生理學/氣體交換原理

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生理學

呼吸
- 呼吸氣體的交換
  - 氣體交換原理
  - 氣體在肺的交換
  - 氣體在組織的交換

（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凈轉移，這一過程稱為氣體擴散，于是各處氣體分壓趨于相等。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，它不受其它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于它自身的濃度?；旌蠚獾目倝毫Φ扔诟鳉怏w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質量輕的氣體擴散較快。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）是單位分壓下溶解于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/***）為擴散系數（diffusion coefficient），取決于氣體分子本身的特性。CO₂的擴散系數是O₂的20倍，主要是因為CO₂在血漿中的溶解度（51.5）約為O₂的（2.14）24倍的緣故，雖然CO₂的分子量（44）略大于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系是：

（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，則有必要首先了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?？諝獾闹饕煞质荗₂、CO₂和N₂，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于大氣，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。表5-3示血液和組織中的PO₂和PCO₂。不同組織的PO₂和PCO₂不同，同一組織的PO₂和PCO₂還受組織活動和水平的影響，表中值僅是安靜狀態下的大致估計值。

表5-2 海平面各氣體的容積百分比ml%和分壓kPa(mmHg)

	大氣容積百分比	分壓	吸入氣容積百分比	分壓	呼出氣容積百分比	分壓	肺泡氣容積百分比	分壓
O₂	20．84	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)