1、1第三节 气体交换和运输空气进入肺泡后，和循环毛细血管的血液进行气体交换。空气中的 O2由肺泡进入血液，而静脉血中的 CO2从血液进入肺泡。这样交换后，动脉血中的 O2运到身体各部组织，在组织与血液之间再进行一次交换，O 2最后进入组织细胞，组织细胞代谢所产生的 CO2则经细胞间隙液进入血液，随血液循环到肺，再进行气体交换。一、气体交换气体交换是以扩散的方式进行的。（一） 气体交换的分压差与气体交换1气体扩散动力 气体交换的动力是气体分压差。气体也总是从分压高处向分压低处扩散。所谓分压是指混合气体中各组成气体具有的压力。例如在海平面的大气压平均约为 101kPa，O 2含量为20.84%，则
2、O2分压（PO 2）约为 20.7kPa；N 2的含量为 78.62%，其分压（PN 2）约为79.4kPa；CO 2含量仅 0.04%，则 CO2分压（PCO 2）仅 0.04kPa。（二）气体交换的过程肺泡气直接与肺毛细管血液直接进行气体交换。其成分既不同于吸入气也不同于呼出气。通过呼吸运动，肺泡气不断获得更新，因而保持了它所含 O2和 CO2浓度的相对稳定性。肺泡气 PO2高于静脉血的 PO2；其 CO2分压则低于静脉血的 PCO2。因此，O 2由肺泡向静脉血扩散；而 CO2由肺动脉毛细管中静脉血向肺泡扩散。这样，静脉血变成了动脉血。当动脉血经毛细血管流向组织时，组织内 PO2低于动脉血
3、的 PO2；而其 PCO2则高于动脉血的PCO2，这里又进行了一次气体交换。动脉血经过这次气体交换后变成静脉血。组织由此而获得 O2，排出 CO2。（三）影晌气体交换的因素气体扩散的速度 如果某一气体扩散速度快，则其交换也快；另一气体扩散速度慢，则其交换也慢。气体分子的扩散速度（d）与其溶解度（s）成正比，与其分子量（MW）的平方根成反比。如果 CO2与 O2的分压差梯度相同，CO 2扩散速度为 O2的 20倍。从表 71 可知静脉血和肺泡气中 CO2的分压差约为 0.8kPa，O 2的分压差约为 8.51kPa约为 CO2的 10倍，但总合起来，CO 2的扩散速度仍比 O2快。2呼吸膜 呼吸
4、膜的通透性、厚度以及面积都会影响气体交换的效率。在某些病理情况下，如肺纤维化，肺炎，呼吸膜厚度增加，气体交换效率降低。又如在肺气肿时，由于肺泡融合，气体扩散的呼吸膜总面积减小，也使气体交换减少。通气/血流（V/Q）比值 通气血流比值即每分肺泡通气量对每分肺血流量（心输出量）的比值。正常人安静时，每分肺泡通气量约为 4.2L，每分心输出量约为 5L，则 V/Q的比值为 0.84。通气量与血流量匹配合适，气体交换效率高。肺换气效率降低就要影响动脉血液中的 PO2与 PCO2，继而影响与组织之间的气体交换，以及细胞代谢。细胞本身受某些药物或其它病理变化，也会影响从血液中摄取 O2，二者都可以造成细胞
5、缺 O2。二、气体在血液中的运输（一）运输形式 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。先有物理溶解才能进行化学结合。在动脉血中，O 2分压为 13.3kPa时，血氧含量每 100ml血液中约 1719ml，其中以物理形式存在的仅 0.3ml；在静脉血中 CO2分压为 5.9kPa时，CO 2含量在每 100ml血液中约 5060ml，其中以物理溶解形式存在的约 3ml。血液中 O2和 CO2绝大部分都是以化学结合形式运输的。气体的物理解量取决于气体的溶解度与分压。O 2和 CO2的溶解量虽少，但为化学结合的前提，后者与气体溶解状态之间时刻保持着动态平衡。（二）氧的运输化
6、学结合 O 2主要与血红蛋白（Hb）结合。O 2与血红蛋白的血红素中的 Fe2-氢合成氧合血红蛋白（HbO 2），这是一种可逆性过程，即 Fe2-在 O2分压高时，Fe 2-与 O2氧合成HbO2；而在 O2分压降低时，则释放出 O2。 在肺，由于 O2分压高于静脉血，促使 O2与血红蛋白结合成氧合血红蛋白；而在组织中 O2分压低于动脉血，则 HbO2解离，释放出 O2。血红蛋白就将氧合的 O2由肺运输到组织。在动脉血 O2分压保持在 13.3kPa时，血红蛋白与氧的结合几乎完全饱和。每克血红蛋白完全饱和时，能结合 1.43mlO2。健康成人的血红蛋白量如为 15g00，则 100ml血液中
7、PO2也为13.3kPa时结合 O2的最大量约为 20ml，此为血氧容量。血红蛋白实际结合的 O2量称为血氧含量。血氧含量所占血氧容量的百分比称为血氧饱和度。血中 PO2将影响血氧结合量和血红蛋白的血氧饱和度。如果血红蛋白量减少则与氧结合的量也减少。又如血红蛋白上的Fe2+已氧化成 Fe3+，就失去与 O2结合的能力。CO 与血红蛋白有很高亲和力（比 O2大 200多倍），当吸入 CO后，它就迅速与血红蛋白结合成 COHb，使之失去与 O2结合的能力，造成3机体缺 O2，这就是 CO中毒所以致死的原因。此时，应让患者立即离开 CO环境，并给予充分的 O2，使 O2代替 CO的位置，改善缺 O2
8、状态，抢救生命。（三）二氧化碳的运输二氧化碳的化学结合有二种形式：结合成碳酸氢盐进行运输以此种方式进行运输约占 708 00。CO 2从组织进入血浆后，只有少量能与水结合成碳酸（H 2CO3），大部分进入红细胞。在红细胞中碳酸酐酶的作用下，CO 2与水结合成大量的H2CO3，H 2CO3又解离为 H+和 HCO-3：CO2不断进入红细胞，结果使红细胞中 HCO-3逐渐增多，造成红细胞膜内外两侧的浓度差，因为 HCO-3易于透过红细胞膜，故 HCO-3向血浆扩散，血浆中 Cl-则向红细胞内转移，以恢复两侧的电平衡。进入血浆的 HCO-3即与 Na+结合形成 NaHCO3而 CO2即在血液中运输。
9、上述的各反应可概括如下表（表 7-2）。 上述各反应都是可逆的，决定反应的是毛细血管两侧的 CO2分压差。血液流到肺泡毛细血管网时，上述各反应即以相反方向进行，使 CO2从静脉血中扩散到肺泡。氨基甲酸血红蛋白的形式进行运输，CO 2能直接与血红蛋白的氨基结合，形成氨基甲酸血红蛋白，并能迅速解离。反应式如下：HbNH 2 + CO2 HbNH COOH HbNH COO- + H+这一反应很迅速，无需酶的促进。调节它的主要因素是氧合作用。氧合血红蛋白的酸性高，不易与 CO2结合；而还原血红蛋白的酸性低，容易与 CO2结合。因此在组织毛细血管内 CO2与还原血红蛋白结合；而在肺泡毛细血管处，血红蛋白与 O2结合，CO 2即被释放入肺泡。以氨基甲酸血红蛋白形式运输 CO2的量约占总运输量的 7%。
