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第18章 气体的交换

一、气体的交换

气体的交换是指肺泡和肺毛细血管血液之间,以及血液和组织细胞之间进行的O2和CO2的交换。前者称为肺泡气体交换,后者称为组织气体交换。

(一)气体交换的动力

气体交换的动力是膜两侧的气体分压差。气体总是从分压高的一侧向分压低的一侧扩散。分压是混合气体中某种气的压力,而总压力是各气体分压之和。气体扩散速度与分压差呈正比。分压差越大,气体扩散速度越快。在肺泡、血液、组织的Po2 和Pco2的分压值。

(二)气体交换的过程

1.肺换气过程O2和CO2在肺部扩散必须经过呼吸膜。呼吸膜有六层结构,但总厚度不到l(m,其通透性很大,非常有利于气体的扩散。正常成人呼吸膜的总面积约70m2,安静状态下,用于气体扩散的呼吸膜面积约40m2,因此,有相当大的贮备面积。

当静脉血流经肺时,由于肺泡气Po2高于静脉血Po2,肺泡气Pco2低于静脉血Pco2,因此,在分压差的作用下,O2由肺泡向血液扩散,CO2则由血液向肺泡扩散,结果使血中O2升高,CO2降低,于是静脉血变成了动脉血。

2.组织换气过程 当动脉血流经组织时,由于动脉血Po2高于组织Po2,动脉血Pco2低于组织Pco2,因此,在分压差作用下,O2由动脉血向组织扩散,CO2则由组织向血液扩散,结果使血中Po2降低,Pco2升高,动脉血变成了静脉血。

(三)影响肺气体交换的因素

1.气体扩散速度

气体扩散速度快,气体交换也快;反之则慢。气体扩散速度与气体的分压差和溶解度成正比。CO2在血浆中的溶解度约为O2的24倍,而呼吸膜两侧的O2分压差约为CO2分压差的10倍,所以CO2的扩散速度比O2约快2倍。当肺泡气体交换发生障碍时,缺氧要比二氧化碳潴留更常见。

2.气体呼吸膜的厚度和面积

正常情况下呼吸膜很薄,对气体的通透性很大。通过呼吸膜的扩散非常迅速。正常成年人呼吸膜总面积达70 m2.安静状态时仅有40 m2参与气体交换。某些病理情况下如肺纤维化、肺水肿等时呼吸膜厚度可显著增加;在肺不张、肺气肿、时呼吸膜面积减小,导致气体交换减少。

3.通气/血流比值

通气/血流比值(VA/Q)是指每分肺泡通气量(VA)和每分肺血流量(Q)之间的比值。正常成年人安静时肺泡通气量4200 mL,肺血流量5000 mL,VA/Q约为0.84.此时通气量与肺血流量配比最适合,肺换气效率最高。比值增大或减小均可使肺换气效率降低。

二、气体在血液中的运输

气体通过在血液中的运输,沟通了肺换气和组织换气。O2和CO2在血液中的运输形式有两种,即物理溶解和化学结合。物理溶解的量很少但很重要,化学结合为主要运输形式。

(一)氧的运输

血液中以物理溶解方式存在的O2仅占血液总O2含量的1.5%左右,化学结合的约占98.5%。血红蛋白(Hb)是红细胞内运O2的有效工具,也参与了CO2的运输。

O2与Hb为可逆性结合。该反应迅速、可逆,不需要酶参与。Hb和O2的结合主要取决于O2分压。

Hb+O2HbO2

与O2结合的Hb称为氧合血红蛋白,呈鲜红色。去氧血红蛋白呈蓝紫色。当血液中去氧血红蛋白含量超过5g/100ml时,皮肤、粘膜呈蓝暗紫色,称为发绀。出现发绀常表示机体缺氧。但也有例外,如严重贫血的病人,由于血红蛋白的总量过少,虽然缺氧却无发绀;红细胞增多时,Hb含量可达5g/100ml以上而出现发绀,但机体并不一定缺氧。此外,Hb还能与CO结合成HbCO,呈樱桃红色。Hb与CO结合的亲和力比O2大210倍,Hb与CO结合后就失去了运输O2的能力,引起机体缺氧。

(二)二氧化碳的运输

血液中的CO2也以物理溶解和化学结合两种形式运输。

1、物理溶解方式 约占总运输量的5%。

2、化学结合 约占95%,主要是碳酸氢盐和氨基甲酸血红蛋白两种形式。

(1)碳酸氢盐结合方式:约占血液运输CO2总量的88%。从组织扩散入血液的CO2进入红细胞后在碳酸酐酶催化下与H2O形成H2CO3,进一步解离成HCO3-和H+。HCO3-除一小部分在红细胞内与K+生成KHCO3外,大部分顺浓度差扩散入血浆,与血浆中Na+生成NaHC03.在肺部,反应向相反方向进行。

(2)形成氨基甲酸血红蛋白:约占运输CO2总量的7%。进入红细胞内的CO2除大部分形成HCO3-外,还有小部分直接与血红蛋白的氨基结合,形成氨基甲酸血红蛋白(HbNHCOOH),这一反应迅速、可逆、不需酶参与。

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