呼吸系统与肺内气体交换
跑完一段路，你会不自觉地张大嘴、加快呼吸；停下来后，胸口还会一上一下地忙一会儿。空气明明一直都在身边，身体为什么偏偏要这样“加班”？因为细胞不断需要氧气来参与生命活动，也不断产生二氧化碳。呼吸系统的任务不是简单地把空气装进身体，而是让氧气走到血液旁边，再把二氧化碳送回空气中。
这里最容易混淆的，是把所有步骤都叫作“换气”。其实，空气进出肺是一个环节，肺泡和血液之间交换氧气、二氧化碳又是另一个环节。我们沿着一口空气的路线走一遍，就不会把它们混在一起了。
先过关：空气不是直奔肺泡
一口空气通常从鼻进入，依次经过咽、喉、气管、支气管，最后到达肺。鼻、咽、喉、气管和支气管共同构成呼吸道；肺是呼吸系统的主要器官，也是进行气体交换的场所。咽是空气和食物共同经过的地方，吞咽时会厌软骨会暂时盖住喉口，帮助食物走向食管。说话、吞咽或大笑时狼吞虎咽，食物就可能“走错路”，这正是呛咳常发生的原因。
呼吸道像一条会照顾空气的通道。鼻腔里的鼻毛可以阻挡较大的灰尘颗粒；鼻腔黏膜分泌的黏液能湿润空气并黏住一部分尘粒等，黏膜内丰富的毛细血管有助于温暖吸入的空气；气管和支气管内表面的黏液能黏住一部分尘粒、细菌等，纤毛摆动会把黏液和其中的异物送向咽部。咳嗽和打喷嚏也能帮助清除刺激物。可别因此得出“鼻子能过滤一切”的结论：呼吸道的处理能力是有限的，烟雾、粉尘和有害气体仍可能伤害它。
鼻呼吸比经常张口呼吸更能利用鼻腔对空气的初步处理功能；但鼻腔、气管并不是防毒面具。空气污染较重或烟雾弥漫时，不能把“有鼻毛”当成放心长时间暴露的理由。
支气管进入左右两肺后反复分支，越分越细，末端连接着许多肺泡。肺位于胸腔内，质地柔软而富有弹性；肺泡像一串极小的气囊，是肺内真正面对血液、进行气体交换的基本结构。你现在可以先猜一猜：肺泡为什么不做成一个大空腔，而要分成数量很多的小泡？答案先留着，后面显微镜般地放大看。
胸廓一动，空气为什么就会进出？
空气进入肺的过程叫吸气，空气从肺排到外界的过程叫呼气。这两个动作合在一起叫呼吸运动。它实现的是肺与外界的气体交换，也常被称为肺通气。注意：此时空气只是到达或离开肺，并没有说明氧气已经进入血液。
肺本身没有自主收缩和舒张的能力，会随着胸廓的扩大或缩小被动地扩张或回缩。肋间肌和膈肌是重要的呼吸肌。平静呼吸时，吸气过程中，肋间肌和膈肌收缩，肋骨向上、向外运动，膈的顶部下降，胸廓容积扩大；肺随之扩张，肺内气压短暂低于外界大气压，外界空气便进入肺。呼气过程中，肋间肌和膈肌舒张，肋骨向下、向内运动，膈的顶部上升，胸廓容积缩小；肺回缩，肺内气压短暂高于外界，肺内空气便排出。一次吸气或呼气结束、空气不再定向流动时，肺内气压与外界大气压又趋于相等。
这一串因果关系建议连着读：呼吸肌活动→胸廓容积变化→肺扩张或回缩→肺内气压变化→空气进出肺。考试题若只给你“膈顶部下降”或“肋骨向上向外”，不要急着写“呼气”；先把胸廓容积推出来，再判断气压和空气方向，答案会稳得多。
下面的交互先让你作预测，再把身体变化一项项展开。请盯住“容积”和“气压”这对搭档，而不是只背“收缩吸气、舒张呼气”。
用钟罩模型把看不见的变化变得可见
课堂上常用一个钟罩、两只小气球和一张橡皮膜来模拟呼吸运动：玻璃钟罩模拟胸廓，支管模拟气管和支气管，气球模拟肺，底部橡皮膜模拟膈。向下拉橡皮膜时，钟罩内空间变大，气球胀大，模拟吸气；向上推橡皮膜时，空间变小，气球变瘪，模拟呼气。
