作者：高春锦、王国忠
出版社：人民卫生出版社
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氧与健康试读：
版权页图书在版编目（CIP）数据
氧与健康／高春锦，王国忠编著．—北京：人民卫生出版社，2014
ISBN 978－7－117－18757－2
Ⅰ．①氧… Ⅱ．①高…②王… Ⅲ．①高压氧治疗 Ⅳ．①R459．6
中国版本图书馆CIP数据核字（2014）第048983号人卫社官网 www．pmph．com 出版物查询，在线购书人卫医学网 www．ipmph．com 医学考试辅导，医学数据库服务，医学教育资源，大众健康资讯
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编 著：高春锦 王国忠出版发行：人民卫生出版社有限公司
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教授，主任医师。1969年9月毕业于首都医科大学，从事临床、教学、科研、医学科普工作四十余年。一直致力于缺血缺氧性疾病的临床与基础研究。出版专著十七部，在国内外学术刊物上发表论文两百余篇。获省部级科技进步奖等奖项十一项。1996年享受国务院政府特殊津贴；2008年获国际高气压医学界最高奖“BOEREMA医学勋章”。
现任亚太潜水与高气压医学会主席、中国民族医药学会芳香医药委员会会长、国际高气压医学会常任理事、首都医科大学附属北京朝阳医院首席专家、北京市高压氧医学治疗研究中心主任、北京医学会高压氧医学专业委员会主任委员、《中华航海医学与高气压医学杂志》副总编辑等职。王国忠简介
医学博士，主任医师。民航总医院高低压氧科主任。1989年毕业于南京医科大学，从事内科、高压氧医学、航空医学及高原医学临床与基础研究工作二十余年。承担／参加多项省部级科研项目，获北京市科学技术奖三等奖一项。在核心期刊发表论文30余篇，在《健康报》等报刊发表医学科普文章40余篇。目前兼任中国民族医药学会芳香医药委员会常务理事兼副秘书长、中华医学会高压氧医学分会委员、北京医学会高压氧医学专业委员会委员、《中华航海医学与高气压医学杂志》编委、中国民航工程咨询公司特聘专家等职。前 言
哲学家爱默生说：“健康是人生的第一财富”，诚如斯言。健康好比数字“1”，而事业、爱情、金钱、权力、地位等就是排在这个1后面的“0”；有了前面这个“1”，后面每多一个“0”，则意味着人生财富又增加了许多；反之，如果没有前面这个“1”，不管后面有多少个“0”，其最终结果还是“0”，就是说失去了健康等于失去了一切。
何为健康？健康并不是简单的“没有疾病”之说。世界卫生组织提出“健康不仅仅是指没有疾病或病痛，而是一种身体上、精神上和社会上的完全良好状态”。也就是说健康的人要有强壮的体魄和乐观向上的精神状态，并能与其所处的社会及自然环境保持协调的关系和良好的心理素质。但是，又有多少人达到“健康”标准呢？世界卫生组织一项全球性预测表明，真正健康的人仅占5%，患有疾病的人占20%，而75%的人群处于亚健康状态。可以说健康离我们很远，因为千金易求，健康难得；当疾病缠身，才恍然意识到生命的宝贵，可是逝去的健康能轻易挽回吗？也可以说健康离我们很近，因为健康很大程度上取决于我们自己；管理好自己的健康，就会把健康紧紧掌握在自己手中。
氧气对于人类生存和健康的重要，是无论怎样强调都不过分的。氧疗／氧保健的出现，意味着人对于氧的需求由完全仰赖自然向进一步自觉争取的转变，在人类与氧气的历史上开辟了新的篇章。随着社会进步，人们渴望健康的欲求日益增长，对自身健康的关注已从“有病治病”转变为“养生保健，未病先防”。这一转变也推动着氧疗／氧保健从医院走进千家万户。目前环境污染严重威胁着人类健康，化学药物所致的药源性危害有时比疾病本身更为严重；再加上诸如慢性疾病、亚健康、老年病等医学难题，严重影响社会经济的可持续发展。氧疗／氧保健的作用引起人们越来越多的重视；补给氧气对于生命急救、缓解病情、促进康复以及保证健康的重要意义，在于它的立竿见影的有效性，作为一个物理治疗手段的安全性，以及受益者包括从胎儿、婴幼儿、青少年直到中年和老年人的广泛性。
氧疗／氧保健的科学研究，也已经在世界范围内得到开展，人们对于氧影响人体生理、病理复杂机制的认识在继续深化。氧疗／氧保健将在预防医学、临床医学、妇幼医学、老年医学等领域进一步广泛应用。
