人体的呼吸
人体生命活动需要能量，这些能量大部分来自细胞对营养物质的分解利用。细胞通过“细胞呼吸作用”将葡萄糖等有机物分解，释放出供身体各项活动使用的能量（ATP）。在这个过程中，氧气的参与至关重要。只有当有足够的氧气供应时，细胞呼吸作用才能高效进行，产生更多可供利用的能量。缺氧会导致细胞能量供应不足，影响身体健康。
那么，氧气是如何进入我们人体并被送往全身每一个细胞的？又或者说，细胞“用过”的氧气转化成了二氧化碳，这些二氧化碳是通过什么途径排出体外的？这些问题的答案，都和人体的呼吸系统密切相关。呼吸系统就像是人体与外界气体交换的“门户”和“管道”，它不仅保证我们不断获得新鲜的氧气，还能及时排出体内代谢产生的二氧化碳，从而维持体内环境的稳定。没有良好的呼吸系统，我们的细胞和身体就无法正常工作。
呼吸不仅仅是“吸气和呼气”这么简单。它包括了空气的进入、气体的交换和代谢废物的排出，是一个精密又协调的系统。随着学习的深入，你会发现呼吸系统和生命活动的方方面面息息相关。比如，当我们剧烈运动或者紧张时，呼吸会加快以满足身体更多的氧气需求；当外界空气污染严重时，我们的呼吸系统也会遭受损害，导致健康隐患。这一切说明，了解和保护呼吸系统，对于健康成长和保持良好的生活状态至关重要。
呼吸系统的组成
呼吸道
呼吸系统由呼吸道和肺两部分组成。呼吸道是气体进出肺的通道，包括鼻腔、咽、喉、气管和支气管。
鼻腔是呼吸道的门户。当我们吸气时，空气首先进入鼻腔。鼻腔内有鼻毛，可以阻挡空气中较大的灰尘颗粒。鼻腔黏膜分泌黏液，能够粘住细小的灰尘和细菌。鼻腔黏膜中有丰富的毛细血管，流经的血液能够温暖吸入的冷空气。黏膜还能湿润干燥的空气。因此，鼻腔具有清洁、温暖和湿润空气的作用。这就是为什么医生建议我们用鼻呼吸而不是用口呼吸的原因。
2020年新冠疫情期间，鼻咽拭子采样成为检测病毒的重要手段。采样时需要将棉签深入鼻腔后部的鼻咽部，那里是病毒容易聚集的地方。这个过程虽然不舒服，但对早期发现感染者、控制疫情传播起到了关键作用。
咽是呼吸道和消化道的共同通道，位于鼻腔和口腔的后方。食物和气体都要通过咽。正因为如此，咽的位置很关键。当我们吞咽食物时，会厌软骨会盖住喉的入口，防止食物进入气管。如果边吃饭边说笑，会厌软骨的动作可能不协调，食物就可能误入气管，引起剧烈咳嗽，这就是我们常说的“呛到了”。
喉不仅是呼吸通道，还是发声器官。喉内有声带，当气流通过时，声带振动就能发出声音。青春期男生的喉结明显突出，声音变得低沉浑厚，这是因为喉部发育、声带变长变厚的缘故。过度用声、大声喊叫会损伤声带，导致声音嘶哑。
气管位于颈部和胸部，长约12厘米。气管壁上有“C”形的软骨环支撑，保证气管不会塌陷，使气流能够畅通无阻地进出。气管内表面有纤毛上皮，纤毛不停地向喉部摆动，能够将气管内的灰尘和细菌推向喉部，然后通过咳嗽排出体外。气管在胸腔内分为左右两支气管，分别通向左右两肺。支气管在肺内反复分支，越分越细，最细的分支末端形成肺泡。
呼吸道不仅是气体的通道，还能对吸入的空气进行处理，使进入肺的空气更清洁、更温暖、更湿润，有利于肺的气体交换和保护肺的健康。
肺
肺是呼吸系统的主要器官，是气体交换的场所。人有两个肺，分别位于胸腔的左右两侧，左肺有两叶，右肺有三叶。肺的外面包着两层膜，叫做胸膜。两层胸膜之间有少量液体，能够减少呼吸时的摩擦。
肺主要由支气管的各级分支和肺泡组成。成年人的两侧肺大约有3-4亿个肺泡，这些肺泡的总面积达到70-80平方米，相当于半个羽毛球场。肺泡壁很薄，只有一层上皮细胞。肺泡外面包绕着丰富的毛细血管，毛细血管壁也很薄。肺泡壁和毛细血管壁紧贴在一起，这种结构非常适合气体交换。
