第二节 气体交换和运输
一, 气体交换
(一 )气体交换原理
? 1.分压和分压差的概念
? 分压,在混合气体的总压力中，某种气
体所占有的压力。
PO2=760*20.94%=159mmHg
PCO2=760*O.04%=0.3mmHg
?气体的张力,当气体与液体表面接触时，由
于气体分子的运动而溶解于液体内，液体中
气体分子也能从液体逸出，这种溶于液体内
的气体分子逸出的力。
?气体的扩散或弥散,气体从高分压向低分压
流动的现象
?气体的分压差,某一气体高分压与低分压之
差
2.人体不同部位氧和二氧化碳的分压
? 3.气体扩散的速率
单位时间内气体扩散的容积 。
4.气体的肺扩散容量
在 lmmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸
膜扩散气体的量 。安静时约为 20-
33ml/min.mmHg。
(二 )肺换气和组织换气
换气动力,分压差
换气方向,
分压高 → 分压低
换气结果,
肺静脉血 → 动脉血
组织动脉 → 静脉血
肺
换
气
组
织
换
气 下一页
肺
换
气
过
程
下一页
组
织
换
气
过
程
下一页
(三 )影响换气的因素
? 1.气体的分子量和溶解度
O2,CO2扩散速率（ D）的比较
分子量 血浆溶解度 肺泡气 动脉血 静脉血 D
O2 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1
CO2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2
综合考虑气体的分子量、溶解度以及分压差,CO2
实际的扩散速度约为 O2的 2倍。
2.呼吸膜
? 正常呼吸膜非常薄，
平均厚度不到 1μm,
通透性与面积极大
(70-100m2)。
? 安静状态时仅有 40m2
参与气体交换
? 故呼吸膜有相当大的
贮备面积
3.通气 /血流比值
? 指每分钟肺泡通气量 (VA)和每分钟肺毛细血管血流
量 (Qc)之比值, 简写为 VA/Qc。
安静时,VA/Qc比值 (4200/5000)=0.84。
小于 0.84,意味着通气不足；
大于 0.84,意味着通气过剩, 血流不足 。
4.局部器官血流量
二、气体运输
运输形式,
物理溶解,气体直接溶解于血浆中
特征, ① 量小,起桥梁作用
②溶解量与分压呈正比
化学结合,气体与某些物质进行化学结合。
特征,量大,主要运输形式。
物理溶解 动态平衡 化学结合
(一 )氧运输
物理溶解,(1.5%)
化学结合,(98.5%)
? Hb的氧容量,每 100ml血液中 Hb与 O2结合的最大量
(约 19-20m1)
? Hb的氧含量,每 lOOml血液中 Hb实际与 O2结合的量
? Hb的氧饱和度,Hb的氧含量所占 Hb的氧容量的百
分比
? l.Hb与 O2结合
2.氧离曲线
? 表示 PO2与 Hb结合
O2量关系或 PO2与
氧饱和度关系的
曲线 。
? 氧离曲线反映了
Hb与 O2的结合量是
随 PO2的高低而变
化, 这条曲线呈
,S”。
? 原因,1分子 Hb含有 4个 Fe++，
4个 Fe++在与 O2的结合过程中
并非同时结合 O2,而是逐一按
四步进行, 且相互间有协同
效应, 即 l个 Fe++与 O2结合后,
由于 Hb变构效应, 其他 Fe++更
易与 O2结合 。 反之, 若 HbO2中
的 l个 O2释放出来, 其他几个
O2也更易放出 。
?当 Hb的氧饱和度为 75%时，每分子 Hb中已有 3个 Fe++结合了 O2，
这时所剩下的 l个 Fe++与 O2的亲和力增加了 125倍，故氧结合作
用越加明显；若饱和度在 75%以下，说明氧结合的 Fe++不足 3个，
亲和力无明显提高，相反氧解离作用越加明显。因此，氧离曲
线呈现特殊的, S”形。
? 上段,PO2在 60-lOOmmHg
时, 曲线坡度不大, 形
