當你剛剛完成100米衝刺跑，會有什麼樣的感覺？你可能會感到呼吸急促，上氣不接下氣，為什麼會這樣呢？其實是因為我們的身體需要持續充足的氧氣供應，以維持身體細胞有序的工作。但是，由於人體的皮膚直接與外界接觸，其外表有一層緻密的角質層，無法藉助皮膚實現人體的氣體交換。那麼，人體是如何與外界進行氣體交換的呢？
人體呼吸系統的組成與功能
人體氣體的交換依賴於呼吸系統，它由呼吸道和肺構成，呼吸道由鼻、咽、喉、氣管、支氣管組成。外界空氣經過呼吸道的過濾、溼潤、溫暖最終運送到肺。而全身各處產生的二氧化碳經過肺，沿著呼吸道排放到外界環境中。人體藉助呼吸系統實現與外界進行的氣體交換，下表是人體呼吸前後氣體發生的變化。
氣體進出肺的動力來自哪裡？
首先，我們來感受一下呼吸運動。請你將一隻手靠近鼻前，另一手撫在胸部肋骨部位，慢慢地深吸一口氣，然後慢慢地呼出氣體。你能感受到身體哪些結構參與了該活動嗎？
吸氣時，我們的胸腔擴大，一股氣流沿著呼吸道運送到肺，呼氣時，伴隨著氣體的排出，胸廓回收。控制胸廓變化的，主要是位於胸腔和腹腔之間的膈肌與控制肋骨運動的肋間外肌。這種由肋間外肌和膈肌收縮舒張引起胸廓節律性擴張與縮小的過程就是呼吸運動。
呼氣和吸氣是通過呼吸運動控制肺內壓和大氣壓的壓力變化而實現的。正常情況下空氣始終從氣壓高的地方向氣壓低的方向流動。比如我們用力擠壓一個塑料瓶，空氣會從瓶裡釋放出來，這是因為擠壓瓶壁時，增大了瓶中氣體的氣壓。當鬆開手時，塑料瓶恢復到原有狀態，體內的氣壓會變得比外界小，空氣又會重新回到瓶內。呼吸現象的原理和塑料瓶的收縮與舒張非常相似。只要能夠降低胸腔內的氣壓，外界空氣就會流入到胸腔的肺內。
在吸氣時，肋骨間的肋間外肌收縮，抬升了肋骨，使胸腔橫向擴大。膈肌是一種凸起的肌肉，其收縮引起自身的位置降低，呈現出更為平坦的形態，使胸腔縱向擴大。這時胸腔體積增大，肺擴張，引起肺內壓變小，使肺內壓小於大氣壓，外界的空氣就會被吸入到人體內。呼氣時，肋間外肌和膈肌收縮，胸腔體積變小，肺藉助自身的彈力恢復到原來的狀態，肺內的空氣就會被推出去。
肺部如何實現氣體的交換？
肺是氣體交換的重要場所。如果將等質量的肺和肝臟放入清水中，你會發現肺會浮在水面上，而肝臟很快沉到了水下，這是為什麼呢？這是因為在肺內細窄的氣管內殘留著很多氣體。它類似於大樹的分支，氣管的端部分為左右兩個支氣管，支氣管端部繼續分支為細支氣管，這些分支末端膨大呈球體的肺泡，健康成年人大概有3億個肺泡，如果將它們展開，大概有80平米，是人體體表面積的42倍，這有利於更充分地進行氣體交換。
肺泡是由單層細胞構成的，肺泡外周被豐富的同樣是單層細胞構成的毛細血管網包裹著。這樣的配合，為肺泡內的氣體和肺泡周圍毛細血管內的氣體快速交換提供了結構保障。肺泡內的氣體與毛細血管內的氣體，通過擴散作用進行著氧氣與二氧化碳的交換。血管中有來自細胞代謝作用產生的二氧化碳，它的濃度遠大於肺泡中二氧化碳的濃度，而血液中的氧氣濃度又遠小於肺泡中的濃度，兩種氣體在這裡分別快速地擴散，最終實現了人體內和外界環境氣體的交換。
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