Question

气体交换过程中影响气体扩散速率的因素有哪些

Answer 1

你好，有四个。

（一）气体的扩散速度

气体的扩散速度可以影响气体交换的进行。如果扩散速度快，气体交换也快；扩散速度慢，则气体交换也慢。

如前公式所述，气体分子的扩散速度与溶解度成正比，CO₂在血浆中的溶解度约为O₂的24倍，但CO₂的分子量（44）大于O₂（32），因此在同样分压下，CO₂的扩散速度约为O₂的21倍。然而，气体分子扩散的动力是分压差，分压差越大，扩散速度也越快。肺泡与血液间O₂分压差是CO₂分压差的10倍，如仅从分压差的角度考虑，O₂的扩散速度应比CO₂快。但如果把气体的溶解度，分子量以及分压差对气体扩散速度的影响综合在一起来考虑，CO₂的扩散速度约为O₂的20倍。然而，O₂和CO₂的扩散都极为迅速， 仅需约0.3s即可完成。 通常情况下血液流经肺毛细血管的时间约0.7s，所以当血液流经肺毛细血管不到全长的1/2时，已经基本上完成了交换过程。可见，通常情况下肺换气时间绰绰有余。但在肺部严重病变时，就可造成气体交换不足，而且气体交换不足所造成的PO₂降低要比PCO₂升高明显得多（即在气体交换不足时，往往缺O₂显著，而CO₂潴留却不明显）。其原因之一就是由于CO₂的扩散速度比O₂快。

（二） 呼吸膜的厚度

肺换气时O₂和CO₂的扩散必须通过呼吸膜。呼吸膜的厚度、通透性和面积都会影响气体交换的效率。正常呼吸膜非常薄，如前所述，它有6层结构组成，但总厚度不到1μm，有的地方只有0.2μm，所以通透性大，气体易于扩散。此外，因为呼吸膜的面积极大，肺毛细血管总血量不多，只有60～140ml，这样少的血液分布于这样大的面积，可以想象血液层是很薄的。肺毛细血管平均直径不足8μm，因此，红细胞膜通常接触毛细血管壁，所以O₂、CO₂不必经过大量的血浆就到达红细胞，增大了交换速度。病理情况下，任何使呼吸膜增厚或扩散距离增加的疾病，都会降低扩散速率，减少扩散量，如肺纤维化、肺水肿等，可出现低O₂血症。

（三）呼吸膜的面积

根据前述公式，气体扩散速率与扩散面积成正比。正常成人肺有3亿左右的肺泡，总扩散面积约70m²。安静状态下，呼吸膜的扩散面积约40m²，故有相当大的储备面积。运动时因毛细血管开放数量和开放程度的增加，扩散面积也大大增大。在病理情况下，例如肺气肿的病人，由于肺泡融合使气体扩散的面积减小，另外，肺不张、肺实变、肺毛细血管关闭和阻塞都可使呼吸膜扩散面积减小。

（四）通气/血流比值

V_A是指每分肺泡通气量，血流（Q）是指每分肺血流量。V_A/Q比值影响着气体交换。正常成年人在安静时，V_A是350ml×12=4.2L，Q=5L可以求得V_A/Q=0.84。此时，V_A与Q的匹配最合适，气体交换的效率最高。如果V_A/Q>0.84，可能由于肺通气过度，也可能由于肺血流量减少所致，这意味着通气相对过剩，使肺泡气未能与血液气体充分交换，相当于肺泡无效腔增大。反之，如果V_A/Q＜0.84，这就意味着通气不足或血流过剩，或两者同时存在。其过程是部分血液流经通气不良的肺泡，静脉血中的气体未得到充分更新，未能成为动脉血就流回了心脏，犹如发生了动-静脉短路，称为功能性动-静脉短路（Functional A-V Shunting）。

由此可见，V_A/Q增大，表示增加了生理无效腔，可以理解为未能很好利用肺通气；V_A/Q减小，表示发生了功能性短路，可以理解为未能很好利用肺血流。以上两种情况都妨碍了有效的气体交换，可导致血液缺O₂或CO₂潴留，但以血液缺O₂为主。这是因为动、静脉血液之间O₂分压差远远大于CO₂分压差，所以动-静脉短路时，动脉血PO₂下降的程度大于PCO₂升高的程度。另外，动脉血PO₂下降和PCO₂升高时，可以刺激呼吸加强， 使肺泡通气量增加，有助于CO₂的排出，却无助于O₂的摄取，这是由氧解离曲线和CO₂解离曲线的特点所决定的。患肺气肿的病人，VA/Q两种异常都可以存在， 致使肺换气效率受到极大损害，是造成肺换气功能异常最常见的一种疾病。

正常成人安静时，肺总的V_A/Q比值为0.84，但肺各局部的V_A/Q并不相同，例如人在直立位时，肺尖部的V_A/Q和Q都较肺下部的小，不过Q的减少更为显著，所以肺尖部的V_A/Q增大，可达3以上，而肺下部的V_A/Q减小，约为0.6。 造成V_A/Q不均匀的解剖生理因素是多方面的。

在肺泡通气方面：

①吸气时，胸廓下部肋骨的动度大于上部，膈肌的下降也主要使肺门以下的肺叶扩张，所以肺下部的通气量大于上部；

②直立位时，重力作用使胸膜腔内压由上而下出现一个梯度，上方最负，所以肺上部的肺泡较肺下部的肺泡更为扩张。基础容积较大的肺上部处于S曲线上段，较平直，顺应性较小，而肺的中下部处于曲线的中段，顺应性较大。因此吸气时，在相同跨肺压改变下，吸入气较多的进入肺的中下部；

③肺内压的区域性差异，也可以引起呼吸道不均匀扩张，以致吸入气分布不均；

④吸气时，周边肺组织的扩张程度比深部肺组织的大，因此，即使在同一平面，肺泡通气量的分布也是不均匀的，外周的大于中心的肺泡。

在肺血流量方面：

①肺循环是低压系统，更易受重力影响。直立时，肺尖部的血流量比肺下部的少；

②跨肺压的部位差异和变化也影响肺毛细血管的口径；

③左右肺动脉从肺总动脉发出时角度上的差异， 使左肺的血流量多于右肺的血流量。虽然正常情况下存在着肺泡通气和血流的不均匀分布，但从总体上说，由于呼吸膜面积远远超过气体交换的实际需要，所以并不影响O₂的摄取和CO₂的排出。更何况正常人的肺通气和肺血流还存在着自身调节机制，当某一部分肺泡通气减少时，由于O₂分压降低，CO₂分压升高，可导致该部分肺血管收缩，从而减少血流量，与通气减少相匹配；反之，如果某区域血流量不足，则由于CO₂分压下降，而使该区域支气管收缩，从而减少了通气量。由于这种自身调节，所以可使通气和血流自动匹配，比值相对稳定，使肺换气能有效地进行。