2013年臨床助理醫(yī)師考試輔導(dǎo)：肺通氣原理

　　氣體進(jìn)入肺取決于兩方面因素的相互作用：一是推動(dòng)氣體流動(dòng)的動(dòng)力;一是阻止其流動(dòng)的阻力。前者必須克服后者，方能實(shí)現(xiàn)肺通氣，正如心室射血的動(dòng)力必須克服循環(huán)系統(tǒng)的阻力才能推動(dòng)血液流動(dòng)一樣。

　　(一)肺通氣的動(dòng)力

　　氣體進(jìn)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(chǎn)生于肺的張縮所引起的肺容積的變化。可是肺本身不具有主動(dòng)張縮的能力，它的張縮是由胸廓的擴(kuò)大和縮小所引起，而胸廓的擴(kuò)大和縮小又是由呼吸肌的收縮和舒張所引起。當(dāng)吸氣肌收縮時(shí)，胸廓擴(kuò)大，肺隨之?dāng)U張，肺容積增大，肺內(nèi)壓暫時(shí)下降并低于大氣壓，空氣就順此壓差而進(jìn)入肺，造成吸氣(inspiration)。反之，當(dāng)吸氣肌舒張和(或)呼氣肌收縮時(shí)，胸廓縮小，肺也隨之縮小，肺容積減小，肺內(nèi)壓暫時(shí)升高并高于大氣壓，肺內(nèi)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(kuò)大和縮小，稱為呼吸運(yùn)動(dòng)。呼吸運(yùn)動(dòng)是肺通氣的原動(dòng)力。

　　1.呼吸運(yùn)動(dòng) 引起呼吸運(yùn)動(dòng)的肌為呼吸肌。使胸廓擴(kuò)大產(chǎn)生吸氣動(dòng)作的肌肉為吸氣肌，主要有膈肌和肋間外肌;使胸廓縮小產(chǎn)生呼氣動(dòng)作的是呼氣肌，主要有肋間內(nèi)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(shí)才參與呼吸運(yùn)動(dòng)。

　　(1)吸氣運(yùn)動(dòng)：只有在吸氣肌收縮時(shí)，才會(huì)發(fā)生吸氣運(yùn)動(dòng)，所以吸氣總是主動(dòng)過(guò)程。膈形狀似鐘罩，靜止時(shí)向上隆起，位于胸腔和腹腔之間，構(gòu)成胸腔的底。膈肌收縮時(shí)，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(chǎn)生吸氣。膈下移的距離視其收縮強(qiáng)度而異，平靜吸氣時(shí)，下移約1-2cm，深吸氣時(shí)，下移可達(dá)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(jù)估計(jì)，平靜呼吸時(shí)因膈肌收縮而增加的胸腔容積相當(dāng)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(shí)，腹腔內(nèi)的器官因受壓迫而使腹壁突出，膈肌舒張是時(shí)，腹腔內(nèi)臟恢復(fù)原們畫面為膈肌舒縮引起的呼吸運(yùn)動(dòng)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(dòng)，所以當(dāng)肋間外肌收縮時(shí)，肋骨和胸骨都向上提，肋骨下緣還向外側(cè)偏轉(zhuǎn)，從而增大了胸腔的前后徑和左右徑，產(chǎn)生吸氣。肋間外肌收縮越強(qiáng)，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(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的呼吸運(yùn)動(dòng)，稱為胸式呼吸(thoracic breathing)。腹式呼吸和胸式呼吸常同時(shí)存在，其中某種型式可占優(yōu)勢(shì);只有在胸部或腹部活動(dòng)受到限制時(shí)，才可能單獨(dú)出現(xiàn)某一種型式的呼吸。

　　(2)呼氣運(yùn)動(dòng)：平靜呼氣時(shí)，呼氣運(yùn)動(dòng)不是由呼氣肌收縮所引起，而是因膈股長(zhǎng)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(fù)其吸氣開始前的位置，產(chǎn)生呼氣。所以平靜呼吸時(shí)，呼氣是被動(dòng)的。用力呼吸時(shí)，呼氣肌才參與收縮，使胸廓進(jìn)一步縮小，呼氣也有了主動(dòng)的成分。肋間內(nèi)肌走行方向與肋間外肌相反，收縮時(shí)使肋骨和胸骨下移，肋骨還向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，使胸腔前后、左右縮小，產(chǎn)生呼氣。腹壁肌的收縮，一方面壓迫腹腔器官，推動(dòng)膈上移，另一方面也牽拉下部的肋骨向下向內(nèi)移位，兩者都使胸腔容積縮小，協(xié)助產(chǎn)生呼氣。

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

　　2.肺內(nèi)壓 肺內(nèi)壓是指肺泡內(nèi)的壓力。在呼吸暫停、聲帶開放、呼吸道暢通時(shí)，肺內(nèi)壓與大氣壓相等。吸氣之初，肺容積增大，肺內(nèi)壓暫進(jìn)下降，代于大氣壓，空氣在此壓差推動(dòng)下進(jìn)入肺泡，隨著肺內(nèi)氣體逐漸增加，肺內(nèi)壓也逐漸升高，至吸氣末，肺內(nèi)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(nèi)壓暫時(shí)升高并超過(guò)大氣壓，肺內(nèi)氣體便流出肺，使肺內(nèi)氣體逐漸減少，肺內(nèi)壓逐漸下降，至呼氣末，肺內(nèi)壓又降到和大氣壓相等。

