《生理學(xué)》 （二）影響肺部氣體交換的因素

前面已經(jīng)提到氣體擴(kuò)散速率受分壓差、擴(kuò)散面積、擴(kuò)散距離、溫度和擴(kuò)散系數(shù)的影響。這里只需具體說(shuō)明肺的擴(kuò)散距離和擴(kuò)散面積以及影響肺部氣體交換的其它因素，即通氣/血流比值的影響。

1．呼吸膜的厚度 在肺部肺泡氣通過(guò)呼吸膜（肺泡-毛細(xì)血管膜）與血液氣體進(jìn)行交換。氣體擴(kuò)散速率與呼吸膜厚度成反比關(guān)系，膜越厚，單位時(shí)間內(nèi)交換的氣體量就越少。呼吸膜由六層結(jié)構(gòu)組成（圖5-10）；含表面活性物質(zhì)的極薄的液體層、很薄的肺泡上皮細(xì)胞層、上皮基底膜、肺泡上皮和毛細(xì)血管膜之間很小的間隙、毛細(xì)血管的基膜和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞層。雖然呼吸膜有六層結(jié)構(gòu)，但卻很薄，總厚度不到1μm，有的部位只有0.2μm，氣體易于擴(kuò)散通過(guò)。此外，因?yàn)楹粑さ拿娣e極大，肺毛細(xì)血管總血量不多，只60-140ml，這樣少的血液分布于這樣大的面積，所以血液層很薄。肺毛細(xì)血管平均直徑不足8μm，因此，紅細(xì)胞膜通常能接觸至毛細(xì)血管壁，所以O(shè)2、CO2不必經(jīng)過(guò)大量的血漿層就可到達(dá)紅細(xì)胞或進(jìn)入肺泡，擴(kuò)散距離短，交換速度快。病理情況下，任何使呼吸膜增厚或擴(kuò)散距離增加的疾病，都會(huì)降低擴(kuò)散速率，減少擴(kuò)散量，如肺纖維化、肺水腫等，可出現(xiàn)低氧血癥；特別是運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于血流加速，縮短了氣體在肺部的交換時(shí)間，這時(shí)呼吸膜的厚度和擴(kuò)散距離的改變顯得更有重要性。

圖5-10 呼吸膜結(jié)構(gòu)示意圖

2．呼吸膜的面積 氣體擴(kuò)散速率與擴(kuò)散面積成正比。正常成人肺有3億左右的肺泡，總擴(kuò)散面積約70m2。安靜狀態(tài)下，呼吸膜的擴(kuò)散面積約40m2,故有相當(dāng)大的貯備面積。運(yùn)動(dòng)時(shí)，因肺毛細(xì)血管開(kāi)放數(shù)量和開(kāi)放程度的增加，擴(kuò)散面積也大大增大。肺不張、肺實(shí)變、肺氣腫或肺毛細(xì)血管關(guān)閉和阻塞均使呼吸膜擴(kuò)散面積減小。

3．通氣/血流比值的影響通氣/血流比值（ventilation/perfusion ratio）是指每分肺通氣量（VA）和每分肺血流量（Q）之間的比值（VA/Q），正常成年人安靜時(shí)約為4.2/5=0.84。不難理解，只有適宜的VA/Q才能實(shí)現(xiàn)適宜的氣體交換，這是因?yàn)榉尾康臍怏w交換依賴(lài)于兩個(gè)泵協(xié)調(diào)工作。一個(gè)是氣歷史意義，使肺泡通氣，肺泡氣得以不斷更新，提供O2，排出CO2；一個(gè)是血泵，向肺循環(huán)泵入相應(yīng)的血流量，及時(shí)帶起攝取的O2，帶來(lái)機(jī)體產(chǎn)生的CO2。如果VA/Q比值增大，這就意味著通氣過(guò)剩，血流不足，部分肺泡氣未能與血液氣充分交換，致使肺泡無(wú)效腔增大。反之，VA/Q下降，則意味著通氣不足，血流過(guò)剩，部分血液流經(jīng)通氣不良的肺泡，混合靜脈血中的氣體未能得到充分更新，未能成為動(dòng)脈血就流回了心臟。猶如發(fā)生了動(dòng)-靜脈短路，只不過(guò)是功能性的而不是解剖結(jié)構(gòu)所造成的動(dòng)-靜脈短路。由此可見(jiàn)，VA/Q增大，肺泡無(wú)效腔增加；VA/Q減小，發(fā)生功能性動(dòng)-靜脈短路。兩者都妨礙了有效的氣體交換，可導(dǎo)致血液缺O(jiān)2或CO2潴留，但主要是血液缺O(jiān)2。這是因?yàn)?，?dòng)、靜脈血液之間O2分壓差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CO2的，所以動(dòng)-靜脈短路時(shí)，動(dòng)脈血PO2下降的程度大于PCO2升高的程度；CO2的擴(kuò)散系數(shù)是O2的20倍，所以CO2的擴(kuò)散較O2為快，不易潴留；動(dòng)脈血PO2下降和PCO2升高，可以刺激呼吸，增加肺泡通氣量，有助于CO2的排出，卻幾乎無(wú)助于O2攝取，這是由氧離曲線(xiàn)和CO2解離曲線(xiàn)的特點(diǎn)所決定的（見(jiàn)第三節(jié)）。肺氣腫病人，因許多細(xì)支氣管阻塞和肺泡壁的破壞，上述兩種VA/Q異常都可以存在，致使肺換氣速率受到極大損害，這是造成肺換氣功能異常最常見(jiàn)的一種疾病。

健康成人就整個(gè)肺而言VA/Q是0.84。但是肺內(nèi)肺泡通氣量和肺毛細(xì)血管血流量的分布不是很均勻的，因此，各個(gè)局部的通氣/血流比值也不相同，用整個(gè)肺的VA/Q就不以反映出來(lái)。例如人友直立位時(shí)，由于重力等因素的作用，肺尖部的通氣和血流都較肺底的小，不過(guò)血流量的減少更為顯著，所以肺尖部的通氣/血流比值增大，產(chǎn)生中度肺泡無(wú)效腔，而肺底的比值減小，產(chǎn)生功能性動(dòng)-靜脈短路（圖5-11）。雖然正常情況下存在著肺泡通氣和血流的不均勻分布，但從總體上說(shuō)，由于呼吸膜面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)氣體交換的實(shí)際需要，所以并未明顯影響O2的攝取和CO2的排出。

圖5-11 正常人直立時(shí)肺通氣和血流量的分布VA/Q，通氣/血流比值