肺泡内的气体与血液间不能进行交换
发生在肺内的气体交换
一、教学目标
1。通过测量胸围差等，概述肺与外界的气体交换过程。
2。通过资料分析等，概述肺泡与血液的气体交换过程。
二、教学策略
本节主要解决外界气体如何进入人体组织细胞的问题，这在本章教学中既是重点，也是难点。
本节可以以“人体是怎样将气体吸入的?”为题，让学生感受到呼吸的存在，引起学生的直觉分析，提出各种猜测和假设。尽管这些猜测和假设可能是有缺陷或不科学的，但对于创造性思维的形成却是一种锻炼。然后，通过胸围差的测量和计算进入科学的认识。 测量和计算是生物科学研究中常用的方法，也是生物科学由定性到定量并跻身于精确科学行列的重要标志，教师应该给予足够的重视。同...全部
发生在肺内的气体交换
一、教学目标
1。通过测量胸围差等，概述肺与外界的气体交换过程。
2。通过资料分析等，概述肺泡与血液的气体交换过程。
二、教学策略
本节主要解决外界气体如何进入人体组织细胞的问题，这在本章教学中既是重点，也是难点。
本节可以以“人体是怎样将气体吸入的?”为题，让学生感受到呼吸的存在，引起学生的直觉分析，提出各种猜测和假设。尽管这些猜测和假设可能是有缺陷或不科学的，但对于创造性思维的形成却是一种锻炼。然后，通过胸围差的测量和计算进入科学的认识。
测量和计算是生物科学研究中常用的方法，也是生物科学由定性到定量并跻身于精确科学行列的重要标志，教师应该给予足够的重视。同学们可以分组进行实验，使学生切实通过测量和计算认识到，而不只是“听”到胸廓容积如何变化。
此时，应引导学生讨论胸廓容积变化的原因。根据学生对于知识的探求程度，教师可以决定是否演示肋间肌收缩与肋骨、胸骨位置变化的实验。教师也可以将练习第2题作为本实验的讨论题。关于第48页的图Ⅳ-26，是让学生在完成测量胸围差的实验后将测量结果和肺与外界的气体交换结合起来，完善学生对呼吸运动使胸廓容积发生变化的认识。
第49页的演示实验是模拟膈肌的运动，可以引导学生结合本页课文第1、2自然段的问题进行思考：胸廓体积增大，肺的体积自然跟着增大，外界气体进入肺；胸廓体积减小，肺的体积自然跟着减小，肺内气体排出体外。
教师还可以用“为什么会出现这样的现象?”引导学生继续思考。提高学生分析和解决问题的能力。
在进行“肺泡与血液的气体交换”教学时，教师一方面要引导学生分析资料分析的目的和要说明的问题，另一方面引导学生对比分析第50页表格中的数据，分析“人呼出的气体与环境中的气体有什么不同?”“多出来的二氧化碳是从哪里来的?”等问题，得出肺泡与血液进行气体交换的结论。
有条件的学校还可以将这个资料分析改为学生分组实验，以提高学生的实验能力。教师要指导学生观察图Ⅳ27，思考肺泡结构适应气体交换功能的特点。第51页的课文提到氧在细胞中什么部位被吸收利用的问题，教师可以引导学生回忆探究实验《测定某种食物中的能量》中氧的作用的实质，以及氧在细胞中什么结构中被利用，其目的不是细讲呼吸作用的实质，而是引导学生养成把新旧知识相联系和整合的习惯。
这部分教学还可以联系练习第1题同时进行。
三、参考答案
实验
1。同学间的胸围差有差异。这同性别、年龄以及是否经常锻炼等有关系。
2。胸围差不能完全代表胸腔容积的变化。膈顶部的下降和回升使胸腔的上下径发生变化，也可以影响胸廓的容积。
资料分析
1。甲瓶中石灰水的浑浊程度小，说明空气中二氧化碳的含量较少；乙瓶中石灰水的浑浊程度大，说明呼出的气体中二氧化碳的含量较多。
2。甲瓶是这个实验的对照组。通常地说，实验组减去对照组的变化数量，可以得到实验组产生的变化数量。
但是，这一实验只是定性观察，因此，只能起到对比的作用。
3。人体吸入的空气，二氧化碳含量较少；而呼出的气体，二氧化碳含量较多。再加上吸入的空气中，氧气含量较多；呼出的气体中，氧气含量减少。由此可以推测，在人体中也发生了类似植物呼吸作用一样的过程。
根据对呼吸道和肺的结构的分析，可以推断这一变化发生在肺部。
练习
1。(1)在相同的时间内，坐、散步和睡眠这类活动可能需要的能量少。游泳、慢跑、踢足球这类活动可能需要的能量多。依据是教科书中第51页的表格。
