气体交换原理：O2和CO2的扩散驱动力及影响因素

O2和CO2的交换都是以扩散的方式通过生物膜实现的。虽然气体分子不停地进行着无定向的运动，但总效应是气体分子从分压高处向分压低处扩散，这一过程称为气体扩散。因此气体交换的动力是气体的分压差。单位时间内气体扩散容积称为气体扩散速率（diffusion rate，D）。

（一）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称为各该气体的分压（partial pressure，P）。在一定条件下，某一气体的分压只决定于其自身在混合气体中的浓度，而与其他气体和相应分压无关。混合气体的总压力等于各组成气体的分压之和：

某气体分压=混合气体总压力×该气体的容积百分比

混合气体中各组成气体分子的扩散只与该气体的分压差有关，即从分压高处向分压低处扩散，而与总压力和其他气体的分压差无关。分压差越大，气体扩散速率越快。空气、肺泡气、血液、组织中各种气体分压如表8-2所示。

表8-2　海平面空气、肺泡气、血液和组织内O2和CO2的分压[单位：kPa（mmHg）]

由表8-2可见，空气、肺泡气、血液、组织内的PO2和PCO2各不相同，彼此之间存在着分压差，两个区域之间的分压差（ΔP）是气体扩散的动力，气体扩散的速率与压力差成正比。(www.xing528.com)

（二）气体的扩散速率

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，如果扩散发生在气相和液相之间，则扩散速率还与气体在溶液中的溶解度（S）成正比。溶解度是单位分压下溶解于单位容积的溶液中的气体的量。溶解度与气体相对分子量的平方根之比为扩散系数，它取决于气体分子本身的特性。虽然CO2的分子量（44）略大于O2的（32），但CO2的扩散系数是O2的20倍，因为CO2在血浆中的溶解度（51.5mL/100ml）远大于O2，是O2的（2.14ml/100ml）24倍。因此，上述两种因素综合结果是CO2扩散速率比O2的扩散速率大2倍。由于CO2比O2容易扩散，故临床上缺O2比CO2潴留更为常见，呼吸困难的患者常常先出现缺O2。

图8-5　气体交换示意图

数字代表气体分压，单位为kPa

此外，气体扩散速率还与扩散面积（A）和温度成正比，与扩散距离（d）成反比。

综上所述，气体扩散速率与上述诸因素的关系如下：