《气体的交换与运输》 知识清单

《气体的交换与运输》知识清单
一、气体交换的基本原理
气体交换是指在肺泡和血液之间，以及血液和组织细胞之间进行氧气和二氧化碳的交换过程。

这一过程遵循着物理学中的扩散原理。

扩散是指物质从浓度高的区域向浓度低的区域自发移动的现象。

在气体交换中，氧气在肺泡内的浓度较高，而在流经肺泡的血液中的浓度较低，因此氧气会从肺泡扩散进入血液；相反，二氧化碳在血液中的浓度较高，而在肺泡内的浓度较低，所以二氧化碳会从血液扩散进入肺泡。

影响气体扩散的因素主要包括以下几个方面：
1、气体分压差：分压差越大，气体扩散的速度就越快。

例如，当我们进行剧烈运动时，肌肉细胞代谢旺盛，产生大量的二氧化碳，使血液中的二氧化碳分压升高，与肺泡内的二氧化碳分压差增大，从而促进二氧化碳更快地从血液扩散到肺泡。

2、气体的溶解度：气体在液体中的溶解度越大，扩散就越容易。

氧气在血浆中的溶解度相对较低，但在红细胞内与血红蛋白结合后，其溶解度大大增加，有助于氧气的运输和交换。

3、扩散面积和距离：扩散面积越大、扩散距离越短，气体扩散的速度就越快。

肺泡具有丰富的毛细血管，增大了气体交换的面积，同
时肺泡壁和毛细血管壁都很薄，缩短了气体扩散的距离，这些结构特
点都有利于气体交换的高效进行。

4、温度：温度升高时，分子的运动速度加快，气体扩散的速度也
会相应增加。

二、肺泡内的气体交换
肺泡是肺部进行气体交换的主要场所。

吸入的空气进入肺泡后，其
中的氧气通过肺泡壁和毛细血管壁进入血液，而血液中的二氧化碳则
通过同样的途径进入肺泡。

肺泡内表面覆盖着一层薄薄的液体，其中含有表面活性物质。

这种
表面活性物质能够降低肺泡表面张力，防止肺泡在呼气时过度塌陷，
维持肺泡的稳定性，从而保证气体交换的正常进行。

正常情况下，肺泡内的氧气分压约为 136kPa（102mmHg），二氧
化碳分压约为 53kPa（40mmHg）；而在流经肺泡的肺动脉血中，氧气
分压约为53kPa（40mmHg），二氧化碳分压约为61kPa（46mmHg）。

由于存在这样的分压差，氧气从肺泡扩散进入血液，二氧化碳则从血
液扩散进入肺泡。

经过气体交换后，肺静脉血中的氧气分压升高到约133kPa（100mmHg），二氧化碳分压降低到约 53kPa（40mmHg）。

三、组织内的气体交换
血液在流经身体各组织器官时，会在毛细血管处与组织细胞进行气
体交换。

组织细胞在代谢过程中不断消耗氧气，产生二氧化碳，导致组织内
的氧气分压较低，约为 4kPa（30mmHg），二氧化碳分压较高，约为665kPa（50mmHg）。

而在流经组织的毛细血管血液中，氧气分压约为133kPa（100mmHg），二氧化碳分压约为 53kPa（40mmHg）。

因此，氧气会从血液扩散进入组织细胞，二氧化碳则从组织细胞扩散进入血液。

通过组织内的气体交换，血液中的氧气被输送到组织细胞供其利用，同时组织细胞产生的二氧化碳被带回血液，最终通过血液循环运输到
肺部排出体外。

四、气体在血液中的运输
1、氧气的运输
氧气在血液中的运输主要有两种形式：与血红蛋白结合形成氧合血
红蛋白和溶解在血浆中。

血红蛋白是一种存在于红细胞中的蛋白质，它具有与氧气结合的能力。

每个血红蛋白分子可以结合 4 个氧气分子。

当血液流经肺部时，
由于肺泡内氧气分压高，氧气与血红蛋白迅速结合形成氧合血红蛋白；当血液流经组织时，由于组织内氧气分压低，氧合血红蛋白又会迅速
解离，释放出氧气供组织细胞利用。

氧合血红蛋白的形成和解离受到多种因素的影响，其中最重要的是
氧分压和血液的酸碱度。

氧分压越高，血红蛋白与氧气的结合能力越
强；血液酸碱度降低（即酸性增强）时，血红蛋白与氧气的结合能力减弱，有利于氧气的释放。

2、二氧化碳的运输
二氧化碳在血液中的运输形式主要有三种：
（1）碳酸氢盐形式：约占二氧化碳运输总量的 70%。

二氧化碳进入血液后，在红细胞内碳酸酐酶的作用下与水反应生成碳酸，碳酸又迅速解离为氢离子和碳酸氢根离子。

碳酸氢根离子扩散进入血浆，与钠离子结合形成碳酸氢钠。

当血液流经肺部时，碳酸氢钠又会分解为二氧化碳和水，二氧化碳通过呼吸排出体外。

（2）氨基甲酰血红蛋白形式：约占二氧化碳运输总量的 7%。

二氧化碳可以与血红蛋白的氨基结合形成氨基甲酰血红蛋白。

这种形式的运输在组织中进行，而在肺部时氨基甲酰血红蛋白会解离，释放出二氧化碳。

（3）溶解在血浆中：约占二氧化碳运输总量的 5%。

五、呼吸运动对气体交换和运输的影响
呼吸运动包括吸气和呼气两个过程，通过改变胸腔的容积来调节肺内的压力，从而实现气体的吸入和呼出。

吸气时，膈肌和肋间外肌收缩，胸腔容积增大，肺内压力降低，外界空气在压力差的作用下进入肺泡，促进了气体交换。

呼气时，膈肌和肋间外肌舒张，胸腔容积减小，肺内压力升高，肺泡内的气体被排出体外。

呼吸运动的频率和深度会影响气体交换和运输的效率。

例如，在剧烈运动时，呼吸频率和深度增加，单位时间内气体交换的量增多，以满足身体对氧气的需求，并及时排出产生的更多二氧化碳。

六、气体交换和运输异常相关的疾病
1、肺部疾病：如肺炎、肺气肿、肺结核等，会影响肺泡的结构和功能，导致气体交换障碍，引起缺氧和二氧化碳潴留。

2、心血管疾病：心力衰竭、先天性心脏病等可能影响血液循环，导致组织的血液灌注不足，影响气体在血液中的运输和组织内的气体交换。

3、贫血：由于血红蛋白含量减少，导致氧气运输能力下降，引起组织缺氧。

了解气体的交换与运输对于理解人体的生理功能、诊断和治疗相关疾病具有重要意义。

通过保持良好的生活习惯，如适量运动、合理饮食、避免吸烟等，可以维护呼吸系统和心血管系统的健康，保障气体交换和运输的正常进行，维持身体的正常生理功能。