另一篇相關筆記: 肺泡內可供擴散氧分壓
在做高海拔疾病筆記時. 有一篇文獻(筆記 2011年HAI生理,危險因子.預防.治療)提到呼吸相關的生理. 這篇文獻內容太多. 不容易閱讀或即時查詢資料. 所以將文中與呼吸相關的介紹放在這篇筆記
重點整理
1. 大氣壓隨海拔降低. 但氧氣組成比例不變(21%)
2. 肺泡水蒸氣壓隨人體體溫改變. 不隨海拔改變, 體溫37度C的水蒸氣壓47mmHg
3. 吸氣時, 大氣(外界空氣)經過呼吸道加濕. 到達肺泡前尚未進行氣體交換的組成是: 水蒸氣 47 mmHg+ 大氣(氧氣 + 氮氣)(二氧化碳趨近於零). 經過氣體交換達成動態平衡之後. 一部分氧氣進入血中(二氧化碳/RQ). 同時血中二氧化碳會排出到肺泡內. 此時的氣體組成變成: 水蒸氣 47mmHg + 二氧化碳 40 mmHg + 大氣(氧氣149.73 +氮氣 563.27mmHg ). 肺泡氧分壓是指氣體交換動態平衡後的氧氣分壓.
4. 死腔內氣體會稀釋掉一部分外界氣體. 會降低抵達肺泡的氧氣分壓. 死腔約占正常肺潮氣容積的 25%~33%. 假設每次吸入500cc空氣. 到達肺泡的氣體約 150cc來自死腔. 約350cc來自外界空氣.
吸氣停止時, 死腔的氣體組成= 水蒸氣47 mmHg + 大氣(氧氣 149.73 mmHg +氮氣 563.27 mmHg )
呼氣停止時, 死腔的氣體組成= 肺泡氣體組成 水蒸氣47 mmHg + 二氧化碳40 mmHg + 氮氣 563.27 mmHg + 氧氣 50mmHg(149.73 減去二氧化碳/呼吸商 50 大約 100mmHg)
5. 心肺復甦術教學的資料. 我們每次呼吸並不會將氧氣耗盡. 通常吹出去的氣體有 17% 左右氧氣, 在海平面(一大氣壓760mmHg)換算成氧分壓大約 129 mmHg
呼吸道的水蒸氣壓
肺泡內的水蒸氣壓為何能維持在接近飽和. 主要是氣體從鼻腔. 氣管. 支氣管. 細支氣管通過時. 這些部位表面的黏膜會將空氣加濕到接近飽和狀態. 在聖母峰頂的肺泡水蒸氣壓. 與海平面肺泡內水蒸氣壓相同(約47 mmHg)
這一段是uptodate: High-altitude illness 的內容: 在海拔 8848 公尺處，氧合指數 (PIO2 )為 43.1 mmHg，相當於在海平面呼吸 6% 的氧氣。At 8848 m, PIO2 is 43.1 mmHg, equivalent to breathing 6 percent oxygen at sea level.
(一大氣壓760 mmHg * 6%=45.6 mmHg)
(聖母峰頂的氣壓會變動. 不同文獻提到的數值不完全相同)
(氧氣交換驅動力來自於肺泡和血中的氧氣分壓差)
註: 人體在海平面, 休息狀態的靜脈血氧分壓大約 30-40 mmHg, 靜脈血氧飽和度大約 60~70%, 中心靜脈的血氧濃度如果過低. 代表周邊組織處於缺氧狀態. 原因可能是周邊血液灌流不足(例如心衰竭), 或者相同血流但攜帶氧氣能力下降(例如貧血)等等.
** 治療內科重症患者可以做 CVP 的血氧分析, 以評估周邊組織是否處於嚴重缺氧狀態. 一般建議將 ScvpO2 維持 70%以上
大氣中的氧氣濃度在聖母峰頂和海平面相同. 大約 21%, 海平面大氣壓 760 mmHg. 海平面氧分壓 159 mmHg. 聖母峰頂的氣壓大約海平面的33%(約 253 mmHg). 因此氧分壓也降到海平面的33%(53 mmHg)
(筆記:大氣中的氧氣比例在超過100公里的高度才開始改變)
呼吸商是指每排出一單位的二氧化碳, 同時會有相當的氧氣從肺泡進入微血管, 肺泡氧分壓是指經過氣體交換達成動態平衡之後的氧分壓
海平面氣壓為 760 mmHg。乾燥空氣中氧氣 (O2) 的百分比為 20.94%；因此，海平面氧氣分壓為 159 mmHg (0.2094 × 760)。吸入的空氣會被加熱並飽和水蒸氣。在 37°C 時，肺部飽和水蒸氣壓為 47 mmHg，與海拔高度無關；由於水蒸氣會取代氧氣和氮氣，吸入氧氣的分壓為 149 mmHg [0.2094 × (760 – 47)]。
肺泡的氧分壓高低. 是人體是否能順利進行氧氣交換的關鍵. 肺部進行氧氣交換, 取決於肺泡氧分壓與血中氧分壓的壓力差.