式平坦, 即使 PO2 从
1OOmmHg降至 8OmmHg时,
血氧饱和度仅从 98%降
至 96%。
① 高原 (2.0KM 的 低 气
压 ),PO2↓ 明显而 Hb结合
O2量变化不大；
② 轻度呼衰病人肺泡气
PO2↓ 明显而 Hb结合 O2量
变化不大 。
? 对高原适应或有轻度呼
吸机能不全的人均有好
处 。
下段 上段
有利人体的肺换气。
下段,
? PO2在 6OmmHg以下时，
曲线逐渐变陡，意味
着 PO2下降，使血氧饱
和度明显下降。
? PO2为 40-lOmmHg时，
曲线更陡，此时 PO2稍
有下降，血氧饱和度
就大幅度下降。释放
出大量的 O2保证组织
换气。
? 对人体的组织换气大
为有利。
下段 上段
影响因素,
PCO2↑, pH↓,体温 ↑,红
细胞中糖酵解产物 2,3-
DPG(2,3-二磷酸甘油酸 )↑,
氧离曲线右移,从而使血液
释放出更多的 O2。
CO2↓, pH值 ↑,体温 ↓ 和
2,3-DPG的 ↓,使 Hb对 O2的
亲和力提高,氧离曲线左移,
从而使血液结合更多的 O2。
? 3.氧储备
在正常情况下,O2除维持体内的代谢消耗外，还储
存在体内一小部分待用，储存在血液和肺中的 O2约
有 1300-2300ml，储存在肌红蛋白中的 O2约有 240-
500ml。
? 4.氧利用率
? 安静时,氧利用率为 [(20-15)/20]*100%=25%
? 剧烈活动时,肌肉的氧利用率可达
(13/20)*100%=65%
5.氧脉搏
? 概念,心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，
称为氧脉搏，可以用每分摄氧量除以每分心率
计算。
? 意义,氧脉搏越高，说明心肺功能好、效率高。
据研究，氧脉搏在心率为 130-140次 /分时，
最高值为 11-17ml，心率过快时则有下降趋势。
但目前也有运动员在从事剧烈活动时，氧脉搏
值可高达 23ml。氧脉搏可作为判定心肺功能
的综合指标。
(二 )二氧化碳运输
? 物理溶解,6％
? 化学结合,94％
碳酸氢盐的形式 (NaHCO3,KHCO3):87%
氨基甲酸血红蛋白的形式 (HbNHCOOH):7%
1.碳酸氢盐形式的运输 占 87%
? CO2＋ H2O
① 反应速极快且可逆，反应方向取决 PCO2差
② RBC膜上有 Cl-和 HCO3-特异转运载体
Cl-转移维持电平衡,促进 CO2化学结合的运输
③需酶催化,碳酸酐酶加速反应 0.5万倍,双向作用
④在 RBC内反应,在血浆内运输。
碳酸酐酶 H
2CO3 HCO3-＋ H+
2．氨基甲酸血红蛋白形式的运输 7%
? HbNH2+H++CO2
① 反应迅速且可逆，无需酶催化；
② CO2与 Hb的结合较为松散；
③反应方向主要受氧合作用的调节,
HbO2的酸性高,难与 CO2结合,反应向左进行
HHb的酸性低,易与 CO2结合,反应向右进行
④虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式,
因肺部排出的 CO2有 20％是此释放的。
⑤带满 O2的 Hb仍可带 CO2。
在组织
在肺脏 HHbNHCOOH＋ O2
(三 )呼吸与酸碱平衡
? 血液在运输 CO2过程中，形成了 H2CO3与 NaHCO3，二者是血
液中的重要缓冲物质，通常 H2CO3/NaHCO3的比值为 1/20。
? 当代谢产物中有大量酸性物质时，它们与 HCO3作用，生
成 H2CO3，后者分解为 CO2和 H2O，使血中 PCO2上升，导致
呼吸运动加强,CO2排出量增加，因而血浆中 pH值的变化
不大；
? 当体内碱性物质增多时，与 H2CO3作用使血中 NaHCO3等盐
浓度的增高，于是 H2CO3浓度和 PCO2降低，导致呼吸减弱，
呼吸的减弱又使 H2CO3浓度逐渐回升，维持了其与 NaHCO3
