肺泡是气体交换的场所，在肺泡内肺泡气与肺毛细血管的血液不断地进行气体交换。氧由肺泡进入血液，二氧化碳由血液进入肺泡。交换后静脉血变成动脉血，动脉血被运送到组织毛细血管，在组织和血液间再进行气体交换，氧由血液经组织液进入细胞内，细胞内产生的二氧化碳经组织液进入血液。交换后动脉血又变成静脉血，静脉血再经血液循环被运送到肺泡。总之细胞获得氧气并排出二氧化碳，必须经过血液与肺泡、血液与组织两次气体交换和血液对气体的运输。
一、气体交换
大气是混合气体，它的绝大部分是由氮和氧组成的，此外还有少量的二氧化碳和水蒸气。在海平面大气压平均为760mmHg，每种气体的分压，即该气体分子运动所产生的压力。在海平面上，干燥空气氧分压为159mmHg，氮的分压为597mmHg，二氧化碳分压很低。
干燥空气被吸入呼吸道后，立即受到黏膜的湿化变成湿化气，氧、氮由于被水蒸气稀释，分压稍有降低。湿化气进入肺泡后，由于在肺泡内氧不断向血液扩散，血液中的二氧化碳也不断地向肺泡扩散，肺泡气氧分压明显下降，二氧化碳分压上升。结果使肺泡气氧的分压比吸入气低，二氧化碳分压比吸入气高。呼出气是解剖无效腔的气体和肺泡气的混合物，所以它的氧分压比肺泡气高，二氧化碳分压比肺泡气低。
动脉血氧分压和二氧化碳分压与肺泡气的氧和二氧化碳分压基本平衡，一般氧分压为100mmHg左右，二氧化碳分压为40mmHg左右。静脉血氧分压较低，只有40mmHg，二氧化碳分压为45mmHg。组织液和细胞内氧的分压更低。
1．气体在肺泡的交换（简称肺换气） 气体的交换是靠气体分子的扩散作用实现的，扩散的速度与该气体的分压及扩散系数有密切关系。
（1）氧和二氧化碳在肺泡的交换：氧由肺泡向肺毛细血管内扩散，肺毛细血管内血液的二氧化碳向肺泡扩散都必须透过呼吸膜。呼吸膜对各种物质有选择性的通透性：大分子物质不能透过；某些离子也不能透过；其他物质如水和乙醚都能透过；各种呼吸气体如氧、氮、二氧化碳能高度溶解在肺泡表面活性物的脂类物质中，极易通过呼吸膜。呼吸膜对各种气体的通透性也是决定气体交换速度的重要因素。
肺泡气的氧分压维持在100mmHg左右，其与由肺动脉进入肺泡毛细血管的静脉血之间有60mmHg的氧分压差。氧从肺泡透过呼吸膜向血液扩散，血液流过肺毛细血管时氧分压进行性地升高，在到达毛细血管终点之前，血氧分压实际上与肺泡气氧分压已达到平衡。
到达肺泡毛细血管的静脉血，其二氧化碳分压为46mmHg，而肺泡二氧化碳分压为40mmHg，两者间存在着5～6mmHg的分压差，分压差虽小但因二氧化碳的扩散系数大，所以血液的二氧化碳透过呼吸膜向肺泡扩散的速度很快。
（2）影响气体在肺泡交换的因素：影响气体交换的主要因素有气体分压差、扩散的有效面积、呼吸膜的通透性。①气体分压差的影响：呼吸膜两侧气体分压差是决定气体扩散速度的重要因素之一。任何增加分压差的因素都能使气体交换速度加快；减少分压差的因素都能使气体交换速度减慢。②扩散的有效面积的影响：呼吸膜有效面积越大气体交换量越多，反之则气体交换量越少。③呼吸膜的通透性的影响：一般说来膜对气体的通透性与它的厚度成反比。
2．氧和二氧化碳在组织的交换（简称组织换气） 血液与组织之间的气体交换，也遵循着气体从分压高的部位向分压低的部位扩散的原理。由于组织、细胞在代谢过程中不断地消耗氧产生二氧化碳，所以组织液氧的分压较低，平均只有40mmHg，而流过毛细血管的动脉血氧分压平均100mmHg。因而血液中的氧迅速透过毛细血管壁扩散到组织液。细胞内氧的分压比组织液更低，一般变化范围为0～40mmHg，因而组织液中的氧不断透过细胞膜向细胞内扩散供细胞利用。同时，细胞产生的二氧化碳不断经组织液扩散到毛细血管内，使二氧化碳分压达到平衡。经过组织与毛细血管间的气体交换，动脉血又变成静脉血。
二、气体在血液中的运输
1．氧的运输 氧在血液中的运输有两种形式，即物理溶解与化学结合。
（1）物理溶解：肺泡中的氧首先溶解在肺泡表面活性物质的脂质中，然后透过呼吸膜溶解在血浆中，经过交换100ml动脉血中可溶解氧0．3ml。氧气必须先溶解于血浆，然后才扩散到红细胞内与血红蛋白进行化学结合。
（2）化学结合：绝大部分氧依靠红细胞中氧与血红蛋白的结合的形式运输。血红蛋白在氧分压高时容易与氧疏松结合，而在氧分压低时又易于与氧解离。
2．二氧化碳的运输 二氧化碳也是以物理溶解与化学结合两种形式在血液中运输。
（1）物理溶解：二氧化碳在水中溶解能力比氧大，但溶解于血液的二氧化碳只占全部运输二氧化碳的7%。
（2）化学结合：二氧化碳主要以碳酸氢盐的形式在血浆中运输。溶解在血浆中的二氧化碳，可以透过细胞膜进入红细胞内，在碳酸酐酶的催化作用下生成碳酸，不断解离成为氢离子和碳酸氢根离子，氢离子与释放氧后的血红蛋白结合，红细胞内碳酸氢根离子浓度超过血浆中碳酸氢根离子浓度时，又透过细胞膜进入血浆中，因此血浆中碳酸氢盐浓度增高。
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