肺换气
(Gas exchange in the lung)

    1．肺换气过程
当低Po2高Pco2的静脉血流经肺毛细血管时，由于肺泡气的Po2总是高于静脉血的，而Pco2总是低于静脉血。这样，肺泡气中的O2便顺着分压差扩散到血液，而静脉血中的CO2则向肺泡扩散。使血液的Po2逐渐升高，Pco2逐渐降低，最后接近肺泡气的Po2和Pco2。同时O2和CO2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，DL)，即：
DL＝V/︱PA－PC︱

    上式中V是每分钟通过呼吸膜的气体容积(ml/min)，PA是肺泡气中该气体的平均分压，PC是肺毛细血管血液内该气体的平均分压。肺扩散容量是衡量呼吸气通过呼吸膜能力的指标。正常人安静时O2的DL平均约为20ml/(min·mmHg)，CO2的DL为O2的20倍。运动时DL增加；肺疾病情况下，DL可因有效扩散面积减小或扩散距离增加而降低。

    2．影响肺换气的因素

    （1）气体分压差(△P) 如前所述，气体分压差与气体扩散速率成正变，是气体交换的动力，并决定气体的扩散方向。

    （2）气体的扩散系数 扩散系数越大，肺部气体交换的速度越快。

    （3）呼吸膜的面积(A) 气体扩散速率与扩散面积成正比。正常成人约有3亿个肺泡，总扩散面积约70m2。而在安静状态下，仅需40m2的呼吸膜便足以完成气体交换，因此呼吸膜有30m2的贮备面积。运动时肺毛细血管开放数量和开放程度增加，从而增加扩散面积，以适应O2和CO2扩散速度的加快。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。

    （4）呼吸膜的厚度(d) 前已述及，呼吸膜由六层结构组成，但总厚度不到1μm，最薄处只有0.2μm，气体易于扩散通过。此外，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O2、CO2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，交换速度快。病理情况下，如肺纤维化、肺水肿时，呼吸膜增厚或扩散距离增加都会降低扩散速率，减少扩散量。尤其在运动时因血流加速缩短了气体在肺部的交换时间，这时呼吸膜的厚度或扩散距离的改变对肺换气的影响便显得更加明显。因此，肺纤维化、肺水肿的病人在运动时气体交换明显降低，呼吸困难加重。

    （5）通气／血流比值(ventilation／perfusion ratio，V/Q) 由于肺泡内气体是与流经肺部的血液进行气体交换，因此通气与血流必须匹配，气体交换才能正常进行。通气／血流比值，即每分肺泡通气量(VA)和每分肺血流量(Q)（心输出量）的比值(VA/Q)。正常成年人安静时肺泡通气量约为4 200ml/min，心输出量为5 000ml/min，因此VA/Q为0.84。当VA/Q比值为0.84，意味着肺泡通气量与肺血流量比例适宜，气体交换的效率最高。如果VA/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(alveolar dead space increases)。反之，VA/Q下降，则意味着通气不足或血流相对过剩，部分混合静脉血流经通气不良的肺泡时气体未得到充分更新，在流经肺部之后仍然是混合静脉血，相当于功能性动-静脉短路(functional arterial-venous shunt)。因此，VA/Q增大或减小，都将妨碍气体的有效交换，导致动脉血PO2下降。

    健康成人全肺的VA/Q与肺各个局部区域的VA/Q存在差异。这是由于肺泡通气量和肺毛细血管血流量的不均匀分布。例如，由于重力等因素的作用，人在直立位时，肺泡通气量由上（肺尖部）至下（肺底部）逐渐递增，肺底部是肺尖部的3倍。肺血流量亦逐渐递增，肺底部是肺尖部的10倍。即在肺尖部的肺泡通气量的减少小于肺血流量，肺尖部的VA/Q较大，可达3以上；而肺底部的肺泡通气量增加小于肺血流量的增加，因此，肺底部的VA/Q比值较小，可低至0.6（图5-9）。尽管正常情况下因肺泡通气和血流的不均匀分布，导致肺不同部位的VA/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