生理學/肺通氣的動力

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氣體進出肺是由大氣和肺泡氣之間存在著壓力差的緣故。在自然呼吸條件下，此壓力差產生于肺的張縮所引起的肺容積的變化?？墒欠伪旧聿痪哂兄鲃訌埧s的能力，它的張縮是由胸廓的擴大和縮小所引起，而胸廓的擴大和縮小又是由呼吸肌的收縮和舒張所引起。當吸氣肌收縮時，胸廓擴大，肺隨之擴張，肺容積增大，肺內壓暫時下降并低于大氣壓，空氣就順此壓差而進入肺，造成吸氣（inspiration）。反之，當吸氣肌舒張和（或）呼氣肌收縮時，胸廓縮小，肺也隨之縮小，肺容積減小，肺內壓暫時升高并高于大氣壓，肺內氣便順此壓差流出肺，造成呼氣（expiration）。呼吸肌收縮、舒張所造成的胸廓的擴大和縮小，稱為呼吸運動。呼吸運動是肺通氣的原動力。

1．呼吸運動引起呼吸運動的肌為呼吸肌。使胸廓擴大產生吸氣動作的肌肉為吸氣肌，主要有膈肌和肋間外肌；使胸廓縮小產生呼氣動作的是呼氣肌，主要有肋間內肌和腹壁肌。此外，還有一些輔助呼吸肌，如斜角肌、胸鎖乳突肌和胸背部的其它肌肉等，這些肌肉只在用力呼吸時才參與呼吸運動。

（1）吸氣運動：只有在吸氣肌收縮時，才會發生吸氣運動，所以吸氣總是主動過程。膈形狀似鐘罩，靜止時向上隆起，位于胸腔和腹腔之間，構成胸腔的底。膈肌收縮時，隆起的中心下移，從而增大了胸腔的上下徑，胸腔和肺容積增大，產生吸氣。膈下移的距離視其收縮強度而異，平靜吸氣時，下移約1-2cm，深吸氣時，下移可達7-10cm。由于胸廓呈圓錐形，其橫截面積上部較小，下部明顯加大。因此，膈稍稍下降就可使胸腔容積大大增加。據估計，平靜呼吸時因膈肌收縮而增加的胸腔容積相當于總通氣量的4/5，所以膈肌的舒縮在肺通氣中起重要作用。膈肌收縮而膈下移時，腹腔內的器官因受壓迫而使腹壁突出，膈肌舒張是時，腹腔內臟恢復原們畫面為膈肌舒縮引起的呼吸運動伴以腹壁的起伏，所以這種型式的呼吸稱為腹式呼吸（abdominal breathing）。

肋間外肌的肌纖維起自上一肋骨的近脊椎端的下緣，斜向前下方走行，止于下一肋骨近胸骨端的止緣。由于脊椎的位置是固定的，而胸骨可以上下移動，所以當肋間外肌收縮時，肋骨和胸骨都向上提，肋骨下緣還向外側偏轉，從而增大了胸腔的前后徑和左右徑，產生吸氣。肋間外肌收縮越強，胸腔容積增大越多。在平靜呼吸中肋間外肌所起的作用較膈肌為小。由肋間肌舒縮使肋骨和胸骨運動所產生的呼吸運動，稱為胸式呼吸（thoracic breathing）。腹式呼吸和胸式呼吸常同時存在，其中某種型式可占優勢；只有在胸部或腹部活動受到限制時，才可能單獨出現某一種型式的呼吸。

（2）呼氣運動：平靜呼氣時，呼氣運動不是由呼氣肌收縮所引起，而是因膈股長肋間外肌舒張，肺依靠本身的回縮力量而回位，并牽引胸廓縮小，恢復其吸氣開始前的位置，產生呼氣。所以平靜呼吸時，呼氣是被動的。用力呼吸時，呼氣肌才參與收縮，使胸廓進一步縮小，呼氣也有了主動的成分。肋間內肌走行方向與肋間外肌相反，收縮時使肋骨和胸骨下移，肋骨還向內側旋轉，使胸腔前后、左右縮小，產生呼氣。腹壁肌的收縮，一方面壓迫腹腔器官，推動膈上移，另一方面也牽拉下部的肋骨向下向內移位，兩者都使胸腔容積縮小，協助產生呼氣。

