第2章氧和二氧化碳的转运
血液中O2和CO2的运输
血红蛋白（Hb）结构: 由一个珠蛋白和四个血红素组成。 一个血红素由4个吡咯环组成，中心为一个Fe2+。 珠蛋白由四条多肽链组成，每条多肽链与1个血 红素相连。
Hb与氧结合的特征: 1.反应快，可逆，不需酶催化，受PO2影响。 Hb+O2 PO2高的肺部 PO2低的组织 2.是氧合(oxygenation)反应,不是氧化(oxidation)反应。 Fe2+与 O2 结合后仍为二价铁。 HbO2
2.氧离曲线的中段:
40 – 60 mmHg段 特点:曲线较陡,是Hb释放氧
部分。 Hb氧饱和度为
75％，血氧含量14.4 ml， 向组织释放 5 ml的氧。
生理意义：可以向组织释放
较多的氧。 氧利用系数：血液流经组织 时释放的氧容积占动脉 氧含量的百分数。安静 状态为25％。
3.氧离曲线的下段: 15 – 40 mmHg 段 特点: 曲线最陡的部分,是 HbO2与O2解离的部位。 生理意义：代表了氧储来自。当组织代谢活动加强时，
PO2 可降至15 mmHg， Hb氧饱和度小于20％， 可供组织15 ml氧。氧利 用系数 75%，为安静时的 三倍。
（四）影响氧离曲线的因素
用来 P50 表示 Hb对 O2 的亲和力。 P50: 指 Hb氧饱和度达到 50% 时的 PO2。正常为26.5 mmHg。
若 P50↑，Hb 对 O2 的亲和力 ↓； 曲线右移。 若 P50↓，Hb 对 O2 的亲和力 ↑； 曲线左移。 插图3-7
疏松型(R型)，即氧和Hb.
O2 与Hb的Fe2+结合
盐键断裂
T型转为R型
Hb亚单位变构效应
插图(3-4,5)
Hb对O2的亲和力增加
Hb的一个亚单位与O2 结合后，由于变构效应，其 他亚单位更易与O2 结合；HbO2 的一个亚单位释放出 O2 后，其他亚单位更易释放 O2 。 因此，Hb氧离曲线呈 S 型。
人体内氧气和二氧化碳跨膜转运的方式
人体内氧气和二氧化碳的跨膜转运是生命活动中不可或缺的过程，主要依赖于呼吸系统和血液循环系统来共同完成。
首先，氧气主要通过呼吸作用进入人体。
在呼吸过程中，人体通过口鼻吸入空气，空气中的氧气分子随之进入呼吸道。
在这里，氧气分子通过扩散作用跨过肺泡上皮细胞膜，进入血液循环系统。
这个过程主要依赖于氧气分子在浓度梯度驱动下的自由扩散，不需要消耗能量。
一旦进入血液，氧气分子会与红细胞中的血红蛋白结合，形成氧合血红蛋白。
这种结合是高度特异性的，能够保证氧气分子在血液中的稳定传输。
随后，氧合血红蛋白通过血液循环系统被输送到全身各处的组织细胞。
在组织细胞处，氧气分子再次通过扩散作用跨过细胞膜，进入细胞内部，供细胞进行新陈代谢使用。
同样，这个过程也是自由扩散，不需要消耗能量。
与此同时，细胞在代谢过程中产生的二氧化碳也需要被转运出体外。
二氧化碳的转运方向与氧气相反，它是从细胞内部产生，然后通过血液循环系统被输送到肺部，最后通过呼吸作用排出体外。
二氧化碳的跨膜转运主要依赖于碳酸酐酶的作用。
在细胞内，二氧化碳与水结合形成碳酸，碳酸在碳酸酐酶的催化下迅速分解为碳酸氢根离子和氢离子。
碳酸氢根离子在浓度梯度驱动下扩散出细胞，进入血液循环系统。
在肺部，碳酸氢根离子再次与水结合形成碳酸，碳酸分解为二氧化碳和水，二氧化碳随后通过呼吸作用排出体外。
氧和二氧化碳的跨膜转运方式
氧和二氧化碳的跨膜转运方式氧和二氧化碳是生命活动中不可或缺的分子。
它们在生物体内的跨膜转运过程对于维持生物体内环境的稳定性和正常的代谢活动至关重要。
在细胞膜上存在多种跨膜转运机制，其中包括被广泛研究的扩散、载体介导转运、通道介导转运和泵介导转运等。
本文将着重探讨氧和二氧化碳在生物体内的跨膜转运方式及其相关膜蛋白。
氧的跨膜转运氧是生命活动中必需的分子，它通过呼吸作用进入生物体内，并在细胞内参与能量代谢。
在跨膜转运过程中，氧可以通过扩散、载体介导转运和通道介导转运等机制进入细胞内。
扩散是一种无需能量消耗的自发性过程，氧可以通过生物膜的疏水层进入细胞内。
但是，细胞膜的疏水层对于氧分子的穿透性不高，因此扩散速率较慢。
此外，氧在水中的溶解度较低，也会限制其扩散速率。
因此，在细胞内，载体介导转运和通道介导转运是更为常见的氧跨膜转运方式。
载体介导转运是一种需要能量消耗的过程，氧分子通过与载体蛋白结合，由载体蛋白将其跨越细胞膜。
在哺乳动物细胞中，血红蛋白是一种重要的氧载体蛋白。
血红蛋白分布在红细胞内，可以将氧分子从肺部输送到组织中，并将二氧化碳从组织输送到肺部。
此外，哺乳动物细胞膜上的氧载体蛋白还包括肺泡上皮细胞中的氧合血红蛋白和线粒体内的细胞色素氧化酶等。
通道介导转运是一种无需能量消耗的过程，氧分子可以通过细胞膜上的通道蛋白进入细胞内。
哺乳动物细胞膜上的氧通道蛋白主要有两种类型：膜蛋白家族1（MIP）和膜蛋白家族2（MPB）。
其中，MIP 家族包括水通道蛋白（AQP）、氧通道蛋白（HbCO2）和气体通道蛋白（GDP）等，它们可以通过不同的通道结构和亲和力选择性地介导氧分子的转运。
MPB家族包括氧气感受器（OGS）和气体感受器（GAS）等，它们通过对氧分子的结合和解离来介导氧的转运。
二氧化碳的跨膜转运二氧化碳是细胞内产生的废物，需要及时转运出细胞并由呼吸系统排出体外。
