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分壓與擴散:是什麼推動氣體穿越

氣體不需要泵——它們順著壓力梯度滑行。了解什麼是分壓、氧氣與二氧化碳的梯度如何排列,以及決定每種氣體擴散快慢的簡單規則。

分壓的含義

空氣是多種氣體的混合物,主要是氮氣和氧氣。每種氣體都貢獻了總壓力中屬於自己的那一份,這一份就是它的分壓。想像一個擁擠的房間:牆壁受到的總推力來自所有人,但你可以單獨問其中一群人貢獻了多少推力。氧分壓就是氧氣在總壓力中所佔的那一片。

氣體從高分壓向低分壓擴散。因此,只要知道肺泡內與流入血液中各自的氧分壓,我們就知道氧氣會朝哪個方向移動——而差距越大,移動得越快。動脈血中已測得的氧壓記作PaO2,二氧化碳壓記作PaCO2

梯度的排布

以下是氧氣的流向,以近似壓力(毫米汞柱,mmHg)表示。進入的空氣富含氧;回流到肺的血液則缺氧。兩者之間的梯度把氧氣驅入血液。與此同時,二氧化碳走的是相反方向,從缺氧的血液流向肺泡。

Oxygen (O2) — pushed INTO the blood:
  Inspired air (humidified)   PO2 ~150 mmHg
  Alveolar gas                PAO2 ~100 mmHg
  Blood arriving at alveolus  PO2  ~40 mmHg   <- oxygen-poor
  Gradient pushing O2 in:     ~100 - 40 = 60 mmHg
  Blood leaving alveolus      PaO2 ~100 mmHg  (now full)

Carbon dioxide (CO2) — pushed OUT of the blood:
  Blood arriving at alveolus  PCO2 ~46 mmHg
  Alveolar gas                PACO2 ~40 mmHg
  Gradient pushing CO2 out:   ~46 - 40 = 6 mmHg  (small but enough)

Why the small CO2 gradient still works:
  CO2 diffuses ~20x more easily than O2 (more soluble),
  so a tiny pressure difference moves plenty of gas.
肺泡—微血管膜兩側的近似分壓梯度。數值為典型靜息值,並非精確值。

擴散快慢由什麼決定

  1. 表面積——開放、健康的肺泡越多,氣體可穿越的位置就越多。肺氣腫破壞表面積,從而減慢轉運。
  2. 膜的厚度——增厚或瘢痕化的肺泡—微血管膜(如肺纖維化)會減慢每一個分子。
  3. 壓力梯度——分壓差越大,推力越強。吸入額外的氧氣會提高肺泡內的數值,使梯度更陡。
  4. 氣體的溶解度與分子大小——二氧化碳比氧氣容易穿越得多,這就是為什麼當膜受損時,氧氣通常最先下降。

醫生其實可以用一項名為DLCO(瀰散能力)的檢查來測量膜轉運氣體的好壞。DLCO 偏低提示交換表面受損或被破壞——例如肺纖維化或肺氣腫——它是整個領域中最有用的線索之一。