本书从氧的基础知识说起，详细论述了氧气的制备，缺氧的危害，常见病症的氧疗，疲劳、亚健康的补充给氧，航空缺氧与供氧等内容，以期有助于医学工作者及普通群众加深对氧与健康问题的认识。尽管本书编者做了大量的工作，付出许多艰辛，但仍有一些力有不逮之处。真诚希望读者们批评指正，让我们以后做得更好。编著者2014年1月Table of Contents第一章 氧与人类 第一节 人类对氧的认识第二节 物质世界中的氧第三节 氧与人体生命活动第四节 氧在体内的过程第五节 源远流长的氧疗第二章 氧气的制备和医院供氧系统 第一节 氧气制备的方法和原理第二节 医院供氧系统第三节 医用变压吸附制氧机第三章 氧自由基与抗氧化剂 第一节 氧自由基的产生第二节 氧自由基与疾病第三节 氧自由基的清除和预防第四节 氧自由基检测第四章 缺氧与氧疗 第一节 缺氧对人体各系统的影响第二节 缺氧的分类第三节 氧 疗第五章 高压氧治疗 第一节 高压氧医学的发展概况第二节 高压氧的定义和高压氧治疗疾病的基本原理第三节 高压氧治疗适应证、禁忌证和副作用第四节 高压氧舱分类和结构第五节 高压氧对人体生理功能的影响第六节 高压氧治疗疾病的简略介绍第七节 科学客观地认识高压氧疗法第六章 常见病症的氧疗（一） 第一节 心血管系统疾病的氧疗第二节 脑血管系统疾病的氧疗第三节 呼吸系统疾病的氧疗第四节 其他常见疾病的氧疗第七章 常见病症的氧疗（二） 第一节 围生期孕妇和新生儿的补充给氧第二节 各类中毒的输氧急救第三节 休克的输氧急救第四节 中暑的输氧急救第五节 各类意外事故的输氧急救第八章 老年人氧保健和老年病的氧疗 第一节 人的衰老第二节 衰老与缺氧第三节 老年氧保健第四节 常见老年病的氧疗第九章 高原病的氧疗 第一节 青藏高原的气候特征第二节 旅客进驻高原注意事项第三节 高原病的诊治第四节 常用抗缺氧（抗高原反应）药物第五节 高原弥散式供氧室第十章 疲劳、亚健康的补充给氧 第一节 疲劳、亚健康的概述第二节 生理性疲劳的补充给氧第三节 病理性疲劳的补充给氧第四节 亚健康的补充给氧第十一章 航空缺氧与供氧 第一节 航空缺氧的分类第二节 航空供氧第三节 民航客机氧气系统第四节 航空旅行的健康问题第五节 低压舱技术及其应用第十二章 芳香疗法与氧疗 第一节 芳香疗法的发展历史与应用第二节 芳香氧疗法第三节 氧吧中的芳香疗法第十三章 有氧运动 第一节 运动与健康促进第二节 有氧运动是现代体育锻炼方式的首选主要参考文献第一章 氧与人类
人类生活于有氧的环境中。氧是人体最重要的组成材料之一，氧也是人体发育成长和生命活动的“燃料”，氧与人类的确是“难解难分”的关系。然而，人类对于氧的认识，曾经历了漫长的道路。
燃烧的本质是氧化。人类取得对于氧的知识，是从燃烧开始的。
大约50万年前，“北京人”已经知道用火烧、煮食物。公元前8000—前6000年，中国已经用火烧制陶器，说明当时人类已经掌握了某些化学变化的规律，具备了处理某些化学变化的能力。
公元前2000年，中国开始铸铜。大约从公元前1500年开始，贵族和皇帝希望得到长生不老的药物和更多的黄金，于是透过加热和燃烧某些物质以生成新物质的古代炼丹术和炼金术便应运而生。最早的化学知识，就是在“炼丹”和“炼金”的实践中，逐步积累起来的。化学发展史上的“炼丹时期”，一直延续了3000年之久。第一节 人类对氧的认识一、中国人最早发现了氧
依据目前资料，中国古籍中最早记载了氧气的一本书，是早年流落海外、至今仍珍藏在德国的一个手抄本《平龙认》。中国古代研究地势风水的术士有“山龙易寻，平龙难认”的说法，“平龙认”大约就是“对于难以辨认的事物的辨认”的意思。
德国著名的东方学家朱利叶斯·克拉普罗特（Heinrich Julius Klaproth，1783—1835）于1802年发现了《平龙认》这本书。1807年，他在俄国彼得堡科学院的学术讨论会上宣读过一篇论文《第八世纪时中国人的化学知识》，并在1807年的《彼得堡科学院院刊》上发表。论文中介绍说，《平龙认》是一本以阴阳学说解释物质组成与变化的著作。全书是68页的汉文手抄本，作者署名是马和，成书年代是“至德元年”。我国历史上有过两个“至德”的年号，一个是南北朝的陈后主用过（583—586年），另一个是唐朝的唐肃宗用过（756—757年）。由此可见，《平龙认》的成书年代最晚也是在公元8世纪。
