气体交换原理
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（一）气体的扩散
气体分子不停地进行着无定向的运动，其结果是气体分子从分压高处向分压低处发生净转移，这一过程称为气体扩散，于是各处气体分压趋于相等。机体内的气体交换就是以扩散方式进行的。单位时间内氧化扩散的容积为气体扩散速率（diffusion rate,D），它受下列因素的影响。
1．气体的分压差 在混合气体中，每种气体分子运动所产生的压力为各该气体的分压，它不受其它气体或其分压存在的影响，在温度恒定时，每一气体的分压只决定于它自身的浓度。混合气的总压力等于各气体分压之和。
气体分压可按下式计算：
气体分压=总压力×该气体的容积百分比
两个区域之间的分压差（△P）是气体扩散的动力，分压差大，扩散快。
2．气体的分子量和溶解度质量轻的气体扩散较快。在相同条件下，各气体扩散速率和各气体分子量（MW）的平方根成反比。溶解度（S）是单位分压下溶解于单位容积的溶液中的气体的量。一般以1个大气压，38℃时，100ml液体中溶解的气体的ml数来表示。溶解度与分子量平方根之比（S~undefined*）为扩散系数（diffusion coefficient），取决于气体分子本身的特性。CO 2 的扩散系数是O 2 的20倍，主要是因为CO 2 在血浆中的溶解度（51.5）约为O 2 的（2.14）24倍的缘故，虽然CO 2 的分子量（44）略大于O 2 的（32）。
3．扩散面积和距离扩散面积越大，所扩散的分子总数也越大，所以气体扩散速率与扩散面积（A）成正比。分子扩散的距离越大，扩散经全程所需的时间越长，因此，扩散速率与扩散距离(d)成反比。
4．温度 扩散速率与温度（T）成正比。在人体，体温相对恒定，温度因素可忽略不计。综上所述，气体扩散速率与上述诸因素的关系是：
（二）呼吸气和人体不同部位气体的分压
既然气体交换的动力是分压差，则有必要首先了解进行气体交换各有关部位的气体组成和分压。
1．呼吸气和肺泡气的成分和分压 人体吸入的气体是空气。空气的主要成分是O 2 、CO 2 和N 2 ，具有生理意义的是O 2 、和CO 2 。空气中各气体的容各百分比一般不因地域不同而异，但分压却因总大气压的变动而改变。高原大气压降低，各气体的分压也低。吸入的空气在呼吸道内被水蒸气所饱和，所在呼吸道内吸入气的成分已不同于大气，因此各成分的分压也发生相应的改变。
从肺内呼出的气体为呼出气，它来自两部分：无效腔的吸入气和来肺泡的肺泡气，是这两部分气体混合。
上述各部分气体的成分和分压如表5-2所示。
2．血液气体和组织气体的分压（张力）液体中的气体分压称为气体的张力（P），其数值与分压的相同。表5-3示血液和组织中的PO 2 和PCO 2 。不同组织的PO 2 和PCO 2 不同，同一组织的PO 2 和PCO 2 还受组织活动和水平的影响，表中值仅是安静状态下的大致估计值。
表5-2 海平面各气体的容积百分比ml%和分压kPa(mmHg)
|
大气(ml%) |
分压kPa(mmHg) |
吸入气(ml%) |
分压kPa(mmHg) |
呼出气(ml%) |
分压kPa(mmHg) |
肺泡气(ml%) |
分压kPa(mmHg) |
|
| O 2 | 20.84 | 21.15(159.0) | 19.67 | 19.86(149.3) | 15.7 | 15.96(120.0) | 13.6 | 13.83(104.0) |
| CO 2 | 0.04 | 0.04(0.3) | 0.04 | 0.04(0.3) | 3.6 | 3.59(27.0) | 5.3 | 5.32(40.0) |
| N 2 | 78.62 | 79.40(597.0) | 74.09 | 74.93(563.4) | 74.5 | 75.28(566) | 74.9 | 75.68(569) |
| H 2 O | 0.50 | 0.49(3.7) | 6.20 | 6.25(47) | 6.20 | 6.25(47) | 6.20 | 6.25(47) |
| 合计 | 100.0 | 101.08(760) | 100.0 | 101.08(760) | 100 | 101.08(760) | 100 | 101.08(760) |
N 2 在呼吸过程中并无增减，只是因O 2 和CO 2 百分比的改变，使N 2 的百分比发生相对改变
表5-3 血液和组织中气体的分压kPa(mmHg)
|
|
动脉血 |
混合静脉血 |
组织 |
|||
|
|
kPa |
mmHg |
kPa |
mmHg |
kPa |
mmHg |
|
PO 2 |
12.9-13.3 |
97-100 |
5.32 |
40 |
4 |
30 |
|
PCO 2 |
5.32 |
40 |
6.12 |
46 |
6.65 |
50 |