在跨膜转运过程中，二氧化碳可以通过扩散、通道介导转运和泵介导转运等机制离开细胞。
生物体内氧气传输与转运机制的研究
生物体内氧气传输与转运机制的研究氧气是生命活动的重要物质，对于人体健康和生命的维持至关重要。
然而，氧气在人体内的传输与转运机制却一直是生物学研究的一个重要课题。
本文将对生物体内氧气传输与转运机制的研究进行探讨。
一、氧气在体内的传输1. 呼吸系统人体的氧气主要是通过呼吸系统来获取的。
当人类呼吸时，吸入的氧气与肺泡中的二氧化碳发生气体交换，将氧气吸入人体，同时将二氧化碳呼出体外。
因此，肺部是人体主要的氧气获取和二氧化碳排放器官。
2. 血液在人体内，氧气是通过血液来传输的。
血液中含有红细胞，红细胞内有血红蛋白。
血红蛋白可以与氧气结合，在氧气压力高的地方将氧气吸入，然后在氧气压力低的地方将氧气释放。
在肺部，血红蛋白与肺泡中氧气结合，在组织中，血红蛋白向周围的细胞释放氧气。
因此，血红蛋白是氧气在人体内的主要承载者。
二、氧气的转运除了呼吸系统和血液，还有其他机制负责氧气转运。
以下分别探讨。
1. 粘液粘液是人体内常见的一种物质，存在于多种器官和组织中。
粘液可以在组织和细胞之间传递氧气。
当氧气需要经过它时，粘液会向周围散发氧气，使氧气能够进入细胞中实现呼吸和代谢。
2. 细胞膜通道细胞膜通道可以使氧气通过细胞膜，进入细胞内部，从而实现氧气在身体内的转运。
细胞膜通道可以在肉体内、植物细胞内和其他生物体内发挥作用。
3. 血管血管中的氧气转运机制类似于血液。
当组织内氧气不足时，血管可以向周围释放氧气，同时使血液中的氧气含量充足，从而保证身体的正常代谢和运作。
三、氧气的利用从氧气吸入人体，到氧气被发挥作用，需要经过一系列复杂的生物学过程。
在组织和细胞中，氧气通过氧化酶的作用产生H2O 和ATP，将ATP作为源燃料，通过机械能或化学能向身体提供能量。
在此基础上，研究人员还发现很多疾病，如糖尿病、神经功能障碍等，都与氧气利用不足有关。
因此，对于氧气传输与转运机制的研究有着重要的意义。
结论通过对生物体内氧气传输与转运机制的探讨，可以看出氧气对生命健康和疾病预防有着极为重要的作用，对于人类健康和医学研究也有着重要意义。
(整理)第2章氧和二氧化碳的转运
第二章氧和二氧化碳的转运呼吸是一个燃烧过程，速度非常慢，否则完全跟木炭一样。
--Antoine Lavoisier有氧代谢过程是燃烧营养物质燃料来释放能量。
这个过程消耗氧气并释放二氧化碳。
循环系统的作用是输送氧气和营养物质燃料到身体组织，然后清除产生的二氧化碳。
循环系统运输氧气和二氧化碳的双重作用被称为血液的呼吸功能。
本章描述这种呼吸功能是如何进行的。
氧气的运输将肺部的氧气运输到代谢组织，可以使用四个临床参数描述：（a）血液中的氧气浓度，（b）动脉血氧气的传递速率，（c）从毛细血管血液进入组织的氧摄取率，（d）从毛细血管血液进入组织的氧分数。
这四个氧气输送参数以及派生每个参数的方程见表2.1。
彻底了解这些参数是管理危重患者必不可少的。
血液中的氧（O2）含量氧气不容易溶解在水中（1），且由于血浆是93%的水，因此需要一个专门结合氧（气）的分子（血红蛋白）来促进血液的氧合。
血液中的氧（O2）也被称为O2含量，O2含量是O2的总供量，它与血红蛋白结合并且溶解在血浆中。
血红蛋白的氧饱和度（含氧血红蛋白占总血红蛋白的比例）；Q=心脏输出；CaCO2=动脉血中CO2含量；CvCO2=混合静脉血中CO2含量。
与O2结合的血红蛋白（氧合血红蛋白）与O2结合的血红蛋白（HbO2）浓度由公式2.1（2）中的变量决定。
HbO2=1.34×Hb×SO2 （2.1）Hb是血液中的血红蛋白浓度（通常以g/dL表示，即g/100 mL）；1.34是血红蛋白的氧结合能力（以每g血红蛋白多少mL O2表示）；SO2是血液中氧合血红蛋白占总血红蛋白的比例（SO2=HbO2/总Hb），也称作血红蛋白的氧饱和度。
HbO2与Hb浓度的单位（g/dL）相同。
公式2.1表示：当血红蛋白与O2完全饱和时（即当SO2=1时），每g 血红蛋白通常结合1.34mL的氧气。
通常1g血红蛋白能结合1.39mL的氧气，但一小部分循环血红蛋白（3%到5%）以高铁血红蛋白和碳氧血红蛋白的形式存在，因为这些形式的Hb结合O2的能力降低，因此1.34 mL/g这一较低值被认为更能代表总血红蛋白池的O2结合能力（3）。
人体呼吸过程氧和二氧化碳的运行路线
人体呼吸过程氧和二氧化碳的运行路线
（原创版）
目录
1.人体呼吸系统的构成
2.氧气在人体内的运行路线
3.二氧化碳在人体内的运行路线
4.呼吸过程中氧气和二氧化碳的交换
5.结论
正文
人体呼吸系统主要由鼻腔、喉咙、气管、支气管和肺组成。
氧气和二氧化碳在人体内的运行路线如下：
1.氧气在人体内的运行路线：
当我们吸入空气时，氧气通过鼻腔、喉咙、气管和支气管进入肺部。
在肺部，氧气会进入肺泡，并通过肺泡壁进入肺泡周围的毛细血管。
在这里，氧气会从肺泡壁进入血液，与血红蛋白结合，然后通过血液输送到全身各个组织和器官。
在组织和器官中，氧气会从血液中释放，进入细胞内进行新陈代谢。
2.二氧化碳在人体内的运行路线：