模型的价值是把“胸廓容积改变带动肺变化”放大给我们看。它也有边界：橡皮膜不是人体真实的膈，气球也没有表现出肺泡和毛细血管；更不能从气球变大直接推出“氧气已经进入血液”。用模型时要问：它代表了什么，又省略了什么？这比只记操作方向更像科学思考。
“吸气时肺内气压升高，空气被吸进来”是倒因果。空气总是从气压较高处流向气压较低处；在空气流动的过程中，吸气时肺内气压低于外界，呼气时高于外界。一次吸气或呼气结束、气流暂停时，两侧气压又趋于相等。
跑步后，身体对氧的需要增大、二氧化碳产生增多，呼吸通常会加深、加快。呼吸频率变大并不等于每一口吸入的空气一定更多，呼吸深度也要看；反过来，呼吸深并不必然代表频率快。看到曲线或观察记录时，要把“每分钟呼吸次数”和“每次呼吸时胸廓或肺容积变化的幅度”分开分析。
放大到肺泡：真正的交换发生在哪里
空气沿支气管的树状分支走到尽头，才来到大量肺泡。肺泡适于气体交换，并不是一句口号，而是三条看得见的结构证据：第一，肺泡数量很多、总体接触面积大；第二，肺泡外面包绕着丰富的毛细血管；第三，肺泡壁和毛细血管壁都很薄，均由一层扁平的上皮细胞构成。面积大、距离短、血液供应丰富，才让气体有较充分的交换条件。
当吸入的空气到达肺泡后，肺泡内氧气分压通常高于流经肺泡周围毛细血管的血液，氧气便通过扩散进入血液；血液中二氧化碳分压通常高于肺泡，二氧化碳便扩散到肺泡中，再随呼气排出。这个过程叫肺泡与血液的气体交换。气体的净扩散方向取决于两侧相应气体的分压差，由分压较高的一侧指向较低的一侧。它不是肺泡像小泵一样把氧气“抽”进血液。
别把“薄”单独当成万能答案。若只有薄壁却没有足够的接触面积，交换效率仍受限制；若只有很多肺泡却没有丰富的毛细血管，血液也难以及时带走氧气、带来二氧化碳。结构和功能常常是成套配合的。
下面把交换现场交给你操作。先选择气体要往哪儿走，再查看分压差、肺泡壁和毛细血管在推理中各自提供了什么证据。
与吸入的空气相比，呼出气体中氧气的含量减少，二氧化碳的含量增加，水蒸气也较多；但呼出气体并不是“没有氧气”，也不是“全是二氧化碳”。根本原因在组织细胞：细胞的生命活动消耗氧气并产生二氧化碳。二氧化碳被血液带到肺部，才从肺泡进入呼出气体。若题目问“氧气减少、二氧化碳增加的根本原因”，要把答案追到细胞的生命活动，不能只停在“肺泡交换”。
用对照实验给判断找证据
“呼出的气体中二氧化碳更多”不能只靠感觉判断。可以先分别收集等体积的外界空气和呼出气体，再把它们通入等量、同浓度的澄清石灰水，比较现象。若通入呼出气体的石灰水更快变浑浊，说明在这些控制条件下，呼出气体中含有较多的二氧化碳。这里真正被改变的变量是气体来源；石灰水的量和浓度、通入的气体量都要相同。若按相同时间比较，还必须使通气速率接近。变浑浊是二氧化碳存在的证据，却不能把它误说成“呼出气体只含二氧化碳”。进行这类活动时，应使用教师准备的洁净器材和独立吹嘴，不直接用嘴吸取或反复吸吹液体，也不与他人共用吹嘴。
把全过程连成一条路
现在用一条箭头串起来：
外界空气 → 呼吸道 → 肺 → 肺泡 → 氧气扩散入血液 → 血液把氧气运向组织细胞。
