扩散限制和灌流限制
血液流经肺泡毛细血管时，肺泡与血液之间的气体交换通过扩散完成，气体分压差是扩散的动力；随着扩散的持续进行，分压差逐渐减小；当分压差为0时，扩散达到动态平衡。不同气体的特征不同，从而影响其扩散过程。
（一）扩散限制（diffusion limitation）和灌流限制（perfusion limitation）的概念 上述阐述显示气相弥散的影响有限，气体扩散主要受扩散膜和肺血流量（膜相弥散和血相弥散）的双重影响，但不同气体受该两种因素的影响程度可明显不同，部分气体的扩散速率与肺血流量无直接联系，只受扩散膜的影响，称为扩散限制，如CO 与Hb的结合能力非常强大，CO 从肺泡弥散至肺泡毛细血管后，其血管内的分压接近0，血流量变化几乎不影响其弥散量，可较好反映弥散膜的特性。同样部分气体的扩散速率不受扩散膜的限制，仅受灌流肺泡的血流量影响，称为灌流限制，如一氧化二氮（N2O）不与Hb结合，从肺泡弥散至肺泡毛细血管后，其两侧分压差迅速达到平衡，净弥散消失；若血流量增大，弥散量也相应增大。
（二）不同气体的扩散特性 安静状态下，血液通过肺泡毛细血管的时间约为0.75 s，以吸入含适当浓度CO、N2O 或O2的气体为例，探讨肺毛细血管内气体分压的变化规律（图7-3）。
1.CO的弥散特性 CO与Hb的亲和力极大，当CO通过扩散膜进入红细胞后，与Hb紧密结合，从而使得血浆PCO几乎为0，到血液离开肺毛细血管时（0.75 s），血液中PCO仅略升高，因此扩散膜两侧的分压差可被视为一个衡量，即≈肺泡PCO，从而保障血液流经肺泡毛细血管的整个过程中，CO的扩散速率始终得以维持。显然CO 扩散速率与肺血流量无直接关联，它仅受扩散膜的限制，故CO 被称为扩散限制性气体。
图7-3 不同气体弥散时在肺泡与肺血流间达到动态平衡的时程
血液流经肺泡毛细血管的全程需0.75 s，N2O 与O2的扩散分别于0.15 s及0.3 s达到动态平衡；CO在血液离开毛细血管时远未达到平衡，但也仅略升高（Levitzky MG，1995）
2.N2O 的弥散特性 与CO 扩散相比，N2O
扩散特性明显不同。N2O 被吸入后，首先迅速地从肺泡扩散至血浆，在肺泡毛细血管的起始端，由于存在很大分压差，血浆PN2O迅速上升。由于N2O 不与Hb结合，扩散0.15 s时扩散膜两侧的分压差即已消除，达到了动态平衡；扩散动力丧失，不再有净转移，因此N2O扩散量仅取决于肺血流量，肺血流量越高，带离肺泡的N2O 分子数目越多，扩散速率越大，即N2O的扩散速率不受扩散膜特性的影响，仅受灌流肺泡的血流量影响，故N2O被称为灌流限制性气体。
3.O2的弥散特性 O2的扩散特性介于CO和N2O 之间。O2能与Hb结合，但亲和力远不如CO。血液流经肺泡毛细血管0.3 s时，O2的扩散已达到动态平衡，不再有净转移，此时O2的扩散同N2O，亦为灌流限制。因为灌流限制不能反映呼吸膜的扩散特性，而扩散限制才能反映膜的扩散特性，所以常用CO弥散量检测呼吸膜的扩散特性，也就是说用CO弥散量反映呼吸膜的特性较O2更精确。假若发生肺疾病，氧分子的弥散时间延长，超过血流通过肺泡毛细血管的时间，将受弥散膜的影响，即表现为扩散限制（图7-4）。
图7-4 肺疾病对氧扩散的影响