在细胞内，氧气会参与新陈代谢过程，产生二氧化碳。
二氧化碳会从细胞内进入组织液，然后通过血液输送到肺部。
在肺部，二氧化碳会从血液中进入肺泡，并通过呼气排出体外。
3.呼吸过程中氧气和二氧化碳的交换：
在肺部，氧气和二氧化碳的交换主要发生在肺泡和毛细血管之间。
当血液流经肺泡周围的毛细血管时，氧气从肺泡进入血液，而二氧化碳则从
血液进入肺泡。
这个过程使得富含氧气的血液流回心脏，然后将氧气输送到全身各个组织和器官。
总之，人体呼吸过程中，氧气从外界进入体内，通过血液输送到各个组织和器官，参与新陈代谢过程。
同时，二氧化碳在细胞内产生，通过血液输送到肺部，并最终排出体外。
第二章细胞膜的物质转运功能
递质和其它生物活性物质结合，并能引起特定生物学效 应的特殊结构。
指细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化 学物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系 列过程，最终引发细胞的生物学效应。
受体按照存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆 受体和核受体。
1、静息电位的概念 1）概念：细胞静息时存在于细胞膜两侧的电位差 2）极化状态：细胞膜保持外正内负的电生理状态。 3）静息电位的范围：-10mv~ -100mv 极化状态：（如图）
2、产生静息电位的机理：
1）正常细胞所具有的特点 （1）细胞内钾离子的浓度是细胞外的30倍
细胞内蛋白质的浓度是细胞外的10倍 （2）细胞外钠、氯离子的浓度是细胞内的20倍 （3）蛋白质带负电且不能通过细胞膜 （4）带正、负电荷的水合离子有极小的通透性。被、易
变化的能力或特性。 （二）刺激与反应 1 适宜刺激与不适宜刺激
凡能被某种细胞接受的刺激就称为这种细胞的适宜 刺激；反之，称为不适宜刺激。 2 刺激引起兴奋的条件 （1）刺激的强度
阈值（threshold intensity）：能引起Na通道大量开 放而爆发AP的临界膜电位水平。
阈刺激：在一定时间内，引起组织细胞产生兴奋的最 低刺激强度。 阈下刺激；阈上刺激 （2）刺激的作用时间
强 度
0.8 A
0.4
B
0.4
0.8
时间
内膜 K+ ProK+ ProK+
外膜 Na+ ClNa+
ClNa+
内膜 -
-
-
外膜 +
+内膜
生理学┃氧的运输
生理学┃氧的运输生理学· 呼吸第三节气体在血液中的运输血液是运输O2和CO2的媒介。
经肺换气摄取的O2通过血液循环运输到机体各器官和组织，供细胞利用；细胞代谢产生的CO2经组织换气进入血液循环，运输到肺排出体外。
O2和CO2均以物理溶解和化学结合两种形式进行运输。
根据Henry定律，气体在溶液中溶解的量与其分压和溶解度成正比，与温度成反比。
温度为38℃时，1个大气压下，O2和CO2在100ml血液中溶解的量分别为2.36ml和48ml。
按此计算，动脉血PO2为100mmHg，每100ml血液含溶解的O20.31ml；静脉血PCO2为46mmHg，每100ml血液含溶解的CO2 2.9ml。
安静时，正常成年人心输出量约5L/min，因此，物理溶解于动脉血液中的O2流量仅约15ml/min，物理溶解于静脉血液中的CO2流量约为145ml/min。
然而，即使在安静状态下，机体耗氧量约250ml/min，CO2生成量约200ml/min；运动时机体的耗氧量和CO2生成量将成倍增加。
显然，单靠物理溶解的形式来运输O2和CO2是远不能适应机体的代谢需要。
实际上，机体在进化过程中形成了非常有效的O2和CO2的化学结合运输形式。
由表5-3可见，血液中的O2和CO2主要以化学结合的形式存在，而物理溶解形式所占比例极小；化学结合可使血液对O2的运输量增加65～140倍，对CO2的运输量增加近20倍。
虽然血液中以物理溶解形式存在的O2和CO2很少，但很重要，起着“桥梁”作用。
在肺换气或组织换气时，进入血液的O2和CO2都是先溶解在血浆中，提高其分压，再发生化学结合；O2和CO2从血液释放时，也是溶解的先逸出，降低各自的分压，化学结合的O2或CO2再解离出来，溶解到血浆中。
物理溶解和化学结合两者之间处于动态平衡。
下面主要讨论O2和CO2的化学结合形式的运输。
一、氧的运输血液中所含的O2仅约1.5％以物理溶解的形式运输，其余98.5％则以化学结合的形式运输。
氧和二氧化碳的运输方式
氧和二氧化碳的运输方式氧和二氧化碳的运输方式，这可是一件很有意思的事情啊！想象一下，咱们的身体就像一辆大巴车，里面装着各种各样的小乘客。
氧气和二氧化碳就是这辆大巴车上最重要的两个角色，没它们可不行。
氧气，嘿，它是我们生命的源泉，仿佛是个超级明星，一到体内就开始四处跑。
每当我们吸气的时候，氧气就像是被邀请的嘉宾，优雅地走进来。
它通过肺泡进入血液，顺着血流直奔全身，跟着红细胞一块儿溜达。
这些红细胞就像小快递员，专门负责把氧气送到需要的地方，尤其是那些忙着工作的小肌肉，呼唤着氧气的到来，嘿，快来，快来，给我点能量啊！可别小看这运输过程，得有个强大的交通网络。
血液流动可不是随随便便的，心脏就像是个拼命三郎，不停地抽动，保证这些红细胞能飞快地送达每一个角落。
