单细胞生物可以直接从外环境中吸收氧，向周围环境释放二氧化碳。

多细胞动物的大多数细胞不可能直接与外环境交换氧和二氧化碳,必须经过作为内环境的体液,再与外环境交换气体。

在动物进化过程中发展了多种形式的供给氧和排出二氧化碳的气体交换系统。

9.1 人的呼吸系统的结构与功能

9.1.1人为什么必须不停地呼吸?

当人体静息时,每分钟约消耗200 mL氧;运动时,耗氧量增加十几倍到二三十倍,同时产生大量二氧化碳。在人体内储存的氧是与血红蛋白结合的,只有1 000 mL左右。所以,即使在静息时,人体内贮存的氧也只能维持几分钟的消耗。

只要几分钟不与外界交换气体(吸入氧与排出二氧化碳)就会因窒息而死亡。

因此,经常不断地给机体供应氧与排出二氧化碳,乃是维持体内环境的稳定和维持生命的必不可少的重要条件。

高等动物的气体交换过程有吸气和呼气,所以称为呼吸(respiration)。

2、人的呼吸系统包括口、鼻、喉、气管、肺

3、肺的换气活动依靠骨骼肌的收缩与舒张

整个肺除了有气管与外界相通外,是密封在胸廓中的。胸廓由脊柱、肋骨,胸骨以及肋间肌组成,底部由膈肌封闭。

人体左肺有两叶，右肺有三叶，因病切除一叶肺的人还是能够正常生活。

由于呼吸时不同的肌肉活动,可以将呼吸运动分为腹式呼吸和胸式呼吸。

肺通气量是指单位时间内进出肺的气量。

人体的通气功能有很大的生理贮备。有些肺功能已经明显衰退的患者仍能维持正常的平静呼吸,每分平静通气量没有多大变化,就是因为人体有很大的通气贮备。

4、血液运送呼吸气体

（1）气体在肺泡中与组织中的交换

体内外的气体交换、大气与肺泡之间的气体交换是呼吸过程的第一步。

肺泡中的氧必须穿过肺泡毛细血管膜进入肺毛细血管,由血液运送到组织,再离开组织中的毛细血管,穿过细胞膜,进入细胞;而二氧化碳则必须经过一个方向相反的过程,由细胞到达肺泡。

氧和二氧化碳穿过肺泡上皮、毛细血管壁和细胞膜的原因是扩散,只是靠被动的扩散,并没有主动的转运过程在起作用。扩散的进行必须存在浓度梯度,因为分子只能由高浓度处向低浓度处扩散。

肺动脉血来自体静脉,来自全身组织,二氧化碳分压高(6 kPa，即46 mmHg),氧分压低(5.3 kPa,即40 mmHg),流经肺毛细血管时与肺泡气只隔着一薄层组织。

体动脉血进入全身除肺泡以外的毛细血管,与血管外的组织液之间只隔着一薄层高通透性的毛细血管壁,而组织液与细胞内液之间也只隔着高通透性的细胞膜,在细胞中进行的新陈代谢作用不断地消耗氧产生二氧化碳。

（2）氧在血液中的运输

1L动脉血约含200 mL氧

只有3 mL氧溶解在血液的血浆中

197 mL氧与红细胞中的血红蛋白结合

血红蛋白是由一个珠蛋白分子结合4个血红素构成的。

珠蛋白分子包括4条链:

2条α链,每条链由141个氨基酸构成；2条β链,每条链由146个氨基酸构成

每条链中包含一个血红素,每个血红素中心有一个亚铁离子,每个亚铁离子能携带一个氧分子。

血红蛋白与氧结合很快,而且是可逆的。与氧结合的血红蛋白称为氧合血红蛋白。

没有与氧结合的血红蛋白称为去氧血红蛋白。

一氧化碳的危害：血红蛋白与一氧化碳结合的亲和力是氧的200倍。即使在分压很低的情况下,一氧化碳也能取代氧与血红蛋白结合,形成一氧化碳血红蛋白,致使运送到组织中的氧显著下降。

（3）二氧化碳在血液中的运输

血液流经组织毛细血管,氧合血红蛋白释放氧供给组织,二氧化碳则从细胞中扩散出来经过组织液,进入血浆。

少量的二氧化碳溶解在血浆中，

约90%的二氧化碳继续扩散经过血浆进入红细胞。

5、呼吸运动的调节

人体的呼吸运动与心脏活动有相似之处,都是有节奏地、日夜不停地活动。但这两种活动的起因却有很大的不同。

有节律的自动的呼吸活动起源于支配呼吸肌的运动神经元的有节律的冲动发放。这种发放完全依靠来自脑的神经冲动。

调节呼吸的神经机制有两类:一类是随意控制,另一类是自动控制。

随意控制系统位于大脑皮质,它通过皮质脊髓束将冲动传送到呼吸运动神经元。大脑皮质可以有意识地控制呼吸活动的规式,例如,有意的过度通气或呼吸暂停(屏息)。

自动控制系统位于延髓。延髓是最基本的呼吸中枢。

当身体的体力活动增强时,细胞需要更多的能量,就需要吸收更多的氧,产生更多的二氧化碳,结果血液中氧含量下降,二氧化碳含量升高。

血液中的二氧化碳是延髓化学感受器的正常的兴奋剂,如果二氧化碳分压过低,不能刺激中枢化学感受器,就会导致呼吸暂停。过度的通气引起呼吸暂停,就是这个原因。

总之,血液中二氧化碳过多首先作用于延髓中枢的化学感受器,兴奋呼吸中枢,使呼吸增强。而血液缺氧则主要作用于外周化学感受器,反射地引起呼吸增强。

9.2人体对高山的适应

攀登高山对人体的影响主要是由于高海拔地区气压下降,氧分压减少引起肺泡氧分压减少,动脉血的氧饱和度下降。

氧分压下降引起肺泡气氧分压随之下降,输送到血液中的氧量减少。

引起身体几方面的反应:

新近到达高原的人即使进行了这些调整,也不能使他发挥正常的生理效能。

9.3危害身体健康的呼吸系统疾病

1、由吸烟引起的慢性肺气肿

慢性肺气肿( emphysema)是一种老年性疾病,主要是长期吸烟所致。

2、普通感冒与流行性感冒是开始于上呼吸道的最常见的传染性疾病

普通感冒( common cold)是由200多种相近的病毒所引起的,它通过人与人之间的接触而传播。症状有头痛、疲乏、发冷、咽痛和流鼻涕等。一个稳定的人群常常很快会对本地的病毒产生免疫力。如果由于某种原因传入一种不同的病毒株,又会引起感冒发作。

流行性感冒( influenza)是一种更为严重的疾病，主要症状有发热、寒战、乏力﹑肌肉酸痛、头痛以及呼吸道炎症等。可采用缓解症状的措施,患者应充分休息，多饮水。流行性感冒的病原体有A、B、C3个病毒株，A型流感病毒又分为几个亚株。各种病毒引起的症状相似,但它们的抗原性却没有共同之处,不能交叉免疫。可采取的预防措施是注射流感病毒疫苗。

3、硅肺

硅肺( silicosis)是因长期吸入二氧化硅的微粒而造成的肺部慢性疾病。此病最常见于矿工、石匠等工人中。