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生理学/气体交换原理
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{{Hierarchy header}} === (一)气体的扩散=== 气体[[分子]]不停地进行着无定向的运动,其结果是气体分子从分压高处向分压低处发生净转移,这一过程称为气体扩散,于是各处气体分压趋于相等。机体内的[[气体交换]]就是以扩散方式进行的。单位时间内氧化扩散的容积为气体扩散速率(diffusion rate,D),它受下列因素的影响。 1.气体的分压差 在混合气体中,每种气体分子运动所产生的压力为各该气体的分压,它不受其它气体或其分压存在的影响,在温度恒定时,每一气体的分压只决定于它自身的浓度。混合气的总压力等于各气体分压之和。 气体分压可按下式计算: 气体分压=总压力×该气体的容积百分比 两个区域之间的分压差(△P)是气体扩散的动力,分压差大,扩散快。 2.气体的[[分子量]]和溶解度质量轻的气体扩散较快。在相同条件下,各气体扩散速率和各气体分子量(MW)的平方根成反比。溶解度(S)是单位分压下溶解于单位容积的溶液中的气体的量。一般以1个大气压,38℃时,100ml液体中溶解的气体的ml数来表示。溶解度与分子量平方根之比(S/***)为[[扩散系数]](diffusion coefficient),取决于气体分子本身的特性。CO<sub>2</sub>的扩散系数是O<sub>2</sub>的20倍,主要是因为CO<sub>2</sub>在[[血浆]]中的溶解度(51.5)约为O<sub>2</sub>的(2.14)24倍的缘故,虽然CO<sub>2</sub>的分子量(44)略大于O<sub>2</sub>的(32)。 3.扩散面积和距离扩散面积越大,所扩散的分子总数也越大,所以气体扩散速率与扩散面积(A)成正比。分子扩散的距离越大,扩散经全程所需的时间越长,因此,扩散速率与扩散距离(d)成反比。 4.温度 扩散速率与温度(T)成正比。在人体,[[体温]]相对恒定,温度因素可忽略不计。综上所述,气体扩散速率与上述诸因素的关系是: {{图片|gmd4sdr7.gif|}} === (二)呼吸气和人体不同部位气体的分压=== 既然气体交换的动力是分压差,则有必要首先了解进行气体交换各有关部位的气体组成和分压。 1.呼吸气和[[肺泡气]]的成分和分压 人体吸入的气体是空气。空气的主要成分是O<sub>2</sub>、CO<sub>2</sub>和N<sub>2</sub>,具有[[生理]]意义的是O<sub>2</sub>、和CO<sub>2</sub>。空气中各气体的容各百分比一般不因地域不同而异,但分压却因总大气压的变动而改变。高原大气压降低,各气体的分压也低。吸入的空气在[[呼吸道]]内被水蒸气所[[饱和]],所在呼吸道内吸入气的成分已不同于大气,因此各成分的分压也发生相应的改变。 从肺内呼出的气体为呼出气,它来自两部分:无效腔的吸入气和来[[肺泡]]的肺泡气,是这两部分气体混合。 上述各部分气体的成分和分压如表5-2所示。 2.[[血液]]气体和组织气体的分压(张力)液体中的气体分压称为气体的张力(P),其数值与分压的相同。表5-3示血液和组织中的PO<sub>2</sub>和PCO<sub>2</sub>。不同组织的PO<sub>2</sub>和PCO<sub>2</sub>不同,同一组织的PO<sub>2</sub>和PCO<sub>2</sub>还受组织活动和水平的影响,表中值仅是安静状态下的大致估计值。 表5-2 海平面各气体的容积百分比ml%和分压kPa(mmHg) {| class="wikitable" |- | | | | 大 气<br /> 容积百分比 | | 分压 | | 吸 入 气<br /> 容积百分比 | | 分压 | | 呼 出 气<br /> 容积百分比 | | 分压 | | 肺泡气<br /> 容积百分比 | | 分压 |- | | O<sub>2</sub> | | 20.84 | | 21.15 | | 19.67 | | 19.86 | | 15.7 | | 15.96 | | 13.6 | | 13.83 |- | | | | | | (159.0) | | | | (149.3) | | | | (120.0) | | | | (104.0) |- | | CO<sub>2</sub> | | 0.04 | | 0.04 | | 0.04 | | 0.04 | | 3.6 | | 3.59 | | 5.3 | | 5.32 |- | | | | | | (0.3) | | | | (0.3) | | | | (27.0) | | | | (40.0) |- | | N<sub>2</sub> | | 78.62 | | 79.40 | | 74.09 | | 74.93 | | 74.5 | | 75.28 | | 74.9 | | 75.68 |- | | | | | | (597.0) | | | | (563.4) | | | | (566) | | | | (569) |- | | H<sub>2</sub>O | | 0.50 | | 0.49 | | 6.20 | | 6.25 | | 6.20 | | 6.25 | | 6.20 | | 6.25 |- | | | | | | (3.7) | | | | (47) | | | | (47) | | | | (47) |- | | 合计 | | 100.0 | | 101.08 | | 100.0 | | 101.08 | | 100 | | 101.08 | | 100 | | 101.08 |- | | | | | | (760) | | | | (760) | | | | (760) | | | | (760) |} N<sub>2</sub>在[[呼吸]]过程中并无增减,只是因O<sub>2</sub>和CO<sub>2</sub>百分比的改变,使N<sub>2</sub>的百分比发生相对改变 表5-3 血液和组织中气体的分压kPa(mmHg) {| class="wikitable" |- | | | | [[动脉血]] | | 混合[[静脉血]] | | 组织 |- | | PO<sub>2</sub> | | 12.9-13.3 | | 5.32 | | 4 |- | | | | (97-100) | | (40) | | (30) |- | | PCO<sub>2</sub> | | 5.32 | | 6.12 | | 6.65 |- | | | | (40) | | (46) | | (50) |} {{Hierarchy footer}} {{生理学图书专题}}
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