(考虑到还有无氧呼吸供能，因此，特别是较激烈的运动，不能单以单位时间内的耗氧量来确定耗能多少。这不能要求学生回答清楚。)(2)慢跑比打篮球耗氧量大，是因为慢跑没有打篮球激烈，所耗的氧可由呼吸过程源源不断提供。
打篮球较为激烈，供不上的氧，要靠肌肉细胞的无氧呼吸提供能量补偿，总耗氧量就较少(本题较深，意在启发学生查找资料)。
2。(1)左图同右图相比，呼吸频率和呼吸深度都比较缓和。(2)左图可能反映睡眠或散步，右图可能反映剧烈的运动。
四、背景资料
吸入气、呼出气和肺泡气 人体吸入的空气中，气体的种类很多，但主要的是氧(O2)、二氧化碳(CO2)、氮(N2)三种，具有生理作用的只有O2和CO2。N2所占的容积百分比虽然很大，但是由于它对人体既无用也无害，在讨论气体交换时可以暂不考虑。
现将吸入气、呼出气和肺泡气中各种气体的容积百分比列表如下(表5)：
表5 吸入气、呼出气和肺泡气中各种气体的容积百分比
气体成分
吸入气
呼出气
肺泡气
O2
20。96
16。
4
14。3
CO2
0。04
4。1
5。6
N2
79。00
79。5
80。1
合计
100。00
100。00
100。00
从表中可以看出，由肺内呼出的气体，其种类与吸入的气体相同，但各种气体的容积百分比已经改变，主要是O2减少而CO2增加。
存在于肺泡内的气体，其各种气体的容积百分比与呼出的气体不同，O2的百分比更少而CO2更多。在吸入气中，O2约占21％，而肺泡中的氧仅占14。3％，两者比较，表明已有6。7％的O2扩散人血液中，被组织细胞所利用。
而在吸入的新鲜空气中，CO2的容积仅占气体总容积的万分之四，几乎可以忽略不计，但在肺泡气中却占56％，这表明这些CO2完全是由组织细胞所产生的。N2在呼吸过程中原无增减，但表中三种情况下的N2的百分比不同，这是由于受其他两种气体的百分比的影响，只是相对地起了变化，其绝对值并无变动。
至于呼出气与肺泡气的不同，是由于每次呼出气中，开始的一部分是上次吸入的新鲜空气存留在呼吸道中的，因此这种不同，实际上是呼吸道内存留的气体和肺泡气混合的结果。
气体交换 气体在肺泡处的交换是通过肺泡和毛细血管壁进行的。
气体在组织内的交换也通过毛细血管壁进行。气体是怎样进行交换的呢?气体分子不论在气体状态或溶解在体液中，都在不断地运动，具有扩散性。一种气体总是由多的地方向少的地方扩散，即总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散，直到平衡为止。
气体的浓度与压力有关，浓度高，压力也大；浓度低，压力也小。因此也可以说，气体是由压力高的地方向压力低的地方扩散的。气体在肺泡和在组织内的交换，都是通过这种扩散作用实现的。
空气由氧、二氧化碳、氮等组成。
各种气体都有一定的压力，空气中各种气体压力的总和即是大气压，其中每种气体的压力，即是该气体的分压。由于气体总是由压力高的地方向压力低的地方扩散的，因此，某种气体分子也总是从分压高的部位扩散到分压低的部位。
由于肺泡气、血液和组织中的氧和二氧化碳的分压不同(表6)，因此，在血液流经肺部毛细血管和组织细胞时，就可以进行气体交换。
表6 氧和二氧化碳的分压(kP)
肺泡气
静脉血
动脉血
组织
氧气
13。
6
5。3
13。33
4
二氧化碳
5。33
6。13
5。33
6。67
具体地说，当静脉血流经肺部毛细血管时，由于肺泡气中的氧分压高于静脉血中的氧分压，而二氧化碳分压则低于静脉血中的二氧化碳分压，因此，氧由肺泡向静脉血扩散，而二氧化碳则由静脉血向肺泡扩散。
这就是肺泡内的气体交换(图11)。经气体交换后，静脉血变成动脉血。由于外界空气不断地进入肺内，肺泡气的成分保持相对恒定，因此，肺泡内的氧分压总是比静脉血中的高，二氧化碳分压则总是比静脉血中的低，于是氧气总是不断地由肺泡向血液扩散，二氧化碳总是不断地由静脉血向肺泡内扩散。
当动脉血流经组织时，由于组织内氧分压低于动脉血中的氧分压，而二氧化碳分压则高于动脉血中的二氧化碳分压，因此，氧由动脉血向组织扩散，而二氧化碳则由组织向血液扩散。这就是组织内的气体交换。经过气体交换，动脉血就变成了静脉血。
