呼吸生理

第3章呼吸生理

呼吸系统的功能主要是进行气体交换，就是从大气中摄入氧气并把代谢后产生的二氧化碳排出体外。呼吸在人体生命过程中是不可须臾停顿的。危重急症常会影响呼吸功能，处置和抢救急症患者时必须尽力维护患者的呼吸功能。本章对在诊治急症患者中可能涉及的呼吸生理作一概述。

从肺脏的解剖结构考虑，可将每个肺泡和它相应的毛细血管看作是最基本的肺的气体交换单位。在这里进行的氧和二氧化碳的交换是外呼吸，经体循环将氧携带至身体各部，在组织中细胞水平所进行的气体交换称为内呼吸。一般呼吸生理主要讨论的是外呼吸的各个环节，概括起来可分为通气、弥散、血流灌注和呼吸控制四个方面。

第一节通气

通气(ventilation)是指空气因自外界经气道流向肺泡，在肺内分布的过程。

一、肺容积及其组成

吸气肌收缩产生足够的力使肺和胸壁扩张并克服气道内的阻力，空气才能从体外流向肺的气体交换单位。至于究竟有多少容积的气体流抵肺泡，则由肺实质、气道和胸壁的力学特性以及呼吸肌可能产生的收缩力所决定。呼吸系统内的气量反映进行外呼吸的空间，是通气和气体交换的基础。因此对肺容积的测定可提供患者呼吸功能最基本的资料。在疾病过程中，或手术前后作肺容积的动态观察可帮助对疾病病情的了解。

（一）潮气容积（VT）每次吸入或呼出的气量为潮气容积。它受机体代谢率、运动量、情绪等因素的影响。静息状态时成人潮气容积约为500ml。

（二）肺总量（TLC）深吸气后肺充分扩张时的气量为肺总量。是肺活量与残气容积的和。

（三）肺活量（VC）深吸气达到肺总量，所能呼出的最大气量为肺活量。它是深吸气量和补呼气容积的和。VC和体表面积、性别、年龄、胸部结构及呼吸肌强度有关。又因职业、平时体力锻炼的影响，个体差异较大。对患者定期检查可反映肺组织病理生理变化，也可作为以后需对患者通气进行机械支持或由机械通气撤离的一项简单参考指标。

（四）深吸气量（IC）是平静呼气后能吸入的最大气量，也是潮气容积和补呼气容积的和。受吸气肌肌力、肺和胸壁弹性、气道阻力等影响。

（五）补呼吸容积（ERV）平静呼气后所能呼出的最大气量。体位和膈肌位置对补呼气容积影响较大。

（六）残气容积（RV）是深呼气后肺内残余的气量，也就是在肺总量状态呼出肺活量后的气量。临床上为排除体表面积对RV绝对值的影响，以残气量占肺总量（RV/TLC）百分数作为肺泡内气体滞留的一项指标。

（七）功能残气量（FRC）平静呼气后肺内存留的气量。是残气容积和补呼气容积的和。当肺处于FRC时，呼吸肌放松，肺与胸壁的弹性回力相平衡（见下节）。这部分气量起着稳定肺泡气分压力的作用。当FRC降低时，肺泡内氧和二氧化碳的浓度在呼气和吸气期将出现较大的波动，特别是在呼气时，肺泡内若无足够的残余气继续与肺循环血流进行气体交换，未经氧合的还原血将直接回入体循环，产生相当于右-左静动脉分流的效应。FRC过于增加时，吸入的新鲜气将被肺泡内残余气所稀释，肺泡气氧分压降低，二氧化碳分压增高。因此FRC是反映机体通气状态的一项重要的指标。

除了RV和包括RV成分的气量即FRC和TLC外，其余肺容积成分都可以通过简单的肺量计法测得。RV则需依靠总体描计仪或惰性气体稀释法等方法测得。

肺容积各组成成分是肺通气静态的测量，是呼吸生理最基本的数据，概括如图3-1所示。北京协和医院内科呼吸组对120名各年龄组健康成人测定结果列于表3-1。

图3-1肺容量及其组成

表3-1 健康成人的肺容积(ml)

男女潮气量593.72±182.60 439.6±136.28

深吸气量2427.17±618.44 1745.9±314.53

补呼气容积1279.3±466.62 799±270.71 肺活量3656.5±714.30 2511.33±460.63

残气容积1719.67±572.61 1284.8±398.4

功能残气量2949.67±721.96 2121.7±370.57 肺总量5398±971.95 3844.67±538.36

二、呼吸系统的力学特点

肺和胸壁都是弹性结构。呼吸收缩时产生力，肺和胸壁组织具有弹性回力，气流在气道内流动时产生阻力，肺和胸壁运动时都有一定的惯性。一般除了极度肥胖的个体，上述这些因素中惯性是可忽略不计。但弹性回力、气道内阻力等均具有力学的特点，研究和认识呼吸运动过程中，肺容量变化产生通气的经过必需熟悉呼吸系统的力学特点。

