关于人体内气体交换的问题分析

陈卫东

问题：从人体肺中呼出的气体中，氧气浓度高还是二氧化碳浓度高？

对于这个问题，很多学生争论不休，有人认为是二氧化碳浓度高，有人甚至认为没有氧气，有人则认为是氧气浓度高.

要回答这个问题，首先要了解人体内各个部分的气体交换状况.人体的气体交换主要发生在两个部位，肺泡处和组织细胞处，如图1所示.

吸入肺部的气体中，氮气比例最高，占78%，而氧气约占21%，二氧化碳只占0.032%，水蒸气0.5%.

肺泡内的气体交换形式如图2所示，其形式是静脉血中二氧化碳迅速扩散进入肺泡，而肺泡中的氧气迅速扩散进入血液.氧气和二氧化碳为什么能够按照上述方式快速扩散呢？肺泡与血液中的气体交换是通过扩散作用来完成的，既然靠扩散作用来进行气体交换，那么，交换双方就要存在着分压差.肺部肺泡气与肺部静脉血之间的气体分压差如表1.

决定气体扩散方向和影响气体扩散速度的首要因素是分压梯度.呼吸膜两侧的气体分压差越大，气体扩散速度就越快.原来，在肺内，肺泡气的氧分压高于肺毛细血管中的静脉血氧分压，分压差约为63mmHg，故氧从肺泡扩散进入静脉血；静脉血的二氧化碳分压则高于肺泡气的二氧化碳分压，分压差约为6mmHg，故二氧化碳从静脉血扩散入肺泡.

由于分压差比较大，因此在很短时间内，血液中的氧和二氧化碳分压即可与肺泡气达到平衡，静脉血变成动脉血.

图3血液在肺部由静脉血转换成动脉血后，流回心脏，再由心脏输送到全身各处，当血液经主动脉和各级动脉后到达全身各处毛细血管，才能与组织细胞发生气体交换.其形式如图3所示.从图中可以看出，毛细血管中的血液与组织细胞之间也不能直接发生气体交换，还需要通过组织液.也就是说血液中的氧气需要通过血液→毛细血管壁→组织液→细胞膜→细胞内途径才能进入细胞，而细胞中的二氧化碳则需要通过与上述过程相反的途径才能进入血液.而这样的两个过程的氧气和二氧化碳也是通过分压差来扩散完成的.动脉血、静脉血及组织处的分压差如表2.

在组织内，毛细血管起始端中动脉血的氧分压高于组织液氧分压，故氧由血液扩散入组织液；组织液二氧化碳分压高于动脉血二氧化碳分压，故二氧化碳从组织液扩散入血.血液通过毛细血管的时间较长，气体交换也很迅速，通过气体交换，动脉血即变成静脉血.

从上述分析可知，无论是肺部还是组织细胞处的气体交换都是由于分压差通过气体扩散作用来完成的，只要扩散的两边气体分压差平衡了，气体的扩散趋势也就停止了，因此肺泡中氧气不可能全部进入血液，血液中的氧气也不可能全部进入组织细胞；同样细胞中的二氧化碳不可能全部进入血液，血液中的二氧化碳也不可能全部进入肺泡.由于人体内并不利用氮气，且通过呼吸系统还可以排出一部分水，因此呼出的气体中，氮气74%，氧气16%，水蒸气6%，二氧化碳4%.

（收稿日期：2016-08-23）