115年:心肺基礎(2)

有關Fick 定律的敘述,下列何者錯誤?

A決定氣體擴散進入肺泡-微血管膜速率
B肺泡膜表面積與擴散速率成正比
C肺泡膜厚度與擴散速率成正比
D肺泡膜壓力差與擴散速率成正比

詳細解析

本題觀念

Fick 擴散定律是描述氣體通過肺泡-微血管膜進行交換的基本物理定律。其在呼吸生理學中的應用公式為 Vgas = A x D x (P1 - P2) / T,其中 A 為膜的表面積、D 為擴散係數、P1 - P2 為膜兩側的分壓差、T 為膜的厚度。此公式清楚顯示:擴散速率與表面積、擴散係數及分壓差三者成正比,而與膜厚度成反比。人體肺臟正是透過極大的肺泡表面積(約 70 平方公尺)、極薄的肺泡-微血管膜(約 0.5 微米)以及充分的分壓梯度來最大化氣體交換效率。

選項分析

(A) 決定氣體擴散進入肺泡-微血管膜速率:正確敘述。Fick 擴散定律的核心功能就是描述氣體穿越肺泡-微血管膜的擴散速率,公式中的各參數共同決定了氧氣與二氧化碳跨膜擴散的快慢。

(B) 肺泡膜表面積與擴散速率成正比:正確敘述。在公式 Vgas = A x D x (P1 - P2) / T 中,表面積 A 位於分子(乘法項),因此與擴散速率呈正比關係。表面積越大,能同時進行氣體交換的區域越多,擴散速率越快。

(C) 肺泡膜厚度與擴散速率成正比:錯誤敘述。在 Fick 公式中,厚度 T 位於分母(除法項),因此膜厚度與擴散速率成反比而非正比。肺泡-微血管膜增厚(如肺水腫、肺纖維化或發炎反應)時,氧氣和二氧化碳必須穿越更長的距離,擴散速率因而降低。正常肺泡-微血管膜僅約 0.5 微米厚,正是為了維持最快的擴散效率。

(D) 肺泡膜壓力差與擴散速率成正比:正確敘述。分壓差 (P1 - P2) 位於分子項,與擴散速率成正比。壓力梯度越大,驅動氣體擴散的動力越強。這也是氧氣治療的原理基礎:提高吸入氧濃度可增加肺泡內氧分壓,擴大分壓差,從而加速氧氣擴散進入血液。

答案解析

本題問的是「何者錯誤」。根據 Fick 公式,厚度 T 在分母而非分子,所以膜厚度與擴散速率成反比,而非成正比。選項 (C) 的敘述將反比誤述為正比,是唯一錯誤的選項。正確答案為 (C)。

核心知識點

  • Fick 擴散定律公式:Vgas = A x D x (P1 - P2) / T
  • 與擴散速率成正比的因素:表面積 A、擴散係數 D、分壓差 (P1 - P2)
  • 與擴散速率成反比的因素:膜厚度 T
  • CO2 的擴散速率約為 O2 的 20 倍,因其在體液中的溶解度更高
  • 肺泡-微血管膜增厚(水腫、纖維化)會顯著減慢氣體擴散

參考資料

  1. Respiratory Therapy Zone - Fick's First Law of Diffusion and Lung Gas Exchange
  2. Medmastery - Simplifying Fick's law and lung gas exchange