想象一下，心脏每跳动一次，就像是一声号角，红细胞们迅速整装待发，分秒必争。
它们要是慢半拍，可就影响了整个身体的工作，那可真是要命了。
而说到二氧化碳，嘿，它可是另一个不得不提的角色。
它就像一位默默奉献的工作者，完成了自己的任务后，变成了个大负担。
咱们在使用氧气的时候，顺带儿就会产生二氧化碳，身体就像个工厂，熬夜加班的工人总得要放点气。
二氧化碳生成后，就得靠红细胞把它送回肺部，准备呼出体外。
哎，这就像是小快递员们接到了新任务，赶紧把二氧化碳包裹送回去，搞定了再说。
这过程就有点像打包快递，送出去容易，但收货就得细心。
二氧化碳需要在肺里和氧气完成一场交接，像是两位朋友的拥抱。
氧气在这一刻又变成了明星，二氧化碳则是那个默默无闻的英雄，辛辛苦苦把身体里的“废品”处理掉。
呼气的时候，二氧化碳可高兴了，终于可以“自由”了。
它像是从大巴车上跳下来，感受新鲜空气的那种爽，真是让人羡慕。
这时候，大家别忘了，我们的生活方式也会影响氧气和二氧化碳的运输哦。
像是那些吸烟的朋友，哎，吸烟可不是个好习惯，它会让氧气的运输变得困难。
想想，车子堵在路上，快递员们在那儿无奈地干着急，多糟糕啊！如果我们运动得多，身体就会需要更多的氧气，这时候心脏会更加卖力，血液流动加快，红细胞们像打了鸡血一样，拼命往前冲。
8.355气体在血液中的运输
下中 上
一、氧的运输
（三） 氧离曲线 意义: ①肺泡PO2在一定范围内降低时，不会明显缺 氧；
②VA/Q不匹配，即使呼吸加强, 肺泡通气量↑,
也无助O2的摄取。
一、氧的运输
中段40-60mmHg较陡（释放段） 反映：Hb释放O2 表明：PO2降低能促大量氧离， 血氧饱和度下降显著(90％～75％) 意义: 维持正常安静时组织的氧供
一、氧的运输
（四） 影响氧离曲线的因素
2,3-二磷酸甘油酸(2,3-DpG) DpG↑ →氧离曲线右移 DpG↓ →氧离曲线左移
机制： ①能与Hb结合形成盐键→Hb构型变为T型； ②能提高[H+]↑→波尔效应→Hb对O2亲和力↓
一、氧的运输
（四） 影响氧离曲线的因素 e.g.高原缺氧→RBC无氧代谢↑→DpG↑→曲
一、氧的运输
（四） 影响氧离曲线的因素 温度
T↑→氧离曲线右移 T↓→氧离曲线左移 机制： T↑→H+的活度↑→ 氧离易 e.g. 组织代谢↑→局部 T↑、CO2和H+ ↑ →氧 离易 ;
一、氧的运输
（四） 影响氧离曲线的因素
机制： T↓→H+的活度↓→氧离难 e.g.低温麻醉时，有利于降低组织耗氧量 冬天，末梢循环↓→氧离难→易冻伤
下中 上
一、氧的运输
（四） 影响氧离曲线的因素
PH和PCO2 PCO2↑/PH↓[H+]↑→氧离曲线右移 PCO2↓/PH↑[H+] ↓→氧离曲线左移
波尔效应(Bohr effect) -- 酸度对Hb与O2亲和力的 影响
一、氧的运输
（四） 影响氧离曲线的因素
意义： 组织：CO2扩散入血→血液[H+]↑→曲线 右移→促氧离 肺脏：CO2扩散入肺泡→血液[H+] ↓→曲 线左移→促氧合
氧和二氧化碳出入细胞膜的方式
氧和二氧化碳出入细胞膜的方式
氧气和二氧化碳的运输是构成细胞的重要分子。
它们的运输受到活性膜蛋白及其他膜转运蛋白的调节，它们通过融合的方式才能进入或离开细胞膜。
氧的主要进入细胞的方式是通过细胞膜的氧转运蛋白，又叫血红蛋白转运蛋白，该蛋白可将氧通过运输进入细胞膜，进而被营养细胞和其他蛋白联结作为酶催化反应。
另外，氧还可以直接通过渗透压进入细胞膜。
二氧化碳主要由血管进入细胞的血液中，再被转运蛋白转运至细胞膜中。
该转运蛋白具有两个功能：一是血红蛋白的转运，二是二氧化碳的运输。
该转运蛋白主要由碳酸转运蛋白组成，它将二氧化碳转运到细胞膜内，进而将它加以捕捉，以确保细胞中有足够的CO2进行呼吸活动。
二氧化碳也可以直接通过细胞膜渗透进入细胞。
综上，氧和二氧化碳主要是通过转运蛋白或渗透压的方式进入或离开细胞膜的。
《氧运输与氧代谢》课件
细胞内的氧代谢过程
在线粒体中，氧气与NADH或FADH2 结合，生成水，同时释放能量。
在氧代谢过程中，会产生一些有害的 代谢产物，如超氧阴离子、过氧化氢 等，这些物质需要被及时清除以避免 对细胞造成损伤。
这些能量可以用于合成ATP，为细胞 提供能量。
细胞对代谢产物的排放
细胞内的代谢产物如二氧化碳、尿素等需要被排出细胞，以维持细胞内环境的稳定 。
呼吸深度
呼吸深度也受到神经和体液的调节，在需要更多氧气的情况下，如 运动时，个体通常会深呼吸。
呼吸道通畅
呼吸道通畅对于氧运输和氧代谢至关重要，呼吸道阻塞可能导致缺 氧。
循环系统的调节
心率
01
心率的变化直接影响氧运输，心率过快可能导致氧运输不足，
心率过慢可能导致氧运输过多。
血压
02
血压的变化也会影响氧运输，血压过高或过低都可能影响氧运
缺氧
当氧运输能力不足时，组织细胞可能缺氧，影响 生理功能。
过度耗氧
过度的有氧运动或疾病状态可能导致过度耗氧， 引发疲劳和呼吸困难。
适应与调节
人体通过生理适应机制（如肺通气增加）来调节 氧运输和氧代谢。
04
氧运输与氧代谢的调节
呼吸系统的调节
呼吸频率
呼吸频率的调节主要通过神经和体液机制来实现，例如，在运动 或缺氧的情况下，呼吸频率会增加，以提供更多的氧气。
