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。