- describe the structure of the human gas exchange system, limited to: • lungs • trachea • bronchi • bronchioles • alveoli • capillary network
- describe the distribution in the gas exchange system of cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries
- recognise cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs
- recognise trachea, bronchi, bronchioles and alveoli in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs and make plan diagrams of transverse sections of the walls of the trachea and bronchus
- describe the functions of ciliated epithelial cells, goblet cells and mucous glands in maintaining the health of the gas exchange system
- describe the functions in the gas exchange system of cartilage, smooth muscle, elastic fibres and squamous epithelium
- describe gas exchange between air in the alveoli and blood in the capillaries
气体交换
A-Level 生物 · 第 9 主题
9.1
气体交换系统
大纲
来源:剑桥国际大纲
你的身体需要吸入氧气并除去二氧化碳。这种交换发生在气体交换(gas exchange)系统中。空气沿这条路径进入身体:
- 往下经气管(trachea,气道),
- 进入两个支气管(bronchi,每个肺一个),
- 进入许多更小的细支气管(bronchioles),
- 最后进入叫肺泡(alveoli)的微小气囊,深在肺(lungs)里。
每个肺泡被一个毛细血管(capillaries)网络包裹,所以空气和血液被带得非常靠近。
探索
Explore the airways
Tap each part. Air branches from the trachea down to the tiny alveoli, where gas exchange happens.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| gas exchange | 气体交换 | qì tǐ jiāo huàn |
| trachea | 气管 | qì guǎn |
| bronchus | 支气管 | zhī qì guǎn |
| bronchiole | 细支气管 | xì zhī qì guǎn |
| alveoli | 肺泡 | fèi pào |
| lungs | 肺 | fèi |
| capillary | 毛细血管 | máo xì xuè guǎn |
9.1
呼吸道的组织及其功能
| 组织 | 它在哪里 | 功能 |
|---|---|---|
| 软骨(cartilage) | 气管和支气管中的 C 形环 | 保持气道张开,使它在你吸气时不能塌陷 |
| 纤毛上皮(ciliated epithelium) | 衬在气管和支气管 | 叫纤毛(cilia)的微小毛摆动以把黏液(mucus)扫向喉咙、远离肺 |
| 杯状细胞(goblet cells)和黏液腺(mucous glands) | 在气道的衬里中 | 制造黏液,它困住你吸入的尘埃和微生物(microbes) |
| 平滑肌(smooth muscle) | 在支气管和细支气管的壁中 | 收缩以使气道变窄 |
| 弹性纤维(elastic fibres) | 在气道和肺泡壁中 | 你吸气时伸展,然后弹回以帮助把空气推出 |
| 扁平上皮(squamous epithelium) | 肺泡的非常薄、平的衬里 | 给气体一个非常短的穿越距离 |
纤毛、杯状细胞和黏液腺一起工作以保持肺干净和健康:黏液困住脏物和微生物,而纤毛把它带走以被吞下。
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| cartilage | 软骨 | ruǎn gǔ |
| ciliated epithelium | 纤毛上皮 | xiān máo shàng pí |
| cilia | 纤毛 | xiān máo |
| mucus | 黏液 | nián yè |
| goblet cell | 杯状细胞 | bēi zhuàng xì bāo |
| mucous gland | 黏液腺 | nián yè xiàn |
| microbe | 微生物 | wēi shēng wù |
| smooth muscle | 平滑肌 | píng huá jī |
| elastic fibre | 弹性纤维 | tán xìng xiān wéi |
| squamous epithelium | 扁平上皮 | biǎn píng shàng pí |
| diffuse | 扩散 | kuò sàn |
9.1
肺泡中的气体交换
肺泡是交换气体的极好表面,因为它们有:
- 一个非常大的总表面积(数百万个微小的囊),
- 非常薄的壁——肺泡的扁平上皮和毛细血管壁各只有一个细胞厚,所以要穿越的距离很微小,
- 来自毛细血管网络的丰富血液供应,
- 一个湿润的衬里,所以气体在穿越之前溶解。
气体通过扩散(diffusion)沿它们的浓度梯度(concentration gradients)移动:
- 氧气(oxygen)在肺泡空气中处于高浓度、在血液中处于低浓度,所以它从空气扩散进血液。
- 二氧化碳(carbon dioxide)在血液中处于高浓度、在肺泡空气中处于低浓度,所以它从血液扩散进空气以被呼出。
在显微镜下,真实的肺组织看起来像一片精细的粉色蕾丝。许多开放的空间是肺泡,它们之间薄的粉色线是气体交换发生的壁:
呼吸使新鲜空气保持在肺泡里,而流动的血液不断把气体带走。这两者都保持浓度梯度陡峭,所以气体交换保持快速。
例题。 用菲克定律解释为什么肺泡能进行如此快速的气体交换。菲克定律指出扩散速率正比于
$$\frac{\text{surface area} \times \text{concentration difference}}{\text{diffusion distance}}$$
所以要快,三项都得帮忙。表面积:数以百万计的肺泡提供了巨大的总面积,大约 $70\ \text{m}^2$。扩散距离:肺泡上皮和毛细血管内皮各自只有一个扁平细胞那么厚,所以氧在不到 $1\ \mu\text{m}$ 的距离内就能穿过。浓度差:通气不断更新空气,循环不断把含氧的血液带走,所以陡峭的梯度得以维持。要把每一项适应特征与它所服务的方程中的那一项联系起来 - 只罗列"表面积大、壁薄、血液供应好"而不与菲克定律挂钩,是较弱的答案。
探索
At the alveolus
Tap each part. Oxygen and carbon dioxide swap across a wall just one cell thick, between the air and the blood.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| concentration gradient | 浓度梯度 | nóng dù tī dù |
| oxygen | 氧气 | yǎng qì |
| carbon dioxide | 二氧化碳 | èr yǎng huà tàn |
9.1
考试技巧
- 把每个肺泡特征与快速扩散联系起来:大表面积、薄(一个细胞)壁、湿润表面、好的血液供应——一个"表面积、短距离、陡梯度"的答案。
- 把气道组织匹配到功能:软骨(保持气道张开)、纤毛 + 杯状细胞(困住并扫走黏液)、平滑肌和弹性纤维。
- 用菲克定律(Fick's law)思想构造答案:速率 $\propto$ 表面积 $\times$ 浓度差 $\div$ 距离。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。