《全国高中生物学联赛教程》第二讲呼吸系统

1、全国高中生物学联赛教程第二讲 呼吸系统 动物的异化作用主要通过呼吸作用来完成。有氧呼吸使得异化作用的效率更高。学习动物的呼吸系统，应把握动物体的组织细胞是如何获得氧气和排出代谢废物二氧化碳的。赛点精析呼吸是机体与外界环境之间进行气体交换的过程，主要是机体从外界吸入氧气和从机体内呼出二氧化碳的过程。细胞进行气体交换的共同特点是在湿润的膜表面进行扩散。单细胞生物通过体表与外界进行气体交换。伴随动物的进化，出现了复杂的呼吸器官，并形成一套完整的呼吸系统。一 无脊椎动物的呼吸系统 呼吸树肠图1 海参的呼吸树涡虫和蚯蚓用皮肤呼吸，皮肤有分泌粘液保持湿润的能力。较高等的无脊椎动物已具有呼吸器官（最早出现专

2、职的呼吸器官的动物是软体动物），往往是表皮的一部分转变而成。如：沙蚕的肉足、河蚌的鳃，肉足和鳃都是表皮外突而成，其中有很丰富的血液供应。蜘蛛的书肺（腹部体表内陷而成的小囊，内有并列的小叶成书页状）；鲎的书鳃（与书肺是同源器官）；海参的呼吸树（图1）；蜻蜓的稚虫的“直肠鳃”；昆虫的气管，表皮陷入处形成气门，一般每个体节有一对气门，气门通入体内的气管，气管一再分支，最后成极细而薄的小气管，深入到各组织细胞之间，以盲端终（图2）。气门一般都有瓣膜，可自由开关，干旱时气门极少数张开，且时间很短，以防止体内水分不必要的消耗。节肢动物不依靠血液而依靠气管将空气直接送到组织，这是对陆生环境的高度适应。图2

3、昆虫气管系统A蚱蜢的气管系统B小气管分支入组织中二 脊椎动物的呼吸系统图4 血液逆流交换脊椎动物的呼吸器官都是由消化管的前端发展而成，除鱼类外，都是用肺呼吸，少数无脊椎动物（蜗牛、淡水的椎实螺）也是用“肺”进行气体交换，但它们的肺其实是外套腔，与脊椎动物的肺不是同源器官，而是同功器官。图3 鱼鳃的结构鱼类：大多用鳃（图3）呼吸，鳃的特征：表面积很大；丰富的血液流过；逆流交换气体（图4）。少数鱼类（肺鱼、总鳍鱼）也是用肺呼吸但其肺只是消化管向腹面伸出的一个气囊。两栖动物：幼体营鳃呼吸，变态后，内鳃消失，用肺呼吸。其肺是一对中空半透明和富有弹性的薄壁囊状结构，肺内被网状隔膜分隔成小室，称为肺泡。两

4、栖动物的肺结构还比较简单，需要辅助呼吸器官皮肤来协助。两栖动物的呼吸运动称口咽式呼吸（主要是“正压”通气），依靠口腔底部的升降来完成，并由口腔粘膜进行气体交换。爬行动物：其肺形同两栖类，也是囊状的，但内部具有更复杂的间隔，使之分隔成无数蜂窝状小室，并分布着极其丰富的肺动脉和肺静脉的微血管，因而比两栖动物能更有效地扩大与空气接触及交换气体的表面积。图5 鸟类的气囊和气流方向（A腹面观；B.气流交换）鸟类：呼吸系统十分特化，具有非常发达的气囊系统与肺气管相通连。气囊的存在，使鸟类产生独特的呼吸方式双重呼吸。鸟肺的相对体积较小，是一种海绵状的结构，主要是由大量的细支气管组成，其中分支最细的称为三级支