克拉普罗特的论文摘译了《平龙认》里面“含真气”一节的内容。大意是：空气中有阴阳二气；把火硝、青石、黑炭石等物质加热，就能够产生出阴气；水中也有阴气，它同阳气紧密结合在一起，很难分解开来。克拉普罗特说，欧洲人到18世纪后才知道空气和水里面含有氧，比中国人晚了1000多年。
前苏联学者涅克拉索夫在编著的《普通化学教程》中写道：在公元8世纪时，中国学者马和的著作已经明白地指出了空气组成的复杂性，提出了制备氧（“阴气”）的方法，并且发展了关于燃烧的假设，而这一假设同近代的非常相似。此外，法国和德国的化学家，也有人在著作中提到这个事实。
中国一些学者认为，早在公元6世纪中国南北朝时期，道家的炼丹术已经很流行，当时的人们就知道用火硝加热等办法产生氧，用以达到养生的目的。二、中国古籍中关于养生治气的记载
远在发现氧气之前，许许多多古代典籍中已经记载着关于调理呼吸、吸收新鲜空气以保健养生的论述。《庄子》说：
吹吁呼吸，吐故纳新，此引导之士，养形之人也。《黄帝内经》中记载着：
黄帝曰：余闻上古有真人者，提挈天地，把握阴阳，呼吸精气，独立守神，肌肉若一，故能寿敝天地，无有终时。
春三月，此谓发陈，天地俱生，万物以荣。夜寐早起，广步于庭，被发缓形，以使众生。
长沙马王堆三号汉墓出土的竹简书《十问》是我国现存最早的养生专著。其中第四问“治气抟精之道”中，有一段关于“气”的论述：
翕气之道，必致之末，精生而不厥。尚下皆精，塞温安生？息必探而久，新气易守。宿气为老，新气为寿。故善治气者，使宿气夜散，新气朝聚，而实六府。
从这几段论述可以看出，古人早已认识到吸入新鲜空气有利于身体健康。特别是要吸入早晨的新鲜空气；要保持室内空气流通，排除掉人体呼出的气体。所谓新鲜空气，就是富含氧的空气。当然，在那个时候，古人还不具备现代的科学知识，只是从经验上感知了空气成分同养生的密切关联。三、西方科学家开展氧的研究
英国化学家波义耳（Robert Boyle，1627—1691）一生当中进行了大量实验，其中研究得最详细的就是空气的性质。1661年，他在实验中发现燃烧离不开空气，因此认为，有的物质可以在真空中燃烧（如炸药），是因为其中含有与空气类似的“活化蒸汽”（即氧）。波义耳第一个提出应当把化学当作一门独立的科学，而不是从属于医药学或冶金学的知识。他还第一个对于“元素”提出了明确的定义。恩格斯给予他很高评价：“波义耳把化学确立为科学”。
德国化学家贝歇尔（Johann Joachim Becher，1635—1682）和他的学生施塔尔（Georg Ernst Stahl，1660—1734）创立了“燃素学说”。燃素学说认为，物质燃烧时，有一种易燃元素分解出来；与燃烧有关的一切化学反应都是物体吸收或释放这种“燃素”的过程。燃素学说在1650—1775年流行了100多年，在化学史上称为“燃素时期”。
在中国古代炼丹术士发现氧气之后1000多年，西方科学家在科学实验室里重复了氧的发现。
1773年，瑞典化学家舍勒（Karl Wilhelm Scheele，1742—1786）在加热硝酸钾、硝酸镁、碳酸银、碳酸汞和氧化汞的时候，意外发现了氧气。接着，他把黑锰矿同浓硫酸放在一起加热，也产了生氧气。他还发现，把一种物质放在这种新发现的气体中燃烧之后，这种气体便同物质里面的“燃素”结合而消失了。不过，舍勒是一个“燃素学说”的虔诚的拥护者，他把这种气体称为“火气”。正因为这样，他同样没有揭开燃烧的奥秘，坐失良机。舍勒把他的研究成果发表在《论空气和火的化学》这本书里，但由于出版商的延误，到1777年才出版。
1774年，英国化学家普利斯特里（Joseph Priestley，1733—1804）通过加热氧化汞发现了氧气。他观察到，这种气体能够使蜡烛燃烧得更旺盛，认为是加速了蜡烛里面的“燃素”的释放，所以称之为“脱燃素气”。普利斯特里在当年就把这个发现首次公诸于世。他还写了一部详细介绍氧气性质的书，在书中第一次记载了人体吸入纯氧之后的体验：“我把老鼠放在‘脱燃素气’里，发现它们过得非常舒服。我本人出于好奇，就亲身进行了实验，这是大家可以理解的。我做实验的时候，是从盛满‘脱燃素气’的大瓶里用玻璃吸管吸这种气体的。当时，我肺部的感觉，同平时吸入普通空气是一样的。但是，吸了这种气体之后好长时间，身心一直觉得十分舒畅轻快。谁敢说这种气体将来不会被普遍采用呢？不过，目前只有我和我的两只老鼠才有权利享受这种气体”。
