通气血流比例失调对肺内气体交换有什么影响？

人类机体从大气吸入的氧气，通过上呼吸道、肺泡、肺毛细血管、动脉血、全身毛细血管、细胞，最后到达细胞线粒体过程，氧分压呈阶梯式下降，如同几层连续瀑布下落一样，因此也称为氧瀑布或氧降阶梯 (oxygen cascade)。一旦O2到达肺泡。PO2即下降至约100mmHg，即下降了1/3。正常氧在肺泡和肺毛细血管血液之间的气交换取决于肺内气体与血流灌注的均匀分布以及正常的呼吸膜气体扩散屏障。

一、通气与血流比例

理想情况下，理想的气体交换应该要求吸入气体和相应的血液循环均匀地分布到每个肺泡，这样可以达到最理想的气体交换。但由于肺动脉至肺毛细血管分支的级数比支气管分支更多，胸腔内压受重力的影响，健康人肺内的肺泡通气和肺泡毛细血管内的血流也存在分布的不均匀。在一些疾病情况下，如慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者出现Ⅰ型呼吸衰竭的常见病因并非肺泡通气不足或气体扩散功能障碍，而是由于肺泡通气和血流分布严重不均所致。

 · 1.1 肺内正常气体的分布· 

由于肺脏的重力关系，胸膜腔的压力存在区域性差异，胸腔内压从肺尖到肺底递增（在肺尖部胸腔内压力低，在肺底肺脏弹性回缩力向上，而肺重力向下，二者作用的方向相反，因而胸腔内压力高）。正常人呼气至残气量时，肺尖胸腔内压

为 −2.20cmH2O,肺底部胸腔为+4.30cmH2O。

故肺尖的气道张开，而肺底的气道仍闭合。在残气量位置吸气时，气体先进入肺尖，到功能残气位时，肺尖部胸腔内压为−8.50cmH2O，肺底部胸腔内压从正压降至 −1.50cmH2O, 气道开始打开。此时气体进入肺底部。吸气至肺总量时，则气体在肺内的分布较为一致。肺脏的充气量，开始以肺尖部最大，达到一定量后，不再增加，肺下部则继续增加，超过肺尖部。故肺的通气存在区域的差异，肺泡通气量以肺下区最大，肺中区和肺上次之。 当仰卧位时，肺尖部与肺底部的通气量相同，此时，肺下垂部比肺的上部通气量大。在肺部疾病情况下，肺部的通气不均可以进一步地加重，甚至影响正常的换气功能。引起肺通气不均常见的病理生理原因有气流阻力和肺顺应性的不均匀性。气道阻塞常引起气流阻力的不均，如支气管哮喘(bronchial asthma)、慢性阻塞性肺疾病及各种原因引起的支气狭窄或阻塞等，肺顺应性不均匀常见于肺纤维化、肺气肿、肺淤血、胸腔积液等。

 · 1.2 肺内正常血流的分布· 

肺循环具有低压、低阻的特点，肺内的血流容易受重力、血压、胸腔内压和肺泡内压等因素的影响而分布不均匀，其不均匀性的程度超过通气的不均匀性。在立位时受重力影响，肺尖部血流最少，自上而下递增，底部血流最多。肺上、中、下区的血流分别为0.60L/min、2.00L/min和3.40L/min。在呼吸周期中，胸腔内压和肺泡内压也会因改变血管的管径而改变血流量，影响肺血流的分布。在平静呼吸时，平均肺泡内压为零(与大气压相等)，吸气时降至−1.00cmH2O,呼气时增加至1.00cmH2O。当深呼吸时这种变化更为明显。当肺泡内压超过肺毛细血管压时，毛细血管内的血流明显减少（肺尖较为明显）。