A.PAO2正常（100 mm Hg）的轻度肺疾病患者，血流离开肺泡毛细血管时氧扩散仍能完成，表现为灌流限制；但严重肺疾病患者，血流离开肺泡毛细血管时氧扩散不能完成，转化为扩散限制，导致低氧血症；B.在正常肺，PAO2降低（50 mm Hg）时仍为灌流限制，但轻度肺部疾病时氧即呈扩散限制（Levitzky MG，1995）
（三）O2和CO2的扩散时程及特征
1.正常静息扩散 正常静态状态下血液流经肺泡毛细血管的时间约为0.75 s，O2从肺泡扩散至毛细血管与Hb结合并达到平衡的时间为0.25～0.3 s，CO2扩散达到平衡时间约为0.4 s，分别占血流时间的40%与53%，两者皆表现为灌流限制，都有较大的扩散储备能力。
2.运动或疾病状态下O2的扩散 O2的扩散特性可发生变化，由灌流限制转变为扩散限制，O2的扩散受阻。剧烈运动时，红细胞流经肺泡毛细血管的时间可缩短至0.25 s，但扩散速率也加快，气体交换仍能维持（详见第三十四章第一节）。在肺疾病患者，扩散膜对气体转移的阻力增加，O2达到动态平衡的时程延长，容易导致低氧血症。扩散膜的增厚增加、通透性降低或扩散面积减小，均可增加扩散膜的阻力，延长达到平衡的时程。在肺疾病患者，若病变不严重，静息状态下血液仍能达到充分氧合；若血流量加快则可导致氧合障碍，这也是肺疾病患者发生运动性低氧血症的原因之一。在严重肺疾病患者，扩散膜阻力显著增加，静息时肺部血液也不能达到氧饱和，将出现低氧血症。以上讨论的是正常情况下PAO2为100 mm Hg时的扩散。
3.低肺泡PO2时O2的弥散 PO2降低时，O2的扩散特征发生变化（图7-4B）。PAO2降至50 mm Hg时，由于驱动压（膜两侧的O2分压差）降低，O2的扩散速率减慢，大约0.45 s时才能达到动态平衡；在肺疾病患者，扩散膜阻力增大，使静息时O2扩散的动态平衡时间明显延长，导致低氧血症。肺疾病不仅增加扩散阻力，还常出现通气障碍，将进一步加重低氧血症。
4.CO2的弥散 正常情况下，CO2为灌流限制性气体，扩散时程与O2相似（图7-5），扩散驱动压（肺泡毛细血管血流与肺泡之间的分压差）为6 mm Hg，而O2的驱动压为60 mm Hg，故CO2的驱动压只有O2的1／10。由于CO2的扩散能力为O2的20倍，故正常情况下CO2的弥散量和弥散时间与O2非常接近，也能在正常时程内达到动态平衡。与O2转移相似，肺疾病患者的CO2转移亦可转化为扩散限制，理论上也可出现高碳酸血症，但实际上非常罕见，因为通过代偿性肺通气量增加可以改善，甚至出现过度通气和呼吸性碱中毒。
图7-5 肺病变对CO2扩散的影响
正常静息情况下，CO2扩散在0.4 s时达到动态平衡，为灌流限制。肺疾病患者，特别是严重患者，CO2的扩散在血流灌注期间不能达到平衡，而转化为扩散限制（Levitzky MG，1995）
（四）影响肺内O2和CO2弥散的因素 如上述，肺气体交换是以弥散方式进行，单位时间内气体弥散的容积为气体弥散速率（diffusion rate，D），主要受以下因素的影响。(https://www.daowen.com)
1.气体的物理特性 组织或血液内的气体常以分压表示，某种气体分压的高低主要取决于该种气体的溶解度（S），溶解度是单位分压下溶解于单位容积溶液中的气体容积，一般以1 个大气压、38℃、100 mL液体中溶解的气体毫升数表示。气体的扩散能力与其溶解度成正比，与其相对分子质量（MW）的平方根成反比，即扩散能力可表示为