（3）平靜呼吸和用力呼吸：安靜狀態下的呼吸稱為平靜（平和）呼吸（eupnea）。其特點是呼吸運動較為平衡均勻，每分鐘呼吸頻率約12-18次，吸氣是主動的，呼氣是被動的。機體活動時，或吸入氣中的二氧化碳含量增加或氧含量減少時，呼吸將加深、加快，成為深呼吸或用力呼吸，這時不僅有更多的吸氣肌參與收縮，收縮加強，而且呼氣肌也主動參與收縮。在缺氧或二氧化碳增多較嚴重的情況下，會出現呼吸困難（dyspnea），這時，不僅呼吸大大加深，而且出現鼻翼扇動等，同時主觀上有不舒服的困壓感。

2．肺內壓肺內壓是指肺泡內的壓力。在呼吸暫停、聲帶開放、呼吸道暢通時，肺內壓與大氣壓相等。吸氣之初，肺容積增大，肺內壓暫進下降，代于大氣壓，空氣在此壓差推動下進入肺泡，隨著肺內氣體逐漸增加，肺內壓也逐漸升高，至吸氣末，肺內壓已升高到和大氣壓相等，氣流也就停止（圖5-2）。反之，在呼氣之初，肺容積減小，肺內壓暫時升高并超過大氣壓，肺內氣體便流出肺，使肺內氣體逐漸減少，肺內壓逐漸下降，至呼氣末，肺內壓又降到和大氣壓相等。

吸氣和呼氣時，肺內壓、胸膜腔內壓及呼吸氣容積的變化過程（右）和胸膜腔內壓直接測量示意圖（左）

圖5-2 吸氣和呼氣時，肺內壓、胸膜腔內壓及呼吸氣容積的變化過程（右）和胸膜腔內壓直接測量示意圖（左）

（1mmHg=0.133kPa,1cmH20g0.098kPa）

呼吸過程中肺內壓變化的程度，視呼吸的緩急、深淺和呼吸道是否通暢而定。若呼吸慢，呼吸道通暢，則肺內壓變化較小；若呼吸較快，呼吸道不夠通暢，則肺內壓變化較大。平靜呼吸時，呼吸緩和，肺容積的變化也較小，吸氣時，肺內壓較大氣壓約低0.133-0.266kPa(1-2mmHg)，即肺內壓為-0.266—-0.133kPa(-2--1mmHg)；呼氣時較大氣壓約高0.133-0.266kPa(1-2mmHg)。用力呼吸時，呼吸深快，肺內壓變化的程度增大。當呼吸道不夠通暢時，肺內壓的升降將更大。例如緊閉聲門，盡力作呼吸動作，吸氣時，肺內壓可為-13.3——-3.99kPa(-100—-30mmHg)，呼氣時可達7.89-18.62kPa(60-140mmHg)。

由此可見，在呼吸過程中正是由于肺內壓的周期性交替升降，造成肺內壓和大氣壓之間的壓力差，這一壓力差成為推動氣體進出肺的直接動力。一旦呼吸停止，便可根據這一原理，用人為的方法造成肺內壓和大氣壓之間的壓力差來維持肺通氣，這便是人工呼吸。人工呼吸的方法很多，如用人工呼吸機進入正壓通氣；簡便易行的口對口的人工呼吸；節律地舉臂壓背或擠壓胸廓等。但在旅行人工呼吸時，首先要保持呼吸道暢通，否則，對肺通氣而言，操作將是無效的。

