七年级下-第20课- 发生在肺内的气体交换
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发生在肺内的气体交换

张骅 长沙市雅礼雨花中学

【课标要求】

1、了解肺与外界是如何进行气体交换的。

2、了解肺泡与血液是如何进行气体交换的。

上节课我们了解了呼吸系统是由呼吸道和肺这两个部分组成的;呼吸道是气体进出肺的通道,并且它能对空气进行一定的处理,使到达肺内的空气在一定程度上变得温暖、湿润、清洁;与呼吸道相比,肺是呼吸系统中更重要的结构,因为它的作用是进行气体交换。那么,肺是如何进行气体交换的呢?

肺与外界的气体交换

肺首先能与外界进行气体交换。外界气体通过呼吸道进入肺内,肺内气体也能经过呼吸道排出。

那么,空气是怎样被吸入肺内?肺内的气体又是怎样排出的呢?

这个过程好比抽水机抽水。抽水机之所以能把水池里的水抽干,是因为它能产生吸力。所以,空气的吸入或者排出,都是需要力量来推动的。这个力量从何而来?我们玩一玩注射器吸水便可知道答案。

把注射器活塞向外拉,管内的空间就变大了,水就会被吸入;如果把活塞向内推,管内的空间就变小了,水就会被排出。如果我们把注射器的出口堵住,让注射器里的水无法与外界相通,就会发现,此时如果用手把活塞向内推会感受到非常大的阻力,这个阻力其实就来自于注射器里水的压力;这证明了一个科学规律:封闭环境中的液体,比如注射器中的水无法与外界相通时,空间缩小会使得内部的水压变大;相反,空间扩大会使得内部的水压变小。如果注射器里不是水,而是气体,那么也符合类似的规律,只是把“水压”变成了“气压”,即,封闭环境中的气体,空间缩小会使得内部的气压变大,空间扩大会使得内部的气压变小。

肺的吸气和呼气其实是类似的过程,就只是把水改成空气了。

这个现象的背后包含了两个规律:1、气体由气压高的地方流向气压低的地方,2、原本一定体积的气体,容积与气压之间呈负相关性(容积增大、气压降低,容积缩小、气压增大)。

知道了这两个规律就不难理解肺与外界的气体交换了。大家可以用手按住肋骨来感受一下:吸气时,可以感受到需要用点力,所以与呼吸相关的肋间肌和胸腔底部的膈肌都会收缩,使膈顶部下降、肋骨向上向外运动,导致胸廓容积扩大,肺也就随之扩张,于是肺内气压下降,当降到低于外界大气压时,外界的空气就会被吸入肺内。所以,要完成吸气,就必须要使肺的容积扩大,肺内气压才会下降,直到低于外界大气压,这样才会使空气从外界进入肺内。

呼气时,我们可以感受到身体是自然放松的,所以膈肌和肋间肌都舒张,膈顶部上升、肋骨向下向内运动,导致整个胸廓便缩小了,肺也随之缩小,肺内气压便会上升,当上升到高于外界大气压时,肺内气体便会被排出到外界,这就是呼气。所以,要完成呼气,就必须要使肺的容积缩小,肺内气压才会上升,直到高于外界大气压,这样才会使肺内气体排到外界。

因此,肺便可以与外界发生气体交换了。

简单来说,吸气的过程是这样的:膈肌和肋间肌收缩、膈顶部下降、肋骨向上向外运动、胸廓扩大、肺扩张、肺内气压下降、外界空气吸入;呼气的过程与之相反:膈肌和肋间肌舒张、膈顶部上升、肋骨向下向内运动、胸廓缩小、肺缩小、肺内气压上升、肺内气体呼出。吸气与呼气这两个动作连续交替的进行,就是呼吸运动。肺与外界的气体交换,是依靠呼吸运动实现的。

那么,空气进入到肺内之后会发什么呢?

肺与血液的气体交换

首先,我们要回顾肺的结构。肺内的众多支气管末端有许许多多肺泡,这些肺泡的壁都非常薄,肺泡壁只由一层上皮细胞构成,看起来就像是一个个微型肥皂泡一样,就在这些又小又薄的肺泡外面,还密密麻麻地分布着数不清的毛细血管;毛细血管的管壁和肺泡壁一样,也是只由一层上皮细胞构成的。所以,从肺泡内部到毛细血管内的血液,就只隔了两层细胞,非常薄,气体比较容易穿过。

当完成了吸气,外界空气进入肺内,使一个个肺泡像吹气球似的鼓了起来。肺泡内的氧气浓度比肺泡外毛细血管内血液的氧气浓度要高;由于扩散作用,气体会从浓度高的地方扩散到浓度低的地方,这个扩散的规律使得肺泡内的氧气先穿过肺泡壁、再穿过毛细血管壁,到达血液中,进入红细胞与血红蛋白结合,然后随着血液流动到全身各处,最后将这些氧气提供给各处的组织细胞来进行呼吸作用。

细胞完成了呼吸作用,会产生二氧化碳,这些二氧化碳统统会排入血液中,然后随着血液流动到肺泡外的毛细血管。根据气体扩散的规律,气体从浓度高的地方扩散到浓度低的地方,由于血液中的二氧化碳浓度高于肺泡内的二氧化碳浓度,所以,血液中的二氧化碳会先穿过毛细血管壁、再穿过肺泡壁,到达肺泡中,然后以呼气的方式排出体外。

经过这个过程,血液从肺部流过后,血液中的氧含量升高了,而血液中的二氧化碳含量则降低了。

因为肺泡壁和毛细血管壁都只由一层上皮细胞组成,所以氧气和二氧化碳都只需穿过两层细胞即可完成气体交换,非常的方便。肺泡的结构特点完美体现了生物学的一个基本观点:结构与功能相适应。

了解了这些,就不难解释开头的问题了。

为什么穿太小的衣服会呼吸不畅呢?这就是因为衣服太小太紧,勒住了身体,限制了胸廓的扩大,所以导致肺也不能很顺利地扩大,所以肺内的气压就不能下降到正常情况时的水平,也就无法顺利地吸气了。

在游泳时,因为水有水压,当胸部浸没在水中时,水也会像太紧的衣服一样,对胸廓造成压迫,制约了胸廓的扩大,所以也就使得我们无法自如地吸气了。

讲到底,这都是因为那个基本的规律:原本一定体积的气体,容积与气压之间呈负相关性(容积增大、气压降低,容积缩小、气压增大)气体由气压高的地方流向气压低的地方。你明白了吗?

氧气从肺泡进入毛细血管后,是怎样随血液流动的呢?血液又由哪些成分组成?下节课《血液、输血与血型》为大家揭晓答案。

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