肺泡的这些结构特点与它的功能是高度适应的。肺泡数量多、总面积大，为气体交换提供了巨大的面积。肺泡壁和毛细血管壁都很薄，气体很容易透过，大大提高了气体交换的效率。肺泡外面有丰富的毛细血管，便于气体迅速进入血液或从血液中排出。
吸烟对肺的危害极大。香烟燃烧产生的烟雾中含有尼古丁、焦油、一氧化碳等几千种有害物质，其中有几十种是致癌物。长期吸烟会导致慢性支气管炎、肺气肿、肺癌等疾病。2019年中国疾病预防控制中心的数据显示，我国吸烟人数超过3亿，每年因吸烟相关疾病死亡的人数超过100万。更令人担忧的是，青少年吸烟率呈上升趋势。
吸烟不仅危害吸烟者本人的健康，吸烟产生的二手烟也会危害周围人的健康，特别是儿童和孕妇。因此，我们要远离香烟，拒绝吸烟，也要劝阻家人和朋友戒烟。
呼吸的过程
肺与外界的气体交换
我们每时每刻都在呼吸。呼吸包括三个相互联系的环节：肺与外界的气体交换（肺通气）、肺泡与血液的气体交换、血液与组织细胞的气体交换。
肺与外界的气体交换是通过呼吸运动实现的。呼吸运动包括吸气和呼气两个过程。
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吸气时，肋间肌收缩，肋骨向上向外运动；同时膈肌收缩，膈顶部下降。这两个动作使胸腔容积扩大，肺随之扩张，肺内气压下降，低于外界大气压，外界空气就通过呼吸道进入肺。
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呼气时，肋间肌舒张，肋骨向下向内运动；同时膈肌舒张，膈顶部上升。胸腔容积缩小，肺随之收缩，肺内气压升高，高于外界大气压，肺内气体就被排出体外。
可以看出，呼吸运动是由呼吸肌（主要是肋间肌和膈肌）的收缩和舒张引起的。呼吸肌的这些活动是在神经系统的调节下进行的。
我们平静呼吸时，每次吸入或呼出的气体量叫做潮气量，成年人的潮气量约为500毫升。但这并不是肺的最大容量。尽力吸气后，再尽力呼气，所能呼出的最大气体量叫做肺活量。肺活量是衡量肺功能的重要指标。
肺活量的大小与性别、年龄、身高、体重、运动锻炼等因素有关。一般来说，男性的肺活量大于女性，青壮年的肺活量大于儿童和老年人，经常参加体育锻炼的人肺活量大于缺乏锻炼的人。
让我们通过图表来了解不同年龄段的平均肺活量。
从图表可以看出，肺活量在青春期快速增长，成年后达到峰值，然后随年龄增长逐渐下降。这说明青少年时期是发展肺活量的关键时期。经常参加体育锻炼，特别是游泳、长跑、爬山等有氧运动，能够有效提高肺活量，增强心肺功能。
肺泡与血液的气体交换
当外界空气进入肺泡后，氧气和二氧化碳在肺泡与血液之间进行交换，这个过程叫做肺泡与血液的气体交换。
肺泡中的气体与血液中的气体通过扩散作用进行交换。扩散是指物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动的现象。肺泡中氧气的浓度高于肺泡周围毛细血管血液中氧气的浓度，因此氧气从肺泡进入血液。相反，血液中二氧化碳的浓度高于肺泡中二氧化碳的浓度，因此二氧化碳从血液进入肺泡。
经过肺泡的气体交换，静脉血变成了动脉血。静脉血是指含氧少、二氧化碳多、颜色暗红的血液；动脉血是指含氧多、二氧化碳少、颜色鲜红的血液。需要注意的是，静脉血和动脉血的划分依据是含氧量的多少，而不是血管的种类。肺静脉中流的是动脉血，肺动脉中流的是静脉血。
下方是气体交换前后血液成分的变化图：
从表格可以看出，血液流经肺泡后，氧气含量上升，二氧化碳含量下降，静脉血变成了动脉血。肺泡中的氧气浓度高于进入肺泡的血液，所以氧气进入血液；血液中的二氧化碳浓度高于肺泡，所以二氧化碳进入肺泡。
肺泡与血液的气体交换是通过扩散作用完成的。肺泡数量多、面积大，肺泡壁和毛细血管壁都很薄，这些结构特点保证了气体交换能够快速有效地进行。
