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人体是如何与外界进行气体交换的?

2018-08-23 06:40  来源: 新华网

当你刚刚完成100米冲刺跑,会有什么样的感觉?你可能会感到呼吸急促,上气不接下气,为什么会这样呢?其实是因为我们的身体需要持续充足的氧气供应,以维持身体细胞有序的工作。但是,由于人体的皮肤直接与外界接触,其外表有一层致密的角质层,无法借助皮肤实现人体的气体交换。那么,人体是如何与外界进行气体交换的呢?

人体呼吸系统的组成与功能

人体气体的交换依赖于呼吸系统,它由呼吸道和肺构成,呼吸道由鼻、咽、喉、气管、支气管组成。外界空气经过呼吸道的过滤、湿润、温暖最终运送到肺。而全身各处产生的二氧化碳经过肺,沿着呼吸道排放到外界环境中。人体借助呼吸系统实现与外界进行的气体交换,下表是人体呼吸前后气体发生的变化。

气体进出肺的动力来自哪里?

首先,我们来感受一下呼吸运动。请你将一只手靠近鼻前,另一手抚在胸部肋骨部位,慢慢地深吸一口气,然后慢慢地呼出气体。你能感受到身体哪些结构参与了该活动吗?

吸气时,我们的胸腔扩大,一股气流沿着呼吸道运送到肺,呼气时,伴随着气体的排出,胸廓回收。控制胸廓变化的,主要是位于胸腔和腹腔之间的膈肌与控制肋骨运动的肋间外肌。这种由肋间外肌和膈肌收缩舒张引起胸廓节律性扩张与缩小的过程就是呼吸运动。

呼气和吸气是通过呼吸运动控制肺内压和大气压的压力变化而实现的。正常情况下空气始终从气压高的地方向气压低的方向流动。比如我们用力挤压一个塑料瓶,空气会从瓶里释放出来,这是因为挤压瓶壁时,增大了瓶中气体的气压。当松开手时,塑料瓶恢复到原有状态,体内的气压会变得比外界小,空气又会重新回到瓶内。呼吸现象的原理和塑料瓶的收缩与舒张非常相似。只要能够降低胸腔内的气压,外界空气就会流入到胸腔的肺内。

在吸气时,肋骨间的肋间外肌收缩,抬升了肋骨,使胸腔横向扩大。膈肌是一种凸起的肌肉,其收缩引起自身的位置降低,呈现出更为平坦的形态,使胸腔纵向扩大。这时胸腔体积增大,肺扩张,引起肺内压变小,使肺内压小于大气压,外界的空气就会被吸入到人体内。呼气时,肋间外肌和膈肌收缩,胸腔体积变小,肺借助自身的弹力恢复到原来的状态,肺内的空气就会被推出去。

肺部如何实现气体的交换?

肺是气体交换的重要场所。如果将等质量的肺和肝脏放入清水中,你会发现肺会浮在水面上,而肝脏很快沉到了水下,这是为什么呢?这是因为在肺内细窄的气管内残留着很多气体。它类似于大树的分支,气管的端部分为左右两个支气管,支气管端部继续分支为细支气管,这些分支末端膨大呈球体的肺泡,健康成年人大概有3亿个肺泡,如果将它们展开,大概有80平米,是人体体表面积的42倍,这有利于更充分地进行气体交换。

肺泡是由单层细胞构成的,肺泡外周被丰富的同样是单层细胞构成的毛细血管网包裹着。这样的配合,为肺泡内的气体和肺泡周围毛细血管内的气体快速交换提供了结构保障。肺泡内的气体与毛细血管内的气体,通过扩散作用进行着氧气与二氧化碳的交换。血管中有来自细胞代谢作用产生的二氧化碳,它的浓度远大于肺泡中二氧化碳的浓度,而血液中的氧气浓度又远小于肺泡中的浓度,两种气体在这里分别快速地扩散,最终实现了人体内和外界环境气体的交换。

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作者: 李京伟   [责任编辑: 李浩]