呼吸氣體的交換

  肺通氣使肺泡不斷更新,保持了肺泡氣PO2PCO2的相對穩定,這是氣體交換得以順利進行的前提。氣體交換包括肺換氣和組織換氣,在這兩處換氣的原理一樣。

 

 


 

一、氣體交換原理 

(一)氣體的擴散

  氣體分子不停地進行著無定向的運動,其結果是氣體分子從分壓高處向分壓低處發生淨轉移,這一過程稱為氣體擴散,於是各處氣體分壓趨於相等。機體內的氣體交換就是以擴散方式進行的。單位時間內氧化擴散的容積為氣體擴散速率(diffusion rate,D),它受下列因素的影響。

 

1、氣體的分壓差:在混合氣體中,每種氣體分子運動所產生的壓力為各該氣體的分壓,它不受其他氣體或其分壓存在的影響,在溫度恒定時,每一氣體的分壓只決定於它自身的濃度。混合氣的總壓力等於各氣體分壓之和。

 

  氣體分壓可按下式計算:

  氣體分壓=總壓力×該氣體的容積百分比

  兩個區域之間的分壓差(P)是氣體擴散的動力,分壓差大,擴散快。

 

2、氣體的分子量和溶解度品質輕的氣體擴散較快。在相同條件下,各氣體擴散速率和各氣體分子量(MW)的平方根成反比。溶解度(S)是單位分壓下溶解於單位容積的溶液中的氣體的量。一般以1個大氣壓,38時,100ml液體中溶解的氣體的ml數來表示。溶解度與分子量平方根之比(S/***)為擴散係數(diffusion coefficient),取決於氣體分子本身的特性。CO2的擴散係數是O220倍,主要是因為CO2在血漿中的溶解度(51.5)約為O2的(2.1424倍的緣故,雖然CO2的分子量(44)略大於O2的(32)。

 

3、擴散面積和距離擴散面積越大,所擴散的分子總數也越大,所以氣體擴散速率與擴散面積(A)成正比。分子擴散的距離越大,擴散經全程所需的時間越長,因此,擴散速率與擴散距離(d)成反比。

 

4、溫度:擴散速率與溫度(T)成正比。在人體,體溫相對恒定,溫度因素可忽略不計。綜上所述,氣體擴散速率與上述諸因素的關係是:

 

 

(二)呼吸氣和人體不同部位氣體的分壓

  既然氣體交換的動力是分壓差,則有必要首先瞭解進行氣體交換各有關部位的氣體組成和分壓。

 

1、呼吸氣和肺泡氣的成分和分壓:人體吸入的氣體是空氣。空氣的主要成分是O2CO2N2,具有生理意義的是O2、和CO2。空氣中各氣體的容各百分比一般不因地域不同而異,但分壓卻因總大氣壓的變動而改變。高原大氣壓降低,各氣體的分壓也低。吸入的空氣在呼吸道內被水蒸氣所飽和,所在呼吸道內吸入氣的成分已不同於大氣,因此各成分的分壓也發生相應的改變。

 

  從肺內呼出的氣體為呼出氣,它來自兩部分:無效腔的吸入氣和來肺泡的肺泡氣,是這兩部分氣體混合。

 

  上述各部分氣體的成分和分壓如表5-2所示。

 

2、血液氣體和組織氣體的分壓(張力)液體中的氣體分壓稱為氣體的張力(P),其數值與分壓的相同。5-3示血液和組織中的PO2PCO2。不同組織的PO2PCO2不同,同一組織的PO2PCO2還受組織活動和水準的影響,表中值僅是安靜狀態下的大致估計值。

 


 

5-2 海平面各氣體的容積百分比ml%和分壓kPammHg

 

  容積百分比

分壓

  容積百分比

分壓

  容積百分比

分壓

肺泡氣

  容積百分比

分壓

O2

2084

21.15

19.67

19.86

15.7

15.96

13.6

13.83

 

 

159.0

 

149.3

 

120.0

 

104.0

CO2

0.04

0.04

0.04

0.04

3.6

3.59

5.3

5.32

 

 

0.3

 

0.3

 

27.0

 

40.0

N2

78.62

79.40

74.09

74.93

74.5

75.28

74.9

75.68

 

 

597.0

 

563.4

 

566

 

569

H2O

0.50

0.49

6.20

6.25

6.20

6.25

6.20

6.25

 

 

3.7

 

47

 

47

 

47

合計

100.0

101.08

100.0

101.08

100

101.08

100

101.08

 

 

760

 

760

 

760

 

760

 

  N2在呼吸過程中並無增減,只是因O2CO2百分比的改變,使N2的百分比發生相對改變

 

5-3 血液和組織中氣體的分壓kPammHg

 

動脈血

混合靜脈血

組織

PO2

12.9-13.3

5.32

4

 

97-100

40

30

PCO2

5.32

6.12

6.65

 

40

46

50

 

 

A21

 

 

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