1775年至1777年间，法国科学家拉瓦锡（Antoine Laurent Lavoisier，1743—1794）经过多次实验，首先确认氧是一种元素。开始，拉瓦锡沿用普利斯特里的命名，也称之为“脱燃素气”。随后，他发现燃烧并不是因为物体里面有什么“燃素”，而是可燃性物质同这种新发现的气体急速结合（氧化）的过程。他的实验成果，从根本上推翻了“燃素学说”。恩格斯指出，拉瓦锡的成就使过去在燃素学说形式上倒立的全部化学正立过来了。
从此，拉瓦锡不再使用“脱燃素气”这个名称，改而称之为“极纯空气”和“生气”（vital air）。后来，他又把希腊文的“酸”和“根”两个词连成一个新词oxigine，作为“极纯空气”的名称。到1787年，他参与编写《化学命名法》的时候，再把oxigine调整为oxygene。
拉瓦锡把少量的汞放在密闭容器里面连续加热12天，结果有一部分银白色的液态汞变成了红色粉末，同时容器里面的空气减少了约1／5的体积（图1－1）。他研究了容器里余下来的4／5气体，发现这些气体既不能供给呼吸，又不能支持燃烧，后来被命名为“氮气”，在拉丁文中的语义是“不能维持生命”的意思。图1－1 拉瓦锡实验
拉瓦锡又把汞密闭燃烧后形成的红色粉末（以后证明是氧化汞）收集起来，再放进一个容器里面加热，得到了汞和氧气。他发现，这次所得氧气的体积，恰恰等于原来加热汞时空气减少的体积。于是，他得出空气由氧气和氮气组成的结论。
西方科学文化传入中国的时候，关于氧的实证认识又丰富了中国学者的历史实践积累。中国学者最初把西方科学家给氧定下的名字翻译成“养气”。1920年，有人一度在“养”字上面加了一个“气”字头。1928年，中国化学会讨论决定使用“氧”为正式名称，保留了“养”字的字音，从“阴气”到“养气”再到“氧”，反映了中国人把氧首先同养生之道联系起来的历史渊源。在日本，氧的日文译名则按照拉瓦锡的组词来源直译成“酸素”。第二节 物质世界中的氧一、氧与生物进化
我们知道，自然界是由无数种千差万别的物质组成的；而构成种种物质的基本物质，用普通化学方法不能再进一步分解为更简单的物质时，即称之为化学元素。现代科学已知的化学元素共有109种。
氧就是一种属于非金属化学元素的物质。它的化学符号是O。氧元素以单个氧原子、双原子组成的氧分子、三原子组成的臭氧分子的状态存在于大气中，同时以各种化合物状态存在于水、矿物、岩石层和一切动物、植物体中。
在宇宙中，氧和其他各种化学元素最初始是怎样产生的？换句话说，物质的起源是怎样的？这是探索宇宙奥秘最古老问题之一。作为常识，我们知道以下一些概念，也许就够了：
——宇宙形成之初，它的温度极高，并且密度也是非常大的。在那个时候，初始形成的物质只有轻元素，或许只有纯氢，或许还有相当数量的氦。
——从一个星体来说，星体内部的温度在初始形成的阶段是上升的，达到一个最高温度后开始下降。一个星体上的氧和其他各种化学元素，就是在星体温度变化的过程中逐渐转化而来的。所以，研究天体演化史的科学家分析各个星体（或者陨石、化石）的化学组分，就可以推测和确定它的年龄。
——地球目前已存在了45亿年，在地球存在的前半期，大气中并没有氧气存在，氧只是以元素的状态存在于水或岩石中。之后，氧气才开始出现在大气和海洋中，但在大气中的含量仍不足1%。大约27亿年前，地球中的氧气突然开始聚集，这就是所谓的“大氧化事件”，它促进了地表环境的改变和高级生命的诞生，是地球生命进化的一个重要转折点。大气中氧气由植物的光合作用产生，光合作用将太阳能转变为化学能和氧气。
——地球上的基础生命是在无氧环境下发生的。大约30亿年前，出现了最初的生物，包括细菌和蓝藻。6亿年前，出现了水生的无脊椎动物。当时，地球表面的氧气还很少，大气中也没有足够的臭氧层。所以，阳光中的紫外线直射大地，生物只能在几十米深的水中存在。到大约4．2亿年前，大气里面的氧气增加，又形成了臭氧层，屏蔽了几乎全部波长在290nm以下的太阳紫外线辐射，生物才得以登上陆地。一直到大约3亿年前，大气里面的氧含量才差不多接近现代的大气氧含量水平。这就是说，生物进化受到大气层中氧聚集速度和规模的制约。
——在地球“前氧气时代”，地球上居于统治地位的只是一些结构最为简单的微生物。然而氧气的出现却显著地加快并使生命的进化过程变得多样起来。正是由于氧气的特殊效果，在古老的生物体内发生了最初的细胞分裂。除了出现多细胞生物以外，氧气的氧化特性还显著地改变了地球上非生命物质的面貌。尤其是，由于那些包含有铁化合物的岩石被氧化，导致群山的颜色变暗了许多。加拿大科学家盖伊·纳尔波恩教授表示：“在氧气大量出现在大气层中后，我们的星球就像是被接通了‘开关’，山峦的景色开始变化，海洋中也出现了首批多细胞生命。在氧气分子溶入海洋1000万～1500万年之后，那里也开始出现最为原始的浮游植物”。二、广泛存在的氧元素