的正常比值，因此对血浆 PH值的影响也较小。
?返回
一, 气体交换
(一 )气体交换原理
? 1.分压和分压差的概念
? 分压,在混合气体的总压力中，某种气
体所占有的压力。
PO2=760*20.94%=159mmHg
PCO2=760*O.04%=0.3mmHg
?气体的张力,当气体与液体表面接触时，由
于气体分子的运动而溶解于液体内，液体中
气体分子也能从液体逸出，这种溶于液体内
的气体分子逸出的力。
?气体的扩散或弥散,气体从高分压向低分压
流动的现象
?气体的分压差,某一气体高分压与低分压之
差
2.人体不同部位氧和二氧化碳的分压
? 3.气体扩散的速率
单位时间内气体扩散的容积 。
4.气体的肺扩散容量
在 lmmHg分压差作用下，每分钟通过呼吸
膜扩散气体的量 。安静时约为 20-
33ml/min.mmHg。
(二 )肺换气和组织换气
换气动力,分压差
换气方向,
分压高 → 分压低
换气结果,
肺静脉血 → 动脉血
组织动脉 → 静脉血
肺
换
气
组
织
换
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肺
换
气
过
程
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组
织
换
气
过
程
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(三 )影响换气的因素
? 1.气体的分子量和溶解度
O2,CO2扩散速率（ D）的比较
分子量 血浆溶解度 肺泡气 动脉血 静脉血 D
O2 32 21.4 13.9 13.3 5.3 1
CO2 44 515.0 5.3 5.3 6.1 2
综合考虑气体的分子量、溶解度以及分压差,CO2
实际的扩散速度约为 O2的 2倍。
2.呼吸膜
? 正常呼吸膜非常薄，
平均厚度不到 1μm,
通透性与面积极大
(70-100m2)。
? 安静状态时仅有 40m2
参与气体交换
? 故呼吸膜有相当大的
贮备面积
3.通气 /血流比值
? 指每分钟肺泡通气量 (VA)和每分钟肺毛细血管血流
量 (Qc)之比值, 简写为 VA/Qc。
安静时,VA/Qc比值 (4200/5000)=0.84。
小于 0.84,意味着通气不足；
大于 0.84,意味着通气过剩, 血流不足 。
4.局部器官血流量
二、气体运输
运输形式,
物理溶解,气体直接溶解于血浆中
特征, ① 量小,起桥梁作用
②溶解量与分压呈正比
化学结合,气体与某些物质进行化学结合。
特征,量大,主要运输形式。
物理溶解 动态平衡 化学结合
(一 )氧运输
物理溶解,(1.5%)
化学结合,(98.5%)
? Hb的氧容量,每 100ml血液中 Hb与 O2结合的最大量
(约 19-20m1)
? Hb的氧含量,每 lOOml血液中 Hb实际与 O2结合的量
? Hb的氧饱和度,Hb的氧含量所占 Hb的氧容量的百
分比
? l.Hb与 O2结合
2.氧离曲线
? 表示 PO2与 Hb结合
O2量关系或 PO2与
氧饱和度关系的
曲线 。
? 氧离曲线反映了
Hb与 O2的结合量是
随 PO2的高低而变
化, 这条曲线呈
,S”。
? 原因,1分子 Hb含有 4个 Fe++，
4个 Fe++在与 O2的结合过程中
并非同时结合 O2,而是逐一按
四步进行, 且相互间有协同
效应, 即 l个 Fe++与 O2结合后,
由于 Hb变构效应, 其他 Fe++更
易与 O2结合 。 反之, 若 HbO2中
的 l个 O2释放出来, 其他几个
O2也更易放出 。
?当 Hb的氧饱和度为 75%时，每分子 Hb中已有 3个 Fe++结合了 O2，
这时所剩下的 l个 Fe++与 O2的亲和力增加了 125倍，故氧结合作
用越加明显；若饱和度在 75%以下，说明氧结合的 Fe++不足 3个，
亲和力无明显提高，相反氧解离作用越加明显。因此，氧离曲