输。
血管舒缩
03
血管的舒缩状态影响血液流量运输。
内分泌系统的调节
激素调节
某些激素，如肾上腺素和去甲肾上腺素，可以刺激呼吸和循环系 统，增加氧运输和氧代谢。
缺氧反应
当体内缺氧时，内分泌系统会释放激素以刺激呼吸和循环系统， 增加氧运输和氧代谢。
呼吸生理学氧气与二氧化碳交换的机制
呼吸生理学氧气与二氧化碳交换的机制氧气与二氧化碳交换是呼吸生理学中的重要过程，确保了机体细胞获得足够的氧气以供能量代谢，并将代谢产生的二氧化碳排出体外。
本文将介绍氧气与二氧化碳交换的机制。
氧气与二氧化碳交换主要发生在肺泡与肺毛细血管之间。
这个过程涉及到肺泡壁、肺毛细血管壁和血红蛋白分子。
首先，空气通过喉部、气管、支气管进入到肺泡。
肺泡壁由单层扁平上皮细胞构成，上皮细胞薄且富含血管。
这个薄的结构提供了一个分子扩散的良好平台。
当肺泡内的氧气分压高于肺毛细血管内的氧气分压时，氧气会沿浓度梯度从肺泡进入肺毛细血管。
这个过程依靠分子扩散，氧气分子通过上皮细胞间的间隙和肺毛细血管壁的血管内皮细胞间的间隙逐渐渗透。
血红蛋白是氧气分子的主要运载体，约99%的氧气会与血红蛋白结合形成氧合血红蛋白。
血红蛋白与氧气结合形成强结合，以致氧气不易从血红蛋白上脱落。
氧气与血红蛋白的结合受多个因素的影响，其中最重要的是氧气分压和血红蛋白的亲和力。
氧气分压越高，越有利于氧气与血红蛋白结合；而血红蛋白的亲和力体现为血红蛋白与氧气的结合能力。
此外，酸碱平衡和体温也会对氧气和血红蛋白的结合产生影响。
酸性环境和低温会降低血红蛋白对氧气的亲和力，而碱性环境和高温则会增加血红蛋白对氧气的亲和力。
另一方面，二氧化碳的交换是通过运载体进行的。
二氧化碳分子主要以溶解态、碳酸态和结合态形式存在于血液中。
二氧化碳从肺毛细血管进入肺泡后，主要以溶解态从肺泡进入空气中。
溶解态二氧化碳依靠分子扩散从毛细血管出去。
此外，碳酸态的二氧化碳会与水分子结合形成碳酸，碳酸进一步分解为氢离子和重碳酸盐，氢离子与血红蛋白结合形成碳酸血红蛋白，而重碳酸盐则从毛细血管进入肺泡。
在肺泡中，二氧化碳会以相反的顺序转化为溶解态和碳酸态，然后再通过分子扩散从肺泡进入空气中。
总结起来，氧气与二氧化碳交换的机制是通过分子扩散和运载体介导的。
氧气通过浓度梯度从肺泡进入肺毛细血管，依靠血红蛋白作为运载体转运到细胞中。
生物体内的氧气等物质交换和转运调节机制
生物体内的氧气等物质交换和转运调节机制在生物体内，氧气等物质的交换和转运是维持生命活动的重要机制之一。
这一机制涉及多种生理学和生物化学过程，其中包括呼吸、循环、代谢以及细胞间的物质转运等方面。
下面我们将逐一探究这些机制的作用和调节方式，为读者深度解读生物体内的氧气等物质交换与转运调节机制。
一、呼吸的作用和调节方式呼吸是人体获取氧气与排出二氧化碳的过程，也是调节血液中氧气和二氧化碳浓度的重要途径。
在呼吸过程中，空气通过鼻腔、咽喉和气管进入肺部，随后透过肺泡壁进入血液循环系统。
肺泡壁上含有丰富的血管和纤维及其它细胞组织，这些细胞组织促进了气体的交换和转运。
在人体呼吸调节中，交感神经系统、副交感神经系统和中枢呼吸调节中枢起到了重要作用。
高浓度的碳酸二氢盐（HCO3-）可引起延长呼吸道的血管收缩，从而导致肺泡血管阻力上升，进而导致肺动脉高压。
此时，副交感神经系统的疲劳可增加肺动脉弛缓度，从而降低肺动脉压力和呼吸阻力。
此外，交感神经系统通过分泌多巴胺和肾上腺素促进肺泡扩张和肺血管扩张，从而增加肺的通气量和气体交换效率。
二、循环的作用和调节方式循环是人体内氧气等物质的主要转运途径。
在循环过程中，血液经过心脏的泵送作用从心脏内腔进入主动脉和大静脉，然后通过毛细血管进入组织中。
在组织内，血液中的氧气和其它重要物质自由交换，并被细胞吸收利用。
在人体循环调节中，多种生理学和生物化学突触发挥了关键作用。
自主神经系统通过释放乙酰胆碱和缓激肽促进心脏的收缩和舒张，从而提高心脏泵血能力和维持循环的顺畅性。
同样，肾上腺素的释放可以促进心脏的收缩，进而提高循环的速度和效率。
此外，肝脏和其他重要器官的代谢产物也可以通过血液循环适时调节，以维持人体内物质的平衡。
三、代谢的作用和调节方式代谢是指生物体内物质的吸收、转化和排泄过程。
在代谢过程中，人体消耗了大量氧气和其它重要物质，其中包括食物中的碳水化合物、脂肪和蛋白质等重要物质。
这些物质在肝、胰、肠等重要器官的代谢作用下转换成细胞可以利用和吸收的形式，再通过细胞间的转运过程转移到细胞内部进行神经、能量和新陈代谢等活动。
《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、气体交换的基本概念气体交换是指在生物体内或生物与环境之间，氧气（O₂）和二氧化碳（CO₂）等气体分子在不同部位之间的转移和交换过程。
这一过程对于维持生命活动至关重要，因为细胞需要不断获取氧气进行有氧呼吸，同时排出产生的二氧化碳。
气体交换主要发生在两个部位：肺（呼吸系统）和组织（细胞水平）。
在肺部，外界空气中的氧气通过呼吸运动进入肺泡，而血液中的二氧化碳则从肺泡扩散到空气中，完成气体交换，使血液富含氧气。