蔚蓝的天空，浩瀚的海洋，起伏的山峦，广袤的土地，千姿百态的植物以及种类繁多的动物等共同组成了丰富多彩的世界。而所有这些都是由化学元素构成的。在我们生活的现代地球环境里，氧元素的原子丰度（同其他化学元素相比较的相对数量）排在第五位，仅次于氢（H）、氦（He）、碳（C）和氮（N）。在海水和地壳里，氧是最多的元素。以质量计算，氧占海水的85．8%（主要以水的形式存在，还有溶解在水里的氧和各种化合物中的氧），占地壳的48．6%（存在于各种氧化合物中）。
氧是生物组织的最大组成成分。99%以上的生物组织，都是由氧（62%）、碳（20%）、氢（10%）、氮（3%）、钙（2．5%）、磷（1．14%）和氯、硫、钾、钠10种元素组成的。
正常人体包含几十种化学元素，在人体的物质组成成分当中，氧元素的分量最多。对于一个中等身材的人来说，其中氧元素质量约46kg，碳元素质量约15kg、氢元素质量约9kg、氮元素质量约2kg、钙元素质量约1．5kg和氯元素质量约0．8kg、磷元素质量约0．8kg、硫元素质量约0．1kg、氟元素质量约0．1kg，以及其他元素。
正是氧元素在人体内所占的高比例，表明了氧元素是人体中最不可缺少的物质，它对人的生命活动和健康长寿，起着极为重要的作用。
在空气里面，氧的含量仅次于氮：以重量计算占23．1%，以体积计算占20．95%（表1－1）。表1－1 干洁空气的组成三、空气中氧的三种存在形态
空气中的氧，有三种不同的形态，也就是氧的三种“同素异形体”：双原子的氧、单个的原子氧和三原子的臭氧。（一）氧气
地面和下层大气中的氧，几乎都是双原子的氧分子，就是我们一般所说的氧气（O）。动物和低级植物都吸入氧气，在体内转换成二2氧化碳（CO）呼出。陆地上的绿色植物和江河湖海里的藻类则吸入2二氧化碳，通过阳光的照射和“叶绿素”的作用，把二氧化碳同水“光合”成碳水化合物，同时把氧呼出，使氧返回到大气或水中，此即光合作用。空气中游离的氧，大部分来自这个氧的循环，其中大约90%来自水生藻类的光合转化。
氧气是无色、无味、无臭的气体。它比空气稍重，在标准状态（温度0℃，压力760mmHg）下，氧气的密度是1．429g／L（1．3429kg／m），见表1－2。表1－2 氧在不同温度下的比重
氧能溶于水，但是能够溶解的量不多。在0℃和一个大气压的水中，能够溶解的氧气大约占水的体积的4．9%。鱼类和其他海洋生物，就是靠这些溶解在水中的氧气维持生命活动的。
氧的化学性质很活泼，很容易同其他物质化合生成化合物，这样的过程即为氧化反应。如果氧化反应在纯氧中进行，则过程异常剧烈，同时放出大量的热。
氧气还可以助燃，它和可燃气体（氢、乙炔、甲烷等）混合后，容易引起爆炸。各种油脂与压缩氧气接触，温度超过燃点时，可以发生自燃。被氧饱和的衣服和其他纺织品，一遇火种就会立即着火。
氧具有感磁性，氧分子在磁铁的作用下可带磁性，并可被磁极所吸引。
在常压下，把氧气冷却到它的沸点－182．96℃时，就变成淡蓝3色透明而易流动的液态氧。液态氧的密度是1140kg／m。如果继续冷却，在达到它的熔点－218．4℃时，就会开始凝固，成为蓝色结晶状的固态氧。固态氧的密度是1．27～1．30g／ml。
液氧具有广泛的工业和医学用途。工业上制造液氧的方法是对液态空气进行分馏。由于液氧的低温特性，液氧会使其接触的物质变得非常脆。液氧也是非常强的氧化剂，一些物质如沥青等若被长时间浸入液氧可能会发生爆炸。在航天工业中，液氧通常与液氢或煤油（两者作为还原剂）搭配使用。一些最早期的弹道导弹采用液氧作为氧化剂，如V2（液氧－乙醇）和R－7（液氧－煤油）。在作为推进剂时，液氧能为发动机提供很高的比冲；另外，相对于另一种常见的推进剂组合四氧化二氮－偏二甲肼（肼类物质有剧毒），液氧的几种搭配形式清洁环保。（二）原子氧
原子氧是指低地球轨道（通常认为200～700km高度）上以原子－5态氧存在的残余气体环境。在这个轨道高度上，气体总压力为10－7～10Pa，环境组分有N、O、Ar、He、H及O等，相应的粒子密22693度约为10～10／cm。
原子氧是太阳光中紫外线与氧分子相互作用并使其分解而形成的。由于在这个高度大气密度过低，原子氧不能经过复合作用形成臭氧、双原子氧；它在残余大气中占主要成分。原子氧的化学性质比分子氧更活泼。除去氦、氖、氩3种惰性气体之外，原子氧同所有元素都可以形成化合物。而且，除了惰性气体以及卤素和少数几种贵金属以外，原子氧同所有元素都能在室温或加热的条件下，直接化合。
