肺通气是气体在外界大气和肺泡之间的交换过程。

肺通气的原理

肺通气的动力

• 直接动力：肺泡气与外界大气之间的压力差
• 原动力：呼吸肌的收缩和舒张所引起的节律性呼吸运动

呼吸运动

• 呼吸肌：
  • 主要吸气肌：膈肌、肋间外肌
  • 主要呼气肌：肋间内肌、腹肌
  • 辅助吸气肌：斜角肌、胸锁乳突肌
• 呼吸运动的过程：
  • 平静呼吸：
    • 吸气：吸气肌收缩，吸气运动是一个主动过程
    • 呼气：呼气肌不参与运动，而是由膈肌和肋间外肌舒张所致，是一个被动过程
  • 用力呼吸：
    • 吸气：除吸气肌加强收缩外，辅助吸气肌也参与收缩
    • 呼气：除吸气肌舒张外，还有呼气肌参与收缩
• 呼吸运动的形式：
  • 腹式呼吸和胸式呼吸
    • 腹式呼吸：以膈肌舒缩活动为主
    • 胸式呼吸：以肋间外肌舒缩活动为主
    • 一般都是当某种呼吸形式收到影响时，才以另外一种为主，如：
      • 正常情况下成年人都是腹胸混合呼吸，其中某种形式可占优势
      • 在妊娠后期女性、腹部巨大肿块、腹水、胃肠道胀气、腹膜炎等病人膈肌运动受限的情况下，主要为胸式呼吸
      • 在胸腔积液、胸膜炎的患者因为胸廓运动受限，主要依靠膈肌舒缩而呈腹式呼吸
      • 在婴幼儿，因为肋骨排列和脊柱垂直，肋骨运动不易扩大胸腔容量，因而主要依靠的是膈肌舒缩而呈腹式呼吸
  • 平静呼吸和用力呼吸
    • 平静呼吸：吸气主动而呼气被动的呼吸型式
    • 用力呼吸：当机体劳动或运动、呼吸道不通畅或肺通气阻力增大时,或者当吸入气中CO2含量增加或O2含量减少时,加深加快的的呼吸型式

肺内压

肺内压

指肺泡内气体的压力，在呼吸过程中呈周期性变化。

• 吸气时：
  • 肺容积↑，肺内压↓，当低于大气压时外界气体进入肺
  • 随着肺内气体量的增加，肺内压↑，至吸气末，肺内压升高到与大气压相等，气流暂停
• 呼气时：
  • 肺容积↓，肺内压↑，当高于大气压时，气体流出
  • 随着肺内气体量的减少，肺内压↓，至呼气末，肺内压下降到与大气压相等，气流暂停

胸膜腔内压

• 胸膜腔：是存在于肺表面的脏层胸膜和衬于胸廓内壁的壁层胸膜之间的密闭的、潜在的、无气体和仅有少量浆液的腔隙。
• 胸膜腔内压：胸膜腔内的压力
  • 主要由肺回缩压决定,呼气末或吸气末时,若大气压以0为计,则胸膜腔内压=-肺回缩压
  • 随呼吸运动而发生周期性变化：
    • 平静呼吸始终低于大气压
      • 胸膜腔内保持负压的一个重要前提是胸膜腔须保持其密闭性。
      • 胸膜腔负压的主要原因是肺回缩力。
    • 紧闭声门用力吸气，可降至低于大气压 90 mmHg
    • 紧闭声门用力呼气，可高于大气压 110 mmHg
• 胸膜腔内压的意义：
  1. 扩张肺，使肺能随胸廓的张缩而张缩（肺通气）。
  2. 扩张气道，降低吸气阻力。
  3. 作用于胸腔内的腔静脉和胸导管，使之扩张，有利于静脉血和淋巴液的回流。

