有關呼吸的動力學，下列何者錯誤？

本題觀念：

本題考查呼吸動力學（Respiratory Dynamics）的基礎生理機制，核心概念包括**波以耳定律（Boyle's Law）**在呼吸中的應用、肺泡內壓（Intra-alveolar pressure）與大氣壓力的壓力差驅動氣流原理，以及呼吸肌在平靜呼吸（Quiet breathing）中的運作機制。

選項分析

• A. 吸氣時肺泡內的氣壓小於大氣壓力 (正確)

  • 分析：根據呼吸力學，吸氣是主動過程。當橫膈膜收縮下降、外肋間肌收縮肋骨上舉時，胸腔體積擴大，導致胸內壓下降，進而牽引肺臟擴張。根據波以耳定律（$P_1V_1 = P_2V_2$），肺泡體積增加會導致肺泡內氣壓下降。
  • 結論：此時肺泡內壓（Palv）會低於大氣壓力（Patm）（約 -1 mmHg），造成壓力差，使空氣由高壓（大氣）流向低壓（肺泡），完成吸氣。

• B. 呼氣時肺泡中的氣壓小於大氣壓力 (錯誤)

  • 分析：呼氣（平靜狀態下）通常是被動過程。當吸氣肌放鬆，胸廓因彈性回縮而縮小，肺臟也因自身的彈性回縮力（Elastic recoil）而縮小體積。體積減小會導致壓力上升。
  • 結論：此時肺泡內壓應大於大氣壓力（約 +1 mmHg），空氣才會由高壓（肺泡）流向低壓（大氣），排出體外。若肺泡氣壓小於大氣壓，空氣將會吸入而非呼出。此為本題錯誤選項。

• C. 一般狀態下進行平靜吸氣，主要是靠橫膈的收縮下移 (正確)

  • 分析：平靜吸氣（Eupnea）主要依賴**橫膈膜（Diaphragm）**的收縮。橫膈膜負責約 75% 的吸氣作功，其收縮會使圓頂下降，增加胸腔的垂直徑；外肋間肌則負責將肋骨上提，增加前後徑與左右徑。
  • 結論：敘述符合生理學事實。

• D. 一般狀態下進行呼氣是靠橫膈的放鬆及肺臟回縮的彈力來完成 (正確)

  • 分析：平靜呼氣不需要肌肉主動收縮（被動過程）。其動力來源來自於：
    1. 吸氣肌（橫膈膜、外肋間肌）的放鬆：使胸廓回到原位。
    2. 肺臟的彈性回縮力（Elastic recoil）：肺組織富含彈性纖維，且肺泡表面張力均有助於肺的回縮。
  • 結論：敘述符合生理學事實。

答案解析

答案為 B。 呼吸氣流的產生取決於肺泡內壓與大氣壓力的壓力梯度。呼氣發生時，肺臟體積縮小，使肺泡內氣體被壓縮，壓力升高並大於大氣壓力（Palv > Patm），氣體才能流出肺部。選項 B 敘述「小於」大氣壓力，這將導致吸氣而非呼氣，故為錯誤敘述。

核心知識點

考生應掌握以下「呼吸力學」關鍵考點：

1. 壓力梯度原則：
   • 吸氣：肺泡壓 < 大氣壓（負壓吸氣）。
   • 呼氣：肺泡壓 > 大氣壓。
   • 吸氣末/呼氣末：無氣流流動瞬間，肺泡壓 = 大氣壓。
2. 肌肉運作：
   • 平靜吸氣（主動）：主動肌為橫膈膜（最主要）+ 外肋間肌。
   • 平靜呼氣（被動）：靠肺臟彈性回縮力 + 橫膈放鬆。
   • 強制呼氣（主動）：需動用內肋間肌與腹肌。
3. 胸內壓（Intrapleural pressure）：在正常呼吸週期中恆為負壓（吸氣時更負，呼氣時較不負），以維持肺臟擴張不塌陷。

參考資料

1. Mechanics of Breathing - Inspiration - Expiration - TeachMePhysiology
2. Alveolar pressure - Wikipedia
3. 呼吸動力學 - 高醫 Wiki