8.2人體細(xì)胞獲得氧氣的過程知道我們的身體是如何獲取氧氣的嗎？人體各項生命活動所需要的能量是細(xì)胞內(nèi)的有機物氧化分解釋放的，有機物在氧化分解過程中需要利用氧氣并產(chǎn)生二氧化碳。人體吸入氧氣和排出二氧化碳是通過呼吸系統(tǒng)完成的。呼吸道和肺組成呼吸系統(tǒng)人體的呼吸系統(tǒng)是由呼吸道和肺(lung)組成的(圖8-3)。呼吸道包括鼻、咽、喉、氣管和支氣管，是氣體進出肺的通道；肺是人體與外界進行氣體交換的場所。鼻

鼻是呼吸道的起點，鼻孔與外界相通，內(nèi)有鼻腔，鼻腔內(nèi)有鼻毛，鼻腔內(nèi)表面有鼻黏膜。鼻黏膜內(nèi)有豐富的毛細(xì)血管和黏液腺，黏液腺可以分泌黏液，這些結(jié)構(gòu)能使吸人鼻腔的空氣變得溫暖、濕潤、清潔，減少對肺的刺激。鼻腔上部黏膜內(nèi)還有接受氣味刺激的嗅細(xì)胞。咽和喉咽位于鼻腔的后方，是氣體的通道，也是食物的通道。喉位于咽的前下方，由軟骨和聲帶組成，氣體經(jīng)過時可以引起聲帶振動而發(fā)聲。吞咽時，會厭軟骨會蓋住喉的入口處，以防止食物入喉。氣管氣管先分成左右兩支，再分成如樹枝狀較小的支氣管、細(xì)支氣管等。氣管壁由C形軟骨支撐，管壁上有黏液腺，分泌的黏液能粘住灰塵；管壁內(nèi)表面有纖毛，纖毛擺動將黏液推向喉的方向，通過咳排出體外，這就是痰。圖8-4氣管、肺和肺泡模式圖肺肺是呼吸系統(tǒng)的主要器官，是完成氣體交換的重要場所。肺位于胸腔，左、右各一個，分別與左、右氣管相通。仔細(xì)觀察圖8-4，將有助于認(rèn)識肺的結(jié)構(gòu)。正常的肺是粉紅色的，由細(xì)支氣管的樹狀分支和肺泡組成。最細(xì)的支氣管末端有許多囊泡，這就是肺泡。人體的肺泡總數(shù)約有3億個，肺泡總面積約有100m。肺泡壁很薄，僅由單層細(xì)胞構(gòu)成，肺泡外表面纏繞著豐富的毛細(xì)血管和彈性纖維，這些結(jié)構(gòu)特點有助于肺進行氣體交換。肺與外界的氣體交換是通過呼吸運動實現(xiàn)的人體從外界吸入空氣，呼出肺泡內(nèi)的氣體。外界與肺泡之間的氣體交換，就是通常所說的呼吸，也叫肺通氣。肺通氣是怎樣完成的?將你的雙手放在胸部的兩側(cè)，呼吸時你會感覺到胸部運動，肺通氣是由胸廓和膈的運動引起的(圖8-5)。圖8-5人體呼吸時胸變化示意圖胸由脊柱、肋骨、胸骨及肋間肌組成，底部由膈封閉。當(dāng)我們吸氣時胸廓擴大，呼氣時胸縮小。胸擴大和縮小的運動就是呼吸運動。呼吸運動是怎樣完成的?為什么通過呼吸運動會實現(xiàn)肺通氣?活動呼吸運動模型目的要求1.使用模型解釋呼吸時胸廓容積的變化情況。2.設(shè)計制作一個簡單物理模型解釋呼吸時肺容積的變化情況。3.掌握模型建構(gòu)的過程，能夠基于證據(jù)修正模型。材料器具呼吸時胸骨、肋骨位置變化演示模型，細(xì)線或透明膠帶，橡皮筋，氣球，吸管，剪刀，塑料瓶，橡皮泥，等等。方法步驟(一)胸骨、肋骨運動模型1.教師展示如圖8-6所示的演示模型，依次解說模型中分別代表脊柱、肋骨、胸骨、肋間肌等部分的結(jié)構(gòu)。圖8-6胸骨、肋骨運動模型示意圖2.