肺通气的过程及影响因素

肺通气是指肺与外界环境之间的气体交换过程。气体进出肺取决于两方面因素的相互作用：一是推动气体流动的动力；一是阻止其流动的阻力。动力必须克服阻力，才能实现肺通气。

（一）肺通气的原理

考点提示

呼吸的过程、胸膜腔内压的形成原理及生理意义。

1.肺通气的动力　由于呼吸运动，使肺泡内和大气之间存在着压力差，故气体能够通过呼吸道进出肺。当肺内压低于大气压时，气体入肺；当肺内压高于大气压时，气体出肺。由于肺本身不具有主动扩张和缩小的能力，其容积的大小必须依赖胸廓容积的改变而变化，而胸廓的扩张和缩小又是通过呼吸肌的收缩和舒张实现的。因此，肺通气的直接动力是肺内压与大气压之差，肺通气的原动力是呼吸肌的收缩和舒张引起的节律性呼吸运动。

（1）呼吸运动 是指呼吸肌收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小，包括吸气运动和呼气运动。呼吸肌可分为吸气肌和呼气肌，吸气肌主要有膈肌和肋间外肌，此外还有辅助吸气肌，包括斜方肌、胸锁乳突肌等，仅在用力呼吸时才参与呼吸运动；呼气肌主要有肋间内肌和腹壁肌群。

①胸式呼吸和腹式呼吸 胸式呼吸是指通过肋间外肌收缩和舒张，以胸壁的起伏为主要表现的呼吸运动。腹式呼吸是指通过膈肌收缩和舒张，以腹壁的起伏为主要表现的呼吸运动。一般情况下，成年人两种呼吸形式并存，为混合性呼吸。

②平静呼吸和用力呼吸 平静呼吸是指人体在安静状态下的呼吸运动，呼吸频率为12～18次/min。平静吸气，是由膈肌和肋间外肌收缩来实现的。静止状态下，胸廓的肋骨由后向前下斜，肋间外肌起自上一肋骨的下缘，斜向前下方走行，止于下一肋骨的上缘。由于脊椎的位置是固定的，胸骨可以上下移动，所以当肋间外肌收缩时，肋骨和胸骨上移，同时肋骨下缘向外侧偏转，从而增大胸腔的前后径和左右径。膈肌位于胸廓和腹腔之间，构成胸腔的底，静止时向上隆起；收缩时，隆起的中心下移，从而增大胸腔的上下径。胸腔的前后、左右和上下径都增大，胸腔扩大，肺也随之扩张，肺的容积随之增大，肺内压降低。当肺内压低于大气压时，外界气体进入肺内，完成吸气运动。平静呼气并不是由呼气肌收缩所致，而是由膈肌和肋间外肌舒张所致。当膈肌和肋间外肌舒张时，膈肌、肋骨和胸骨自然回位，使胸廓和肺容积缩小，肺弹性回缩，肺内压高于大气压，气体出肺，完成呼气运动。平静呼吸运动的特点是：吸气运动是主动过程，而呼气运动是被动过程。

人体在劳动或剧烈运动时，呼吸运动加深加快，称为用力呼吸或深呼吸。吸气运动时膈肌和肋间外肌加强收缩，同时还有辅助吸气肌也参与收缩，使胸廓进一步扩大，吸气量增加。呼气运动时除吸气肌舒张外，还需要呼气肌收缩，使胸廓进一步缩小，肺内压进一步升高，呼气量增加。用力呼吸运动的特点是：吸气运动和呼气运动都是主动过程。

（2）肺内压 是指肺内气道和肺泡内的压力。平静呼吸时，吸气初，肺扩张容积增大，肺内压低于大气压，气体入肺；由于气体的不断进入，使肺内压逐步升高，吸气末，肺内压与大气压相等，气体停止入肺。呼气初，肺回缩容积减小，肺内压高于大气压，气体出肺；由于气体的不断排出，使肺内压逐步降低，呼气末，肺内压又与大气压相等，气体停止出肺。

