當混合靜脈血流經肺泡微血管膜時，其氣體交換發生在下列那一時段最多？

本題觀念：

肺泡微血管的氣體交換動力學——氧氣在通過肺微血管的「前 1/3 時段」即已達到擴散平衡，之後的 2/3 時間是安全儲備。

選項分析

• (A) 前 1/3 ✅ 正常靜息狀態下，混合靜脈血進入肺泡微血管後，PaO₂ 在約 0.25 秒內即與肺泡氣 PAO₂ 達到平衡。肺微血管總通過時間約 0.75 秒，因此 0.25 秒恰好是前 1/3。此階段壓力梯度最大（PvO₂ 40 mmHg → PAO₂ 100 mmHg，梯度 60 mmHg），擴散速率最快，氣體交換量最多。
• (B) 中 1/3 ❌ 進入中段時，血液 PO₂ 已接近或達到肺泡氣分壓，壓力梯度趨近零，淨擴散量極少。
• (C) 後 1/3 ❌ 同理，後段幾乎無壓力梯度可驅動擴散，氣體交換已完成。
• (D) 各時段均相同 ❌ 擴散遵循 Fick's law，驅動力（ΔP）隨時間呈指數衰減，各時段交換量不均等。

答案解析

擴散動力學原理：

根據 Fick 擴散定律： V̇gas = (A × D × ΔP) / T

其中 ΔP（兩側分壓差）是驅動力。混合靜脈血剛進入微血管時：

• 血液 PO₂ ≈ 40 mmHg
• 肺泡 PO₂ ≈ 100 mmHg
• 初始 ΔP ≈ 60 mmHg → 擴散速率最高

隨著 O₂ 持續擴散進入血液，血液 PO₂ 迅速上升，ΔP 快速縮小。實測結果顯示：

• 0.25 秒（前 1/3）：PO₂ 已升至接近 100 mmHg，達到平衡
• 0.25–0.75 秒（後 2/3）：ΔP ≈ 0，幾乎無淨擴散

這後 2/3 的時間是「擴散儲備（diffusion reserve）」，在運動（心輸出增加→通過時間縮短至 0.25 秒）或疾病（肺纖維化→擴散面積/厚度異常）時仍能維持氣體交換。

O₂ 是灌流限制型（perfusion-limited）氣體： 正常情況下 O₂ 交換效率受限於血流量（因為擴散太快就完成了），不受限於擴散能力。

核心知識點

1. 肺微血管通過時間 ≈ 0.75 秒；O₂ 在前 1/3（0.25 秒）即達平衡
2. 驅動力（ΔP）在前段最大 → 氣體交換最集中於前 1/3
3. 後 2/3 是擴散儲備，保護運動與輕度肺疾時的氧合
4. 正常 O₂ 為灌流限制型氣體；病理狀態可變為擴散限制型

參考資料

1. Perfusion and Diffusion Limitations in Gas Exchange - Pulmonary Physiology
2. Diffusion of Gases Through the Alveolar Membrane - Deranged Physiology
3. Gas Exchange - TeachMePhysiology