原子氧与航天器发生相互作用可以引起航天器结构材料的剥蚀老化，损害航天器热控涂层，严重危害航天器的可靠运行。（三）臭氧
氧原子同没有解离的双原子氧合并，就形成了每个分子由3个原子组成的臭氧（O）。在常温常态常压下，较低浓度的臭氧是无色气3体，当浓度达到15%时，呈现出淡蓝色。臭氧可溶于水，在常温常态常压下臭氧在水中的溶解度比氧高约13倍，比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时，臭氧可迅速分解为氧。臭氧的密度是2．14g／L，沸点是－111℃，熔点是－192℃。臭氧分子结构是不稳定的，它在水中比在空气中更容易自行分解。
人类真正认识臭氧是在150多年以前，德国化学家先贝因（Schanbein）博士首次提出在水电解及火花放电中产生的臭味，同在自然界闪电后产生的气味相同，先贝因博士认为其气味难闻，由此将其命名为臭氧。
自然界中的臭氧，大多分布在距地面10～50km的大气中，我们称之为臭氧层。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。当大气中的氧气分子受到太阳光线中短波紫外线照射时，氧分子会分解成原子状态。氧原子的不稳定性极强，极易与其他物质发生反应。如与氢（H）反应生成水（HO），与碳（C）反应生成二氧化碳（CO）。222同样的，与氧分子（O）反应时，就形成了臭氧（O）。臭氧形成23后，由于其比重大于氧气，会逐渐地向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着温度的变化（上升），臭氧不稳定性愈趋明显，再受到长波紫外线的照射，再度还原为氧。臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡。
如果在0℃的温度下，把地球大气层中所有的臭氧全部压缩到一个标准大气压，则它也只能形成约3mm厚的一层气体。那么，地球表面是否有臭氧存在呢？回答是肯定的。太阳的紫外线大概有近1%部分可达地面。尤其是在大气污染较轻的森林、山间、海岸周围的紫外线较多，存在比较丰富的臭氧。
大气臭氧层主要有三个作用。其一为保护作用，臭氧层能够吸收太阳光中的波长300nm以下的紫外线，主要是一部分UV－B（波长280～320nm）和全部的UV－C（波长≤280nm），保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。只有长波紫外线UV－A（波长320～400nm）和少量的中波紫外线UV－B能够辐射到地面，长波紫外线对生物细胞的伤害要比中波紫外线轻微得多。所以臭氧层犹如一件保护伞保护地球上的生物得以生存繁衍。其二为加热作用，臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气，由于这种作用，大气温度结构在高度50km左右有一个峰，地球上空15～50km存在着升温层。正是由于存在着臭氧才有平流层的存在，而地球以外的星球因不存在臭氧和氧气，所以也就不存在平流层。大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响，这一现象的起因也来自臭氧的高度分布。其三为温室气体的作用，在对流层上部和平流层底部，即在气温很低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产生使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。
工业造成的空气污染物质向高空扩散，会加剧臭氧的破坏，降低臭氧层对于紫外辐射的屏蔽作用，给人类和其他生物带来严重危害。1974年，科学家证实，破坏臭氧层的罪魁祸首是常用的一些含有氯成分的氟利昂制冷剂，即氯氟烃类的化合物。氯氟烃类化合物都是由氯（Cl）、氟（F）、和碳（C）三种元素组成，所以代号为CFC。这类化合物的化学性质非常稳定，散发到空气中大多不能分解，于是便升高聚集在高空的平流层。而平流层的紫外线非常强烈，紫外线能够使氯氟烃分解，释放出氯原子。氯原子恰恰同臭氧有亲和作用，生成氧化氯和氧分子。氧化氯又同这个高度大气里的氧原子起作用，重新生成氯原子，这个氯原子又去破坏另外的臭氧分子。这样循环不已，一个氯氟烃分子可以破坏掉无数个臭氧分子，打破了大自然的光化学作用的臭氧平衡。逐步禁用氯氟烃类的氟利昂，以控制空气污染，保护臭氧层，已经引起各国政府和工业界重视。
