肺泡與血流經肺泡-毛細血管膜（下簡稱肺泡膜）進行氣體交換的過程是一個物理性彌散過程。單位時間內氣體的彌散量取決于肺泡膜兩側的氣體分壓差、肺泡的面積與厚度和氣體的彌散常數。彌散常數又與氣體的分子量和溶解度相關。此外，氣體總彌散量還決定于血液與肺泡接觸的時間。肺的病變引起彌散障礙可發生于下列情況：
（一）肺泡膜面積減少，正常成人肺泡總面積約為80m2，靜息呼吸時參與換氣的肺泡表面積約僅35～40m2，運動時增加。由于儲備量大，因此只有當肺泡膜面積極度減少時，才會引起換氣功能障礙，肺泡膜面積減少可見于肺實變、肺不脹、肺葉切除等時。
（二）肺泡膜厚度增加肺泡膜的薄部為氣體交換的部位，它是由肺泡上皮、毛細血管內皮及二者共有的基底膜所構成，其厚度小于1μm.雖然氣體從肺泡腔到達紅細胞內還需經過肺泡表面的液體層、管內血漿層和紅細胞膜，但總厚度也不到5μm.故正常氣體交換是很快的。當肺水腫、肺泡透明膜形成、肺纖維化、肺泡毛細血管擴張或稀血癥導致血漿層變厚等時，都可因肺泡膜通透性降低或彌散距離增寬而影響氣體彌散。
（三）血液與肺泡接觸時間過短正常靜息時，血液流經肺泡毛細血管的時間約為0.75sec，由于肺泡膜很薄，與血液的接觸面又廣，故只需0.25sec血紅蛋白即可完全氧合。當血液流經肺泡毛細血管的時間過短時，氣體彌散量將下降。上述肺泡膜面積減少和厚度增加的病人，雖然肺毛細血管血液中氧分壓上升較慢，但一般在靜息時肺內氣體交換仍可達到平衡，因而不致產生低氧血癥，往往只是在體力負荷增大時，才會因為血流加快，血液和肺泡接觸時間縮短而發生明顯的彌散障礙，從而引起低氧血癥。目前認為肺泡膜病變時發生呼吸衰竭，主要還是因為存在著肺泡通氣血流比例失調的緣故。
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