學(xué)生自行操作模型，嘗試演示肋間肌收縮和舒張時引起肋骨和胸骨的運動，并描述肋骨和胸骨的運動方向。3.在肋間肌收縮和舒張時，分別測量并計算四邊形的面積；根據(jù)計算結(jié)果，推測胸廓體積的變化情況。(二)膈肌運動模型呼吸過程中，膈肌的運動會引起胸廓和肺體積的變化。制作一個實物模型來表征膈肌的運動如何影響胸廓和肺的變化(圖8-7)。1.操作步驟第1步：撕下塑料瓶外包裝，取下瓶蓋，剪去塑料瓶底部。第2步：剪去氣球嘴部多余部分，將氣球尾部用細(xì)線或透明膠帶固定在瓶底，做成氣球膜。第3步：將另一個氣球固定在吸管的一頭、用細(xì)線或透明膠帶牢牢扎緊，防止漏氣。第4步：在瓶蓋上剪出一個小孔，小孔直徑最好與吸管直徑一致。第5步：將吸管帶有氣球的一端置于瓶中另一端插入蓋子的小孔中，擰緊蓋子。第6步：用橡皮泥固定吸管，并封住瓶口。2.測試模型向下拉動或向上推動瓶子底部的氣球膜，觀察瓶內(nèi)氣球和瓶內(nèi)體積的變化情況。討論1.根據(jù)演示模型，描述肋間肌收縮和舒張時肋骨和胸骨的運動方向，分析說明胸廓體積會發(fā)生怎樣的變化。肋間肌收縮，肋骨向上、向外移動，胸骨上移，使胸廓容積擴大。肋間肌舒張，肋骨向下、向內(nèi)移動，胸骨下降，使胸廓容積減小。2.根據(jù)自己制作的模型，描述呼吸時膈肌的變化以及肺和胸廓的變化情況。吸氣時，膈肌收縮，膈頂下降，胸廓上下徑加長，使胸廓容積擴大，肺隨之?dāng)U張。呼氣時，膈肌舒張，膈頂上升，胸廓上下徑減小，使胸廓容積縮小，肺隨之回縮。3.分析比較制作的模型與真實呼吸過程和胸廓結(jié)構(gòu)的差異之處。(1)在膈肌的運動狀態(tài)方面，模型中膈肌的運動是簡化的，而實際呼吸過程中，膈肌通過收縮和舒張來協(xié)助呼吸。(2)在胸廓的變化方面，模型中的胸廓變化是直觀的，而在實際呼吸過程中，胸廓的變化不僅涉及膈肌的運動，還包括肋間外肌的收縮和舒張。3.分析比較制作的模型與真實呼吸過程和胸廓結(jié)構(gòu)的差異之處。(3)在肺氣壓與外界大氣壓的關(guān)系方面，模型中可能沒有明確展示肺內(nèi)氣壓與外界大氣壓的動態(tài)平衡。實際上，吸氣時肺內(nèi)氣壓降低，低于外界氣壓，氣體被吸入；呼氣時肺內(nèi)氣壓升高，高于外界氣壓，氣體被呼出。綜上所述，膈肌運動模型雖然能夠直觀地展示膈肌的運動與呼吸的關(guān)系，但在反映實際呼吸過程和胸廓結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性方面存在一定的局限性。人體吸氣時，肋間外肌收縮使肋骨上提并外展，胸骨上移，使胸的橫徑加大；膈肌收縮，膈頂下降，使胸廓的縱徑加長。這樣，由于胸擴大，肺容積增大，此時肺內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，新鮮空氣由呼吸道進人肺。呼氣時，由于肋間外肌和膈肌舒張，胸廓縮小，肺容積縮小，使肺內(nèi)氣壓大于外界大氣壓，肺泡內(nèi)部分氣體排出體外。因此，呼吸運動完成了外界與肺泡之間的氣體交換。一些特定原因?qū)е氯撕粑鼤和?，需要對患者采取人工呼吸的急救措施。