能將減退。此外，呼吸道的分泌物中還含有免疫球蛋白和其它物質(zhì)，有助于防止感染和維持粘膜的完整性。

　　呼吸道受到機(jī)械或化學(xué)刺激時(shí)，可以引起防御反射，將在呼吸調(diào)節(jié)的一節(jié)中敘述。

　　二、肺通氣原理

　　氣體進(jìn)入肺取決于兩方面因素的相互作用：一是推動(dòng)氣體流動(dòng)的動(dòng)力；一是阻止其流動(dòng)的阻力。前者必須克服后者，方能實(shí)現(xiàn)肺通氣，正如心室射血的動(dòng)力必須克服循環(huán)系統(tǒng)的阻力才能推動(dòng)血液流動(dòng)一樣。

　�。ㄒ唬┓瓮�氣的動(dòng)力

　　氣體進(jìn)出肺是由大氣和肺泡氣之間存在著壓力差的緣故。在自然呼吸條件下，此壓力差產(chǎn)生于肺的張縮所引起的肺容積的變化�？墒欠伪旧聿痪哂兄鲃�(dòng)張縮的能力，它的張縮是由胸廓的擴(kuò)大和縮小所引起，而胸廓的擴(kuò)大和縮小又是由呼吸肌的收縮和舒張所引起。當(dāng)吸氣肌收縮時(shí)，胸廓擴(kuò)大，肺隨之?dāng)U張，肺容積增大，肺內(nèi)壓暫時(shí)下降并低于大氣壓，空氣就順此壓差而進(jìn)入肺，造成吸氣（inspiration）。反之，當(dāng)吸氣肌舒張和（或）呼氣肌收縮時(shí)，胸廓縮小，肺也隨之縮小，肺容積減小，肺內(nèi)壓暫時(shí)升高并高于大氣壓，肺內(nèi)氣便順此壓差流出肺，造成呼氣（expiration）。呼吸肌收縮、舒張所造成的胸廓的擴(kuò)大和縮小，稱為呼吸運(yùn)動(dòng)。呼吸運(yùn)動(dòng)是肺通氣的原動(dòng)力。

　　1．呼吸運(yùn)動(dòng) 引起呼吸運(yùn)動(dòng)的肌為呼吸肌。使胸廓擴(kuò)大產(chǎn)生吸氣動(dòng)作的肌肉為吸氣肌，主要有膈肌和肋間外�。皇剐乩�縮小產(chǎn)生呼氣動(dòng)作的是呼氣肌，主要有肋間內(nèi)肌和腹壁肌。此外，還有一些輔助呼吸肌，如斜角肌、胸鎖乳突肌和胸背部的其它肌肉等，這些肌肉只在用力呼吸時(shí)才參與呼吸運(yùn)動(dòng)。

　�。�1）吸氣運(yùn)動(dòng)：只有在吸氣肌收縮時(shí)，才會(huì)發(fā)生吸氣運(yùn)動(dòng)，所以吸氣總是主動(dòng)過(guò)程。膈形狀似鐘罩，靜止時(shí)向上隆起，位于胸腔和腹腔之間，構(gòu)成胸腔的底。膈肌收縮時(shí)，隆起的中心下移，從而增大了胸腔的上下徑，胸腔和肺容積增大，產(chǎn)生吸氣。膈下移的距離視其收縮強(qiáng)度而異，平靜吸氣時(shí)，下移約1-2cm，深吸氣時(shí)，下移可達(dá)7-10cm。由于胸廓呈圓錐形，其橫截面積上部較小，下部明顯加大。因此，膈稍稍下降就可使胸腔容積大大增加。據(jù)估計(jì)，平靜呼吸時(shí)因膈肌收縮而增加的胸腔容積相當(dāng)于總通氣量的4/5，所以膈肌的舒縮在肺通氣中起重要作用。膈肌收縮而膈下移時(shí)，腹腔內(nèi)的器官因受壓迫而使腹壁突出，膈肌舒張是時(shí)，腹腔內(nèi)臟恢復(fù)原們畫(huà)面為膈肌舒縮引起的呼吸運(yùn)動(dòng)伴以腹壁的起伏，所以這種型式的呼吸稱為腹式呼吸（abdominal breathing）。