这里的箭头写的是结构通路；呼吸运动不是一个要经过的结构，而是通过胸廓容积和肺内气压的变化，使空气沿这条通路进出肺的过程。
反方向也同样重要：组织细胞产生的二氧化碳 → 血液 → 肺泡 → 肺 → 呼吸道 → 外界。
本章重点是前半段和肺内的交换；血液怎样沿血管和心脏流动，会在后面的物质运输章节继续学习。此刻只要把分工理清：呼吸道负责通路和初步处理，呼吸运动负责让空气进出肺，肺泡负责与血液交换，血液负责运输。任何一个环节受阻，后面的环节都难以正常完成。例如，当液体阻碍空气正常进出肺时，肺通气会受阻，随后也会影响肺泡与血液的交换和细胞获得氧气。
遇到“气体交换”题，先问它发生在谁和谁之间：外界与肺之间，靠呼吸运动；肺泡与血液之间，靠扩散；血液与组织细胞之间，也靠扩散。把两端找对，过程就不容易写反。
让这条通路少受伤害
呼吸道对空气的清洁、温暖和湿润作用有限，所以保护呼吸系统并不神秘：保持室内空气清新；在扬尘、烟雾明显或出现空气质量预警时查看当地提示，调整户外活动的时间、地点和强度；咳嗽、打喷嚏时用纸巾或肘部遮挡并及时洗手；在粉尘较多的特定环境中按要求采取合适防护。这里的核心不是把空气“消毒到绝对无菌”，而是减少不必要的刺激物和病原体传播机会。
烟草烟雾含有多种有害物质，会伤害呼吸道和肺；二手烟也不是“别人吸、我没点火就没事”。室内开窗、开风扇并不能把二手烟的危害变成零，最可靠的做法是共同维护无烟环境，也不尝试电子烟。若持续出现明显不适，应及时告诉家长或老师并遵循专业人员的建议，而不是靠憋气、猛灌水之类的“偏方”硬扛。
请在三个生活场景中先做选择，再读反馈。每一种选择都要能说出它与“减少有害物进入呼吸道、保护肺泡交换条件”有什么关系。
本章练习
1
下列结构中，不属于呼吸道，而是肺内进行气体交换基本结构的是？
2
一次平静吸气的空气流动过程中，人体会出现哪些变化？
3
肺泡壁和毛细血管壁都很薄，因此肺泡可以主动把氧气吸入血液。
第 4 题：给肺泡找“装备”
小明说：“肺泡适于气体交换，只要数量多就够了。”请补充另外两条结构证据，并分别说明它们怎样有利于交换。
第 5 题：钟罩模型怎么读
在钟罩肺模型中，把底部橡皮膜向下拉时，两个气球会变大。此时模拟的是吸气还是呼气？请按“模型部件—空间变化—气压变化—空气方向”写出推理。
第 6 题：给变化排顺序
把下列现象按一次吸气开始及进行时的因果关系排序：①肺内气压降低；②空气进入肺；③膈肌收缩、膈顶部下降；④胸廓容积扩大；⑤肺扩张。
第 7 题：两种“交换”不要串台
小华写道：“氧气由肺泡进入血液，属于肺与外界的气体交换。”这句话哪里不准确？请写出肺与外界、肺泡与血液两种交换各自依靠的过程。
第 8 题：呼出气体里的二氧化碳从哪来
与吸入空气相比，呼出空气中氧气减少、二氧化碳增加。有人说“二氧化碳是在肺里制造的”，这种说法对吗？请说明根本原因和经过的路线。
第 9 题：读呼吸记录，不多下结论
甲同学静坐时每分钟呼吸 16 次，跑步后每分钟呼吸 28 次；乙同学跑步后的胸廓起伏幅度也比静坐时明显增大。根据资料，可以得出哪两点合理结论？又有哪些结论暂时不能直接得出？
第 10 题：无烟不是“开窗就够了”
教室附近有人在室内吸烟，同学甲说“开风扇把烟吹走就行”，同学乙建议请对方停止在室内吸烟并离开烟雾环境。你支持谁？请从呼吸道和二手烟两方面说明理由。