机体在新陈代谢过程中需不断从外界环境中摄取O2，排出代谢所产生的CO2.这种机体与外界环境之间的气体交换过程，称为呼吸。呼吸是维持机体生命活动必需的基本生理过程之一，呼吸一旦停止，生命也将终止。
呼吸全过程包括三个相互联系的环节：1、外呼吸，包括外界空气与肺泡之间的气体交换（肺通气）和肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换（肺换气）；2、气体运输，指气体在血液中的运输；3、内呼吸，指组织毛细血管血液与组织细胞之间的气体交换，也称组织换气。
实现肺通气的主要结构包括呼吸道、肺泡、胸廓等。呼吸道是气体进出肺的通道，且对吸入气体起加温、湿润和过滤清洁等作用。肺泡是肺换气的主要场所；胸廓的节律性扩大和缩小，为肺通气提供动力。
一、肺通气的原理
肺通气是气体流动进出肺的过程，取决于推动气体流动的动力和阻止其流动的阻力两个因素的相互作用，动力必须克服阻力，才能实现肺通气。
（一）肺通气的动力
气体进出肺取决于肺泡和外界环境之间的压力差，即肺内压。肺本身不具有主动张缩的能力，而是由依赖于呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓运动，导致肺泡内的压力即肺内压降低或升高。肺内压与大气压的压力差是肺通气的直接动力（人工呼吸的原理），而呼吸运动是肺通气的原动力。
1.呼吸运动 由呼吸肌的收缩与舒张所引起的胸廓节律性扩大与缩小称为呼吸运动。参与呼吸活动的呼吸肌的主次、多少和用力的程度不同，呼吸运动可呈现不同的运动形式。
（1）平静呼吸和用力呼吸 安静状态下，正常人的呼吸运动平稳而均匀，这种呼吸运动称为平静呼吸。由膈肌和肋间外肌收缩，牵动肋骨上提并略外展，胸骨也随着向前上方移动，使胸廓前后径和左右径增大。胸廓增大，引起肺被动扩张而容积增大，引起吸气；平静呼气时，膈肌和肋间外肌舒张，膈顶和胸骨均回位，使胸廓和肺容积缩小，产生呼气。平静呼吸的特点是：吸气是主动的，呼气是被动的。当机体运动或吸入气中CO2含量增加而O2含量减少或肺通气阻力增大时，呼吸运动将加深加快，此时不仅参与收缩的吸气肌数量更多，收缩更强，而且肋间内肌和腹肌等呼气肌也参与收缩，使胸廓和肺容积更加缩小，呼气量增加。这种呼吸运动称为用力呼吸或深呼吸。用力呼吸的吸气和呼气都是主动的。
（2）腹式呼吸和胸式呼吸 膈肌舒缩引起的呼吸运动伴以腹壁的起伏，这种以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动称为腹式呼吸。肋间外肌舒缩时主要表现为胸部的起伏，这种以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动称为胸式呼吸。一般情况下，成年人的呼吸运动呈腹式和胸式混合式呼吸，只有在胸部或腹部活动受限时才会表现某种单一形式的呼吸运动。在婴幼儿，肋骨倾斜度小，主要呈腹式呼吸。
（3）呼吸频率 每分钟呼吸运动的次数，称为呼吸频率。正常成人安静状态下的呼吸频率为每分钟12～18次。可因年龄、性别、肌肉活动和情绪变化等不同而变化。
2.肺内压
肺内压是指肺泡内的压力。在呼吸过程中，肺内压随着胸腔容积变化呈周期性变化。平静吸气开始时，肺内压逐渐下降，低于大气压（1～2mHg），这时空气在压力差的推动下经呼吸道流入肺内。吸气末，肺容积不再增加，肺内压与大气压之间达到新的平衡，压力差为零，无气体流动。呼气过程中胸廓和肺回缩，肺容积缩小，肺内压上升至高于大气压（1～2mHg），肺内气体在压力差的推动下经呼吸道流出肺外。
