呼吸运动与肺的通气

机体与外界之间的气体交换过程称为呼吸。胸腔有节律地扩大与缩小称为呼吸运动。胸腔扩大时肺容积扩大，空气被吸入肺内，称为吸气动作。胸腔缩小时肺容积缩小，肺内部分气体被驱出，称为呼气动作。呼吸运动是由胸、腹部诸多肌肉的收缩与舒张引起的。

一、呼吸运动与呼吸肌

1．肋骨运动与膈肌运动　呼吸运动包括肋骨运动与膈肌运动。

（1）肋骨运动：肋骨之间有肋间肌，肋间肌分为肋间外肌和肋间内肌。肋间外肌与肋间内肌的走行方向相交叉。肋间肌受肋间神经支配。肋间外肌收缩时，使胸腔前后、左右径扩大。肋间内肌收缩时，使胸腔前后、左右径缩小。因此，肋骨运动直接改变胸腔的前后、左右径。

图1－3 胸膜与血管、神经
1．膈神经；2．颈内静脉；3．锁骨；4．左迷走神经；5．喉返神经；6．左肺动脉；7．左主支气管；8．左肺静脉；9．膈神经，心包膈动、静脉；10．纵隔胸膜；11．胸膜下脂肪体；12．肋胸膜；13．肋膈隐窝；14．臂丛；15．第1肋；16．锁骨下动、静脉；17．食管；18．胸导管；19．副半奇静脉；20．胸主动脉、主动脉丛；21．肋间动脉、静脉、神经；22．胸交感神经节、胸交感干；23．半奇静脉；24．内脏大神经；25．肺韧带；26．膈胸膜

（2）膈：为胸腔与腹腔的间隔，由周围肌腹及中心腱构成。膈两侧向上隆凸形成两个穹窿。膈肌受膈神经支配。膈肌轻度收缩时中心腱移动不大，两侧穹窿明显下降。收缩增强时，中心腱明显下降。膈肌收缩使胸腔上下径增大，膈肌松弛时，由于腹内压的作用使膈向上回位。

2．吸气动作与呼气动作　平静吸气时，由主要吸气肌，即膈肌与肋间外肌收缩而实现，是一个主动过程。平静呼气时一般呼气肌不收缩；只是吸气肌（膈肌和肋间外肌）松弛，肋骨由于重力作用而下降；膈肌由于腹内压的作用被向上推而回位，使胸腔缩小，肺内部分气体被呼出。

用力呼吸时与平和呼吸不同，吸气时除肋间外肌和膈肌收缩比平和吸气加强外，其他辅助吸气肌，如胸锁乳突肌、胸大肌等也参加收缩以加强吸气动作；用力呼气时腹壁肌、肋间内肌都参加收缩以加强呼气动作。

以肋骨活动为主的呼吸动作称为胸式呼吸；以膈肌活动为主的呼吸动作称为腹式呼吸。

二、呼吸时肺内压的变化

由于呼吸运动形成肺内与大气之间有压力差，所以气体才能克服呼吸道阻力出入肺脏。平和吸气开始时，胸腔扩大、肺容积随之扩大，肺内压下降，肺内压低于大气压，气体进入肺内；吸气之末肺内压与大气压之间达到暂时平衡，气体停止流动；呼气开始时由于胸廓缩小，肺随着缩小，肺内压上升，高于大气压，于是部分肺内气体被呼出。

肺内压的变化幅度受呼吸肌收缩的速度和强度的影响，同时也受呼吸道阻力的影响。呼吸道的阻力增大时，肺内压的变化幅度也必须增加，气体才能克服阻力出入于肺。呼吸道的阻力与呼吸道半径的四次方成反比。当某些肺部疾病引起支气管黏膜水肿、分泌物淤积、支气管平滑肌痉挛时，支气管口径缩小，阻力增加。呼吸肌的收缩必须加强，才能克服呼吸道的阻力，保持正常的通气量。

