第二节　换气功能

肺换气是指肺泡气与肺毛细血管内血液之间的气体交换。有效的气体交换首先要求肺脏的通气和血流能够均匀地分布到每个肺泡，才能发挥肺泡的换气作用。其过程主要指氧（O2）从肺泡进入血液以及二氧化碳（CO2）由血液进入肺泡。肺换气的本质是气体的扩散过程，包括三个连续不断的步骤：气相扩散、膜相扩散和血相扩散。

1.气相扩散。气流到达肺泡管后，处于相对静止状态，正常人肺泡直径平均为200μm，从肺泡管到肺泡周围的扩散距离为500μm，气体扩散可在很短的时间内（＜10ms）达到平衡，故气相扩散不是肺内气体扩散的限速因素，但在某些病理状态下，如肺气肿时，肺泡壁被破坏，形成肺大泡，气体扩散距离明显增加，气相扩散时间可延长至300ms以上，将显著的影响气体交换。

2.膜相扩散。扩散膜或称为呼吸膜，包括肺泡表面活性物质、肺泡上皮、基底膜和毛细血管内皮，平均厚度不足1μm，易于气体分子扩散。根据Henry定律，进入液相的气体量与其分压和在该溶液中的溶解度呈正比，故膜相扩散要受到气体溶解度的影响。

3.血相扩散。指氧进入血浆后，通过红细胞膜与血红蛋白结合，生成氧合血红蛋白。氧与血红蛋白的结合是气体在肺内扩散过程的限速因素之一，其速率还受到肺内血流量的影响。

肺内的气体扩散遵循物理学的扩散（弥散）规律（Graham定律），即一种气体在相通的两个区域间浓度不同时，气体分子在其间转移的净效应是由高浓度移向低浓度区域，最终两个区域的浓度趋于相等，达到动态平衡。肺换气的效能通常用肺的弥散量（diffusing capacity of lung，DL）为指标。DL是指气体以1Pa分压差1min通过呼吸膜的气体量（ml），惯用单位为ml/（mmHg·min）。根据Graham定律，气体的弥散主要与以下因素有关。(https://www.daowen.com)

1.气体的分压差。分压差是气体弥散的动力，其弥散量与该气体的分压差呈正比。在肺内O2由肺泡向血液弥散，CO2由血液向肺泡弥散。健康成人O2分压差是CO2分压差的10倍。

2.O2和CO2在血浆中的溶解度。DL与弥散分子在弥散膜间质液中的溶解度成正比，与其分子量的平方根成反比。标准状态下，在血浆中的溶解度O2为21.4ml/L，CO2为515.0ml/L，O2和CO2的分子量分别为32和44，结果CO2的弥散能力大约为O2的20倍，因此临床上常见的是缺O2，很少发生CO2的弥散障碍。

3.呼吸膜的厚度与面积。肺的弥散量与呼吸膜的厚度成反比，与它的有效扩散面积成正比。正常人呼吸膜的厚度不超过1μm，为脂质结构。O2和CO2均能溶于脂质，因此正常时以单纯扩散方式通过呼吸膜弥散不会受阻。健康成人安静时呼吸膜有效面积约为40m2，在剧烈运动时可增大到70m2，潜力很大，一般不会因有效呼吸面积不足而发生O2或CO2的弥散障碍。而由于肺气肿等疾病造成肺泡管及肺泡均扩大，可使肺泡管至肺泡壁的距离增大，肺泡气均匀混合的时间延长。

4.肺泡气的更新率。由于无效腔的存在，吸入气中只有部分新鲜空气进入肺泡与残气进行混合，然后再进行肺换气，即进行交换的肺泡气要不断更新。正常成人肺泡气的更新率约为14.3%。各种肺部疾病导致解剖无效腔和肺泡无效腔均增加，致使肺泡气体更新率下降，氧分压降低，都会直接影响肺泡气中O2的弥散。

5.肺通气与肺血流的协调配合。肺通气与肺血流的配合用肺泡通气量与肺血流量的比值（V/Q）表示。健康成人安静时每分钟的肺泡通气量和肺血流量分别为4L和5L，所以V/Q的正常值为0.80，这一比值不会因活动状态的不同而改变。无论人体处于安静状态或活动状态，当V/Q=0.80时，肺换气处于最佳状态，气体交换的效率最高。减少通气或增加血流时，V/Q比值减小，由于通气相对不足，不能有效地使静脉血动脉化，相反，增加通气或减少血流时，V/Q比值增大，虽然静脉血可充分动脉化，但过度通气不能进一步改善血氧，因而产生无效做功。V/Q过高或过低，即肺通气与肺血流的配合失当，导致肺换气的效能降低称为气血失调。人体对通气和血流比值具有自动调节的能力，如肺泡通气量不足，肺泡气O2分压下降或CO2分压上升，灌注该部位肺泡的肺小动脉就收缩，相应减少血流量，肺动脉阻断后，引流这部分肺泡的细支气管也会痉挛收缩，相应减少通气量。许多生理和物理因素可以导致V/Q在肺内分布的区域性差异而影响换气功能。在健康人由于吸气和肺脏血流分布均匀性不一致，所以肺脏V/Q存在较大区域性差异，如在直立或坐位时通气和血流量都有自肺尖向肺底增加的规律，但血流量的增加在比例上大于通气，故V/Q自肺尖向肺底锐减。