這段是 uptodate 的: 氧氣擴散的驅動力是氧分壓, 氧氣進入血中, 主要透過血色素結合. 少量氧氣會溶解到血漿中.
The partial pressure of oxygen (PO2) is the driving force for the diffusion of oxygen down the oxygen cascade. Oxygen moves from inspired air to the alveolar space via the airways and then diffuses across the alveoli into the blood (figure 1 and figure 2), where it is carried mainly bound to hemoglobin but also in dissolved form.
肺泡內的氣體組成包括. 大氣(氮氧) + 水蒸氣 + 二氧化碳. 其中水蒸氣與二氧化碳是人體產生. 大氣則與身體所處地方的氣壓有關. 另一個影響因素是死腔.
總死腔 Total dead space (also known as physiological dead space) is the sum of the anatomical dead space and the alveolar dead space.
總死腔=解剖死腔 + 肺泡死腔
總死腔(生理死腔)由解剖死腔+肺泡死腔組成. 外界吸入肺部的氣體會被死腔內的氣體稀釋. 造成氧氣分壓下降.
註: 一般成人每次吸氣大約 500cc. 解剖死腔約150cc. 每進入500cc的氣體至肺泡. 吸氣過程. 先進入肺泡的空氣來自於死腔150cc, 之後的350cc 來自外界
呼氣500cc的時候. 呼出的氣體最初 150cc 來自死腔, 之後350cc來自肺泡. 死腔不進行氣體交換.
所謂死腔是指空氣進入呼吸道之後沒發生氧氣交換的通道, 從鼻腔, 咽喉, 氣管. 支氣管到最末端的小支氣管. 這些區域僅提供空氣加溫加濕. 不發生氧氣交換. 稱為解剖死腔; 另一種與死腔意義相同的是某些肺泡血液灌流不足(under-perfused areas), 氣體進入這些灌流不足的肺泡後因沒有足夠血流進行氧氣交換. 也等同於進入死腔. 人體每次呼吸, 吸進去肺部的不完全是外界空氣. 有一部分是位於死腔的氣體被再次吸入. 死腔氣體的氧氣含量低於外界. 高於肺泡. 會稀釋從外界吸入的空氣. 正常男性成人. 靜止狀態下, 死腔大約是肺活量的26% ~ 33%
成人每次呼吸進出氣體約 450 mL, 其中將近 150mL 氣體位於口鼻到達肺泡之間的通路.
(wiki 原文: In humans, about a third of every resting breath has no change in O2 and CO2 levels. In adults, it is usually in the range of 150 mL.)
海平面氧分壓等於 760* 21% 接近 159.6 mmHg. 但氣體進入肺部後. 肺泡內的組成氣體除了氮氣氧氣. 還有水蒸氣和二氧化碳. 但氣體運輸經過的通道無法進行氧氣交換(死腔dead space). 這些通道內的氣體會進一步稀釋到達肺泡的氧氣分壓. 在到達肺泡之前. 吸入的氣體包含47mmHg的水蒸氣. 外界氣壓扣除47mmHg才是實際到達肺泡前的外界空氣(此時二氧化碳等於外界幾乎為零)
公式中的RQ是呼吸商(呼吸商會變動.並非恆定)
大氣中的二氧化碳分壓 0.000421 atm=0.32 mmHg, 幾乎是零. 動脈血中的二氧化碳來自於人體新陳代謝產生, 分壓大約 40 mmHg, 肺泡內的二氧化碳與動脈血中相近. 在人體接近恆定, 但過度換氣會在短時間內降低血中二氧化碳分壓. 由於二氧化碳是酸性, 過度排出體內二氧化碳, 會造成血液偏鹼性. 這種狀況稱為呼吸性鹼中毒. 呼吸性鹼中毒會減少腦部血流. 造成手麻腳麻全身麻的症狀. 更嚴重時會引起肌肉抽筋.
