115年:放射基礎(2)

當每分鐘通氣量(minute ventilation)不變時,下列何種呼吸方式會有最大的肺泡通氣量(alveolar ventilation)?

A以正常平靜狀態下的呼吸方式
B以小口且快速的呼吸方式
C以大口且緩慢的呼吸方式
D因人而異

詳細解析

本題觀念

每分鐘通氣量(minute ventilation, VE)是每分鐘進出呼吸系統的總氣量,公式為 VE = 潮氣量(tidal volume, VT)× 呼吸速率(respiratory rate, RR)。肺泡通氣量(alveolar ventilation, VA)則只計算真正到達肺泡、能參與氣體交換的部分,公式為 VA = RR ×(VT − VD),其中 VD 是生理死腔。當 VE 固定時,若採取小口快速呼吸,固定的死腔占每次潮氣量比例較大;改成大口且緩慢呼吸,較多空氣能越過死腔到達肺泡,所以 VA 最大。

選項分析

A 以正常平靜狀態下的呼吸方式:不正確。正常平靜呼吸通常介於淺快與深慢之間,能產生一定的肺泡通氣,但題目要求在相同 VE 下比較哪一種方式最大。只要將部分呼吸次數改為較大的 VT 並降低 RR 以維持 VE,VT − VD 就會增加,因此 VA 可高於一般平靜呼吸。

B 以小口且快速的呼吸方式:不正確。快速呼吸雖可維持相同 VE,但每一口都必須先填滿傳導氣道的死腔,留給肺泡交換的量只有 VT − VD。當 VT 很小,VD 占比變大,很多氣體只是進出鼻腔、咽喉與支氣管,沒有進入肺泡,故 VA 最小或接近最小。

C 以大口且緩慢的呼吸方式:正確,為本題答案。固定 VE 時,令 VE = VT × RR。若 VT 增加,就可用較低 RR 維持同一 VE;同時每口有效氣量 VT − VD 增加。以 VA = VE − RR × VD 觀察,在 VE 與 VD 固定時,RR 越低,浪費在死腔的通氣越少,因此 VA 最大。

D 因人而異:不正確。個體的死腔、肺功能與實際可達呼吸深度確實會影響絕對數值,但在本題設定的理想比較中,VE 固定且選項只改變呼吸深度與速率,公式已能判定深慢呼吸具有較大的肺泡通氣量。不能用「因人而異」取代題目所要求的生理關係。

答案解析

本題答案為 C。把兩個公式並列最清楚:VE = VT × RR;VA =(VT − VD)× RR。又因為 VE 固定,所以 VA = VE − VD × RR。假設生理死腔 VD 相同,RR 越高,分配到死腔的通氣量越多;RR 越低,死腔通氣越少。為了維持相同 VE,慢速呼吸必須搭配較大的 VT,讓每口呼吸扣除死腔後仍保留較多有效氣量,故大口且緩慢呼吸的 VA 最大。

舉例比較可加深理解:假設 VE 都是 6000 mL/min,VD 為 150 mL。若以 VT 300 mL、RR 20/min 呼吸,VA =(300 − 150)× 20 = 3000 mL/min;若改成 VT 600 mL、RR 10/min,VE 仍為 6000 mL/min,但 VA =(600 − 150)× 10 = 4500 mL/min。可見總通氣量相同,不代表有效肺泡通氣相同。臨床上淺快呼吸可能讓總通氣量看似足夠,卻因死腔比例高而造成 CO₂ 排出效率下降。

核心知識點

  1. VE = VT × RR,代表每分鐘總通氣量。
  2. VA =(VT − VD)× RR,代表實際參與肺泡氣體交換的通氣量。
  3. VE 固定時,VA = VE −(VD × RR);呼吸速率越高,死腔通氣浪費越多。
  4. 大口且緩慢呼吸能讓較高比例的每口氣體超過死腔,因此 VA 最大。
  5. 小口快速呼吸的總通氣量可能正常,但肺泡通氣不足,容易造成二氧化碳排除不良;判讀時不能只看 VE。

參考資料

  1. Physiology, Tidal Volume - StatPearls
  2. Respiratory Rate and Pattern - Clinical Methods
  3. Dead space (physiology)