人工呼吸是根?jù)呼吸運動原理，用力使患者胸廓有節(jié)律地擴大和縮小，引起患者的肺被動擴張和回縮，使空氣進出肺，以達到幫助患者恢復(fù)自主呼吸的目的。小資料人工呼吸人工呼吸常見的方法有口對口吹氣法、俯臥壓背法、仰臥壓胸法等，其中以口對口吹氣法最為方便和有效?？趯诖禋夥ㄓ每趯诖禋夥〒尵然颊邥r，將患者仰臥，抬起患者下頜使頭稍后仰；捏住患者的鼻子，并將患者的口腔張開；若口腔中有異物，要先清理口腔異物，使患者呼吸道保持通暢；施救者深吸一口氣，對準(zhǔn)患者口腔用力吹入，使患者胸廓膨脹，氣體進入肺內(nèi)；隨即放開患者的鼻，待胸廓復(fù)原后，重復(fù)上述動作。反復(fù)進行上述動作，每分鐘16~18次，直至患者恢復(fù)自主呼吸或被送至醫(yī)院搶救。條件允許時，施救者應(yīng)做好必要的自我防護如用紗布等透氣材料覆蓋患者的口鼻，以防交叉感染。人工呼吸一般與胸外心臟按壓配合使用。肺與血液之間的氣體交換是通過氣體擴散實現(xiàn)的廚房飯菜的香味可能會傳到客廳，居室某處噴灑清新劑的香氣會很快溢滿全屋。像這樣，氣體可以由濃度高的地方向濃度低的地方運動，就是氣體擴散。肺泡內(nèi)氣體交換的過程是如何實現(xiàn)的?肺的換氣是指肺泡與血液之間進行氧氣和二氧化碳的交換，這個過程是通過氣體擴散實現(xiàn)的(圖8-8)。原來，吸入新鮮空氣后，肺泡中的氧含量高于血液中的氧含量，氧氣便向血液中擴散；血液中的二氧化碳含量高于肺泡中的二氧化碳含量，二氧化碳便向肺泡中擴散。肺泡與血液之間的氣體交換，使靜脈血轉(zhuǎn)變?yōu)閯用}血。氣體在血液中運輸血液怎樣運輸氧氣和二氧化碳?在第7章“觀察動脈血和靜脈血的變化的演示中，我們觀察到的血塊為什么表層呈現(xiàn)鮮紅色而內(nèi)層呈現(xiàn)暗紅色?這是因為血塊的表層從空氣中獲得的氧氣比內(nèi)層多，氧氣通過擴散作用進入紅細(xì)胞，與其中的血紅蛋白結(jié)合，使其呈現(xiàn)鮮紅色；血塊的內(nèi)層由于氧含量低，紅細(xì)胞中的血紅蛋白與氧分離，因而呈現(xiàn)暗紅色。與上述原理相同，人體血液中的氧氣與血紅蛋白結(jié)合，以氧合血紅蛋白形式運輸；大部分二氧化碳在血漿中運輸。血液與細(xì)胞之間的氣體交換保證細(xì)胞進行呼吸作用血液與細(xì)胞之間進行氧氣和二氧化碳的交換過程稱為組織換氣。這個氣體交換過程也是通過氣體擴散實現(xiàn)的。細(xì)胞進行呼吸作用時消耗氧氣并產(chǎn)生二氧化碳，使細(xì)胞內(nèi)氧含量遠遠低于血液中氧含量，而細(xì)胞內(nèi)二氧化碳含量遠遠高于血液中二氧化碳含量。因此，血液中氧氣向細(xì)胞里擴散，而細(xì)胞中二氧化碳向血液里擴散。血液與細(xì)胞之間的氣體交換使動脈血轉(zhuǎn)變?yōu)殪o脈血(圖8-9)。?思考與練習(xí)1.人呼出的氣體與吸入的相比，二氧化碳含量高。二氧化碳來自()。A.肺泡B.組織細(xì)胞C.血液D.組織液B2.人在溺水時，首先受到阻礙的是()。A.肺與外界的氣體交換B.肺泡與血液間的氣體交換C.氣體在血液中的運輸D.血液與組織細(xì)胞間的氣體交換A3.