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)

　　(二)肺通氣的阻力

　　肺通氣的動(dòng)力需要克服肺通氣的阻力方能實(shí)現(xiàn)肺通氣。阻力增高是臨床上肺通0氣障礙最常見的原因。肺通氣的阻力有兩種：彈性阻力（肺和胸廓的彈性阻力），是平靜呼吸時(shí)主要阻力，約占總阻力的70%；非彈性阻力，包括氣道阻力，慣性阻力和組織的粘滯阻力，約占總阻力的30%，其中又以氣道阻力為主。

　　1．彈性阻力和順應(yīng)性 彈性組織在外力作用下變形時(shí)，有對(duì)抗變形和彈性回位的傾向，為彈性阻力。用同等大小的外力作用時(shí)，彈性阻力大者，變形程度��；彈性阻力小者，變形程度大。一般用順應(yīng)性（compliance）來度量彈性阻力。順應(yīng)性是指在外力作用下彈性組織的可擴(kuò)張性，容易擴(kuò)張者順應(yīng)性大，彈性阻力�。徊灰讛U(kuò)張者，順應(yīng)性小，彈性阻力大�？梢婍槕�(yīng)性（C）與彈性阻力（R）成反變關(guān)系：

　　C＝1/R

　　順應(yīng)性用單位壓力變化（△P）所引起的容積變化（△V）來表示，單位是L/cmH₂O，即 C＝[（△V/△P）L ]/[cmH₂O ]。

　�。�1）肺彈性阻力和肺順應(yīng)性：肺具有彈性，在肺擴(kuò)張變形時(shí)所產(chǎn)生的彈性回縮力，其方向與肺擴(kuò)張的方向相反，因?yàn)槭俏鼩獾淖枇Γ�即肺彈性回縮力是肺的彈性阻力。肺的彈性阻力可用肺順應(yīng)性表示：

　　跨肺壓是肺內(nèi)壓與胸膜腔內(nèi)壓之差。

　　1）肺靜態(tài)順應(yīng)性曲線：測定肺順應(yīng)性時(shí)，進(jìn)行分步吸氣（或打氣入肺）或分步呼氣（或從肺內(nèi)抽氣），每步吸氣或呼氣后，屏氣，放松呼吸肌，測定肺容積的變化和胸膜腔內(nèi)壓（因?yàn)檫@時(shí)呼吸道內(nèi)沒有氣流流動(dòng)，肺內(nèi)壓等于大氣壓，所以只測胸膜腔內(nèi)壓就可知道跨肺壓）。然后繪制容積-壓力（V-P）曲線（圖5-3），就是肺的順應(yīng)性曲線。因?yàn)闇y定是在屏氣無氣流的情況下進(jìn)行的，所在是肺靜態(tài)順應(yīng)性。曲線的斜率反映不同肺容量下順應(yīng)性或彈性阻力的大小。曲線斜率大，順應(yīng)性大，彈性阻力��；曲線斜率小，則意義相反。正常成年人在平靜呼氣末，肺容積約為肺總量的40%左右時(shí)，肺順應(yīng)性正好位于曲線的中段，此段斜率最大，故平靜呼吸時(shí)肺彈性阻力小，呼吸省力。此時(shí)健康成年人C_L約為0.2L/cmH₂O。當(dāng)肺充血、肺組織纖維化化或肺泡表面活性物質(zhì)（見后文）減少時(shí)，肺的彈性阻力增加，患者吸氣困難；肺氣腫時(shí)，肺彈性成分大量破壞，肺回縮量減小，彈性阻力減小，患者呼氣困難。