　　呼吸過(guò)程中肺內(nèi)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(nèi)壓變化較小;若呼吸較快，呼吸道不夠通暢，則肺內(nèi)壓變化較大。平靜呼吸時(shí)，呼吸緩和，肺容積的變化也較小，吸氣時(shí)，肺內(nèi)壓較大氣壓約低0.133-0.266kPa(1-2mmHg)，即肺內(nèi)壓為-0.266—-0.133kPa(-2—-1mmHg);呼氣時(shí)較大氣壓約高0.133-0.266kPa(1-2mmHg)。用力呼吸時(shí)，呼吸深快，肺內(nèi)壓變化的程度增大。當(dāng)呼吸道不夠通暢時(shí)，肺內(nèi)壓的升降將更大。例如緊閉聲門，盡力作呼吸動(dòng)作，吸氣時(shí)，肺內(nèi)壓可為-13.3——-3.99kPa(-100—-30mmHg)，呼氣時(shí)可達(dá)7.89-18.62kPa(60-140mmHg)。

　　由此可見(jiàn)，在呼吸過(guò)程中正是由于肺內(nèi)壓的周期性交替升降，造成肺內(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差，這一壓力差成為推動(dòng)氣體進(jìn)出肺的直接動(dòng)力。一旦呼吸停止，便可根據(jù)這一原理，用人為的方法造成肺內(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差來(lái)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(jī)進(jìn)入正壓通氣;簡(jiǎn)便易行的口對(duì)口的人工呼吸;節(jié)律地舉臂壓背或擠壓胸廓等。但在旅行人工呼吸時(shí)，首先要保持呼吸道暢通，否則，對(duì)肺通氣而言，操作將是無(wú)效的。

　　3.胸膜腔和胸膜腔內(nèi)壓 如上所述，在呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨胸腔廓的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。肺為何能隨胸廓而運(yùn)動(dòng)呢?這是因?yàn)樵诜魏托乩�之間存在一密閉的胸膜腔和肺本身有可擴(kuò)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(nèi)壁的壁層。兩層胸膜形成一個(gè)密閉的潛在的腔隙，為胸膜腔。胸膜腔內(nèi)僅有少量漿液，沒(méi)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(rùn)滑作用。因?yàn)闈{液的粘滯性很低，所以在呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩層胸膜可以互相滑動(dòng)，減小磨擦。二是漿液分子的內(nèi)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(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。因此，胸膜腔的密閉性和兩層胸膜間漿液分子的內(nèi)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(jìn)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(shí)，盡管呼吸運(yùn)動(dòng)仍在進(jìn)行，肺卻減小或失去了隨胸廓運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的能力，其程度視氣胸的程度和類型而異。顯然，氣胸時(shí)，肺的通氣功能受到妨害，嚴(yán)重者，應(yīng)緊急處理。

　　胸膜腔內(nèi)的壓力為胸膜腔內(nèi)壓(intrapleural pressure)，可用兩種方法進(jìn)行測(cè)定。一種是直接法，將與檢壓計(jì)相連接的注射針頭斜刺入胸膜腔內(nèi)，檢壓計(jì)的液而即可直接指示胸膜腔內(nèi)的壓力(圖5-2左)。直接法的缺點(diǎn)是有刺破胸膜臟層和肺的危險(xiǎn)。另一種方法是間接法，讓受試者吞下帶有薄壁氣囊的導(dǎo)管至下胸部的食管，由測(cè)量呼吸過(guò)程中食管內(nèi)壓變化來(lái)間接地指示胸膜腔內(nèi)壓變化。這是因?yàn)槭彻茉谛貎?nèi)介于肺和胸壁之間，食管壁薄而軟，在呼吸過(guò)程中兩者的變化值基本一致。故可以測(cè)食管內(nèi)壓力的變化以間接反映胸膜腔內(nèi)壓的變化。

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

　　胸膜腔內(nèi)壓為何是負(fù)壓?從分析作用于胸膜腔的力來(lái)說(shuō)明。有兩種力通過(guò)胸膜臟層作用于胸膜腔：一是肺內(nèi)壓，使肺泡擴(kuò)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(nèi)的壓力實(shí)際上是這兩種方向相反的力的代數(shù)和，即：

　　胸膜愛(ài)內(nèi)壓=肺內(nèi)壓-肺彈性回縮力

　　在吸氣末和呼氣末，肺內(nèi)壓等于大氣壓，因而

　　胸膜腔內(nèi)壓=大氣壓-肺彈性回縮力

　　若以1個(gè)大氣壓為0位標(biāo)準(zhǔn)，則

　　胸膜腔內(nèi)壓= -肺彈性回縮力

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

　　綜上所述，可將肺通氣的動(dòng)力概括如下：呼吸肌的舒縮是肺通氣的原動(dòng)力，它引起胸廓的張縮，由于胸膜腔和肺的結(jié)構(gòu)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(nèi)壓和大氣壓之間的壓力差，此壓力差直接推動(dòng)氣體進(jìn)出肺。