线呈现特殊的, S”形。
? 上段,PO2在 60-lOOmmHg
时, 曲线坡度不大, 形
式平坦, 即使 PO2 从
1OOmmHg降至 8OmmHg时,
血氧饱和度仅从 98%降
至 96%。
① 高原 (2.0KM 的 低 气
压 ),PO2↓ 明显而 Hb结合
O2量变化不大；
② 轻度呼衰病人肺泡气
PO2↓ 明显而 Hb结合 O2量
变化不大 。
? 对高原适应或有轻度呼
吸机能不全的人均有好
处 。
下段 上段
有利人体的肺换气。
下段,
? PO2在 6OmmHg以下时，
曲线逐渐变陡，意味
着 PO2下降，使血氧饱
和度明显下降。
? PO2为 40-lOmmHg时，
曲线更陡，此时 PO2稍
有下降，血氧饱和度
就大幅度下降。释放
出大量的 O2保证组织
换气。
? 对人体的组织换气大
为有利。
下段 上段
影响因素,
PCO2↑, pH↓,体温 ↑,红
细胞中糖酵解产物 2,3-
DPG(2,3-二磷酸甘油酸 )↑,
氧离曲线右移,从而使血液
释放出更多的 O2。
CO2↓, pH值 ↑,体温 ↓ 和
2,3-DPG的 ↓,使 Hb对 O2的
亲和力提高,氧离曲线左移,
从而使血液结合更多的 O2。
? 3.氧储备
在正常情况下,O2除维持体内的代谢消耗外，还储
存在体内一小部分待用，储存在血液和肺中的 O2约
有 1300-2300ml，储存在肌红蛋白中的 O2约有 240-
500ml。
? 4.氧利用率
? 安静时,氧利用率为 [(20-15)/20]*100%=25%
? 剧烈活动时,肌肉的氧利用率可达
(13/20)*100%=65%
5.氧脉搏
? 概念,心脏每次搏动输出的血量所摄取的氧量，
称为氧脉搏，可以用每分摄氧量除以每分心率
计算。
? 意义,氧脉搏越高，说明心肺功能好、效率高。
据研究，氧脉搏在心率为 130-140次 /分时，
最高值为 11-17ml，心率过快时则有下降趋势。
但目前也有运动员在从事剧烈活动时，氧脉搏
值可高达 23ml。氧脉搏可作为判定心肺功能
的综合指标。
(二 )二氧化碳运输
? 物理溶解,6％
? 化学结合,94％
碳酸氢盐的形式 (NaHCO3,KHCO3):87%
氨基甲酸血红蛋白的形式 (HbNHCOOH):7%
1.碳酸氢盐形式的运输 占 87%
? CO2＋ H2O
① 反应速极快且可逆，反应方向取决 PCO2差
② RBC膜上有 Cl-和 HCO3-特异转运载体
Cl-转移维持电平衡,促进 CO2化学结合的运输
③需酶催化,碳酸酐酶加速反应 0.5万倍,双向作用
④在 RBC内反应,在血浆内运输。
碳酸酐酶 H
2CO3 HCO3-＋ H+
2．氨基甲酸血红蛋白形式的运输 7%
? HbNH2+H++CO2
① 反应迅速且可逆，无需酶催化；
② CO2与 Hb的结合较为松散；
③反应方向主要受氧合作用的调节,
HbO2的酸性高,难与 CO2结合,反应向左进行
HHb的酸性低,易与 CO2结合,反应向右进行
④虽不是主要运输形式,却是高效率运输形式,
因肺部排出的 CO2有 20％是此释放的。
⑤带满 O2的 Hb仍可带 CO2。
在组织
在肺脏 HHbNHCOOH＋ O2
(三 )呼吸与酸碱平衡
? 血液在运输 CO2过程中，形成了 H2CO3与 NaHCO3，二者是血
液中的重要缓冲物质，通常 H2CO3/NaHCO3的比值为 1/20。
? 当代谢产物中有大量酸性物质时，它们与 HCO3作用，生
成 H2CO3，后者分解为 CO2和 H2O，使血中 PCO2上升，导致
呼吸运动加强,CO2排出量增加，因而血浆中 pH值的变化
不大；
? 当体内碱性物质增多时，与 H2CO3作用使血中 NaHCO3等盐
浓度的增高，于是 H2CO3浓度和 PCO2降低，导致呼吸减弱，
呼吸的减弱又使 H2CO3浓度逐渐回升，维持了其与 NaHCO3
的正常比值，因此对血浆 PH值的影响也较小。
?返回