圖5-3 肺的靜態(tài)順應(yīng)性曲線（1cmH₂O=0.098kPa）

　　2)比順應(yīng)性：肺順應(yīng)性還受肺總量的影響。肺總量大的，其順應(yīng)性較大；反之，較小�，F(xiàn)舉例說明。設(shè)若用0.5kPa(5cmH₂O)的壓力將1L的氣體注入一個(gè)人的兩肺，計(jì)算得出全肺順應(yīng)性為0.2L/cmH₂O。如果左、右兩肺的容積和順應(yīng)性是一樣的，那么同樣0.5kPa的壓力，將同樣1L氣體送入肺內(nèi)，每側(cè)肺容量僅增加0.5L,計(jì)算出每側(cè)肺的順應(yīng)性只有 0.1L/cmH₂O，而不是0.2L/cmH₂O。這是因?yàn)槲�入同等容積的氣體，在肺總量較大者，其擴(kuò)張程度較小，彈性回縮也也較小，彈性阻力小，僅需較小的跨肺壓變化即可，順應(yīng)性大；而在肺總量較小者，其擴(kuò)張程度大，彈性加縮力也大，彈性阻力大，需較大的跨肺壓變化，故順應(yīng)性小。由于不同個(gè)體間肺總量存在著差別，在比較其順應(yīng)性時(shí)必須排除肺總量的影響，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，測定單位肺容量下的順應(yīng)性，即比順應(yīng)性（specific compliance）。比順應(yīng)性=測得的肺順應(yīng)性（L/cmH₂O）/肺總量（L）。

　　3）肺彈性阻力的來源：肺彈性阻力來自肺組織本身的彈性加回縮力和肺泡內(nèi)側(cè)的液體層同肺泡內(nèi)氣體之間的液-氣界面的表面張力所產(chǎn)生的回縮力，兩者均使肺具有回縮傾向，故成為肺擴(kuò)張的彈性阻力。

　　肺組織的彈性阻力主要來自彈力和膠原纖維，當(dāng)肺擴(kuò)張時(shí)，這些纖維被牽拉便傾向于回縮。肺擴(kuò)張?jiān)酱螅瑢?duì)纖維的牽拉程度也越大，回縮力也越大，彈性阻力也越大，反之則小。

　　圖5-4示離體的肺在充氣和充生理鹽水時(shí)各自的順應(yīng)性曲線�？梢姅U(kuò)張充氣的肺比擴(kuò)張充生理鹽水的肺所需的跨肺壓力大得多，前者約為后者的3倍。這是因?yàn)槌錃鈺r(shí)，在肺泡內(nèi)襯液和肺泡氣之間存在液-氣界面，從而產(chǎn)生表面張力。球形液-氣界面的表面張力方向是向中心的，傾向于使肺泡縮小，產(chǎn)生彈性阻力。而充生理鹽水時(shí)，沒有液-氣界面，因此不存在表面張力作用，僅肺組織的彈性回縮所產(chǎn)生的阻力作用。由此可見，肺組織的彈性阻力僅約占肺總彈性阻力的1/3，而表面張力的約占2/3。因此，表面張力對(duì)肺的張縮有重要的作用。

圖5－4　充空氣和充生理鹽水時(shí)肺的順應(yīng)性曲線（1cmH₂O=0.098kPa）

　　根據(jù)Laplace定律，P=2T/r(P是肺內(nèi)的壓力，T是肺泡表面張力，r是肺泡半徑)。如果大、小肺泡的表面張力量樣的，那么，肺泡內(nèi)壓力將隨肺泡半徑的大小而反變。小的肺泡，壓力大；小的肺泡，壓力小。如果這些肺泡彼此連通，結(jié)果小肺泡內(nèi)的氣體將流入大肺泡，小肺泡塌陷，大肺泡膨脹，肺泡將失去穩(wěn)定性（圖5-5）。但實(shí)際并未發(fā)生這種情況，這是因?yàn)榉闻荽嬖谥�降低表面張力作用的表面活性物質(zhì)的緣故。

　　肺泡表面活性物質(zhì)（alveolar surfactant）是復(fù)雜的脂蛋白混合物，主要成分是二棕櫚酰卵磷脂（dipalmitoyl lecithin,DPL或 dipalmitoyl phosphatidyl choline choline,DPPC），由肺泡Ⅱ型細(xì)胞合成并釋放，分子的一端是非極性疏水的脂肪酸，不溶于水，另一端是極性的易溶于水。因此，DPPC分子垂直排列于液-氣界面，極性端插入水中，非極性端伸入肺泡氣中，形成單分子層分布在液-氣界面上，并隨肺泡的張縮而改變其密度。正常肺泡表面活性物質(zhì)不斷更新，以保持其正常的功能。