3.胸膜腔及胸膜腔负压 肺能随胸廓的运动而扩张和回缩，除因肺具有弹性外，还与胸膜腔的特征和胸膜腔内压的作用有关。
（1）胸膜腔：是由胸膜壁层和脏层所围成的密闭潜在腔隙。正常胸膜腔中仅有少许浆液，起润滑作用。呼吸过程中两层胸膜可以相互滑动，就如同两片用水粘起来的玻璃。
（2）胸膜腔内压：胸膜腔内的压力称胸膜腔内压。测量结果表明，整个呼吸过程中胸膜腔内压通常低于大气压，因此习惯上称为胸膜腔负压。其形成主要与作用于胸膜腔的两种力量有关：一是肺内压，通过胸膜脏层作用于胸膜腔；二是肺回缩力，与肺内压作用方向相反。即：
胸膜腔内压=大气压（肺弹性回缩力
在吸气末或呼气末，肺内压等于大气压，若视大气压为零，则胸膜腔内压=（肺弹性回缩力。
可见，胸膜腔负压主要是由肺的回缩力造成的，吸气时，肺扩大，回缩力增大，胸膜腔负压增大；呼气时，肺缩小，回缩力减小，胸膜腔负压也减小。
（3）胸膜腔内负压的生理意义。①保持肺处于扩张状态，并使肺跟随胸廓的运动而张缩。②促进血液及淋巴液的回流。胸膜腔内负压作用于胸腔内静脉血管、淋巴管，使其扩张；胸膜腔内负压具有“抽吸”作用，促进血液、淋巴液向心脏方向流动。
胸膜腔封闭性被破坏，气体进入胸膜腔，这种状态称为气胸。外伤导致胸壁破损，胸膜腔与大气直接接通，称为开放性气胸。此时胸膜腔负压减小甚至消失，肺因回缩力而萎陷。胸廓的呼吸运动亦不能引起肺的张缩。同时血液和淋巴液回流障碍。如不及时治疗则导致呼吸循环功能衰竭而危及生命。血液及炎症渗出液大量进入胸膜腔也会导致肺扩张受阻，严重时影响肺通气功能。
（二）肺通气的阻力
肺通气过程中所遇到的的阻力为肺通气的阻力，可分为弹性阻力和非弹性阻力两类。前者包括肺的弹性阻力和胸廓的弹性阻力，后者包括气道阻力、惯性阻力和组织粘滞阻力。平静呼吸时弹性阻力约占总阻力的70%，非弹性阻力约占30%。
1.弹性阻力和顺应性 物体对抗外力所引起的变形的力称为弹性阻力。弹性阻力的大小可用顺应性来度量。顺应性是指弹性体在外力作用下发生变形的难易程度。容易扩张者，阻力小，则顺应性大；不易扩张者，阻力大，顺应性小。可见，顺应性与弹性阻力成反比关系。
肺通气的弹性阻力来源于肺和胸廓，主要来源于肺。肺弹性回缩力由两部分组成：2/3由肺泡表面张力组成；1/3由肺组织本身的弹性回缩力组成。
（1）肺泡表面张力 肺泡的内表面覆有一薄层液体，与肺泡内的气体构成了液-气界面。液-气界面表面形成表面张力倾向于使肺泡缩小，构成了肺的回缩力。
肺泡Ⅱ型细胞能合成和分泌肺表面活性物质，分布在肺泡壁液体层表面，可降低肺泡表面张力。其生理意义：①有助于维持大小肺泡的稳定性，防止小肺泡萎陷或大肺泡过度膨胀。②避免液体渗入肺泡，防止肺水肿。表面张力具有吸引肺泡壁毛细血管中液体进入肺泡的作用。肺表面活性物质通过降低表面张力防止液体的渗出。③降低吸气阻力，使吸气省力。
成年人患肺炎、肺血栓等疾病时，可因表面活性物质减少而发生肺不张。胎儿在妊娠6～7个月后肺泡上皮细胞才开始分泌表面活性物质。因此早产儿可因缺乏表面活性物质而发生肺不张和新生儿肺透明膜病，导致早产儿不能成活。
（2）肺的弹性回缩力 肺组织富含弹性纤维，肺扩张时，弹性纤维因被拉长而倾向于回缩。在一定范围内，肺扩张程度越大，回缩力也越大，肺弹性阻力也越大；反之，就越小。
2、非弹性阻力 主要来自气道阻力，是指气体流经呼吸道产生的摩擦阻力。影响呼吸道阻力的主要因素是呼吸道口径。呼吸道阻力与呼吸道半径的4次方成正比，其次是气流速度。流速快，阻力大，流速慢，阻力小。