呼吸引起的鹼中毒(血液偏鹼)可在數分鐘內發生. 腎臟會對呼吸性鹼中毒進行代償, 將 HCO3- 從尿液排出體外. 恢復血液正常酸鹼值. 但腎臟代償的速率很慢. 需要 24-48 小時才能完成代償. 丹木斯會加速這個過程.
在海平面, 吸氣停止時, 進入肺泡前的氣體, 扣除水蒸氣之後, 氮+氧分壓= 760 - 47= 713 mmHg, 氧分壓為 713*0.21= 149.73 mmHg, 在氣體交換達成動態平衡之後, 肺泡氣體組成=水蒸氣 47mmHg (恆定) + 氮氣 + 氧氣 + 二氧化碳, 其中二氧化碳被排放到肺泡的同時, 會有一部分氧氣進入血中. 這個二氧化碳與氧氣的交換比例就是呼吸商. 通常每40mmHg二氧化碳排到肺泡, 會有 50mmHg 的氧氣進入血中. 最後達成平衡的時候. 肺泡氧氣分壓剩下100 mmHg
聖母峰頂的大氣壓 253 mmHg. 當吸氣停止時. 肺泡內的氣壓接近外界氣壓. 而其中有 47mmHg 被水蒸氣佔據, 氣體交換前的大氣(氮+氧)的分壓206 mmHg, 外界空氣的氧氣分壓約 43.26 mmHg, 如果呼吸頻率加快. 每分鐘換氣量上升. 體內二氧化碳排出增加, 血中二氧化碳濃度下降, 吸氣末端時肺泡氣壓等於外界氣壓, 肺泡內二氧化碳分壓降低, 肺泡內氧分壓隨之上升. 極端增加換氣量時. 可將肺泡內二氧化碳分壓降到 7-8 mmHg. 肺泡內氧分壓=43.26-8/0.8=33.26 mmHg
聖母峰頂的氧氣分壓為海平面的 29%~33%
聖母峰頂外界大氣的氧分壓, 幾乎等於正常人在平地的中心靜脈血氧分壓, 還能進行氣體交換的原因是高海拔環境造成組織嚴重缺氧. 導致中心靜脈血氧分壓遠低於平常的數值.
** 上面是我的筆記
** 下面是參考資料的中文翻譯
海平面氣壓為 760 mmHg。乾燥空氣中氧氣 (O2) 的百分比為 20.94%；因此，海平面氧氣分壓為 159 mmHg (0.2094 × 760)。吸入的空氣會被加熱並飽和水蒸氣。在 37°C 時，肺部飽和水蒸氣壓為 47 mmHg，與海拔高度無關；由於水蒸氣會取代氧氣和氮氣，吸入氧氣的分壓為 149 mmHg [0.2094 × (760 – 47)]。
海平面肺部水蒸氣分壓僅佔肺泡總氣壓的 6%，但在高海拔地區，水蒸氣的重要性會顯著增加。在珠穆朗瑪峰頂，氣壓僅250 mmHg，水蒸氣佔總氣壓的比例接近19%(47/253=18.6%)，進一步降低了氧氣的可用性。
靜止狀態下，血中二氧化碳分壓為40 mmHg，若呼吸商 RQ=0.8, 每40mmHg 二氧化碳進入肺泡, 會有 50 mmHg 氧氣進入血中(離開肺泡). 儘管海平面吸入氧分壓為159 mmHg，但二氧化碳、水蒸氣和死腔(指呼吸道中無法進行氧氣交換的空間,例如咽喉到支氣管這一段)的共同作用會將肺內氧分壓降低至約100 mmHg。
過度通氣可將肺內二氧化碳分壓降低至40 mmHg以下，使肺泡內氧分壓升高。這種效應在高海拔地區更為顯著。在珠穆朗瑪峰頂，吸入氧分壓（PO2）僅為海平面的29%，此時肺泡通氣量會增加5倍。這種極度過度通氣使肺泡二氧化碳分壓（PCO2）降至7-8 mmHg，約為正常值的五分之一。由於PCO2的降低，肺泡氧分壓（PO2）可以升高並維持在35 mmHg左右，足以維持登山者的生命。