　　肋間外肌的肌纖維起自上一肋骨的近脊椎端的下緣，斜向前下方走行，止于下一肋骨近胸骨端的止緣。由于脊椎的位置是固定的，而胸骨可以上下移動(dòng)，所以當(dāng)肋間外肌收縮時(shí)，肋骨和胸骨都向上提，肋骨下緣還向外側(cè)偏轉(zhuǎn)，從而增大了胸腔的前后徑和左右徑，產(chǎn)生吸氣。肋間外肌收縮越強(qiáng)，胸腔容積增大越多。在平靜呼吸中肋間外肌所起的作用較膈肌為小。由肋間肌舒縮使肋骨和胸骨運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的呼吸運(yùn)動(dòng)，稱為胸式呼吸（thoracic breathing）。腹式呼吸和胸式呼吸常同時(shí)存在，其中某種型式可占優(yōu)勢(shì)；只有在胸部或腹部活動(dòng)受到限制時(shí)，才可能單獨(dú)出現(xiàn)某一種型式的呼吸。

　�。�2）呼氣運(yùn)動(dòng)：平靜呼氣時(shí)，呼氣運(yùn)動(dòng)不是由呼氣肌收縮所引起，而是因膈股長(zhǎng)肋間外肌舒張，肺依靠本身的回縮力量而回位，并牽引胸廓縮小，恢復(fù)其吸氣開(kāi)始前的位置，產(chǎn)生呼氣。所以平靜呼吸時(shí)，呼氣是被動(dòng)的。用力呼吸時(shí)，呼氣肌才參與收縮，使胸廓進(jìn)一步縮小，呼氣也有了主動(dòng)的成分。肋間內(nèi)肌走行方向與肋間外肌相反，收縮時(shí)使肋骨和胸骨下移，肋骨還向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，使胸腔前后、左右縮小，產(chǎn)生呼氣。腹壁肌的收縮，一方面壓迫腹腔器官，推動(dòng)膈上移，另一方面也牽拉下部的肋骨向下向內(nèi)移位，兩者都使胸腔容積縮小，協(xié)助產(chǎn)生呼氣。

　　（3）平靜呼吸和用力呼吸：安靜狀態(tài)下的呼吸稱為平靜（平和）呼吸（eupnea）。其特點(diǎn)是呼吸運(yùn)動(dòng)較為平衡均勻，每分鐘呼吸頻率約12-18次，吸氣是主動(dòng)的，呼氣是被動(dòng)的。機(jī)體活動(dòng)時(shí)，或吸入氣中的二氧化碳含量增加或氧含量減少時(shí)，呼吸將加深、加快，成為深呼吸或用力呼吸，這時(shí)不僅有更多的吸氣肌參與收縮，收縮加強(qiáng)，而且呼氣肌也主動(dòng)參與收縮。在缺氧或二氧化碳增多較嚴(yán)重的情況下，會(huì)出現(xiàn)呼吸困難（dyspnea），這時(shí)，不僅呼吸大大加深，而且出現(xiàn)鼻翼扇動(dòng)等，同時(shí)主觀上有不舒服的困壓感。

　　2．肺內(nèi)壓 肺內(nèi)壓是指肺泡內(nèi)的壓力。在呼吸暫停、聲帶開(kāi)放、呼吸道暢通時(shí)，肺內(nèi)壓與大氣壓相等。吸氣之初，肺容積增大，肺內(nèi)壓暫進(jìn)下降，代于大氣壓，空氣在此壓差推動(dòng)下進(jìn)入肺泡，隨著肺內(nèi)氣體逐漸增加，肺內(nèi)壓也逐漸升高，至吸氣末，肺內(nèi)壓已升高到和大氣壓相等，氣流也就停止（圖5-2）。反之，在呼氣之初，肺容積減小，肺內(nèi)壓暫時(shí)升高并超過(guò)大氣壓，肺內(nèi)氣體便流出肺，使肺內(nèi)氣體逐漸減少，肺內(nèi)壓逐漸下降，至呼氣末，肺內(nèi)壓又降到和大氣壓相等。

