Chapter 4   呼吸生理學

呼吸生理學(Physiology of Respiration)

呼吸的功能會隨著運動的習慣、年紀的增加以及健康狀況而隨之改變。對於說話來說,呼吸扮演很重要的角色。要能與他人溝通,就必須要有呼吸系統的配合。

 

呼吸可分為吸氣及呼氣兩個部分。首先,吸氣(inspiration)可分為正常吸氣(quite inspiration)及用力吸氣(forced inspiration)。正常吸氣使用橫膈膜及外部的肋骨,用力吸氣則需要許多其他的肌肉來作為輔助。

呼氣(expiration)可分為正常呼氣(passive expiration)及用力呼氣(active expiration)。在正常的呼氣情況之下,需要不同的力量,讓人體肺部呼出氣體。這些力量分別為扭轉力(torque)、彈力(elasticity)、重力(gravity)

 

扭轉力指的是轉動長骨,不讓其中一端移動。扭轉力是讓身體能夠回復到原本狀態的力量。在呼吸的過程中,所使用的是肋骨裡帶有彈力的軟骨部分。當呼氣時,肋骨被提高且外推,這時,肋骨中的軟骨組織便受到扭轉力的拉扯。當停止推高肋骨時,則帶有彈性的軟骨(elastic cartilage)就將肋骨帶回到原來的位置。

 

人的肺是有具高度彈力、多孔的組織。就像海綿一般,當受到擠壓,就會想要膨脹開來。如果抓住海綿的一端,並且扭轉,當力量一放開,海綿很快就會回到回本的形狀跟大小。

 

圖片來源:

Anthony, J., Douglas, W., David, G. (2000). Anatomy and Physiology for Speech, Language, and Hearing (2nd ed.). Canada: Thomson Learning, P124

 

可以想像肺就像小小的海綿放在一個大瓶子(胸腔)裡面。對於成人來說,肺在正常伸展情況之下,並不會完全填滿胸腔的空間,但是嬰兒卻不一樣。在發育的早期,肺完全佔滿胸部。孩童的肋骨成長速度快於肺。在嬰兒時期,胸跟肺大小相同,因此呼吸的頻率要比成人多上二至三次,才能算是適當的呼吸。成人的肺在舒展之後,絕對不會完全的被擠壓。也就是說,成人的肺裡面永遠都會有一些沒有進行氣體交換的空氣。

 

當肌肉伸張,肋骨放鬆,肺會回復到原本的形狀及大小。當吸氣時,腹部突出,腹部肌肉伸展。放鬆呼吸的過程會讓肌肉回復到原來的長度,腹部肌肉會把腹部的內臟推回去,將橫膈膜拉高。

 

疾病的影響不僅會讓呼吸的功能降低,也會影響其他系統的功能。若有痙攣的情況時,則會影響呼吸肌肉的收縮,減少肺活量。相對地,若肌肉過於弛緩,對於肌肉的收縮同樣會有影響。這也就是肌肉的不健全會影響呼吸的功能。

若嘴唇的肌肉力量弱,在做肺活量的測量時,嘴唇無法與測量器吹口密合,則會有測量上的偏差。這樣的情況,在發音系統也會造成影響,如軟顎發育不完全、肌肉無力或組織不良,在呼吸中會有鼻音滲漏的情況出現。

 

The Measurement of Respiration 呼吸測量相關儀器

 

一、濕式肺量計(wet spirometer)

測量呼吸流動、體積,及肺容量。將管子接在一個底部有開口的容器,該容器放在另外一個裝滿水的容器中。要測量肺體積時,受測者吹氣到管子中,空氣進入空氣室(air chameber),取代原本的水,水位上升,這些變化透過紀錄滾筒(recording drum)標記下來,就可以測出肺的容量。

圖片來源:

Anthony, J., Douglas, W., David, G. (2000). Anatomy and Physiology for Speech, Language, and )Hearing (2nd ed.). Canada: Thomson Learning, P127

二、U型管液體壓力計(U-tube manometer)