臭氧层的破坏将会导致到达地球表面的紫外线辐射强度的增加，直接危害人体健康，破坏人体免疫系统，引发疾病。据研究，臭氧浓度降低1%，皮肤癌增加4%，白内障发生率则增加0．6%。紫外线的增强对地球上所有的生物都具有杀伤力，影响生物的生长发育。紫外线可穿透浅水层，杀死水中浮游生物，降低水域生产力；扰乱昆虫交配，并使地球上2／3的农作物减产，从而加重粮食危机。四、大气压力和氧分压
人居住和生活在地球上面，四周被大气包围。地球周围的空气约15有2000km厚，总重量约5×10吨。空气的分子对地球表面和地球上面所有物体所施加的压力，就叫作大气压力。
衡量气体压力的单位有毫米汞柱（mmHg）、托（Torr）和帕（Pa）等，习惯上用毫米汞柱，国际通用帕（1mmHg＝1Torr＝133．3Pa）。
在0℃条件下，在纬度45°的海平面，测得的大气压力（760mmHg或0．1MPa）称为标准大气压。760mmHg＝0．1MPa＝1．0绝对大气压（ATA）
也就是说，人身体表面每平方厘米要承受约1kg （1．0336kg／222cm）压力。人的体表面积大约1．2～1．5m，以1．2m计算，每个人所承受的大气压力约12吨。
如此巨大的压力足以使人目瞪口呆，但为什么在地球上人们不但没有被压坏，而且也感觉不到大气压力的存在？原因是：①人体表面受压均匀，而非局部受压；②人体内的空腔脏器均与外界相通，使得体内外的压力相抵消，不会出现压力差；③人体组织约70%是水，水极难被压缩（液体的不可压缩性）。
空气是多种成分的混合气体。我们把混合气体的压力称为总压力（比如空气的总压力是760mmHg），把其中每个气体的压力称为分压。根据道尔顿（Dalton）分压定律，混合气体的总压等于其中各个气体分压的总和。换句话说，混合气体中任何单一气体的分压，等于混合气体总压力乘以该气体的容积百分比。如空气的总压力为760mmHg，其中氮气占78．08%，氮气的分压就是760mmHg×78．08%＝593．4mmHg。氧气占20．95%，氧气的分压就是760mmHg×20．95%＝159．2mmHg。第三节 氧与人体生命活动一、生命活动的能源
人体细胞是人的生命的最小结构单位和功能单位。细胞永远在活动、工作和变化之中：它要识别周围的细胞，同周围的细胞建立一定的联系；它要不断接受来自自身以外的刺激并做出反应；它要不断通过分裂来复制自己；它要按照遗传指令向别的类型转化。人体内的所有细胞都在一刻不停地活动，各个器官才得以运动，人体才得以生长、发育和维持，人类才得以存在和繁衍。
细胞的活动，器官的运动，需要有充分的动力。能量从何而来呢？
一切生物所需要的能量，最终都来自阳光——太阳能。但是，只有高级植物（绿色植物）和一些光合微生物能够直接利用阳光的能量，进行光合作用，生成细胞的成分。其他生物必须以植物（光合作用的直接产物）或食草动物（光合作用的间接产物）作为食物，或者以食草动物为食的动物（也是光合作用的间接产物）作为食物。
植物以阳光为能源，把水和碳、氮、硫、磷等物质转化成有机物，其中得到吸收利用的光能只占植物接受的全部太阳光能的1%左右，最多也不过3%。其余约44%光能消耗于水分的蒸发，54%作为热被反射或散发掉。食草动物能够把植物中所含能量的10%～15%转化到自己的组织中。而人体只能把肉类食物所含能量的1%转化到自身的组织中。所以，从太阳的能量一步步转化成人体组织的能量，转化率只有大约0．001%。
我们的食物，无论是植物类食物还是动物类食物，其中都包含着蛋白质、脂肪和糖（碳水化合物）这三大类营养物质。食物进入我们的消化系统，经过咀嚼和溶解后，对食物中的营养物质进行一系列复杂的化学分解和化学合成，产生出细胞组织进行工作所需要的能量和形成新细胞的物质材料。代谢，就是在细胞中发生的所有化学变化的总称。二、氧是人体获得生命活动能源的关键物质
生命活动需要源源不断的能源，氧是人体获得生命活动能源的关键物质。
