气是如何出入肺的?
正常成年人安静时,最好一次呼吸6.4秒,每次吸入和呼出的气体量在500毫升左右,称为潮气量。当人用力吸气,直到再也吸不动为止;然后用力呼气,直到不能再呼吸为止。这时候呼出气体的多少就叫肺活量。正常成年男性肺活量约为3500-4000 ml,女性肺活量约为2500-3500 ml。
肺泡内的气体交换是通过肺泡和毛细血管壁进行的。组织中的气体交换也是通过毛细血管壁进行的。气体是如何交换的?气体分子,无论是气态还是溶解在体液中,都是不断运动的,具有扩散性。一种气体总是从多的地方向少的地方扩散,也就是总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散,直到达到平衡。气体的浓度与压力有关,浓度高,压力大;低浓度低压力。所以也可以说气体是从压力高的地方向压力低的地方扩散。肺泡和组织中的气体交换是通过这种扩散实现的。
空气由氧气、二氧化碳、氮气等组成。各种气体都有一定的压力,空气中各种气体的总压力就是大气压,其中每种气体的压力就是该气体的分压。因为气体总是从压力高的地方向压力低的地方扩散,所以某种气体分子总是从分压高的地方向分压低的地方扩散。
具体来说,当静脉血流经肺毛细血管时,由于肺泡气体中的氧分压高于静脉血,而静脉血中的二氧化碳分压低于静脉血,所以氧从肺泡向静脉血扩散,而二氧化碳从静脉血向肺泡扩散。这是肺泡内的气体交换(图11)。气体交换后,静脉血变成动脉血。由于外界空气不断进入肺部,肺泡气体成分保持相对恒定,所以肺泡内氧气分压始终高于静脉血,二氧化碳分压始终低于静脉血,所以氧气总是从肺泡向血液扩散,二氧化碳总是从静脉血向肺泡扩散。动脉血流经组织时,组织中的氧分压低于动脉血,而动脉血中的二氧化碳分压较高。所以氧气从动脉血扩散到组织,二氧化碳从组织扩散到血液。这是组织内的气体交换。气体交换后,动脉血变成静脉血。因为组织细胞在代谢过程中不断消耗氧气,产生二氧化碳,所以组织中的氧气分压总是低于动脉血,而二氧化碳分压总是高于动脉血,所以氧气总是从动脉血向组织扩散,二氧化碳总是从组织向血液扩散。
从气体交换过程可知,气体分压差是气体交换的动力。
肺部气体的体积随着呼吸的深度而变化。正常人平静呼吸时,每次吸入或呼出的气体量约为500 mL,称为潮气量(图12)。如果平静吸气后继续用力吸气,直到不能再吸气,增加的吸气量称为补充吸气量,约为1 500 mL。如果在平静呼气后继续用力呼气,直到不能再呼吸为止,额外的呼气量,称为呼气量,约为1 500 mL。潮气量、补充吸气量和补充呼气量之和,即尝试吸气和呼气后所能呼出的气体量,称为肺活量,约为3 500 mL。肺活量并不是肺所能容纳的最大气体量,因为即使尽最大努力呼出气体,仍有部分气体残留在肺中,称为残气,约为1 500 mL。肺活量和残气量之和称为肺的总容量,即完成最大吸气量时肺中气体的总容量。不仅仅是连体肺,它们的肺泡里总有一定量的气体。即使肺在体外完全塌陷,它们的肺泡里还有少量的气体,永远也排不完。这是因为,人出生后,第一次呼吸时,气体会一直留在肺里,每次呼吸时,肺里只能更新一部分气体。
肺每分钟吸入或呼出的气体总量称为肺的每分通气量。肺的每分通气量等于潮气量和呼吸频率的乘积。一个成年人在安静状态下的潮气量是500 mL,他每分钟呼吸16 ~ 18次,所以一个成年人在安静状态下的通气量是8 ~ 9 L,从事剧烈运动和体力劳动时,潮气量和呼吸频率都会大大增加。每分钟最大通气量男性可达100 ~ 110 L,女性可达80 L。最大换气量反映的是单位时间内肺和外界的最大换气功能。
并不是每次呼吸吸入的气体都能进入肺泡,一部分气体停留在鼻腔、咽、喉、气管、支气管等。,并且不能与血液交换气体。这种气体的体积一般约为150毫升。所以安静呼吸时,吸入肺泡的气体量只有350毫升(500毫升-150毫升=350毫升)。这是肺泡的初级通气。肺泡的每分通气量直接受呼吸频率和潮气量的影响,其中潮气量的影响较大。例如,当潮气量为500 mL,呼吸频率为每分钟16次时,与潮气量为250 mL,呼吸频率为每分钟32次相比,前者每分钟肺泡通气量等于(500 mL-150 mL)×16次,即5.6l;;后者每分钟肺泡通气量等于(250 mL-150 mL)×32次,即3.2 L .以上例子说明,从气体交换效率来看,深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更有效。运动时,呼吸频率高、呼吸深度表浅往往是供氧不足的重要因素之一。