• 浆液分子之间的内聚力使两层胸膜紧贴在一起,参与胸膜腔负压的形成
• 润滑作用

肺通气的阻力

肺通气过程中所遇到的阻力称为肺通气阻力，可分为：

1. 弹性阻力（主要，70%）：肺弹性阻力（主要来自肺泡表面张力）、胸廓弹性阻力
2. 非弹性阻力：气道阻力、惯性阻力、组织的黏滞阻力

弹性阻力

肺弹性阻力

平静呼吸时，肺通气总阻力主要（70%）为弹性阻力。

• 肺的弹性成分（1/3）：肺自身的弹性纤维和胶原纤维
• 肺泡表面张力（主要，2/3）：
  • 源于肺泡内表面液-气界面的能使液体表面积缩小的张力
  • 肺表面活性物质：
    • 合成：肺泡 Ⅱ 型上皮细胞
    • 成分：
      • 脂质成分（90%）：脂质中 60% 以上是二棕榈酰卵磷脂（DPPC）。
      • 表面活性物质结合蛋白（10%）
    • 生理意义：
      1. 减小吸气阻力，减少吸气做功。
      2. 维持不同大小肺泡的稳定性：肺泡的回缩力与肺泡半径成反比，即小肺泡的回缩力大，而大肺泡的回缩力小。肺泡表面活性物质可平衡大小肺泡的压力。
      3. 防止肺水肿：降低肺泡表面张力，减小肺泡回缩力，减弱液面表面张力对肺毛细血管血浆和肺组织间液的“抽吸”作用，阻止液体渗入肺泡，从而防止肺水肿的发生。
    • 缺乏
      • 新生儿呼吸窘迫综合征（NRDS）：胎儿在 6、7 个月或更后，肺泡 Ⅱ 型上皮细胞才开始合成和分泌肺表面活性物质。早产儿缺乏肺表面活性物质，可发生肺不张，且由于肺毛细血管血浆被吸引进入肺泡，在肺泡内壁形成一层“透明膜”阻碍气体交换。
        • 可以通过延长妊娠时间或用糖皮质激素促进其合成，出生后也可以给予外源性肺泡表面活性物质替代
      • 肺炎、肺水肿、肺栓塞：成年人患肺炎、肺水肿、肺血栓等疾病时，也可因肺表面活性物质减少而发生肺不张。

1. 吸气困难：肺充血、肺组织纤维化、肺表面活性物质减少（肺炎、肺水肿、肺血栓）：肺的顺应性降低，弹性阻力增加。
2. 呼气困难：肺气肿、COPD：肺弹性成分大量破坏，肺回缩力减小（弹性阻力减小），顺应性增大。

顺应性是指弹性组织在外力作用下发生形变的难易程度，顺应性越大，弹性阻力越小，顺应性越小，弹性阻力越大。

顺应性的大小（$C$）可用单位跨壁压的变化（$\Delta P$）所引起的腔容积变化（$\Delta V$）来表示：

$$C=\frac{\Delta V}{\Delta P}(L/cmH_2O) \\,.$$

• 肺总量对肺顺应性的影响：
  • 肺总量较大者，肺顺应性较大：同样吸入 1000ml 气体，肺总量越大的扩张程度越小，即顺应性越大
  • 肺总量较小者，肺顺应性较小
• 比顺应性：
  • 单位肺容量的顺应性（$\frac{C}{V}$）
  • 可用以比较不同肺总量个体的肺弹性阻力

胸廓弹性阻力

• 胸廓弹性阻力来源于胸廓的弹性成分
• 胸廓处于自然位置（平静吸气末）时，肺容量约为肺总量的 67%（相当于平静吸气末的肺容量），此时胸廓无变形，不表现出弹性阻力
• 胸廓弹性阻力既可能是吸气或呼气气的阻力，也可能是吸气或呼气的动力，视胸廓的位置而定
• 胸廓顺应性可因肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚和腹腔内占位性病变等降低