支气管平滑肌受自主神经支配，吸气时交感神经兴奋，使支气管平滑肌舒张，呼气时迷走神经兴奋，支气管平滑肌收缩，故呼吸道阻力随呼吸运动而发生周期性变化。吸气时，气道口径增大，阻力减小。呼气时气道口径变小，阻力增大。支气管哮喘病人发作时，因支气管平滑肌痉挛，呼吸道阻力明显增大，表现为呼吸困难，且呼气比吸气更困难。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
肺容量和肺通气量是衡量肺通气功能的指标。
（一）肺容量
肺容纳气体的量，称为肺容量。在呼吸运动周期中，肺容量随气体的吸入或呼出而发生变化。其变化幅度主要与呼吸深度有关，可用肺量计测定和描记。
1.潮气量：每次呼吸时，吸入或呼出的气体量。正常成年人平静呼吸时的潮气量为400～600ml，平均约500ml。
2.补吸气量：平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气体量。正常成年人为1500～2000ml。
3.补呼气量：平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气体量。正常成年人为900～1200ml。
4.余气量：最大呼气末尚存留于肺中不能呼出的气体量。正常成年人为1000～1500ml。
5.功能余气量：
功能余气量=补呼气量+余气量，即平静呼气末肺内存留的气体量。
6.肺活量：
肺活量=潮气量+补吸气量+补呼气量，即最大吸气后从肺内所能呼出的最大气体量。正常成年男性平均约为3500ml，女性约为2500ml。肺活量反映了肺一次通气的最大能力，是肺功能测定的常用指标。
7.时间肺活量：
测肺活量时让受试者以最快速度呼气，分别测定第1秒末、2秒末、3秒末末所呼出的气体量，计算其所占肺活量的百分比，分别称为第1秒末、2秒末、3秒末的时间肺活量。正常成年人各为83%、96%和99%。时间肺活量能反映肺通气阻力的变化。阻塞性肺疾病患者肺活量可能正常，但时间肺活量显著降低。
8.肺总容量：
肺总容量=潮气量+补吸气量+补呼气量+余气量，即肺所能容纳的最大气体量。正常成年男性平均约为5000ml，女性约3500ml。
（二）肺通气量和肺泡通气量
1.肺通气量
肺通气量指每分钟进或出肺的气体总量，等于潮气量（呼吸频率。正常成年人在平静呼吸时每分钟呼吸12～18次，潮气量平均500ml，每分通气量为6000～9000ml。
运动时呼吸频率和潮气量均增大，每分通气量随之增大。在尽力作深、快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出的最大气体量为最大通气量，一般可达150L。与平静呼吸时的每分通气量相比较，可了解肺通气功能的储备能力。
2.无效腔和肺泡通气量
在正常成年人，从鼻至终末细支气管之间的呼吸道容积约为150ml。这部分气体基本上不能与血液进行气体交换，故称为解剖无效腔。真正有效的通气量应以肺泡的通气量为准。肺泡通气量是指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量。
每分肺泡通气量=（潮气量——解剖无效腔容量）（呼吸频率。
每分肺泡通气量主要受潮气量和呼吸频率的影响见，浅而快的呼吸可降低肺泡通气量；适当深而慢的呼吸，可增大肺泡通气量，提高肺通气效率。