在组织中，富含氧气的血液通过毛细血管网到达细胞周围，氧气从血液扩散进入细胞，细胞代谢产生的二氧化碳则扩散进入血液，然后被运回肺部排出体外。
二、气体交换的原理气体交换遵循扩散原理。
扩散是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域自发移动的过程，直到浓度达到平衡。
对于气体来说，扩散的动力是浓度差。
氧气在肺泡中的浓度高于血液中的浓度，所以氧气会从肺泡扩散进入血液；而二氧化碳在血液中的浓度高于肺泡中的浓度，所以二氧化碳会从血液扩散进入肺泡。
气体扩散的速率受到多种因素的影响，包括：1、分压差：分压差越大，气体扩散的速率越快。
2、气体的分子量和溶解度：分子量小、溶解度大的气体扩散速率快。
例如，二氧化碳的分子量比氧气大，但二氧化碳在水中的溶解度比氧气高，所以二氧化碳的扩散速率相对较快。
3、扩散面积和距离：扩散面积越大、扩散距离越短，气体扩散的速率越快。
三、肺内气体交换（一）呼吸运动与肺通气呼吸运动包括吸气和呼气两个过程。
吸气时，肋间肌和膈肌收缩，胸腔容积增大，肺内压力降低，外界空气进入肺内；呼气时，肋间肌和膈肌舒张，胸腔容积减小，肺内压力升高，肺内气体排出体外。
通过呼吸运动实现的肺通气是肺内气体交换的前提条件。
（二）肺泡的结构特点肺泡是气体交换的主要场所，具有以下有利于气体交换的结构特点：1、数量众多：人体约有 3 亿到 4 亿个肺泡，大大增加了气体交换的面积。
2、肺泡壁薄：由一层扁平的上皮细胞构成，有利于气体的扩散。
第2章 氧和二氧化碳的转运
第二章氧和二氧化碳的转运呼吸是一个燃烧过程，速度非常慢，否则完全跟木炭一样。
--Antoine Lavoisier有氧代谢过程是燃烧营养物质燃料来释放能量。
这个过程消耗氧气并释放二氧化碳。
循环系统的作用是输送氧气和营养物质燃料到身体组织，然后清除产生的二氧化碳。
循环系统运输氧气和二氧化碳的双重作用被称为血液的呼吸功能。
本章描述这种呼吸功能是如何进行的。
氧气的运输将肺部的氧气运输到代谢组织，可以使用四个临床参数描述：（a）血液中的氧气浓度，（b）动脉血氧气的传递速率，（c）从毛细血管血液进入组织的氧摄取率，（d）从毛细血管血液进入组织的氧分数。
这四个氧气输送参数以及派生每个参数的方程见表2.1。
彻底了解这些参数是管理危重患者必不可少的。
血液中的氧（O2）含量氧气不容易溶解在水中（1），且由于血浆是93%的水，因此需要一个专门结合氧（气）的分子（血红蛋白）来促进血液的氧合。
血液中的氧（O2）也被称为O2含量，O2含量是O2的总供量，它与血红蛋白结合并且溶解在血浆中。
血红蛋白的氧饱和度（含氧血红蛋白占总血红蛋白的比例）；Q=心脏输出；CaCO2=动脉血中CO2含量；CvCO2=混合静脉血中CO2含量。
与O2结合的血红蛋白（氧合血红蛋白）与O2结合的血红蛋白（HbO2）浓度由公式2.1（2）中的变量决定。
HbO2=1.34×Hb×SO2 （2.1）Hb是血液中的血红蛋白浓度（通常以g/dL表示，即g/100 mL）；1.34是血红蛋白的氧结合能力（以每g血红蛋白多少mL O2表示）；SO2是血液中氧合血红蛋白占总血红蛋白的比例（SO2=HbO2/总Hb），也称作血红蛋白的氧饱和度。
HbO2与Hb浓度的单位（g/dL）相同。
公式2.1表示：当血红蛋白与O2完全饱和时（即当SO2=1时），每g 血红蛋白通常结合1.34mL的氧气。
通常1g血红蛋白能结合1.39mL的氧气，但一小部分循环血红蛋白（3%到5%）以高铁血红蛋白和碳氧血红蛋白的形式存在，因为这些形式的Hb结合O2的能力降低，因此1.34 mL/g这一较低值被认为更能代表总血红蛋白池的O2结合能力（3）。
二氧化碳和氧气交换运动
二氧化碳和氧气交换运动
二氧化碳和氧气交换运动是人体呼吸系统中的重要过程。
在呼吸过程中，人体通过吸入氧气和排出二氧化碳来维持身体的正常运转。
这个过程涉及到肺部、血液和细胞等多个方面的协同作用。
当我们吸入空气时，其中含有大约21%的氧气和0.04%的二氧化碳。
这些气体通过鼻子或嘴巴进入到肺部，经过气管和支气管，最终到达肺泡。
肺泡是肺部的基本单位，它们是由微小的气囊组成的，能够将氧气和二氧化碳交换。
在肺泡中，氧气通过肺泡壁进入到血液中，而二氧化碳则从血液中通过肺泡壁排出。
这个过程是通过气体扩散来实现的。
气体扩散是指气体从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。
在肺泡中，氧气的浓度比血液中的氧气浓度高，而二氧化碳的浓度则相反。
因此，氧气会从肺泡进入到血液中，而二氧化碳则会从血液中进入到肺泡中。
一旦氧气进入到血液中，它会与血红蛋白结合，形成氧合血红蛋白。
这个过程是通过血液循环来实现的。
氧合血红蛋白会被输送到身体各个部位，供给细胞进行呼吸作用。
在细胞内，氧气会被用于产生能量，同时产生二氧化碳。
这些二氧化碳会通过血液循环被输送回到肺部，最终排出体外。
二氧化碳和氧气交换运动是人体呼吸系统中的重要过程。
它涉及到肺部、血液和细胞等多个方面的协同作用，能够维持身体的正常运
转。
因此，我们应该保持良好的呼吸习惯，保证身体能够得到足够的氧气供应，同时及时排出体内的二氧化碳。