（3）胸膜腔内压 前面已经提及在呼吸运动过程中，肺容积是随胸廓容积的改变而改变的，但肺与胸廓在结构上并不相连，那么，肺为什么会随着胸廓的舒缩而舒缩呢？这是由胸膜腔的结构特点和胸膜腔内压实现的。胸膜腔是指在肺和胸廓之间存在的一个潜在腔隙，由覆盖肺表面的脏层和衬于胸廓内壁的壁层胸膜所构成。正常情况下，胸膜腔是个密闭的腔隙，腔隙内没有气体，仅有一薄层浆液。在液体分子内聚力的作用下，使脏层胸膜和壁层胸膜紧贴在一起，不易分开。因此潜在、密闭的胸膜腔将肺和胸廓耦联在一起，使不具备主动张缩能力的肺能随胸廓容积的变化而扩大或缩小。

胸膜腔内压是指胸膜腔内的压力，简称胸内压，可用连接检压计的针头刺入胸膜腔内直接测定，也可用测定食管内压来间接了解胸膜腔内压力的变化。平静呼吸时，胸膜腔内压总是低于大气压并随呼吸运动发生周期性波动。若以大气压为0计，则胸内压为负值，故称为胸膜腔负压。

①胸膜腔负压的形成 胸膜腔负压的形成与肺和胸廓的自然容积不同有关。

在人的生长发育过程中，胸廓的发育较肺快，因此胸廓的自然容积大于肺的自然容积。由于两层胸膜紧紧地贴在一起，肺被牵引而始终处于扩张状态。肺之所以能维持这种扩张状态，是由于产生肺扩张的肺内压与导致肺缩小的肺回缩力之间平衡的结果，胸膜腔内压等于这两种方向相反力的代数和，即：胸膜腔内压=肺内压+（-肺回缩力）；在吸气末和呼气末，肺内有气体不再流动，肺与大气相通，故肺内压就等于大气压，此时：胸膜腔内压=大气压+（-肺回缩力），若以大气压的值定为0计算，则：胸膜腔内压=-肺回缩力。由此可见，胸膜腔负压是由肺的回缩力造成的。

②胸膜腔负压的生理意义 胸膜腔内保持负压具有重要意义。a.维持肺的扩张状态，并使肺能随胸廓的运动而扩张和回缩；b.降低中心静脉压，促进静脉血和淋巴液的回流；c.在呼吸运动和肺通气之间起耦联作用。

正常人胸膜腔是密闭的，这是胸内负压形成的前提，若这种密闭性被破坏，气体进入胸膜腔，产生气胸。气胸使胸内负压消失，肺萎陷不张，肺通气停止。又由于患侧胸内压高于健侧，使纵隔向健侧移位，或者随着呼吸而左、右摆动，称纵隔扑动，对静脉血液回流产生严重影响，导致呼吸和循环功能障碍而危及生命。

2.肺通气的阻力　肺通气的动力需要克服肺通气的阻力方能实现肺通气。阻力增高是临床上肺通气障碍最常见的原因。肺通气的阻力有两种：①弹性阻力，包括肺和胸廓的弹性阻力，是平静呼吸时主要阻力，约占总阻力的70％；②非弹性阻力，包括气道阻力、惯性阻力和组织黏滞阻力，约占总阻力的30％，其中又以气道阻力为主。

（1）肺的弹性阻力：弹性阻力是指弹性组织在外力作用下变形时所产生的对抗变形的力。肺的弹性成分主要是弹性纤维产生的。当肺被扩张时，这些纤维被牵拉而倾向于回缩。在一定范围内，肺扩张越大，其牵拉作用越强，肺的回缩力和弹性阻力越大，这也是构成肺弹性阻力的重要因素之一。肺通气的弹性阻力由两部分组成：一是肺的弹性回缩力，约占1/3；一是肺泡表面张力，约占2/3。

①肺的弹性回缩力：肺组织含弹性纤维，肺扩张时弹性纤维被牵拉而趋向回缩。在一定范围内，肺被扩张得越大，其牵拉作用就越强，弹性回缩力就越大，肺弹性阻力也越大。反之，就越小。