5、气管，在三级支气管周围有放射状排列的微气管，其外分布有众多的毛细血管，气体交换即在此处进行，它是鸟肺的功能单位。气囊是鸟类的辅助呼吸气管（气囊还能调节体温，减轻比重），一般有9个，除锁间气囊为单个外，均系左右成对。（图5）鸟类吸气时，新鲜空气沿中支气管大部直接进入后气囊，同时，一部分气体经次级支气管和三级支气管、在肺内微气管处进行气体交换。吸气时前后气囊同时扩张，呼气时同时压缩。当鸟类呼气时，肺内含CO2多的气体经由前气囊再排出。此时后胸气囊中所贮存的气体经由“返回支”进行气体交换，再经前气囊、气管而排出。一股吸入的空气要经过2次呼吸运动才排出体外，但作为鸟类的连续呼吸过程，不论每一次吸气及呼

6、气，肺内总是有连续不断的富含氧气的气体通过，这与其他脊椎动物不同。与同样大小的哺乳动物比较，鸟类的肺容积小，但由于有气囊和较大的气管，鸟类整个呼吸系统的容积却比哺乳动物的大三倍。哺乳动物：哺乳类的呼吸系统十分发达，空气经外鼻孔、鼻腔、喉、气管而入肺。人体呼吸系统的结构特点：鼻腔咽喉气管支气管细支气管呼吸细支气肺泡管肺泡呼吸道（气体通道） 肺（气体交换的场所）图6 呼吸膜示意图鼻腔：最早的功能是嗅觉器官；其内的毛细血管有温暖冷空气的作用。肺泡与气体交换相适应的特点：肺泡壁薄，由一层上皮细胞构成；数目多，气体交换面积大；外缠丰富的毛细血管和弹性纤维（呼气时回缩）。呼吸膜（图6）及表面活性物质：肺泡

7、与毛细血管之间的气体交换是通过呼吸膜来实现，呼吸膜由毛细血管的内皮层，基膜层、间隙、肺泡上皮层、液体层和表面活性物质层所构成。表面活性物质是由肺泡的型细胞分泌的，主要成分是二棕榈酰卵磷脂，能降低肺泡表面张力，维持大小细胞的容积，避免肺水肿。呼吸的全过程：包括外呼吸、气体在血液中的运输、内呼吸这三个相互联系的环节：呼吸运动胸廓在呼吸肌的参与下节律性的扩大和缩小，是肺通气的原动力。平静呼吸过程中，吸气时，膈肌和肋间外肌收缩胸廓的上下、左右、前后径增大胸腔和肺容积增大肺内压下降肺泡与大气压间产生压力差气体入肺；呼气时，膈肌和肋间外肌弛缓肺弹性回缩胸腔和容积减小肺内压升高气体出肺。平静呼吸时，吸气是主

8、动的而呼气是被动的。深呼吸过程中，用力吸气时，不仅膈肌和肋间外肌的收缩加强，且斜纹肌、胸锁乳突肌等呼吸辅助肌也参加收缩，使胸廓的扩大程度大大增加；用力呼气（主动呼气）时，除膈肌和肋间外肌松弛外，呼气肌（腹壁肌和肋间内肌）也参与收缩，使胸廓容积进一步缩小，以增大呼气量。在呼吸运动中肋骨、胸骨和膈的运动是协同的。主要由肋骨和胸骨运动产生的呼吸运动称胸式呼吸；主要由膈肌舒缩引起的呼吸运动则称腹式呼吸。人的呼吸类型是混合型呼吸（70肺容变化是腹式呼吸）。肺内压和胸内负压：肺内压指肺泡内的压力。肺与外界空气借呼吸道而相通，故肺内压应与外界大气压相等。但在呼吸运动的周期中，气体所以能进出肺泡，是因肺泡与外