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第二章氧和二氧化碳的转运呼吸是一个燃烧过程，速度非常慢，否则完全跟木炭一样。
--Antoine Lavoisier有氧代谢过程是燃烧营养物质燃料来释放能量。
这个过程消耗氧气并释放二氧化碳。
循环系统的作用是输送氧气和营养物质燃料到身体组织，然后清除产生的二氧化碳。
循环系统运输氧气和二氧化碳的双重作用被称为血液的呼吸功能。
本章描述这种呼吸功能是如何进行的。
氧气的运输将肺部的氧气运输到代谢组织，可以使用四个临床参数描述：（a）血液中的氧气浓度，（b）动脉血氧气的传递速率，（c）从毛细血管血液进入组织的氧摄取率，（d）从毛细血管血液进入组织的氧分数。
这四个氧气输送参数以及派生每个参数的方程见表2.1。
彻底了解这些参数是管理危重患者必不可少的。
血液中的氧（O2）含量氧气不容易溶解在水中（1），且由于血浆是93%的水，因此需要一个专门结合氧（气）的分子（血红蛋白）来促进血液的氧合。
血液中的氧（O2）也被称为O2含量，O2含量是O2的总供量，它与血红蛋白结合并且溶解在血浆中。
血红蛋白的氧饱和度（含氧血红蛋白占总血红蛋白的比例）；Q=心脏输出；CaCO2=动脉血中CO2含量；CvCO2=混合静脉血中CO2含量。
与O2结合的血红蛋白（氧合血红蛋白）与O2结合的血红蛋白（HbO2）浓度由公式2.1（2）中的变量决定。
HbO2=1.34×Hb×SO2 （2.1）Hb是血液中的血红蛋白浓度（通常以g/dL表示，即g/100 mL）；1.34是血红蛋白的氧结合能力（以每g血红蛋白多少mL O2表示）；SO2是血液中氧合血红蛋白占总血红蛋白的比例（SO2=HbO2/总Hb），也称作血红蛋白的氧饱和度。
HbO2与Hb浓度的单位（g/dL）相同。
公式2.1表示：当血红蛋白与O2完全饱和时（即当SO2=1时），每g 血红蛋白通常结合1.34mL的氧气。
通常1g血红蛋白能结合1.39mL的氧气，但一小部分循环血红蛋白（3%到5%）以高铁血红蛋白和碳氧血红蛋白的形式存在，因为这些形式的Hb结合O2的能力降低，因此1.34 mL/g这一较低值被认为更能1代表总血红蛋白池的O2结合能力（3）。
笔记：O2=氧（气）；Hb=血红蛋白溶解的O2血浆中溶解的O2浓度取决于氧在水（血浆）中的溶解度和血液中的氧分压（PO2）。
O2在水中的溶解度是随温度变化的（溶解度随温度的降低略有增加）。
在正常体温（37℃）和PO2为1mmHg时，0.03 mL的O2能溶解在1升的水中（4）。
表现为溶解系数为0.03mL/L/mmHg（或0.003 mL/100mL/mmHg）。
溶解O2的浓度（单位mL/dL）（体温正常）可由公式2.2描述。
溶解的O2=0.003×PO2 (2.2)这个公式显示血浆中氧的溶解度有限。
例如，如果PO2是100 mmHg，1 L的血液将只包含3 mL溶解的O2。
※量（=L）的基础上估计的，动脉血容量=0.25×总血容量，静脉血容量=0.75×总血容量。
缩写：Hb：血红蛋白；PO2：O2分压。
动脉O2含量/动脉含O2量（CaO2）动脉血的O2浓度（CaO2）可通过公式2.1和2.2的结合，使用动脉血的SO2和PO2来定义（SaO2和PaO2）。
CaO2=（1.34×Hb×SaO2）+（0.003×PaO2）（2.3）结合的O2、溶解的O2和总O2在动脉血中的正常浓度见表2.2。
每L动脉血中大约有200 mL的氧，只有1.5%（3 mL）溶解在血浆中。
一个平均体型的成人在休息时的耗氧量为250 mL/min，这意味着，如果我们被迫单靠血浆中溶解的O2，那必须要有89 L/min的心脏输出来维持有氧代谢。
这强调了血红蛋白在运输氧气中的重要性。
静脉O2含量/静脉含O2量（CvO2）静脉血中的O2浓度（CvO2）可以与CaO2一样以相同的方式计算，使用静脉血的血氧饱和度（O2饱和度）和氧分压计算（SvO2和PvO2）。
CvO2=（1.34×Hb×SvO2）+（0.003×PvO2）（2.4）SvO2和PvO2的最佳测量方法是通过取自肺动脉的集合或“混合静脉”的血样本来测量（使用肺动脉导管，见第9章）。
如表2.2所示，SvO2的正常值是73%（0.73），PvO2的正常值是40 mmHg ，CvO2的正常值约为15 mL/dL （150 mL/L ）简化的O2含量公式血浆中溶解的O2浓度是如此小，它通常会从O2含量公式中被消除。
因此可认为血液的O2含量与相当于与Hb 结合的O2（见方程2.1）。
O2含量≈1.34×Hb×SO2 （2.5）贫血与低氧血症医生经常使用动脉氧分压（PaO2）作为血液中含有多少氧的指征。
然而，如公式2.5所示，血红蛋白浓度是血液中氧含量的主要决定因素。
图2.1显示了血红蛋白和PaO2对血液中氧水平影响的比较。
此图显示血红蛋白浓度和PaO2对动脉血氧含量比例变化的影响。
血红蛋白减少50%（从15到7.5g/dL ）相当于CaO2减少50%（从200到101 mL/L ），而PaO2降低50%（从90到45mmHg ）仅引起CaO2降低18%（从200到163 mL/L ）。