三、胸腔负压及其生理意义

胸膜腔即在胸膜脏层和胸膜壁层之间的一个封闭的浆膜囊腔隙，左右胸膜腔互不相通。胸膜腔内的压力简称为胸内压。

胸膜壁层的表面受到胸廓上的骨骼和肌肉的支持，作用于胸壁的大气压影响不到胸膜腔。在胸膜脏层的表面，却受到两种相反力量的影响。大气压通过肺泡压向胸膜脏层，使胸膜腔承受一个大气压。如果肺组织不具有回缩压，胸内压就等于肺内压，也即等于大气压。但是不论在吸气或呼气时肺都处于扩张状态，也就总是具有一定的回缩压，这种回缩压的作用方向与肺内压（大气压）作用方向相反，抵消了一部分大气压，使胸膜腔承受的压力小于大气压。肺的回缩压越大，胸膜腔负压越大，反之亦然。因此随着每次呼吸运动，胸内压也发生波动。平和吸气之末，胸内压为－5～－10mmHg；平和呼气之末，胸内压为－3～－5mmHg。用力呼吸时胸内压波动也随之增大。胸膜腔内负压的存在，使肺经常保持一定的扩张状态，使肺泡不论在吸气还是呼气时都不塌陷，对肺的通气和气体交换具有重要的生理意义。

正常人的胸膜腔是密闭的。如果胸壁因外伤穿孔或某些肺的疾病使胸膜脏层破裂，造成胸膜腔与大气相通，空气进入胸膜腔形成气胸，此时肺因失去回缩力而萎陷，丧失气体交换的能力，应迅速进行抢救。

四、肺容积、肺容量和肺的通气功能

1．肺容积与肺容量　肺容积指肺内气体的容积。肺容积可分为潮气量、补吸气量、补呼气量、残气量。

（1）潮气量：为平静呼吸时每次吸入或呼出的气体量，一般成年人平均约为500ml。

（2）补吸气量：即在平静吸气末再尽力吸入的最大气量，一般成年人约为2 000ml。

（3）补呼气量：系指平静呼气之末再尽最大力量呼出之气量，一般成年人约为900ml。以上三者的总和即肺活量。也就是在一次最大的吸气后，再尽最大力量呼气时所能呼出的气体量。

（4）残气量：即在尽最大努力呼气之后，肺内尚遗留的不能呼出的气体量，平均约1 000ml。

潮气量、补吸气量、补呼气量、残气量加在一起就等于肺总量。肺容量指肺容积中两项或两项以上的联合气体量，包括深吸气量、功能残气量、肺活量和肺总量。深吸气量是从平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气体量，即潮气量与补吸气量之和，是衡量最大通气潜力的指标。在平静呼气之后存留在肺中的气体量为功能残气量，亦即残气量加上补呼气量。功能残气具有缓冲肺泡气压的大幅度变化，并防止呼气末期肺泡陷闭的作用。

2．肺的通气功能　肺活量表明人的一次呼吸的最大通气能力。一般成年男子的肺活量为3 500～4 500ml；女子为2 500～3 500ml。肺活量的大小与身高、体重、胸围有关，并受健康状况的影响。

肺的通气率的大小常用每分通气量衡量。每分通气量等于潮气量与呼吸频率的乘积。成年人安静时潮气量约为500ml，呼吸频率约为16／min，每分通气量约8L。运动或劳动时，潮气量和呼吸频率均大大增加。成年男子最大通气量可达100～110L／min，女子可达80L／min。最大通气量反映单位时间内肺和外界的最大通气能力。

每次吸入的空气不能全部进入肺泡，有一部分停留在鼻、咽、喉、气管、支气管等呼吸道内，这些未进入肺泡的气体不能与血液进行气体交换。不能进行气体交换的呼吸道管腔称为解剖无效腔或死区。一般承认的解剖无效腔容积约为150ml。计算肺泡通气量或称有效通气量时，应以潮气量减去解剖无效腔气量，然后再乘以呼吸频率，即肺泡通气量＝（潮气量－死区气量）×呼吸频率。呼吸频率和潮气量都是直接影响肺泡通气量的因素。但潮气量的大小对肺泡通气量更为重要。浅而快的呼吸将使肺泡通气量大为减少。从气体交换的效率来看，浅而快的呼吸较深而慢的呼吸效率低。

除解剖无效腔外，某些肺泡毛细血管暂时没有血液流过，吸进这些肺泡内的气体也不能与血液进行气体交换。这种肺泡称作功能无效腔。解剖无效腔加上功能无效腔称为总无效腔。正常人在安静时，总无效腔与解剖无效腔大小没有差别，但患有某些疾病的患者功能无效腔显著增大，即使在肺泡通气率正常的情况下，仍然可能出现换气不足和血氧饱和度下降的症状。