9、界空气间存在可变的压力差。在吸气之初，肺容积随肺扩张而加大，肺内压低于大气压，使外界气体进入肺内，到吸气末，肺泡内压力又恢复到与大气压相等；呼气之初，肺内压随肺容积减小而升高，超过大气压而使肺内气体排出体外，在呼气末，又回降到与大气压相等。胸内压为胸膜腔内的压力，因其低于大气压称为胸内负压，是肺的回缩力所造成。胸内压=肺内压肺的回缩力。肺的回缩力是由肺泡壁弹性纤维回缩力与肺泡表面张力所造成的回缩力共同构成，以后者为主。胸内负压的生理意义在于：一方面可以使肺保持稳定的扩张状态而不致萎陷；另一方面可作用于胸腔内的心脏和大静脉中的血液的回流和淋巴液的回流。肺容量肺容纳的气体量，可分以下几个组成部分（

10、图7）：图7 肺总量的各部分潮气量：平静呼吸时，每次吸入和呼出的气体量。补吸气量：在平静呼吸之后再尽力深吸气，所能吸入的气体量。补呼气量：在平静呼吸之后再尽力深呼气，所能呼出的气体量。肺活量：最大深吸气后，再尽力深呼气，所能呼出的气体量。肺活量=潮气量+补吸气量+补呼气量肺通气量每分通气量：每分钟吸入和呼出的气体量。每分通气量=潮气量×呼吸频率（次/min）。肺泡通气量：肺泡通气量=（潮气量无效腔气量）×呼吸频率。进入肺泡的气体不能与血液进行气体交换的无效腔称肺泡无效腔，解剖无效腔与肺泡无效腔合称生理无腔。由于无效腔的存在，每次吸入的空气并不全部进入肺泡，所以低频深呼吸效果

11、更好。气体在血液中的运输：O2与血红蛋白结合，以氧合血红蛋白的形式运输；CO2主要（75%）以HCO3-形式运输，少量（20%）以氨甲酰血红蛋白形式运输。3呼吸的调节：呼吸运动与心脏活动相似，都能有节奏的、日夜不停的活动。呼吸运动受神经系统和体液的共同协调。神经调节：延髓存在控制节律性呼吸的基本中枢，脑桥存在呼吸调整中枢和长吸中枢，大脑皮层存在随意呼吸控制中枢。体液调节： 二氧化碳对呼吸的影响： CO2 是促进呼吸的生理性刺激，是调节呼吸运动的最重要体液因素。CO2主要通过中枢化学感受器对呼吸运动起调节作用。临床上给病人输氧时，往往采用含5%的CO2混合气体，以达到刺激呼吸中枢的目的，但CO2

12、浓度过高会对中枢神经系统产生毒性作用。 缺氧对呼吸的影响：缺氧对呼吸的影响是通过外周化学感受器（主动脉体和颈动脉体）而实现。缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制，但在外周化学元素器存在的情况下，能随缺氧程度的增加发放更多的冲动，推动并维持呼吸中枢的兴奋活动，因此，缺氧时外周化学感受器引起的呼吸反射，是机体一种重要的保护机制。 氢离子对呼吸的影响：H+是外周化学感受器的有效刺激物。用酸性溶液灌流颈动脉体，可反射性引起呼吸加强，通气量增大；相反，碱性溶液灌流则抑制呼吸。在以上三个因素中，保持其中两个不变，只改变其中一个因素，则缺氧对呼吸的影响最小，CO2作用最大；在多种因素变化的条件下，在同一时间里对呼

13、吸的影响是复杂的。解题示例例1 （1）设某人的肺通气量为7500毫升/分，呼吸频率为20次/分钟，无效腔容量为125毫升，每分输出量为5升，则该人的通气/血流比值应是多少？（ ）（2）若在正常情况下，某人的无效腔容量加倍时，则他的肺通气/血流比值与正常比较，将发生什么变化？（ ）A减小，但不到一半 B增大，但不到加倍C减半 D不变分析和解 （1）因为每分肺通气量=潮气量×呼吸频率，则潮气量=肺通气量/呼吸频率，又因为肺泡通气量=（潮气量无效腔气量）×呼吸频率，所以，肺通气量× 呼吸频率无效腔气量呼吸频率心输出量通气/血流= ，则该人的通气/血流比值为：×