3．胸膜腔和胸膜腔內壓如上所述，在呼吸運動過程中隨胸腔廓的運動而運動。肺為何能隨胸廓而運動呢？這是因為在肺和胸廓之間存在一密閉的胸膜腔和肺本身有可擴張性的緣故。胸膜有兩層，即緊貼于肺表面的臟層和緊貼于胸廓內壁的壁層。兩層胸膜形成一個密閉的潛在的腔隙，為胸膜腔。胸膜腔內僅有少量漿液，沒有氣體，這一薄層漿液有兩方面的作用。一是在兩層胸膜之間起潤滑作用。因為漿液的粘滯性很低，所以在呼吸運動過程中，兩層胸膜可以互相滑動，減小磨擦。二是漿液分子的內聚力使兩層胸膜貼附在一起，不易分開，所以肺就可以隨胸廓的運動而運動。因此，胸膜腔的密閉性和兩層胸膜間漿液分子的內聚力有重要的生理意義。如果胸膜腔破裂，與大氣相通，空氣將立即進入胸膜腔，形成氣胸，兩層胸膜彼此分開，肺將因其本身的回縮力而塌陷。這時，盡管呼吸運動仍在進行，肺卻減小或失去了隨胸廓運動而運動的能力，其程度視氣胸的程度和類型而異。顯然，氣胸時，肺的通氣功能受到妨害，嚴重者，應緊急處理。

胸膜腔內的壓力為胸膜腔內壓（intrapleural pressure），可用兩種方法進行測定。一種是直接法，將與檢壓計相連接的注射針頭斜刺入胸膜腔內，檢壓計的液而即可直接指示胸膜腔內的壓力（圖5-2左）。直接法的缺點是有刺破胸膜臟層和肺的危險。另一種方法是間接法，讓受試者吞下帶有薄壁氣囊的導管至下胸部的食管，由測量呼吸過程中食管內壓變化來間接地指示胸膜腔內壓變化。這是因為食管在胸內介于肺和胸壁之間，食管壁薄而軟，在呼吸過程中兩者的變化值基本一致。故可以測食管內壓力的變化以間接反映胸膜腔內壓的變化。

測量表明胸膜腔內壓比大氣壓低，為負壓。平靜呼氣末胸膜腔內壓約為-0.665—-0.399kPa(-5--3mmHg)，吸氣末約為-1.33—-0.665kPa(-10--5mmHg)（圖5-2）。關閉聲門，用力吸氣，胸膜腔內壓可降至-11.97kPa(-90mmHg)，用力呼氣時，可升高到14.63kPa(110mmHg)。胸膜腔內負壓不便作用于肺，牽引其擴張，也作用于胸腔內其它器官，特別是壁薄而可擴張性大的腔靜脈和胸導管等，影響靜脈血和淋巴液的回流。

胸膜腔內壓為何是負壓？從分析作用于胸膜腔的力來說明。有兩種力通過胸膜臟層作用于胸膜腔：一是肺內壓，使肺泡擴張；一是肺的彈性回縮力，使肺泡縮小（圖5-2左，箭頭所示）。因此，胸膜腔內的壓力實際上是這兩種方向相反的力的代數和，即：

胸膜愛內壓=肺內壓-肺彈性回縮力

在吸氣末和呼氣末，肺內壓等于大氣壓，因而

胸膜腔內壓=大氣壓-肺彈性回縮力

若以1個大氣壓為0位標準，則

胸膜腔內壓= -肺彈性回縮力

如果肺彈性回縮力是0.665kPa(5mmHg)，胸膜腔內壓就是-0.665kPa(-5mmHg)，實際的壓力值便是101.08kPa—0.665kPa=100.415kPa(760mmHg—5mmHg=755mmHg)。可見，胸膜腔負壓是由肺的彈性回縮力（其來源見下文，肺的彈性阻力和順應性）造成的。吸氣時，肺擴張，肺的彈性回縮力增大，胸膜腔負壓也更負。呼氣時，肺縮小，肺彈性回縮力也減小，胸膜腔負壓也減少。但是，為什么在呼氣末胸膜腔內壓仍然為負？這是因為胎兒出生后，胸廓生長的速度比肺快，以致胸廓經常牽引著肺，即便在胸廓因呼氣而縮小時，仍使肺處于一定程度的擴張狀態，只是擴張程度小些而已。所以，正常情況下，肺總是表現出回縮傾向，胸膜腔內壓因而經常為負。

綜上所述，可將肺通氣的動力概括如下：呼吸肌的舒縮是肺通氣的原動力，它引起胸廓的張縮，由于胸膜腔和肺的結構功能特征，肺便隨胸廓的張縮而張縮，肺容積的這種變化又造成肺內壓和大氣壓之間的壓力差，此壓力差直接推動氣體進出肺。