主讲： 优秀生物教师　张辉勇

一、肺与外界的气体交换（肺的通气）

　　肺是人体呼吸系统的主要器官，位于人的胸腔内，左右各有一个，左肺有两叶，右肺有三叶，其基本结构和功能单位为肺泡。

　　在我们不知不觉中，我们的肺在不停地呼气和吸气，每分钟大约进行16次。在吸气时，你可能有这样的感受，胸部的胸骨向上提，肋骨向上向外运动，胸部明显扩张，腹部则明显回缩；而在呼气时，胸骨则下降，肋骨向下向内运动，胸部回缩，腹部扩张。那么请问在吸气和呼气时，胸部和腹部为什么会扩张或回缩？是吸气引起胸部扩张呢？还是胸部扩张引起人的吸气呢？

　　我们可以通过这样的实验来说明：

　　在进行模拟膈肌运动的实验中（以“Y”形管模拟气管和支气管，气球模拟左、右两肺，瓶壁模拟人的胸腔，橡皮膜模拟膈肌），我们发现当用手向上推橡皮膜时，气球体积缩小；用手向下拉橡皮膜时，气球增大，即膈肌舒张时，胸腔体积减小，肺也缩小（呼气）；膈肌收缩时，胸腔体积增大，肺也扩张（吸气）。由此发现，肺的吸气和呼气是由于胸腔体积的增大和减小引起的。

　　同时在模拟呼吸运动中胸骨与肋骨的变化实验中，发现当胸骨上提，肋骨前端上升时，胸腔前后径、左右径增加，胸腔体积增加；当胸骨下降，肋骨前端下降时，胸腔前后径、左右径减小，胸腔体积减小。所以，膈肌的收缩和舒张以及胸骨、肋骨的运动都会引起胸腔的体积发生变化，从而引起肺的吸气或呼气。

　　由此可以这样描述肺的吸气和呼气过程：当膈肌收缩时，膈顶部下降，胸腔上下径增加；同时肋间外肌收缩，使胸骨上升，肋骨前端上提，胸腔前后径、左右径都增加，因此胸腔的体积明显增加，处于胸腔中的肺随之扩张，容积增加，肺内压下降，小于外界大气压，外界空气便由呼吸道进入肺，是为肺的吸气过程。

　　当膈肌舒张时，膈顶部回升，胸腔上下径减小；同时肋间外肌转入舒张，使胸骨下降，肋骨前端下降，胸腔前后径、左右径都减小，因此胸腔的体积明显减小，处于胸腔中的肺随之回缩，容积减小，肺内压上升，大于外界大气压，肺内气体便由呼吸道排出体外，是为肺的呼气过程。

　　肺在吸气和呼气过程中的容积和肺内压变化图如下：

　　附表：呼吸运动中呼吸肌的变化

膈肌	膈顶	肋间外肌	胸骨	肋骨前端	胸腔变化		肺容积	肺内压	呼吸状态
收缩	下降	收缩	上提	上升	上下径增大 前后径、前后径增大	体积增加	扩张，容积增加	减小 ＜大气压	吸气
舒张	上升	舒张	下降	下降	上下径减小 前后径、左右径减小	体积减小	回缩，容积缩小	增大 ＞大气压	呼气

二、肺泡与血液的气体交换

　　外界气体进入肺后，顺着支气管在肺叶里的各级分支，达到支气管最细的末端分支形成肺泡。肺泡是肺的基本结构和功能单位，由一层膜状组织构成。肺泡外方包绕着丰富的毛细血管，肺泡壁与毛细血管壁都仅由一层扁平的上皮细胞构成。

　　肺泡中的气体来自于外界空气，其中的氧气含量高（21%），二氧化碳含量低（0.03%）；毛细血管中流动的血液则为静脉血（氧气含量低，约16%；二氧化碳含量高，约4%，颜色为暗红色）。这样一来，肺泡内和毛细血管内的血液就存在氧气和二氧化碳的浓度差，存在进行气体交换的物质基础。

　　气体交换的原理：当气体交换的两侧存在浓度差时，气体就会由浓度高的一侧向浓度低的一侧进行扩散，气体扩散的结果是交换的两侧浓度相等。

　　肺泡处气体交换的过程：氧气由肺泡向毛细血管扩散，二氧化碳由毛细血管向肺泡扩散，最终肺泡中的氧气浓度下降，二氧化碳浓度上升，新鲜空气变成了不能再利用的废气；毛细血管的血液中氧气浓度上升，二氧化碳浓度下降，血液由暗红色的静脉血变成了鲜红色的动脉血。

　　气体交换的过程可见下图：

　　经过肺泡处的气体交换后，鲜红的动脉血流经组织细胞周围时，便能为组织细胞的生活送去氧气，并带走二氧化碳等代谢废物了。

　　肺泡周围之所以能顺利进行气体的交换，还在于肺泡周围的结构对气体交换非常有利：肺泡外包绕着丰富的毛细血管，且肺泡壁和毛细血管壁都是由一层扁平的上皮细胞构成，空气中的氧气和血液中的二氧化碳都很容易透过毛细血管壁和肺泡壁。这也说明肺泡周围的结构与其功能相适应，是结构与功能相适应的又一典型实例。

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