 · 1.3 通气血流比的协调· 

在静息情况下，健康成人的氧耗量为250ml/min、二氧化碳产生量为200ml/min，4000m/min的肺泡通气可以刚好使5000ml的混合静脉血动脉化。即为最佳通气和血流比例。如果血流量不变，通气增加，将使PCO2低于正常值。若保持肺通气不变，肺血流量减少，PO2将降低。所以，最适宜的气体交换是肺的通气和血流保持适合的比例，正常肺通气和血流总量分别为4L/min和5L/min，即0. 80。虽然肺脏不同的区域通气和血流存在不均，但只要两者的比例保持在0. 80左右就能维持最适宜的换气功能。流经肺泡的静脉血可得到充分的动脉化。静脉血PO2

原为40mmHg，PCO2为46mmHg，经换气后动脉血PO2升至100mmHg,PCO2降为40mmHg。

 · 1.4 不同区域V/Q的差异性· 

机体对通气和血流比例有自动的调节的能力。如肺泡通气量不足，肺泡气的PO2下降或PCO2升高，灌注该部位肺泡的肺小动脉就收缩，减少相应的血流量；相反，当血流量减少时，相应部位的细支气管则发生痉挛，减少通气量以维持适当的通气血流比例。尽管机体有调节功能，但健康人肺脏各区域的通气、血流量和V/Q比值仍有较大的差异。由于通气和血流量都有自肺尖向肺底增加的规律，但血流量的增加大于通气，故VQ比值自肺尖向肺底锐减,人体在立位时,肺上、中、下区的V/Q比值分别为1. 70、0. 90和0. 68。

二、通气-血流不匹配

V/Q失调在生理情况下存在，但程度较轻。在呼吸系统疾病或与呼吸系统有关的疾病存在的情况下，V/Q失调加重。V/Q失调的实质是气体和血流分布不均，它包括两种基本情况，一是V/Q比例增加，局部血流量绝对或相对减少。通气量绝对或相对增加，形成无效腔样通气，极端情况是血流不存在，导致生理无效腔增加；二是V/Q比例降低，局部通气量相对或绝对减少，血流决对或相对增加，导致分流样效应，极端悄况是肺泡无通气量，导致静动脉分流。

 · 2.1 V/Q升高 · 

V/Q比值大于0. 80此时若肺通气正常而血流量减少，肺泡的气体则不能充分与血液接触，得不到气体交换，形成无效通气，即“无效腔效应”或“肺泡无效腔”。

 · 2.2 V/Q降低 · 

V/Q比值小于0. 80，即肺血流正常，而肺泡通气不足，静脉血在肺泡不能完全动脉化，称为静脉血掺杂或称“静-动脉分流”“右-左分流”。在生理情况下发生的静-动脉分流(生理分流)。

 · 2.3 V/Q比值失调后对通气的影响· 

V/Q比值的失调主要影响氧合(oxygen vision)作用，造成低氧血症，而对二氧化碳的交换影响不大。其原因是：①正常动脉与静脉的氧分压差远大于二氧化碳分压差。前者为60mmHg,后者仅为6mmHg,两者相差10倍。在静脉分流时，静脉血进入动脉后，氧分压的下降远超过二氧化碳分压的升高。②当发生V/Q比值的失调时，机体的调节作用会增加通气量。但通气量的增加主要限于正常或 V/Q比值增加的肺泡区域，而V/Q比值减少的肺泡区域，因为通气受阻增加通气较少。

 · 参考文献 · 

[1]West呼吸生理学精要：第10版/(美)约翰·韦斯特(John B. West)，(美)安德鲁·卢克斯（Andrew M Luks）原著；詹庆元主译。一北京；北京大学医学出版社，2017. 11 书名原文:West’s Respiratory Physiology:The Essentials ISBN 978-7-5659-1692-2

[2]实用血气分析及酸碱紊乱治疗学/钱桂生，任成山，徐剑钺主编.一郑州：郑州大学出版社，2014. 10 ISBN978−7−5645−1762−5

[3]临床呼吸生理学/朱蕾等主编.一北京：人民卫生出版社，2008.1 ISBN978−7−117−09629−4

[4]Wilson TA, Beck KC. Contributions of ventilation and perfusion inhomogeneities to the VA/Q distribution. J Appl Physiol (1985).1992;72(6):2298 -2304.doi:10.1152/jappl.1992.72.6.2298