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分压与扩散:是什么推动气体穿越

气体不需要泵——它们顺着压力梯度滑行。了解什么是分压、氧气与二氧化碳的梯度如何排列,以及决定每种气体扩散快慢的简单规则。

分压的含义

空气是多种气体的混合物,主要是氮气和氧气。每种气体都贡献了总压力中属于自己的那一份,这一份就是它的分压。想象一个拥挤的房间:墙壁受到的总推力来自所有人,但你可以单独问其中一群人贡献了多少推力。氧分压就是氧气在总压力中所占的那一片。

气体从高分压向低分压扩散。因此,只要知道肺泡内与流入血液中各自的氧分压,我们就知道氧气会朝哪个方向移动——而差距越大,移动得越快。动脉血中已测得的氧压记作PaO2,二氧化碳压记作PaCO2

梯度的排布

以下是氧气的流向,以近似压力(毫米汞柱,mmHg)表示。进入的空气富含氧;回流到肺的血液则缺氧。两者之间的梯度把氧气驱入血液。与此同时,二氧化碳走的是相反方向,从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—毛细血管膜两侧的近似分压梯度。数值为典型静息值,并非精确值。

扩散快慢由什么决定

  1. 表面积——开放、健康的肺泡越多,气体可穿越的位置就越多。肺气肿破坏表面积,从而减慢转运。
  2. 膜的厚度——增厚或瘢痕化的肺泡—毛细血管膜(如肺纤维化)会减慢每一个分子。
  3. 压力梯度——分压差越大,推力越强。吸入额外的氧气会提高肺泡内的数值,使梯度更陡。
  4. 气体的溶解度与分子大小——二氧化碳比氧气容易穿越得多,这就是为什么当膜受损时,氧气通常最先下降。

医生其实可以用一项名为DLCO(弥散能力)的检查来测量膜转运气体的好坏。DLCO 偏低提示交换表面受损或被破坏——例如肺纤维化或肺气肿——它是整个领域中最有用的线索之一。