血液与组织细胞的气体交换
血液将氧气运输到全身各处的组织细胞，同时将组织细胞产生的二氧化碳运走，这个过程涉及血液与组织细胞的气体交换。
当含氧丰富的动脉血流经身体各部分的毛细血管时，血液中的氧气浓度高于周围组织细胞中的氧气浓度，氧气从血液扩散到组织细胞中。组织细胞不断进行呼吸作用，消耗氧气，产生二氧化碳，因此组织细胞中二氧化碳的浓度高于血液，二氧化碳从组织细胞扩散到血液中。
经过组织细胞的气体交换，动脉血变成了静脉血。这些静脉血通过静脉回流到心脏，然后被送到肺，在肺泡处再次变成动脉血，如此循环往复。
整个呼吸过程可以概括为：外界空气→呼吸道→肺泡→血液→组织细胞。氧气沿着这条路线输送到细胞，二氧化碳沿着相反的路线排出体外。
呼吸的调节
呼吸中枢的调节
呼吸虽然是我们每天不自觉进行的生命活动，其背后却有一套精密复杂的调节系统。“呼吸中枢”位于脑干，能够产生有节律的神经冲动，这些冲动通过神经传递到呼吸肌（如膈肌、肋间肌），使其交替收缩和舒张，完成胸腔的扩张与收缩，实现气体进出肺部。
呼吸中枢的调节受多种因素影响，其中血液中二氧化碳的浓度变化最为关键。下面用表格简单总结不同气体浓度变化对呼吸中枢的影响：
当剧烈运动或屏气时，机体的代谢活动增强，产生的二氧化碳也增多，这使得二氧化碳浓度升高，对呼吸中枢形成强烈刺激，促使我们呼吸更加深快，从而排出多余的二氧化碳、吸入更多的氧气。例如，短跑和长跑之后我们都会感到“喘不上气”，就是呼吸中枢被二氧化碳刺激后产生的调节反应。
我们可以短时间内主动调节呼吸，比如屏住呼吸、做深呼吸等。但如果过度屏气，随着血液中二氧化碳浓度持续升高，呼吸中枢会自动驱动我们恢复呼吸。这是一种保护机制，防止因缺氧或二氧化碳过量而损伤身体。
环境因素的影响
影响呼吸的环境因素有很多，海拔和空气质量最为典型。我们可以简单对比一下不同海拔对人体呼吸系统的影响（见下表）：
随着海拔升高，大气压降低、氧气分压下降。许多初到青藏高原的人会感到头晕、气短，这就是“高原反应”。长住高原的人会慢慢适应，例如藏族同胞的肺活量和血红蛋白含量都普遍高于平原居民，以适应稀薄的空气。青藏铁路列车特意配备了供氧系统，以低海拔旅客舒适通过高原地带。
空气质量也是影响呼吸健康的重要因素。近年来，部分城市出现雾霾天，空气中PM2.5等微小颗粒物的含量升高，这些颗粒会深入肺泡甚至进入血液，造成呼吸系统负担，甚至增加心血管病等风险。例如，2013年中国多个城市遭遇严重雾霾，社会各界高度关注空气治理。几年来，随着“蓝天保卫战”等政策实施，空气质量持续改善。以2022年数据为例，全国空气质量优良天数比例已接近九成，明显优于10年前。
雾霾天气时，建议减少户外活动，外出佩戴口罩。室内要关闭门窗，注意空气净化。同时，每个人都应积极参与绿色出行，节能减排，共同保护我们呼吸的空气。
常见的呼吸系统疾病
下面整理三类常见呼吸系统疾病的特点及预防措施，部分内容用表格归纳，便于直观对比。
感冒与流感
感冒是最常见的急性上呼吸道感染，症状多为鼻塞、流涕、咽喉不适，通常一周可自行痊愈。流感（流行性感冒）则由流感病毒引起，传染性强，病情更重，可能会突发高热、剧烈头痛、全身酸痛和极度乏力等。
两者主要区别：
预防流感最有效的方法是每年接种流感疫苗。2020年以来，人们更加重视流感疫苗接种，以区分流感和新冠疫情初期症状（如高热、乏力等）。弱势人群（老人、儿童、孕妇、有基础病者）要尤其重视防护。
肺炎
肺炎是由细菌、病毒、真菌或支原体等病原体引起的肺部炎症，表现为发热、咳嗽、胸痛、呼吸困难等。
- 细菌性肺炎最常见，尤其是肺炎链球菌所致。抗生素的应用极大提高了治愈率，但耐药问题也在加重，用药必须遵医嘱。