后者称为弥散系数 （diffusion coefficient），简写为K。弥散系数反映气体的物理特性。虽然CO2的相对分子质量（44）大于氧（32），但在体液中的溶解度远高于氧，两者分别为51.5和2.14，所以CO2的弥散系数是氧的20倍，同样其弥散能力也是氧的20倍。计算如下：
2.弥散屏障的厚度和面积 扩散膜厚度增加，气体扩散所需时间延长，弥散量下降，即弥散量与扩散距离（d）成反比。扩散面积（A）增大，单位时间扩散的分子数增加，即弥散量与扩散面积成正比。肺弥散屏障主要为弥散膜，包括肺泡液体分子层及PS、肺泡上皮细胞及其基底膜、肺泡毛细血管内皮及其基底膜，任何因素能使弥散屏障厚度增加或弥散面积减小，均会导致弥散量下降。
单纯就氧弥散而言，血浆、红细胞壁及其细胞质厚度、Hb表面积及其与氧的结合能力也是影响氧弥散的重要因素，严重贫血或红细胞功能异常的患者可出现氧弥散量的下降；当然红细胞的数量和功能变化也影响CO2弥散。
如前所述，正常情况下，氧扩散的储备能力由其灌流限制特性决定，一般扩散膜的改变不会影响氧扩散，况且肺有巨大的气体交换面积和代偿能力，静息状态下仅动用20%，因此只有扩散膜变化达到相当程度，由灌流限制转为扩散限制时才能导致低氧血症。
3.弥散膜两侧的压力差 一般而言，弥散是分子由高浓度区向低浓度区弥散，或由高压力区向低压力的扩散，即膜两侧的浓度差或压力差越大，弥散量越大。该描述实际有问题，弥散可以是同一介质（如肺泡内、血浆内）内的弥散，浓度和压力变化一致，用两者描述有相同意义；但更多情况下是不同介质，如肺泡气与血浆，血浆的气体溶解度明显影响分压，如CO2的溶解度非常高，尽管浓度可能很高，但分压低，将发生反向弥散，用分压表示则不存在这样的问题；氧弥散亦如此，尽管其溶解度比CO2低得多，但同样浓度情况下，也会出现分压差下降，出现反向弥散，因此用分压差而不是浓度差描述弥散是合适的。
4.肺泡气体扩散距离 正常情况下气相扩散不是肺内气体扩散过程的限速因素，但在肺气肿患者的肺泡壁被破坏，形成气肿泡，气体扩散的距离明显增加，气相弥散可达300 ms以上，弥散量将下降。
5.气体分布 支气管哮喘急性发作以弥漫性周围气道阻塞为主要特征，但不同肺区阻塞程度差别较大，阻塞严重的肺区肺泡通气量显著降低，但肺泡毛细血管血流量相对正常，导致有效弥散膜显著减少，气体弥散量降低，这是支气管哮喘患者DLCO下降和发生低氧血症的主要机制。
6.气体与血液的接触时间 理论上灌流限制是影响氧弥散能力的主要因素；但正常情况下，红细胞流经肺泡毛细血管的时间为0.75 s，氧通过ACM、血浆、红细胞膜及其细胞质、与Hb氧合的时为0.3～0.35 s，足以完成气体交换，因此临床上单纯因血流加快导致低氧血症异常罕见，但血流加快可加重其他因素导致的低氧血症。CO2弥散也有类似特点。
7.通气血流比例 气体分布和血流分布对弥散的影响主要体现在两者的匹配方面。在血流不存在的情况下（如肺动脉栓塞时其肺弥散膜基本正常），无论通气量多大，皆基本不存在肺泡与血液之间气体扩散；反之，若通气不存在（如支气管急性阻塞时其肺弥散膜正常），单纯血流量存在或增加也不会发生气体弥散，因此总弥散面积和有效弥散面积是不同的概念，在V·／Q·失调情况下，患者的总弥散面积可以正常，但有效弥散面积减少，这是导致弥散量下降的主要机制。正常气体交换要求吸入气和相应的血流皆均匀分布至每个肺泡及其周围的毛细血管。静息状态下，成人肺泡通气量约为4 L，肺循环血流量约为5 L，即V·／Q·为0.8，以此作为反映肺气体交换效率的标准。若通气、血流分布均匀，两者的比值等于或接近0.8，有效弥散面积正常，气体弥散量将正常；若通气、血流分布不均或