（一）呼吸系统的压力-容量曲线（图3-2）左侧的容积与压力曲线经常被用来解释肺脏（点线）、胸壁（虚线）和二者联合（实线）的力学特征。当胸腔内压力改变时，容积产生相应的变化。肺组织含有弹力硬蛋白、胶原蛋白，肺泡表面又覆盖着具有相当表面张力的活性物质。因此当肺被牵张时，自肺内部即产生了弹性回力。

胸壁（包括横膈）随呼吸运动时胸腔内压力变化也相应产生容积的变化。欲使胸腔容积缩小，必须施加一定量的力来对抗胸壁的抵抗力及其恢复到静息位置的弹性回力。欲使胸腔容积扩大，也必须施加以足够对抗胸壁回缩至静息位的弹性回力。

理论上固然可以把肺与胸壁分别考虑，实际上二者是协调同步动作的。肺扩张的容积和胸壁容积的改变是相应的，二者联合的容积-压力变化即为图3-2中实线所示。

图3-2 呼吸系统的压力-容积曲线与肺容量

当肺因弹性回力向内的力量和胸壁向外的力量相抗衡时，呼吸肌完全松弛，胸腔内净压力为0，此时即功能残气位，肺内的含气量即FRC。

吸气时，吸气肌收缩产生的力需与肺与胸壁扩张时向内的弹性回力相适应。当吸气肌收缩至肌纤维最短时，肌力就不足以使肺和胸壁再继续扩张，此时肺内的气量是肺总量TLC。

呼气时也相似，呼气肌收缩需与胸壁回缩的向外方向的弹性回力相抗衡。当呼气肌的收缩力不再能克服缩小胸部所需的力量时，肺内的气量就是残气量。老年人深呼吸至一定程度因胸腔内压使周围气道关闭，气体陷闭于肺内，此时虽然呼气肌在对抗胸壁弹性回力方面仍有余力，但因气道的内径及通畅程度限制了继续缩小胸部，因此，老年人的RV较年青人的要高。

当胸腔内有空气逸入，胸腔内的负压为零，肺脏的容积沿容积-压力曲线明显下降，几乎达零，临床上出现肺萎缩不张。

容积-压力曲线的斜率，即使胸腔压力有单位压力改变（△P）所需的容积变化，也就是△V/△P，在呼吸生理学中称之为顺应性（compliance）。在低肺容积时，于容积压力-压力曲线上可看到此时的斜率较陡，每增加0.098kPa(1cmH2O)需扩张肺的容积较大，换言之就是低肺容积时肺的顺应性高。随肺容积增大，曲线变平，顺应性降低。

（二）顺应性上面已经介绍顺应性是单位压力改变时引起的容积改变。是反映呼吸系统力学特性的一项指标。根据经肺或经胸壁的压力改变所得的容积改变以肺顺应性（C L）或胸壁顺应性（C胸壁），因测试方法较复杂，受试者又需放置气囊食管导管，临床工作中不易普遍应用。以经胸廓压所测得的顺应性为总顺应性。三者间的关系可以1/C总=1/C L+1/C胸壁表示。

在急诊危重患者中当经气管导管行机械通气时，于呼吸机行控制型通气，可较容易地测出总顺应性。通过对C总的动态观察，可了解到肺内病变是否好转或恶化，故常用C总来做为机械通气过程中的监测指标。

顺应性尚分为静态顺应型（C st）和动态顺应性（C dyn）两种，前者系指于呼吸周期中，气流暂时阻断时测得的C，可反映肺组织的弹性。后者是在呼吸周期中，气道未阻断测得的C，除弹性回力外，尚受气道阻力的影响，总顺应性的正常值阈人为0.73～1.12L/kPa(0.072～0.110L/cmH2O)。

生理情况下，顺应性除已如上述受肺容量的影响外，呼吸周期、肺泡表面张力和肺组织弹性都是主要的影响顺应性的因素。

疾病条件下、肺水肿、肺间质纤维化等由于肺弹性回力增强，肺顺应性明显降低；肺气肿则由于肺泡壁破坏，弹力组织减少，静态总顺应性下降（图3－3）。