14、 20次/min125ml/min7500ml/min20次/min5000ml/min（2）在正常情况下，潮气量为500ml，呼吸频率为12次min，解剖无效腔为150ml，肺泡通气量为（500150）× 12= 4200（ml/min），心输出量为每分钟5升，通气/血流比值为0.84；当无效腔容量加倍至300ml时，则肺泡通气量为2400ml，通气/血流比值为2400/5000=0.48，比值减小，但不到减半。答案：（1）C （2）A。例2 动物细胞中可能发生下列反应：葡萄糖丙酮酸 丙酮酸乳酸 乳酸丙酮酸在只有NAD+（或NADP+）存在时，上述反应中能发生的是哪一个或哪几个？A

15、只有反应 B只有反应 C只有反应和 D只有反应和图8分析和解 上述三个反应中，反应是还原反应，和都是氧化反应。氧化反应（脱氢作用）需AND+或ANDP+，还原反应（加氢作用）则需要NADH或NADPH，所以答案D正确。例3图8是某一动物的氧解离曲线。这种动物的肺泡里现有的O2压强是110mmHg，CO2压强是40mmHg;组织内的O2压强是30mmHg，CO2压强是80mmHg。请据图回答下列问题：（1）在肺泡里的O2的结合率是 。（2）在组织里的O2的结合率是 。（3）在组织里的O2的解离率是 。（4）如果在组织里的CO2压强与肺泡里的压强相等，则O2的解离率是 。分析和解 氧血红蛋白离解曲

16、线表示在不同氧分压下氧与血红蛋白结合的氧饱和度，影响此离解曲线的因素，主要是氧分压，另外，血液的PH值和温度也有关（图9）。图9 温度和PH值对氧血红蛋白离解曲线的影响当氧气的分压是110mmHg，CO2压强是40mmHg时，从图8曲线可知，氧气的结合率是100%；而当氧分压是30mmHg，CO2压强是80mmHg时，其结合率为20%；所以，组织中O2的解离率=100%-20%=80%；而若氧分压是30mmHg，CO2压强是40mmHg时，氧气的结合率是50%，则O2的解离率=100%-50%=50%。答案：（1）100%；（2）20%；（3）80%；（4）50%。竞赛训练1不靠血液把氧气运往

17、全身各处的动物有水螅 涡虫 蚯蚓 蝗虫 河蚌 鱼A B C D2关于双重呼吸的叙述不正确的是A双重呼吸提高了气体交换效率 B每呼吸一次空气两次经过肺C肺和气囊是进行气体交换的场所 D双重呼吸是鸟类特有的呼吸方式3吸气时，肺泡扩张，气体自外界进入肺内，这个过程扩张是A主动的 B被动的 C深呼吸时是主动的 D先是被动的，后是主动的4当平静吸气刚刚停止的瞬间，肺内压和肺内气体A高于大气压，混合气体 B等于大气压，混合气体C等于大气压，新鲜气体 D低于大气压，新鲜气体5当一次深呼吸后，会出现呼吸短时暂停的现象，这是因为ACO2少 BO2多 CCO2多 DO2少6下列哪种情况下呼吸最快A血液中氧浓度高

18、B血液中氧浓度低C血液中二氧化碳浓度高 D血液中二氧化碳浓度低7人的肺泡中O2浓度与外界空气中O2浓度相比A始终高些 B始终低些 C时高时低 D一样高低8人体平静呼吸时，呼出的气体中含量最多的是A二氧化碳 B氧气 C氮气 D水蒸气9如果一个人吸入少量的一氧化碳，他就可能中毒，因为A一氧化碳溶解肺的纤维细胞组织 B一氧化碳与血红蛋白结合比氧容易得多C一氧化碳降低肺活量 D一氧化碳过度地刺激心脏10鸟类呼吸时气体交换的真正部位是A背支气管 B腹支气管C微气管 D平行支气管（三级支气管）血液中CO2的浓度血红蛋白与氧结合的百分比PS11图10是血液中血红蛋白与氧结合情况和血液中CO2含量情况的曲线图