測量壓力。受測者將管子含在口中,吹氣。呼氣的力量進入管子,管中水的刻度作為測量的結果。

圖片來源:

Anthony, J., Douglas, W., David, G. (2000). Anatomy and Physiology for Speech, Language, and )Hearing (2nd ed.). Canada: Thomson Learning, P128

 

 

Respiration For Life 賴以維生的呼吸

呼吸的目的在於血液中氧的飽和作用以及二氧化碳的排出。氣體的交換包括四個階段:通氣(ventilation)、分配(distribution)、灌流(perfusion)、擴散(diffusion)。換氣指的是氣體於呼吸道中的移動。這些氣體會分配到3億個肺泡中,在肺泡中由來自於右肺動脈的缺氧血管供給灌注到6兆條毛細血管,這些毛細血管供給肺泡氣體。在肺泡及毛細血管細胞膜間的氣體交換稱為擴散。

 

換氣的過程是橫隔膜與呼吸肌肉的直接功能。呼吸肌肉的收縮會造成肺泡的擴張,導致肺泡壓負值,空氣就被拉進肺。

 

Respiratory Cycle 呼吸週期

每一個呼吸週期包含一次呼氣,一次吸氣。成人每分鐘的正常呼吸次數約為十二至十八次。每一次正常呼吸週期(quiet tidal respiration)的氣體量約為五百毫升,每分鐘所循環的氣體量約為六千到八千毫升,這些容量便是所謂的每分容積(minute volume)

 

Turbulence and Respiration 阻礙與呼吸

當氣流受到阻礙時,將空氣拉進肺部所需的力量也相對提升,人也就容易感到疲憊。當呼吸道受到感染時,呼吸道所產生的黏膜便會造成對氣流的阻礙,這也是讓人感到疲憊的部分原因。為了要抵抗這些黏膜所產生的額外阻力,身體需要更多的氧化作用,而呼吸道內的肌肉也就必須加倍勞動來提供身體的氧化。

 

Volumes and Capacities 容積與容量

呼吸是需要很多的力量跟結構配合才能產生的,為了解呼吸,下列將定義各種的

肺的容積(volumes)跟容量(capacities)。容積是指各部分器官可以容納的氣體總數。容量指各容積的總和來呈現生理上的限制。

 

Volumes容積

Tidal Volume(TV)潮氣容積

每次正常呼吸所吸進或呼出的容積,約500毫升(男性約為600毫升,女性約為450毫升)。由於每次呼吸週期潮氣容積都有差異,一般是測定一分鐘的通氣量,再除以呼吸次數,即可得到潮氣容積。

Inspiratory Reserve Volume (IRV) 吸氣儲備容積

正常吸氣之後再用力吸氣所多吸入的氣體容量,正常成人的吸氣儲備容積約2475毫升。

Expiratory Reserve volume(ERV) 呼氣儲備容積

正常吸氣之後再用力呼氣所多呼出的氣你容量,正常成人的呼氣儲備容量約1000毫升。

Residual Volume(RV) 肺餘容積

用力呼迄至不能呼為止時,肺中仍存留的氣體容積。正常成人的肺餘容積為1100毫升。

Dear Air 無效腔氣體

不進行氣體交換,殘留在解剖性無效腔(anatomic dead space)中的氣體。每吸進500毫升的氣體中,就有150毫升留在解剖性無效腔中。

 

補充說明:

無效腔或稱為死腔(dead space),是指呼吸器官中有氣體通過,但無氣體交換作用的部分。呼氣的時候,無效腔氣體會在人和肺泡氣體到達大氣之前首先被呼出,因此,無效腔的存在對於肺的呼氣排出是相當不利的。

     解剖性無效腔(anatomical dead space)

只負責氣體進出的傳導性呼吸道(conducting passageways),即肺泡及終末支氣管以上的部分。在呼吸氣體通過時,無氣體交換作用。

     生理性無效腔(physiological dead space)

肺內全部有氣作用,而無氣體交換的功能部分。因該處無血流通過,所以無法進行氣體交換,稱為生理無效腔。

 

