呼吸有這麼簡單嗎？

呼吸有這麼簡單嗎？ (Breathing)
臺北市立建國高級中學生物科蔡敏麗老師/國立臺灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

所謂的肺呼吸即是指肺在收縮與擴張的過程中交換氣體的動作。肺臟是由肺泡組成，而肺泡則是由單層扁平的皮膜組織及彈性纖維組成，並不包含肌肉組織。所以，肺的脹縮不是主動的，而是所處的胸腔內壓力改變，導致肺內壓力與外界壓力差而引起氣體流動的結果。

圖1為正常呼吸下，肺容積、胸膜壓(胸膜腔內壓力)及肺泡壓的變化曲線，由圖1可看出，當吸氣時，肺泡壓變小且比外界的一大氣壓小約1cmH₂O （可標示為－1），此外界與肺泡間的壓力差，導致氣流由外界（高壓）進入肺泡（低壓），此即為吸氣，此一輕微的負壓可使肺臟在2秒內吸入約0.5升的氣體。相反的，當呼氣時，肺泡壓比外界的氣壓大約1cmH₂O （可標示為＋1），氣流便離開肺泡至外界，此即為呼氣，此正壓可使肺臟在2~3秒內呼出約0.5升的氣體。

為何肺泡壓會週期性的變化呢？因肺臟位於胸腔內，其外有胸膜，胸膜有兩層：一層緊貼肺臟壁上，另一層緊貼體壁上；兩層之間的空間即為胸膜腔。胸膜腔內有潤滑肺臟移動的胸膜液，因胸膜液會持續的被唧入淋巴管內，故胸膜腔維持在負壓的狀態。由圖可知，胸膜壓的大小也會隨呼吸狀態而變動，當胸膜壓下降時，肺泡壓會隨之下降為負壓而引發吸氣；相反的，當胸膜壓上升時，肺泡壓會隨之上升為正壓而引發呼氣。

胸膜腔的壓力為何會變化呢？此可用波以耳定律來解釋：在密閉環境下，體積與壓力成反比，我們可將肺泡及胸膜腔視為密閉環境。當橫膈及肋間肌收縮時，胸腔的上下及前後徑增加導致胸膜腔體積增加，所以胸膜腔壓力下降 (－8 cmH₂O)，因肺具有彈性，當其外壓力突然下降時，會往外擴張而導致體積增加，此時壓力下降為負壓，而引發吸氣氣流。相反的，當橫膈及肋間肌舒張時，胸膜腔體積減少，胸膜腔壓力上升 (－5 cmH₂O)，導致肺回彈而體積減少，當然壓力就上升為正壓，進而引發呼氣氣流。

肺的回縮特性會使肺傾向於塌陷，因此肺的外在環境（胸膜腔）維持負壓是很重要的。胸膜腔無論在吸氣或呼氣均維持負壓的原因是因為淋巴管會將胸膜液唧出胸膜腔，若胸膜壓大於－4 cmH₂O就可能導致肺泡塌陷。這可用來解釋發生外傷性氣胸的原因，胸腔外傷會使胸膜與外界相通而導致胸膜壓變大，若大於－4 cmH₂O就可能導致肺泡塌陷，引發肺擴張不全，造成呼吸困難、窒息等致命現象。

參考資料
蓋統生理學－生理與及病機轉。A. C. Guyton and J. E. Hall著，賴亮全等譯。