非弹性阻力

气道阻力

气道阻力是气体流经呼吸道时气体分子之间和气体分子与气道壁之间摩擦产生的阻力，是非弹性阻力的主要组成（80%–90%）。

• 发生部位：鼻（50%）、声门（25%）、支气管（15%）、口径小于 2 mm 细支气管（10%）
• 使气道阻力增大的因素：
  • 气流速度快
  • 气流呈湍流（如气道内有黏液、渗出物或肿瘤、异物等造成狭窄时）
  • 气道口径（最重要）减小等
    1. 跨壁压: 呼吸道内外的压力差。
    2. 肺实质对气道壁的牵引：小气道的弹力纤维和胶原纤维与肺泡壁的纤维彼此穿插，牵拉支持气道。
    3. 自主神经系统：呼吸道平滑肌受交感和副交感神经的双重支配，两者均有紧张性作用。副交感神经（包括迷走神经）使气道平滑肌收缩，口径变小，气道阻力增加；而交感神经则使之舒张，口径变大，气道阻力减小。
    4. 化学因素：
       1. 儿茶酚胺可使气道平滑肌舒张。
       2. 前列腺素中，PGF_2α 可使气道平滑肌收缩，而 PGE₂ 却使之舒张。
       3. 过敏反应时，由肥大细胞释放的组胺和白三烯等物质可使支气管收缩。
       4. 吸入气 CO₂ 含量增加可刺激支气管和肺的 C 类纤维，反射性引起支气管收缩，气道阻力增加。
       5. 气道上皮细胞还可合成和释放内皮素，使气道平滑肌收缩。

惯性阻力

气流在发动、变速、换向时因气流和组织的惯性所产生的阻力

粘滞阻力

呼吸时组织相对位移所发生的摩擦

肺通气功能的评价

肺容积和肺容量

• 肺容积（pulmonary volume）：不同状态下肺所能容纳的气体量，随呼吸运动而变化。通常肺容积可分为潮气量、补吸气量、补呼气量和余气量，它们互不重叠，全部相加后等于肺总量。
  • 潮气量（TV）：每次呼吸时吸入或呼出的气体量
    • 平静呼吸时为 400-600ml，运动时增大
    • 大小取决于呼吸肌的收缩强度、胸和肺的机械特性以及机体的代谢水平
  • 补吸气量（IRV）：指平静吸气末,在尽力吸气所能吸入的气体量
    • 1500-2000 ml
    • 反映吸气储备
  • 补呼气量（ERV）：指平静呼气末,在尽力呼气所能呼出的气体量
    • 900-1200ml
    • 反映呼气储备
  • 余气量（RV）：指最大呼气末尚存留于肺内不能再呼出的气体量
    • 1000-1500ml
    • 可避免肺泡在低肺容量条件下发生塌陷
• 肺容量（pulmonary capacity）：肺容积中两项或两项以上的联合气体量。肺容量包括深吸气量、功能余气量、肺活量和肺总量。
  • 深吸气量（IC）：平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气体量：TV+IRV
  • 功能余气量（FRC）：平静呼气末尚存于肺内的气体量：ERV+RV
    • 缓冲呼吸过程中 O₂ 分压和 CO₂ 分压的变化幅度
    • 肺气肿患者功能余气量增多,而肺实质病变则减小
    • 肺活量 VC：TV + IRV + ERV，成年男性 3500ml，女性 2500ml
      • 用力肺活量（FVC）：是指一次最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气体量
      • 用力呼气量（FEV）：是指一次最大吸气后，尽力尽快呼气，在一定时间内所能呼出的气体量
  • 肺总量（TLC）：
    • 是指肺所能容纳的最大气体量,肺活量与余气量之和
    • 大小因性别、年龄、身材、运动量和体位改变而异，成年男性约 5000ml，女性约 3500ml

肺通气量和肺泡通气量

• 肺通气量:
  • 是指每分钟吸入或呼出的气体总量，潮气量与呼吸频率的乘积
  • 6-9L/min
  • 随性别、年龄、身材和活动量不同而异
• 肺泡通气量：（潮气量 - 无效腔气量）× 呼吸频率
  • 生理无效腔：解剖无效腔+肺泡无效腔
    • 解剖无效腔：每次吸入的气体,有一部分将留在鼻或口至中膜细支气管之间的呼吸道内,不参与肺泡与血液之间的气体交换,这部分传导性呼吸道的容积称为解剖无效腔
    • 肺泡无效腔：进入肺泡内的气体也可因血流在肺内分布不均而不能全都与血液进行交换,未能进行气体交换的这部分肺泡容积称为肺泡无效腔
  • 所以在一定呼吸频率范围内，与浅快的呼吸相比，深慢的呼吸可以增加肺泡通气量，气体更新率更高，呼吸更有效
• 最大呼气流速-容积曲线
• 气道反应性测定：支气管激发试验
• 呼吸功：正常人平静呼吸时，呼吸功主要用于吸气运动