由于组织细胞在代谢过程中不断地消耗氧和产生二氧化碳，因此，组织内的氧分压总是低于动脉血中的氧分压，而二氧化碳分压总是高于动脉血中的二氧化碳分压，于是氧气总是不断地由动脉血向组织扩散，二氧化碳总是由组织向血液扩散。
从气体交换过程得知，气体分压差是气体交换的动力。
气体在血液中的运输
氧和二氧化碳在血液中是以物理溶解和化学结合两种形式运输的。
在正常氧分压条件下，以物理溶解形式运输的氧量是很少的。
绝大部分的氧，先溶解于血浆，再扩散到红细胞内，与血红蛋白结合，生成氧合血红蛋白后才进行运输的。氧的化学结合，就是指氧和血红蛋白结合。
以物理溶解形式运输的二氧化碳也是很少的，大部分二氧化碳是靠化学结合进行运输的。
二氧化碳化学结合的形式包括碳酸氢盐和氨基甲酸血红蛋白(由二氧化碳与血红蛋白结合而成)两种，其中以碳酸氢盐的形式为主。以碳酸氢盐的形式运输比较复杂，它包括许多化学反应，现简述如下。
当二氧化碳进入血液，扩散到红细胞里后，在红细胞中的碳酸酐酶的作用下，和水生成碳酸。
碳酸解离成碳酸氢根离子和氢离子，当红细胞内的碳酸氢根离子浓度超过血浆中的碳酸氢根离子浓度时，碳酸氢根离子通过红细胞的膜进入血浆，与血浆中的钠离子结合成碳酸氢钠(属于碳酸氢盐)。二氧化碳在血液中主要是以这样的化学结合形式，即碳酸氢盐的形式进行运输的。
二氧化碳使澄清的石灰水变浑浊
人体呼出的气体中含有比较多的二氧化碳(CO2)。人们向澄清的石灰水[Ca(OH)2]内吹气的时候，就会发生化学反应，使石灰水变浑浊，这是由于生成白色的碳酸钙(CaCO3)沉淀的缘故。
其化学反应式为：
CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋ H2O。CaCO3由于不溶于水，所以沉淀下来。
肺的通气量
肺内气体的容量随着呼吸深度而不同。正常人平静呼吸时每次吸入或呼出的气体量约为500 mL，称潮气量(图12)。
如在平静吸气之后再继续用力吸气直至不能再吸为止，这时所增添的吸入气量，称为补吸气量，约为1 500 mL。如在平静呼气之后再继续用力呼气直至不能再呼为止，这时所增添的呼出气量，称为补呼气量，约为1 500 mL。
潮气量、补吸气量和补呼气量三者之和，即尽力吸气之后，再尽力呼气所能呼出的气体量，称为肺活量，约为3 500 mL。肺活量并不是肺能容纳气体的最大量，因为即使是尽最大气力呼出气体，肺内仍然存留一些气体不能呼出，这部分气体量称为余气量，约为1 500 mL。
肺活量和余气量之和，称为肺的总容量，即在最大吸气完了时肺内气体的总容量。不只是连体的肺，其肺泡内总含有一定量的气体，即使是离体的完全陷坍的肺，肺泡中仍存留少量气体，永远不能排净。这是因为，人出生经过第一次呼吸之后，肺中永远存留着气体，每次呼吸运动，只能把肺中气体更新一部分。
每分肺吸入或呼出的气体总量称为肺的每分通气量。肺每分通气量等于潮气量与呼吸频率的乘积。成年人平静时的潮气量为500 mL，每分呼吸16～18次，那么成年人在平静时的每分通气量为8～9 L。
在从事剧烈运动和体力劳动的时候，潮气量和呼吸频率都会大大增加。每分最大通气量男子可达100～110 L，女子可达80 L。最大通气量反映单位时间内肺与外界的最大通气功能。
每次呼吸时吸入的气体并不能全部进入肺泡，其中有一部分气体停留在鼻腔、咽、喉、气管、支气管等处，不能与血液之间进行气体交换，这部分气体的容积一般约为150 mL。
因此，平静呼吸时每次吸入到肺泡的气体量只有350 mL(500 mL-150 mL=350 mL)。这是肺泡的一次通气量。肺泡每分通气量直接受呼吸频率和潮气量的影响，其中以潮气量的影响更大。例如潮气量为500 mL，而呼吸频率为每分16次的人，与潮气量为250 mL，而呼吸频率为每分32次的人比较，前者肺泡每分通气量等于(500 mL-150 mL)×16次，即5。
6 L；后者肺泡每分通气量等于(250 mL-150 mL)×32次，即3。2 L。以上的例子表明，从气体交换的效率来看，深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更为有效。在运动中，呼吸频率过高，呼吸深度表浅，往往是氧气供应不足的重要因素之一。
。收起