②肺泡表面张力：在肺泡内表面覆盖有一薄层液体，由于液体分子相互吸引，形成一种使肺泡表面缩至最小的力，即表面张力。表面张力的方向指向肺泡的中心，可使肺泡回缩，但肺泡并没有萎缩，是因为肺泡表面还有一层表面活性物质存在，即肺泡表面活性物质，它由肺泡Ⅱ型细胞合成和释放，均匀分布在肺泡壁液体分子层表面，可降低肺泡表面张力。表面活性物质的密度与降低肺泡表面张力的作用呈正相关。吸气时，肺泡扩大，表面活性物质的密度下降，降低肺泡表面张力的作用减弱，以防止肺泡过度扩张；反之，则密度增大，降低肺泡表面张力的作用增强，以防止肺泡塌陷。

肺泡表面活性物质生理功能主要有：a.维持肺泡的稳定性。肺泡表面活性物质的密度与肺泡半径有关，在小肺泡，半径小，密度大，降低表面张力的作用强，使表面张力降低，肺泡回缩力减少，肺泡不会塌陷。相反，在大肺泡，半径大，密度小，降低表面张力的作用弱，表面张力增大，肺泡回缩力加强，肺泡不会过度膨胀。b.防止发生肺水肿。通过降低肺泡表面张力，防止肺毛细血管液体向肺泡的渗入，从而避免肺水肿的发生。c.降低吸气阻力，减少吸气做功。

（2）胸廓弹性阻力：胸廓弹性阻力来自胸廓的弹性成分。弹性阻力的方向随胸廓的位置而改变。平静吸气末，胸廓处于自然位置，肺容量相当于肺总量的67％左右，此时胸廓无变形，其弹性阻力为零。当肺容量小于肺总量的67％时，胸廓被牵引向内而缩小，其弹性阻力向外，成为吸气的动力，呼气的阻力；肺容量大于肺总量的67％时，胸廓被牵引向外而扩大，其弹性阻力向内，成为吸气的阻力，呼气的动力。所以胸廓弹性阻力对呼吸运动是起动力作用还是阻力作用，应视胸廓的位置而定。

（3）非弹性阻力：非弹性阻力包括惯性阻力、黏滞阻力和气道阻力。①惯性阻力是因气流惯性所产生的阻力，可忽略不计。②黏滞阻力是呼吸时胸廓、肺等组织相对位移产生的摩擦力，占10％～20％。③气道阻力是指气体流经呼吸道时，气体分子间和气体分子与气道壁之间的摩擦力，是非弹性阻力的主要成分，占非弹性阻力的80％～90％。非弹性阻力的特点在于：它们只是在呼吸运动过程中才存在，呼吸运动速度越快，非弹性阻力越大。

影响气道阻力的因素有气流速度、气流形式和气道口径，其中，气道口径是影响气道阻力的主要因素。气道阻力与气道半径的4次方呈反比，当气道口径缩小时，气道阻力显著增大。支气管哮喘患者由于支气管痉挛，气道口径变小，气道阻力增大，产生呼吸困难，临床上可用支气管解痉药物缓解呼吸困难。

（二）肺容量和肺通气量。(www.chuimin.cn)

考点提示

肺活量和用力呼气量、肺泡通气量。

衡量肺通气功能可用肺容量和肺通气量的变化作为指标。

1.肺容积和肺容量

（1）肺容积　是指肺内气体的容积。通常肺容积可分为潮气量、补吸气量、补呼气量和残气量（图5-6），它们互不重叠，全部相加后等于肺总量。

图5-6　肺容积和肺容量示意图

①潮气量　是指平静呼吸时，每次吸入或呼出的气体量。平静呼吸时正常成人的潮气量为400～600 mL，平均为500 mL。

②补吸气量　是指平静吸气末，再尽力吸气所能增加的吸入气量。正常成人为1 500～2 000 mL。补吸气量反映吸气的储备能力。

③补呼气量　是指平静呼气末，再尽力呼气所能增加的呼出气量。正常成人为900～1 200 mL。补呼气量反映呼气的储备能力。

④残气量　是指最大呼气末仍存留于肺内不能再呼出的气体量。正常成人为1 000～1 500 mL。残气量的存在可避免肺泡在肺容积较小条件下的塌陷。支气管哮喘和肺气肿的患者，残气量增加。