- 病毒性肺炎，如COVID-19，传播快、风险高。2019年底武汉首次发现新冠肺炎，举国上下团结防控，展现了强大的国家凝聚力。
肺炎若治疗不及时，可能发展为呼吸衰竭，危及生命。
哮喘
支气管哮喘是一种慢性呼吸道疾病，发作时常常出现喘息、胸闷、气促和咳嗽。诱因包括过敏原（如花粉、尘螨）、天气变化、运动、情绪波动等。
典型哮喘症状周期性反复，常在夜间或凌晨加重。哮喘可能因空气污染、季节或遗传等因素加重。在我国，哮喘患者人数约3000万，儿童青少年高发。预防和管理哮喘的措施：远离过敏原，规律使用控制药物，外出随身带好急救药物。提高对哮喘的认识，重视规范治疗，有助于提升患者生活质量。
保护呼吸系统健康
良好的生活习惯
保护呼吸系统健康，首先要养成良好的生活习惯。坚持锻炼身体，增强体质，提高抵抗力。游泳、长跑、爬山等有氧运动能够有效增强心肺功能。
保持室内空气流通，经常开窗通风。室内空气不流通，二氧化碳浓度升高，病原体容易传播，不利于健康。每天开窗通风2-3次，每次15-30分钟。
注意保暖，预防感冒。气温变化时要及时增减衣物，避免受凉。冬季外出时戴口罩，既能保暖，又能防止吸入冷空气和病原体。保证充足的睡眠。睡眠不足会降低免疫力，容易患呼吸道疾病。青少年每天应保证8-10小时的睡眠时间。
远离有害因素
远离烟草是保护呼吸系统最重要的措施。不吸烟，拒绝二手烟。如果家人吸烟，要劝说他们戒烟，至少不要在室内吸烟。避免接触有害气体和粉尘。从事接触粉尘作业的人员应佩戴防尘口罩，定期体检。装修房屋时使用环保材料，装修后充分通风，检测合格后再入住。雾霾天气减少户外活动，外出时佩戴防护口罩。家中可使用空气净化器改善室内空气质量。
及时就医
当出现呼吸系统症状时，要及时就医。咳嗽、咳痰持续2周以上，或伴有咯血、胸痛、呼吸困难等症状，应尽快到医院检查。早期发现、早期治疗，能够有效防止疾病进展。
另外，定期体检也很重要。胸部X光或CT检查能够发现早期肺部病变。对于有吸烟史、有呼吸系统疾病家族史的人，更应该重视体检。
呼吸系统的健康直接关系到生命质量。我们要重视呼吸系统的保护，养成健康的生活方式，远离有害因素，一旦出现问题及时就医，让每一次呼吸都顺畅自如。
本节练习
第一题：下表是平静状态和运动状态下呼吸频率和潮气量的比较数据，请根据表格回答问题。
（1）计算平静状态和运动状态下每分钟的呼吸量。
（2）运动时呼吸有什么变化？为什么会发生这种变化？
（3）长期坚持体育锻炼对呼吸系统有什么好处？
（4）有人说“运动时呼吸越快越好”，这种说法对吗？为什么？
第二题：下图是肺泡与血液气体交换的示意图（假设A是肺泡，B是肺泡周围的毛细血管，C是从心脏流来的静脉血，D是流向心脏的动脉血）。请根据图示回答问题。
（1）气体交换是通过什么方式进行的？
（2）氧气和二氧化碳分别向什么方向扩散？为什么？
（3）为什么说肺泡的结构与气体交换的功能相适应？
（4）如果一个人患肺炎，肺泡壁增厚，会对气体交换产生什么影响？
第三题：某研究小组测定了平原地区和高原地区成年男性的部分生理指标，结果如下表：
（1）高原地区居民的生理指标与平原地区相比有什么特点？
（2）这些特点是如何帮助高原居民适应高原环境的？
（3）平原地区的人初到高原为什么会出现高原反应？
（4）长期锻炼能否提高血红蛋白含量？对运动员有什么意义？
第四题：某校调查了本校学生吸烟情况和呼吸系统疾病患病率，结果如下：
注：调查发现，吸烟学生的呼吸系统疾病患病率约为20%，不吸烟学生约为4%。
（1）计算初二和初三学生的呼吸系统疾病患病率。
（2）根据数据分析，吸烟与呼吸系统疾病患病率有什么关系？
（3）吸烟对呼吸系统有哪些具体危害？
（4）作为中学生，我们应该如何对待吸烟问题？