失调，有效弥散面积减少，弥散量将下降。
（1）
失调的基本类型：包括
降低和
增加，前者因肺泡通气量不足（有效弥散膜减少），流经肺泡的静脉血不能充分进行气体交换而进入体循环，出现弥散量下降和低氧血症；后者的通气量相对正常而肺泡毛细血管的血流量减少（也为有效弥散膜减少），进入肺泡的气体不能与血液充分进行气体交换，导致VD增加和弥散量下降。
（2）
失调的特殊情况：
失调的最常见情况既可以是局部性，但也可以是总体性的，如通气量减少或呼吸浅快，总体
下降，实质是
下降。由于肺泡与毛细血管的氧分压差降低，弥散量下降；弥漫性肺血管痉挛或栓塞，总体
增加，实质是肺血流量不足，有效弥散膜面积减少，弥散量也下降。
失调是临床上导致DLO2和DLCO 下降、VD增大的最常见的因素，但经常被忽视或误判。
8.Hb浓度和性质 由于氧的溶解度非常低，氧在血液中主要与Hb的二价铁离子（Fe2+）结合，故Hb浓度和性质不仅是影响组织氧合的主要因素，也是影响氧弥散量的主要因素之一。在没有Hb的情况下，肺泡和肺泡毛细血管的氧分压迅速平衡，弥散也迅速终止；在Hb充足的情况下，弥散入血的氧迅速与Hb结合，从而保持肺泡与毛细血管之间的分压差，氧弥散得以持续进行。Hb浓度越高，氧合的速率越快，氧弥散量越高，否则就越低。同样若疾病导致Hb的Fe2+变为Fe3+，将丧失结合Hb的能力，氧弥散量也将明显下降。
特别说明：实际肺功能测定中，用CO 弥散代表氧弥散，且CO 与Hb的结合能力是氧与Hb结合能力的210倍，即使Hb有所下降也足以与CO充分结合，所以Hb是影响氧弥散量的主要因素，但一般不是影响CO弥散量的主要因素。
9.红细胞结构 正常红细胞呈圆盘状，表面积大；其长径为6～9μm，与肺泡毛细血管相同，保障其巨大的气体交换面积和极短的弥散距离，有助于气体交换的迅速完成。红细胞结构异常将导致氧和CO弥散量下降。
10.血流量 适当肺血流是维持氧和CO 弥散的基本因素。正常情况下，血流量和肺泡通气量匹配，无论静息还是运动时的弥散量皆正常；在气道-肺实质疾病患者，常出现局部肺泡通气量下降，故即使血流量增加，也将出现有效弥散面积减少和弥散量下降（支气管哮喘急性发作的典型表现）；在左心功能不全患者，尽管肺血容量增多，但血流缓慢，弥散迅速达到平衡，弥散量也将下降。
11.肺泡毛细血管内径 正常为6～9μm，与红细胞直径接近，在血流速度较快的情况下，红细胞以一定的形变形式通过毛细血管，故毛细血管内径基本不影响弥散量；在弥漫性毛细血管扩张患者，血浆成分明显增多，氧的血相弥散距离显著延长，红细胞也可能以多个细胞滚动的形式通过肺毛细血管，O2或CO弥散量皆显著下降。
12.温度 气体扩散的速率与温度成正比。但正常情况下，人体的体温基本恒定，对氧弥散量的影响可忽略不计。
13.吸烟 是特别容易忽视的因素。吸烟产生的尼古丁和CO 代谢完毕至少需要12～24 h，其中后者与Hb结合形成的碳氧血红蛋白（HbCO）将降低测定时CO 与Hb的结合速率，使实际测定值有所下降，因此若评估弥散功能至少应戒烟12 h。
14.种族 弥散功能有种族差异，如同样条件的黑人与白人不同，但机制不明。