此图表明，贫血对血液氧合作用的影响比低氧血症要大的多。
它也应作为一个提醒，以避免使用PaO2来评估动脉的氧合作用。
PaO2应该被用来评估肺部的气体交换效率（见第19章）。
血液中O2的缺乏循环血液中总的O2容量可通过血液中血容量的产物和O2的浓度来计算。
定卖血和静脉血中O2量的估计见表2.2。
动脉和静脉血中结合的O2容量为微薄的805mL 。
这一容量是多么的有限，试想一个平均体型的成人在休息时全身的O2含量是250 mL/min 。
这意味着，血液中的O2容量只能维持机体3到4 min 的有氧代谢。
因此，如果一个患者停止呼吸，你只有宝贵的几分钟时间在其血液中氧储存完全耗尽前开始给他行辅助呼吸操作。
血液中数量有限的O2也可通过葡萄糖的氧化代谢来表示，葡萄糖的有氧代谢公式为：C 6H 12O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2O 。
这个公式表明，完整的1 mol 葡萄糖氧化利用6 mol 的氧气。
为了确定血液中的O2是否足够维持血液中葡萄糖的代谢，有必要将血液中的葡萄糖和氧气的量用mmol 这一单位来表示。
（这里显示的值基于90mg/dL 或90/180=0.5 mmol/dL 的血糖水平，5L 的血容量，805 mL 或805/22.2=36.3 mmol 的总血液O2 ）：血液中总的葡萄糖…………………….25 mmol血液中总的O2…………………………36.3 mmol葡萄糖代谢需要的O2…………………150 mmol这表明血液中的O2只有总量的20%到25%为血液中葡萄糖的完全氧化代谢所需。
图2.1 图表显示血红蛋白浓度（Hb ）和动脉氧分压（PaO2）的等量降低（50%）对动脉血中氧浓度的影响。
为什么O2这么少？众所周知，氧气通过产生有毒的代谢产物能造成致命的细胞损伤（超氧化物自由基，过氧化氢和羟自由基），因此，在细胞附近限制氧气浓度，可能是保护细胞避免氧诱导细胞损伤的机制。
氧诱导的损伤（氧化性损伤）在临床疾病中的作用是非常激动人心和活跃的研究领域，本章结尾的参考书目包括一本教科书（生物学和医学领域中的自由基），这是关于这一学科的最好的单一信息资源。
丰富的血红蛋白与血液中氧容量小相反，循环血红蛋白的总量似乎过多。
如果正常血清Hb 是15g/dL（150g/L）且正常血容量是5 L(70 mL/kg)，那么循环的血红蛋白的总量时750 g（0.75 kg）或1.65磅。
为了证明血液中血红蛋白池的规模庞大，图2.2中的插图比较了血红蛋白与正常体重的心脏的重量。
心脏的重量只有300g，因此，循环的血红蛋白池的重量是心脏的2.5倍！这意味着，每60秒，心脏必须在循环系统中推动超过自身两倍以上重量的移动。
所有的血红蛋白都是必要的吗？稍后所示，当从全身毛细血管的氧提取达到最大时，静脉血中40%到50%的血红蛋白仍与氧饱和。
这意味着，几乎有一半的循环血红蛋白不是用来支持有氧代谢。
那这多余的血红蛋白用来做什么呢?运送二氧化碳，见本章节后面所述。
图2.2 平衡标尺显示循环血红蛋白与正常体重的心脏相比时多余的重量。
氧输送/氧递送（DO2）进入肺部血流的氧气通过心输出量进入重要的器官。
这种情况发生的速度被称为氧输送（DO2）。
DO2描述了每分钟到达全身毛细血管的氧气量（mL）。
它相当于动脉血氧含量（CaO2，单位mL/L）和心输出量（Q，单位L/min）的产物（2,5,6,7）。
DO2=Q×CaO2×10 (2.6)（乘以10是用来转换CaO2的单位，从mL/dL到mL/L，因此，DO2的单位为mL/min。
）如果将CaO2分解成其组成部分（1.34×Hb×SaO2），公式2.6可以改写为：DO2=Q×1.34×Hb×SaO2×10 (2.7)当用肺动脉导管来测量心输出量（见第9章），DO2可用公式2.7计算。
成人休息时的正常DO2为900-1100 mL/min，或500-600 mL/min/m2，校正身材时（见表2.3）。
氧摄取/摄氧量（VO2）当血液达到全身毛细血管，氧从血红蛋白中分离出来，并进入组织。
这一现象发生的速度称为氧摄取（VO2）。
氧摄取描述没分钟离开毛细血管，进入组织的氧气的体积（单位mL）。
由于氧气不能在组织中储存，因此，VO2也是衡量组织耗氧量的一个指标。
VO2（mL/min）可通过心输出量（Q）和动静脉血氧含量差（CaO2-CvO2）来计算。
VO2= Q×（CaO2 - CvO2）×10 (2.8)（乘以10与解释DO2时的原因一样。
）这种派生VO2的方法被称为烦Fick 氏法，因为公式2.8是Fick方程的一个变化（心输出量是派生的变量：Q= VO2/ CaO2-CvO2）（8）。
因为CaO2和CvO2的公式相同（1.34×Hb×10），公式2.8可重新描述为：VO2= Q×1.34×Hb×（SaO2 - SvO2）(2.9)这个公式表示VO2使用的是在临床实践中可以测量的变量。
在这个公式中决定VO2的因素见图2.3所示。
健康成人在休息时VO2的正常范围是200-300 mL/min，或110-160 mL/min/m2，当校正身材时（见表2.3）。
图2.3 决定氧从微循环中摄取（VO2）的因素的示意图。