圖5-5 相聯(lián)通的大小不同的液泡內(nèi)壓及氣流方向示意圖1cmH₂O=0.098kPa

　　肺泡表面活性物質(zhì)降低表面張力的作用，有重要的生理功能。表面活性物質(zhì)使肺泡液-氣界面的表面張力降至10^-4N/cm以下，比血漿的5×10^-4N/cm低得多，這樣，就減弱了表面張力對(duì)肺毛細(xì)血管中液體的吸引作用，防止了液體滲入肺泡，使肺泡得以保持相對(duì)干燥。此外，由于肺泡表面活性物質(zhì)的密度大，降低表面張力的作用強(qiáng)，表面張力小，使小肺泡內(nèi)壓力不致過高，防止了小肺泡的塌陷；大肺泡表面張力則因表面活性物質(zhì)分子的稀疏而不致明顯下降，維持了肺內(nèi)壓力與小肺泡相等，不致過度膨脹，這樣就保持了大小肺泡的穩(wěn)定性，有利于吸入氣在肺內(nèi)得到較為均勻的分布。

　　成年人患肺炎、肺血栓等疾病時(shí)，可因表面活性物質(zhì)減少而發(fā)生肺不張。初生兒也可因缺乏表面活性物質(zhì)，發(fā)生肺不張和肺泡內(nèi)表面透明質(zhì)膜形成，造成呼吸窘迫綜合癥，導(dǎo)致死亡�，F(xiàn)在已可應(yīng)用抽取羊水并檢查其表面活性物質(zhì)含量的方法，協(xié)助判斷發(fā)生這種疾病的可能性，采取措施，加以預(yù)防。例如，如果含量缺乏，則可延長妊娠時(shí)間或用藥物（糖皮質(zhì)類固醇）促進(jìn)其合成。因此，了解肺泡Ⅱ型細(xì)胞的成熟過程及其表面活性物質(zhì)的代謝和調(diào)節(jié)有重要的理論和實(shí)際意義。

　　（2）胸廓的彈性阻力和順應(yīng)性：胸廓也具有彈性，呼吸運(yùn)動(dòng)時(shí)也產(chǎn)生彈性阻力。但是，因胸廓彈性阻力增大而使肺通氣發(fā)生障礙的情況較為少見，所以臨床意義相對(duì)較小。胸廓處于自然位置時(shí)的肺容量，相當(dāng)于肺總是的67%左右，此時(shí)胸廓毫元變化，不表現(xiàn)有彈性回縮力。肺容量小于總量的67%，胸廓被牽引向內(nèi)而縮小，胸廓的彈性回縮力向外，是吸氣的動(dòng)力，呼氣的彈性阻力；肺容量大于肺總量的67%時(shí)，胸廓被牽引向外而擴(kuò)大，其彈性回縮力向內(nèi)，成為吸氣的彈性阻力，呼氣的動(dòng)力。所以胸廓的彈性回縮力既可能是吸氣的彈性阻力，也可能是吸氣的動(dòng)力，視胸廓的位置而定，這與肺的不同，肺的彈性回縮力總是吸氣的彈性阻力。

　　跨壁壓為胸膜腔內(nèi)壓與胸壁外大氣壓之差。正常人胸廓順應(yīng)性也是0.2L/cmH₂0。胸廓順應(yīng)性可因肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚和腹內(nèi)占位病變等而降低。

　　因?yàn)榉魏托乩�的彈性阻力呈串�?lián)排列，所以肺和胸廓的總彈性阻力是兩者彈性阻力之和，如以順應(yīng)性來表示，即：

　　所以總順應(yīng)性為　0.1L/cmH₂0。

　　2. 非彈性阻力　非彈性阻力包括慣性阻力、粘滯阻力和氣道阻力。慣性阻力是氣流在發(fā)動(dòng)、變速、換向時(shí)因氣流和組織的慣性所產(chǎn)生的阻止運(yùn)動(dòng)的因素。平靜呼吸時(shí)，呼吸頻率低、氣流流速慢，慣性阻力小，可忽略不計(jì)。粘滯阻力來自呼吸時(shí)組織相對(duì)位稱所發(fā)生的磨擦。氣道阻力來自氣體流經(jīng)呼吸道時(shí)氣體分子間和氣體分子與氣道之間的磨擦，是非彈性阻力的主要成分，約占80%-90%。非彈性阻力是氣體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，并隨流速加快而增加，故為動(dòng)態(tài)阻力。

　　氣道阻力（airway resistance）可用維持單位時(shí)間內(nèi)氣體流量所需壓力差來表示：

　　健康人，平靜呼吸時(shí)的總氣道阻力為1-3cmH₂0/L·S^-1，主要發(fā)生在鼻（約占總阻力50%），聲門（約占25%）及氣管和支氣管（約占15%）等部位，僅10%的阻力發(fā)生在口徑小于2mm的細(xì)支氣管。