（2）肺容量　是指肺容积中两项或两项以上的联合气体量。包括深吸气量、功能残气量、肺活量和肺总量。

①深吸气量　是指从平静呼气末，做最大吸气时所能吸入的气体量。它是潮气量与补吸气量之和，是衡量最大通气潜力的一个重要指标。

②功能残气量　是指平静呼气末肺内存留的气体量。它是残气量与补呼气量之和，正常成人约为2 500 mL。

③肺活量和用力呼气量　肺活量是指最大吸气后再尽力呼气所能呼出的气体量。它是潮气量、补吸气量和补呼气量之和。正常成年男性约为3500 mL，女性约为2500 mL。它反映了肺一次通气的最大能力，在一定程度上可作为肺通气功能的指标。

用力呼气量，又称时间肺活量，是指一次最大吸气后再尽力尽快呼气，在一定时间内所能呼出的气体量占肺活量的百分数。正常人第1、2、3秒末分别呼出83％、96％、99％。即正常成人在3秒内基本上可呼出全部肺活量的气体。其中第1秒末的用力呼气量意义最大，低于60％为不正常。时间肺活量是一种动态指标，不仅反映肺容量的大小，而且反映了呼吸所遇阻力的变化，是评价肺通气功能的较好指标。

④肺总量　是指肺所能容纳的最大气体量。它等于肺活量与残气量之和，肺总量的个体差异较大，可因性别、年龄、身材、运动锻炼情况和体质改变而异，正常成年男性为5 000～6 000 mL，女性为3 500～4 500 mL。

2.肺通气量和肺泡通气量

（1）肺通气量　也称每分通气量，是指每分钟吸入或呼出的气体总量，其计算公式为：肺通气量=潮气量×呼吸频率。

平静呼吸时，正常成年人呼吸频率为12～18次/分，潮气量为500 mL，则肺通气量约为6 000～9 000 mL。肺通气量随性别、年龄、身材和活动量的不同而有差异。

最大通气量是指以最快的速度和最大的深度呼吸时的每分钟通气量。它反映单位时间内充分发挥全部通气能力所能达到的通气量，是估计一个人能进行最大运动量的生理指标之一。测定时一般只测量10秒或15秒的最深最快的呼气或吸入气量，再换算成每分钟的最大通气量，正常可达70～120 L。

（2）无效腔和肺泡通气量　每次吸气时，只有进入肺泡，并与血液进行气体交换的气体量才是真正有效的，而未与血液发生气体交换的气体量统称为无效腔。从鼻至终末细支气管之间的呼吸道内的气体基本上不能与血液进行气体交换，故这部分呼吸道的容积称为解剖无效腔。解剖无效腔与肺泡无效腔合称为生理无效腔。因此真正对人体有效的通气量是从肺通气量中将无效腔的通气量减去，即为肺泡通气量，是真正进行过气体交换的气体量。肺泡通气量=（潮气量-解剖无效腔气量）×呼吸频率。

由于解剖无效腔容积是个常数，因此，肺泡通气量主要受潮气量和呼吸频率的影响。安静时，正常成人潮气量为500 mL，解剖无效腔气量为150 mL，呼吸频率为12次/分，则肺泡通气量约为4200 mL/min，相当于肺通气量的70％。如果潮气量减少一半，呼吸频率增加一倍，此时肺通气量不变，但肺泡通气量则明显减少；如果潮气量增加一倍，呼吸频率减半，此时肺通气量仍不变，肺泡通气量明显增加（表5-1）。

表5-1　不同呼吸形式时的肺通气量

在每分通气量相同的情况下，表现为浅快呼吸时肺泡通气量明显减少，而深慢呼吸时则增加肺泡通气量。故从气体交换的效果看，浅快呼吸对机体不利，适当的深慢呼吸，肺泡通气量加大，有利于气体交换。因此，从气体交换的角度考虑，在一定范围内，深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更有效。