肺换气

肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换过程

肺换气（Pulmonary ventilation），是指肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换过程。

过程

经肺通气进入肺泡的新鲜空气与血液进行气体交换，氧气从肺泡顺着分压差扩散到静脉血，而静脉血中的二氧化碳，则向肺泡扩散。这样，静脉血中的氧分压逐渐升高，二氧化碳分压逐渐降低，最后接近于肺泡气的氧分压和二氧化碳分压。由于氧气和二氧化碳的扩散速度极快，仅需约0.3s即可完成肺部气体交换，使静脉血在流经肺部之后变成了动脉血。一般血液流经肺毛细血管的时间约0.7s，因此当血液流经肺毛细血管全长约1/3时，肺换气过程基本上已完成。

一般将气体在1mmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体毫升数称为肺扩散容量（pulmonary diffusion capacity，Dv），即：

DL=V/ | P（A）—P（C）|

上式中V是每分钟通过呼吸膜的气体容积（ml/min），P（A）是肺泡气中该气体的平均分压，P（C）是肺毛细血管血液内该气体的平均分压。肺扩散容量是测定呼吸气通过呼吸膜能力的重要指标。正常人安静时氧气的肺扩散容量约为20ml/（min·mmHg），二氧化碳的肺扩散容量为氧气的20倍。运动时肺扩散容量增加；肺疾病情况下，肺扩散容量可因有效扩散面积减小或扩散距离增加而降低。

影响因素

气体的分压差

气体交换的动力是气体的分压差（Difference of partial pressure，ΔP）。气体的分压差越大，则扩散越快，扩散速率越大；反之，分压差小则扩散速率低。气体的分压差也决定气体交换的方向。

气体的溶解度与分子量

在其他条件相同时，气体扩散速率与气体在溶液中的溶解度（S）成正比，与气体分子量（MW）的平方根成反比。气体的溶解度与分子量的平方根之比称为扩散系数（diffusion coefficient）。因为二氧化碳在血浆中的溶解度（51.5%）约为氧气的（2.14%）24倍，二氧化碳的分子量（44）大于氧气（32），这样二氧化碳的扩散系数是氧气的20倍。尽氧气的分压差比二氧化碳的分压差大将近10倍，二氧化碳的扩散速度仍为氧气的2倍。因此临床上易出现缺氧而二氧化碳潴留少见。

呼吸膜的面积

正常成人约3亿个肺泡的呼吸膜总面积约70㎡。在安静状态下，机体仅需40㎡的呼吸膜便足以完成气体交换。因此，呼吸膜有30㎡的贮备面积。运动时肺毛细血管开放数量和开放程度增加，呼吸膜面积（A）增加，加快氧气和二氧化碳扩散的速度。反之，肺不张、肺实变、肺气肿时呼吸膜扩散面积减小，气体交换减少。

呼吸膜的厚度

呼吸膜又称为肺泡-毛细血管膜。由含肺表面活性物质的极薄的液体层、肺泡上皮细胞层、上皮基底膜层、肺泡上皮和毛细血管基膜之间含有胶原纤维和弹性纤维的间隙、毛细血管基膜层及毛细血管内皮细胞层6层组成。但呼吸膜的总厚度（d）不到1μm，最薄处只有0.2μm，气体易于扩散通过。此外，由于肺毛细血管平均直径不足8μm，血液层很薄，红细胞膜通常能接触到毛细血管壁，使氧气和二氧化碳可不经大量的血浆层即可到达红细胞或进入肺泡，扩散距离短，气体交换速度加快。病理情况下，如肺纤维化、肺水肿时呼吸膜增厚或扩散距离加大都会降低扩散速率，减少氧气和二氧化碳扩散量。此时若增加运动，可因血流加速缩短气体在肺部的交换时间，进一步降低气体交换，加重呼吸困难。

温度

温度愈高，气体分子运动速度愈快，故气体扩散速率与温度成正比。

气体扩散速率 ∝ ΔP·T·A·S/[d·（√MW）]

以上主要是从肺泡内气体的角度来讨论肺换气的影响因素，但肺泡内的气体是与流经肺部的血液之间进行气体交换。因此，还必须考虑到通气与血流的匹配。

通气/血流比值

通气/血流比值（ventilation/perfusion ratio，V（A）/Q），是指每分肺泡通气量（VA）和每分肺血流量（Q）（心输出量）的比值（V（A）/Q）。正常成年人安静时肺泡通气量约为4200ml/min，心输出量为5000mI/min。因此，V（A）/Q为0.84，这就意味着肺泡通气量与肺血流量的比例适宜，气体交换的效率最高，即流经肺部的静脉血变成了动脉血。如果V（A）/Q比值增大，表明通气过度或血流不足，使得部分肺泡气未能与血液气体充分交换，造成肺泡无效腔增大。反之，V（A）/Q下降，则意味着通气不足或血流相

对过剩，造成部分血液流经通气不良的肺泡，混合静脉血中的气体未能得到充分更新，在流经肺部之后仍然是静脉血，相当于功能性动一静脉短路。因此，从气体交换角度来看，V（A）/Q增大或减小时肺换气的效率都差；如果肺内某一区域，或者整个肺的肺泡通气量和血流量按比例同向变化，保持V（A）/Q值为0. 84，则能维持气体的交换效率。因此，决定肺换气效率的因素是肺泡通气量和肺血流量的比值，而非它们的绝对值。

健康成人全肺的V（A）/Q为0. 84，但在肺的各个局部区域的V（A）/Q存在差异。这与肺泡通气量和肺毛细血管血流量的不均匀分布有关。人在直立位时，由于重力等因素的作用，肺泡通气量由上（肺尖部）至下（肺底部）逐渐递增，肺底部的肺泡通气量是肺尖部的3倍。肺血流量亦发生同样由上至下的递增，肺底部的血流量是肺尖部的10倍。也就是说，肺尖部的肺泡通气量的减少幅度小于肺血流量，肺尖部的V（A）/Q较大，可达3以上；而肺底部的肺泡通气量增加幅度小于肺血流量，肺底部的V（A）/Q比值较小，可低至0.6。正常情况下，尽管存在肺泡通气和血流的不均匀分布，导致肺不同部位的V（A）/Q的不一致，但由于呼吸膜面积远远超过肺换气的实际需要，因而并不影响正常的气体交换。

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