圖5-2 吸氣和呼氣時(shí)，肺內(nèi)壓、胸膜腔內(nèi)壓及呼吸氣

容積的變化過(guò)程（右）和胸膜腔內(nèi)壓直接測(cè)量示意圖（左）

（1mmHg=0.133kPa,1cmH20g0.098kPa）

　　呼吸過(guò)程中肺內(nèi)壓變化的程度，視呼吸的緩急、深淺和呼吸道是否通暢而定。若呼吸慢，呼吸道通暢，則肺內(nèi)壓變化較�。蝗艉粑�較快，呼吸道不夠通暢，則肺內(nèi)壓變化較大。平靜呼吸時(shí)，呼吸緩和，肺容積的變化也較小，吸氣時(shí)，肺內(nèi)壓較大氣壓約低0.133-0.266kPa(1-2mmHg)，即肺內(nèi)壓為-0.266 —-0.133kPa(-2—-1mmHg)；呼氣時(shí)較大氣壓約高0.133-0.266kPa(1-2mmHg)。用力呼吸時(shí)，呼吸深快，肺內(nèi)壓變化的程度增大。當(dāng)呼吸道不夠通暢時(shí)，肺內(nèi)壓的升降將更大。例如緊閉聲門(mén)，盡力作呼吸動(dòng)作，吸氣時(shí)，肺內(nèi)壓可為-13.3——-3.99kPa(-100—-30mmHg)，呼氣時(shí)可達(dá)7.89-18.62kPa(60-140mmHg)。

　　由此可見(jiàn)，在呼吸過(guò)程中正是由于肺內(nèi)壓的周期性交替升降，造成肺內(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差，這一壓力差成為推動(dòng)氣體進(jìn)出肺的直接動(dòng)力。一旦呼吸停止，便可根據(jù)這一原理，用人為的方法造成肺內(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差來(lái)維持肺通氣，這便是人工呼吸。人工呼吸的方法很多，如用人工呼吸機(jī)進(jìn)入正壓通氣；簡(jiǎn)便易行的口對(duì)口的人工呼吸；節(jié)律地舉臂壓背或擠壓胸廓等。但在旅行人工呼吸時(shí)，首先要保持呼吸道暢通，否則，對(duì)肺通氣而言，操作將是無(wú)效的。

　　3．胸膜腔和胸膜腔內(nèi)壓 如上所述，在呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨胸腔廓的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。肺為何能隨胸廓而運(yùn)動(dòng)呢？這是因?yàn)樵诜魏托乩�之間存在一密閉的胸膜腔和肺本身有可擴(kuò)張性的緣故。胸膜有兩層，即緊貼于肺表面的臟層和緊貼于胸廓內(nèi)壁的壁層。兩層胸膜形成一個(gè)密閉的潛在的腔隙，為胸膜腔。胸膜腔內(nèi)僅有少量漿液，沒(méi)有氣體，這一薄層漿液有兩方面的作用。一是在兩層胸膜之間起潤(rùn)滑作用。因?yàn)闈{液的粘滯性很低，所以在呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩層胸膜可以互相滑動(dòng)，減小磨擦。二是漿液分子的內(nèi)聚力使兩層胸膜貼附在一起，不易分開(kāi)，所以肺就可以隨胸廓的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。因此，胸膜腔的密閉性和兩層胸膜間漿液分子的內(nèi)聚力有重要的生理意義。如果胸膜腔破裂，與大氣相通，空氣將立即進(jìn)入胸膜腔，形成氣胸，兩層胸膜彼此分開(kāi)，肺將因其本身的回縮力而塌陷。這時(shí)，盡管呼吸運(yùn)動(dòng)仍在進(jìn)行，肺卻減小或失去了隨胸廓運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的能力，其程度視氣胸的程度和類型而異。顯然，氣胸時(shí)，肺的通氣功能受到妨害，嚴(yán)重者，應(yīng)緊急處理。