 

 

Capacities容量

Vital Capacity(VC) 肺活量

吸氣儲備量加上潮氣量,再加上呼氣儲備量。就是用力呼氣之後,再用力吸氣所能吸入的氣體量,或用力吸飽氣之後,再用力呼氣所能呼出的氣體量,約為有4000毫升。(VC=IRV+TV+ERV)

Functional Residual Capacity(FRC) 功能儲備量

呼氣儲備量和肺餘容量之和。就是在正常呼吸時,呼氣後存留於肺臟的氣體量,一般成人的功能儲備量約為2100毫升。(FRC=ERV+RV)

Total Lung Capacity(TLC) 總肺容量

四個肺基本量的總和,也就是吸氣儲備容積、潮氣容積、呼氣儲備容積及肺餘容量的總和,約有5100毫升。(TLC=IC+FRC)

Inspiratory Capacity(IC) 吸氣量

潮氣容積與吸氣儲備容積之和。也就是在正常呼吸狀態下開始吸氣所能吸入的最大氣體量,一般成人的吸氣量約有2475毫升。(IC=TV+IRV)

 

Pneumothorax 氣胸
氣胸是指氣體在胸腔內引起肺塌陷。在正常情況下,膜腔是負壓,在吸氣末期, 負壓達最高值。氣體進入胸膜腔使胸腔內壓力昇高,大氣壓力。於肺的自然彈性回縮,形成肺組織塌陷。胸膜內氣體聚集使胸膜腔內力超過大氣壓時,則形成張力性氣胸。氣胸常因為胸腔外傷,如刀傷或車禍導致胸部劇裂撞擊所造成

 

Pressures Generated by the Tissue 組織產生的壓力

l          肌肉的收縮會使軟骨以及結締組織變形。而彈力作用會讓呼吸系統在呼氣或吸氣候回到平衡的狀態。

l          在呼氣之後的肌肉放鬆,肺容量就是呼氣儲備容量,因而降低肺泡壓力。

l          負值的鬆弛壓力能在用力呼氣之後測得,與呼氣儲備容量相當。

l          負壓是胸壁反彈力的一個功能,猶如正壓的升高是由於胸部的擴張以及軟骨的扭轉力所造成的。

 

Effects of Posture on Speech  身體姿勢對說話的影響

身體的姿勢對於呼吸的效率來說是個很重要的影響因素,任何造成某種姿勢形成的原因都是影響呼吸的關鍵。透過一些實際的動作可以發現身體姿勢對呼吸的影響,比方說,當站立時,深呼吸,盡所能的拉長一個母音的發音,接著,以仰臥的方式,相同的深呼吸之後,同樣盡所能的拉長一個母音的發音,經過這樣的實驗會發現,當仰臥時所能持續發音的時間較短。

不難發現,因病需要長期臥床的病人,呼吸就比較沒有效率,而影響身體健康。這也是為什麼肺炎經常是無法自由行動的病人最常有的疾病併發症之一。

 

Pressures of Speech 說話的壓力

l          在說話的過程中,我們會調節呼吸來平衡身體需要的氣體交換以及說話時所運用的呼吸。

l          在說話的過程中,我們吸氣的時間比呼氣的時間少。

l          當要保持吸氣的姿勢時,一定要阻止氣體的流出,這樣的動作就稱為阻止動作(checking action)。我們可以透過阻止動作來控制呼吸,用吸氣時所需的肌肉來限制呼氣的動作。

l          呼氣時所需要的肌肉可以用來控制說話時的呼氣儲備容積。

 

透過各種的呼吸肌肉控制,我們可以控制呼吸的速度來配合身體的新陳代謝需求,甚至可以運用呼吸時所需要的肌肉來製造一些小的壓力爆發,使用於說話時所需要的重音加重部分。

 

 

參考書籍:

林貴福 編著(民88):人體解剖生理概論,台北:銀禾文化,頁179-181。

蔡光超,羅仕錡 編譯(民80):呼吸生理學,台北:藝軒圖書出版社。

 

-Back-  -Home-