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13.3 : 呼吸和气体交换

心血管和呼吸系统之间复杂的相互作用对于有效地将呼吸气体输送到全身至关重要。让我们探讨心血管系统的多方面功能,强调其在气体交换中的关键作用。

呼吸涉及肺泡和身体细胞之间的气体交换,特别是氧气 (O_2) 和二氧化碳 (CO_2),这是血液循环促进的过程。因此,涉及心脏和血管的心血管系统对于有效的气体交换至关重要。让我们首先检查心脏的解剖结构。

心脏是一个锥形的肌肉泵,是心血管系统的中心器官。它有四个中空的腔室:顶部有两个心房,下面有两个心室。心房是从静脉接收血液的入口,静脉是上腔静脉和下腔静脉以及左肺静脉和右肺静脉。心室是出口,通过动脉(包括肺动脉和主动脉)强力泵出含氧血液。这些动脉向身体提供富氧血液,并将脱氧血液输送到肺部进行氧合。

心脏独特的结构,每个心室的入口(三尖瓣和二尖瓣)和出口(肺动脉和主动脉)都有单向瓣膜,可确保血液沿正确的方向流动,防止回流并保持系统的效率。

广泛的血管网络形成闭合回路,促进心脏和身体细胞之间的血液运输。动脉和小动脉将血液从心脏输送出去,将其引向毛细血管,而小静脉和静脉则将血液返回心房。

毛细血管是最小的血管,对于血液和身体细胞之间的物质交换至关重要。在肺部,脱氧的血液(氧气含量低而二氧化碳含量高)从心脏右侧流向肺部。在肺泡中,吸入空气中的氧气扩散到血液中,而废物二氧化碳则从血液中扩散到肺泡中并被呼出。肺泡内衬有一层脆弱的表面活性剂液体,没有它,肺泡就会塌陷。肺泡细胞产生的表面活性剂可降低液体的表面张力,防止肺泡塌陷并促进气体交换。在获得氧气并释放二氧化碳后,富含氧气的血液返回心脏的左侧。这种含氧血液现在二氧化碳含量较低,在全身循环,将氧气输送到各个组织。

了解氧气运输还需要认识血浆和红细胞的作用。虽然少量氧气溶解在血浆中,但由于血红蛋白对氧的高亲和力,大部分氧气以氧合血红蛋白的形式与红细胞中的血红蛋白结合。血红蛋白还携带二氧化碳,主要以碳氧血红蛋白的形式。

在组织呼吸期间,组织细胞和血液之间交换氧气 [O_2] 和二氧化碳 [CO_2]。血液成分的任何异常都会严重影响这一过程。例如,以失血过多为特征的出血会降低心输出量并减少可用于氧气输送的血液。它会导致组织缺氧,即身体组织无法获得足够的氧气。贫血是另一种疾病,其特征是红细胞减少,导致血红蛋白不足以输送氧气和组织氧合不足。另一方面,定期锻炼可以提高心肌的效率并增加输送到组织的氧气量。其他条件,例如呼吸道疾病或高海拔,也会影响气体交换,凸显维持体内平衡所需的微妙平衡。

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RespirationGaseous ExchangeCardiovascular SystemRespiratory SystemOxygen O2Carbon Dioxide CO2Heart AnatomyBlood CirculationBlood VesselsAlveoliGas Exchange ProcessOne way ValvesCapillariesSurfactant FluidDeoxygenated BloodOxygenated Blood

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