　　胸膜腔內(nèi)的壓力為胸膜腔內(nèi)壓（intrapleural pressure），可用兩種方法進(jìn)行測(cè)定。一種是直接法，將與檢壓計(jì)相連接的注射針頭斜刺入胸膜腔內(nèi)，檢壓計(jì)的液而即可直接指示胸膜腔內(nèi)的壓力（圖5-2左）。直接法的缺點(diǎn)是有刺破胸膜臟層和肺的危險(xiǎn)。另一種方法是間接法，讓受試者吞下帶有薄壁氣囊的導(dǎo)管至下胸部的食管，由測(cè)量呼吸過(guò)程中食管內(nèi)壓變化來(lái)間接地指示胸膜腔內(nèi)壓變化。這是因?yàn)槭彻茉谛貎?nèi)介于肺和胸壁之間，食管壁薄而軟，在呼吸過(guò)程中兩者的變化值基本一致。故可以測(cè)食管內(nèi)壓力的變化以間接反映胸膜腔內(nèi)壓的變化。

　　測(cè)量表明胸膜腔內(nèi)壓比大氣壓低，為負(fù)壓。平靜呼氣末胸膜腔內(nèi)壓約為-0.665—-0.399kPa(-5—-3mmHg)，吸氣末約為-1.33—-0.665kPa(-10—-5mmHg)（圖5-2）。關(guān)閉聲門(mén)，用力吸氣，胸膜腔內(nèi)壓可降至-11.97kPa(-90mmHg)，用力呼氣時(shí)，可升高到14.63kPa(110mmHg)。胸膜腔內(nèi)負(fù)壓不便作用于肺，牽引其擴(kuò)張，也作用于胸腔內(nèi)其它器官，特別是壁薄而可擴(kuò)張性大的腔靜脈和胸導(dǎo)管等，影響靜脈血和淋巴液的回流。

　　胸膜腔內(nèi)壓為何是負(fù)壓？從分析作用于胸膜腔的力來(lái)說(shuō)明。有兩種力通過(guò)胸膜臟層作用于胸膜腔：一是肺內(nèi)壓，使肺泡擴(kuò)張；一是肺的彈性回縮力，使肺泡縮�。▓D5-2左，箭頭所示）。因此，胸膜腔內(nèi)的壓力實(shí)際上是這兩種方向相反的力的代數(shù)和，即：

　　胸膜愛(ài)內(nèi)壓=肺內(nèi)壓-肺彈性回縮力

　　在吸氣末和呼氣末，肺內(nèi)壓等于大氣壓，因而

　　胸膜腔內(nèi)壓=大氣壓-肺彈性回縮力

　　若以1個(gè)大氣壓為0位標(biāo)準(zhǔn)，則

　　胸膜腔內(nèi)壓= -肺彈性回縮力

　　如果肺彈性回縮力是0.665kPa(5mmHg)，胸膜腔內(nèi)壓就是-0.665kPa(-5mmHg)，實(shí)際的壓力值便是101.08kPa—0.665kPa=100.415kPa(760mmHg—5mmHg=755mmHg)�？梢�(jiàn)，胸膜腔負(fù)壓是由肺的彈性回縮力（其來(lái)源見(jiàn)下文，肺的彈性阻力和順應(yīng)性）造成的。吸氣時(shí)，肺擴(kuò)張，肺的彈性回縮力增大，胸膜腔負(fù)壓也更負(fù)。呼氣時(shí)，肺縮小，肺彈性回縮力也減小，胸膜腔負(fù)壓也減少。但是，為什么在呼氣末胸膜腔內(nèi)壓仍然為負(fù)？這是因?yàn)樘�兒出生后，胸廓生長(zhǎng)的速度比肺快，以致胸廓經(jīng)常牽引著肺，即便在胸廓因呼氣而縮小時(shí)，仍使肺處于一定程度的擴(kuò)張狀態(tài)，只是擴(kuò)張程度小些而已。所以，正常情況下，肺總是表現(xiàn)出回縮傾向，胸膜腔內(nèi)壓因而經(jīng)常為負(fù)。

　　綜上所述，可將肺通氣的動(dòng)力概括如下：呼吸肌的舒縮是肺通氣的原動(dòng)力，它引起胸廓的張縮，由于胸膜腔和肺的結(jié)構(gòu)功能特征，肺便隨胸廓的張縮而張縮，肺容積的這種變化又造成肺內(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差，此壓力差直接推動(dòng)氣體進(jìn)出肺。

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