19、，则该图所表示的是S P A左心室 右心室 B毛细血管 肺静脉C肺动脉 肺静脉图10D肺动脉 主动脉12一定范围内PCO2增高，使呼吸运动增强，主要是通过A刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器 B刺激中枢化学感受器C直接兴奋延髓呼吸中枢 D直接兴奋脑桥呼吸调整中枢13某受试者，解剖无效腔150ml ,平静呼吸时频率为12次/min，呼出量为500ml。最大吸气后用力呼气，呼出气量4000ml，则下列哪项是错误的A其潮气量为500ml B其肺活量为4000mlC其肺通气量为6000ml D其肺泡通气量为5000ml/min14人在剧烈运动时，呼吸加快，引起细胞的直接反应是A线粒体ATP合成酶（基粒）

20、活化，合成更多的ATP B乳酸大量生成 C蛋白质分解增加 D线粒体呼吸链电子传递加速15在麻醉兔的实验中，下列操作哪一项可以使兔的呼吸停止A切断两侧的迷走神经 B在上下丘脑之间横切脑干 C暂时性阻塞气管造成窒息 D切除大脑皮层 E刺激迷走神经中枢端16呼吸衰竭时对机体最大威胁是ACO2滞留 B酸中毒 C碱中毒D缺CO2 E以上都不对17下列有关人体呼吸作用的叙述中，正确的是心脏有一群神经细胞，能调节呼吸运动，组成呼吸中枢 血液中二氧化碳含量增高会使呼吸加快 血红蛋白可运送氧气和部分二氧化碳 大部分二氧化碳无需酶的催化即可快速溶于血浆中、与水形成碳酸 血红蛋白与氧气的结合量因登高而减少A B C

21、 D18哺乳动物后生腭的出现，解决了A吞咽和呼吸的矛盾 B双重呼吸问题 C嗅觉和呼吸的矛盾 D咀嚼和呼吸的矛盾19有关鸟类鸣管发声的叙述哪种是正确的A只在呼吸时发声 B只在吸气时发声C呼气和吸气时都发声 D发声与呼吸没有关系20尼古丁是一种毒性很强的物质，吸烟后，可引起吸烟者A心跳加快 B呼吸减慢 C手指、脚趾温度降低DA+B EA+C21下列哪项是移居在高原环境生活的人所产生的生理性适应：增加造血功能，以维持其红细胞数目较多的水平组织细胞往往通过无氧呼吸来获得能量呼吸强度增强，通气量增强，肺活量提高提高心跳频率，加速血液循环以增加运输O2的能力。A B C D22肺泡内的氧气进入肺泡周围毛细

22、血管中，与血红蛋白结合生成氧合血红蛋白，此过程中要通过几层细胞膜？A二层 B三层 C四层 D五层23为了判断一个死亡的弃婴是产前死亡还是产后死亡，法医将死婴的肺剪一块投入水中，如果是产后死亡，则其表现为：A沉入水底 B先沉后浮 C浮在水面 D上下浮动24有关胸膜腔内压的叙述，错误的是A通常较大气压低 B胸膜腔内压= -肺回缩力 C吸气时负值减小，呼气时负值增大 D胸膜腔负压有利于静脉血液回流25最基本的呼吸中枢的所在部位是A脑桥 B大脑皮层 C脊髓 D延髓26在人体的器官中，对吸入空气中带入的粉尘具有清除作用的是（多选）A鼻腔 B喉 C气管 D支气管 E肺27肺的回缩力来自（多选）A胸内负压 B肺泡表面张力 C肺的弹力纤维 D肺泡表面活性物质28关于肺泡表面活性物质的叙述，正确的是（多选）A由肺泡上皮的II型细胞分泌 B有增加肺泡表面张力的作用C能维持大、小肺泡容量的相对稳定 D阻止肺泡毛细血管中液体向肺泡内滤出29关于H+对呼吸的影响，正确的是（多选）A动脉血中