　　氣道阻力受氣流流速、氣流形式和管徑大小影響。流速快，阻力大；流速慢，阻力小。氣流形式有層流和湍流，層流阻力小，湍流阻力大。氣流太快和管道不規(guī)則容易發(fā)生湍流。如氣管內(nèi)有粘液、滲出物或腫瘤、異物等時(shí)，可用排痰、清除異物、減輕粘膜腫脹等方法減少湍流，降低阻力。氣道管徑大小是影響氣道阻力的另一重要因素。管徑縮小，阻力大增，因?yàn)镽∝1/r⁴（見循環(huán)系統(tǒng)）。氣道管徑又受四方面因素折影響：

　　（1）跨壁壓：這里跨壁壓是指呼吸道內(nèi)外的壓力差。呼吸道內(nèi)壓力高，跨壁壓增大，管徑被動(dòng)擴(kuò)大，阻力變小；反之則增大。

　�。�2）肺實(shí)質(zhì)對(duì)氣道壁的外向放射狀牽引：小氣道的彈力纖維和膠然后纖維與肺泡壁的纖維彼此穿插，這些纖維象帳蓬的拉線一樣對(duì)氣道發(fā)揮索引作用，以保持那些沒有軟骨支持的細(xì)支氣管的通暢。

　　（3）自主神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)氣道管壁平滑肌舒縮活動(dòng)的調(diào)節(jié)：呼吸道平滑肌受交感、副交感雙重神經(jīng)支配，兩者均有緊張性。副交感神經(jīng)使氣道平滑肌收縮，管徑變小，阻力增加；交感神經(jīng)使平滑肌舒張，管徑變大，阻力降低，臨床上常用擬上腺素能藥物解除支氣管痙攣，緩解呼吸困難，近來發(fā)現(xiàn)呼吸道平滑肌的舒縮還受自主神經(jīng)釋放的非乙酰膽堿的共存遞質(zhì)的調(diào)制，如神經(jīng)肽（血管活性腸肽、神經(jīng)肽Y、速激肽等）。它們或作用于接頭前受體，調(diào)制遞質(zhì)的釋放、或作用于接頭后，調(diào)制對(duì)遞質(zhì)的反應(yīng)或直接改變效應(yīng)器的反應(yīng)。

　�。�4）化學(xué)因素的影響：兒茶酚胺可使氣道平滑肌舒張；前列腺素F_2α可使之收縮，而E₂使之舒張；過敏反應(yīng)時(shí)由肥大細(xì)胞釋放的組胺和慢反應(yīng)物質(zhì)使支氣管收縮；吸入氣CO₂含理的增加可以刺激支氣管、肺的C類纖維，反射性地使支氣管收縮，氣道阻力增加。近來的研究發(fā)現(xiàn)氣道上皮可合成、釋放內(nèi)皮素，使氣道平滑肌收縮。哮喘病人肺內(nèi)皮素的合成和釋放增加，提示內(nèi)皮素可能參與哮喘的病理生理過程。

　　在上述四種因素中，前三種均隨呼吸而發(fā)生周期性變化，氣道阻力也因而出現(xiàn)周期性改變�？绫趬涸龃螅ㄒ蛐啬�內(nèi)壓下降），交感神經(jīng)興奮都能使氣道口徑增大，阻力減�。缓魵鈺r(shí)發(fā)生相反的變化，使氣道口徑變小，阻力增大，這也是為何支氣管哮喘病人呼氣比吸氣更為困難的主要原因。

　　（三）呼吸功

　　在呼吸過程中，呼吸肌為克服彈性阻力和右面彈性阻力而實(shí)現(xiàn)肺通氣所作的功為呼吸功。通常以單位時(shí)間內(nèi)壓力變化乘以容積變化來計(jì)算，單位是kg·m。正常人平靜呼吸時(shí)，呼吸功不大，每分鐘約為0.3-0.6kg·m,其中2/3用來克服彈性阻力，1/3用來克服非彈性阻力。勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸頻率、深度增加，呼氣也有主動(dòng)成分的參與，呼吸功可增至10kg·m。病理情況下，彈性或非彈性阻力增大時(shí)，也可使呼吸功增大。

　　平靜呼吸時(shí)，呼吸耗能僅占全身耗能的3%。劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸耗能可升高25倍，但由于全身總耗能也增大15-20倍，所以呼吸耗能仍只占總耗能的3%-4%。

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