香煙燃燒時會產(chǎn)生尼古丁、焦油等對人體有害的物質(zhì)，吸煙誘發(fā)的健康問題日益引起人們的關(guān)注。研究人員就香煙煙霧對呼吸系統(tǒng)的影響進行了研究。請回答下列問題：(1)呼吸系統(tǒng)由呼吸道和肺構(gòu)成，其中人體與外界進行氣體交換的場所是_________。(2)呼吸道內(nèi)壁上有纖毛，其作用是______________。纖毛正常發(fā)揮功能主要與纖毛的擺動頻率、長度和_________有關(guān)。肺清掃異物方向(3)將同一批小鼠平均分成兩組，一組為非吸煙組，另一組每天暴露于傳統(tǒng)香煙煙霧環(huán)境中2h(傳統(tǒng)香煙暴露組)，持續(xù)飼養(yǎng)12個月，模擬長期吸煙，定期測定呼吸道纖毛擺動頻率。①實驗過程中，對兩組小鼠的處理方式需保持一致的有()。(多選)A.籠舍內(nèi)的溫度和濕度B.環(huán)境中的氧氣含量C.食物類型和飼喂時間D.同一籠舍內(nèi)小鼠的數(shù)量ABCD②兩組小鼠呼吸道纖毛擺動頻率變化情況如下圖所示。根據(jù)研究結(jié)果，可以推測傳統(tǒng)香煙暴露組小鼠可能出現(xiàn)的癥狀是___________________________________________。呼吸道有害物質(zhì)無法排出體外，呼吸道損傷(4)研究人員還進一步研究了不同類型的香煙對小鼠的影響，對小鼠肺組織做切片觀察，結(jié)果如下圖所示。①從上圖可以看出，與非吸煙組相比，傳統(tǒng)香煙暴露組小鼠的肺泡出現(xiàn)的變化是______________，這將影響呼吸過程中的___________(選填“肺通氣”或“肺換氣”)過程。數(shù)量減少肺換氣②有些人認(rèn)為電子煙比傳統(tǒng)香煙安全。根據(jù)前述研究結(jié)果，你是否認(rèn)同這一觀點，簡要說明原因。不認(rèn)同，電子煙的煙霧中同樣含有尼古丁等有害物質(zhì)，能夠損傷肺，對肺泡細(xì)胞的損傷同傳統(tǒng)香煙基本是一樣的。1.教育部、國家體育總局、共青團中央提出：“陽光體育”——“每天鍛煉一小時，健康生活一輩子”。進行體育運動時，盡量用鼻呼吸而不用口呼吸。下列原因不合理的是()A.鼻腔內(nèi)的鼻毛能阻擋灰塵，清潔空氣B.鼻黏膜分泌的黏液能清潔和濕潤空氣C.鼻腔中有豐富的毛細(xì)血管能溫暖空氣D.鼻黏膜內(nèi)有嗅覺細(xì)胞，能分辨氣味D2.下列關(guān)于肺泡適于氣體交換特點的敘述，正確的是()①數(shù)目很多

②總表面積很?、郾谟啥鄬蛹?xì)胞組成④外部纏繞豐富的毛細(xì)血管A.①③B.①④C.②③D.②④B3.(2024·四川巴中期末)如圖裝置是模擬人體呼吸運動的模型，下列敘述錯誤的是()A.甲圖模擬呼氣狀態(tài)，乙圖模擬吸氣狀態(tài)B.人體通過呼吸運動將氣體吸入肺部C.甲圖中模擬氣管，②模擬肺，③模擬胸廓D.人體的呼氣和吸氣與胸廓內(nèi)部氣壓的改變有關(guān)C4.圖甲是人體在呼吸時肺內(nèi)氣體容量變化曲線圖，圖乙是膈肌所處的兩種狀態(tài)，圖丙是氣管、肺②、胸腔③三者組合示意圖。據(jù)圖，下列有關(guān)敘述正確的是()A.