营养物质在分解代谢的过程中，必须通过氧化作用，才能产生和释放出化学能。1g营养物质在氧化分解时所释放出的热量称为该物质的“热价”或“卡价”。每克脂肪完全氧化可以产生热能9．3kcal（1cal＝4．184J）；每克糖、蛋白质完全氧化均可以产生热能4．1kcal。这些能量当中的50%左右用来维持体温，并且不断以热能的形式向体外散失。其余大约46%的化学能则首先形成“高能磷酸基团”，再与二磷酸腺苷（ADP）结合，生成一种高能化合物——三磷酸腺苷（ATP），把能量储存起来。人体各个部位细胞生命活动所需要的能量，就是由ATP这种储能物质作为载体传输过来，再通过ATP的分解而得到利用的。
氧对于ATP的生成起着关键作用。分解代谢过程当中必须有足够的氧，各种营养物质必须同氧结合，才能完成生理氧化过程，产生出能量，并且把生成的化学能充分转化成为ATP；人体的各个部分才能装备上足够的“化学电池”，给人的生命活动提供不间断的能源。正是在这种意义上，我们说氧是人体代谢活动的关键物质，是人体生命活动的第一需要。
人体的能量代谢，是在细胞内的线粒体里面进行的。在人体得到充足的氧气供应的情况下，进食的三大类营养物质才能转化成能量，供给人体各个组织器官，保证生命活动的需要。
人体内每得到一升氧气，用以氧化蛋白质，可以产生4．5kcal能量；用以氧化脂肪，可以产生4．7kcal能量；用以氧化碳水化合物，可以产生5kcal能量。这就是营养物质的“氧热价”，即某种食物在氧化时，消耗1升氧气所产生的热量。人们普通摄取的食物的氧热价，接近于上述三种营养物质氧热价的平均值4．825kcal。只要测量出一个人在一定时间内的耗氧量，乘以食物的氧热价的平均值4．825kcal，大体上就是这个人在这段时间里的产热量。据此，可以间接确定人的代谢水平。
氧气同阳光雨露一样，是大自然为每一个人提供的基本生存条件。然而，如果处在一个缺少氧气的特殊环境，或者虽然环境当中不乏氧气，但由于自身的生理、病理原因不能摄入足够需要的氧气，人体就会缺氧。在缺氧的状况下，细胞能量代谢的中间过程放慢，在细胞能量代谢过程中起催化作用的生物酶的活性也受到抑制，产生能量的效率因而降低，ATP的生成减少，导致能量供应不足。与此同时，代谢过程中产生的大量酸性物质也要滞积起来，使人体发生代谢性酸中毒。缺氧引起的能量供应不足，还要影响细胞内外电解质的平衡和人体内部酸碱度的平衡。这些生理变化就是由于缺氧造成的“代谢紊乱”，反映出来的现象则是不同程度的“缺氧症状”。第四节 氧在体内的过程一、呼 吸
机体与外界环境之间的气体交换过程，称为呼吸。通过呼吸，机体从大气摄取新陈代谢所需要的氧气，排出所产生的二氧化碳，因此，呼吸是维持机体新陈代谢和其他功能活动所必需的基本生理过程之一，一旦呼吸停止，生命也将终止。
在高等动物和人体，呼吸过程由三个相互衔接并且同时进行的环节来完成：①外呼吸或肺呼吸，包括肺通气（外界空气与肺之间的气体交换过程）和肺换气（肺泡与肺毛细血管之间的气体交换过程）；②气体在血液中的运输；③内呼吸或组织呼吸，即组织换气（血液与组织、细胞之间的气体交换过程），有时也将细胞内的氧化过程包括在内。可见呼吸过程不仅依靠呼吸系统来完成，还需要血液循环系统的配合，这种协调配合，以及它们与机体代谢水平的相适应，又都受神经和体液因素的调节。
人在从事非紧张活动的时候，每分钟大约呼吸15次，每次吸进大约500ml空气。在从事紧张激烈活动的时候，呼吸频率可能增加1倍，每次吸入的空气可能增加5倍（表1－3）。一个人每天吸进和呼3出的空气大约有19m。表1－3 吸入空气与呼出气体的不同二、呼吸道内气体分压
在呼吸过程中，进入人体后的空气的组成成分不断发生着变化。呼吸时，空气经过鼻腔、气管和支气管进入肺泡。空气经过鼻腔、气管时，加入了呼吸道黏膜分泌的水气，称为“湿化”。湿化后的空气，其中各个气体的比例和分压发生了改变。呼吸道内水蒸汽的分压为47mmHg，呼吸道内气体中氮气的分压应为（760mmHg－47mmHg）×78．08%＝556．7mmHg。氧气的分压应为（760mmHg－47mmHg）×20．95%＝149．4mmHg。
呼吸道内的混合气体进入肺泡后，变成肺泡气，各个成分气体的比例和分压又发生了变化。原因是：①有肺泡内的残余气体混入；②每100ml流经肺的血液，要从肺泡内吸收掉7ml氧，并向肺泡内排放5～6ml二氧化碳。所以，肺泡气里面的氧分压要比呼吸道气的氧分压低，肺泡气里面的二氧化碳分压要比呼吸道气的二氧化碳分压高（图1－2）。图1－2 人体各部位血氧分压和二氧化碳分压（圆圈内数字）
在海平面位置实测健康、不吸烟的青年人吸入空气过程中氧分压的数据见表1－4。吸气时气管气体的分压值是计算人体获得氧量的常用基准数值。只要知道了大气压和吸入空气中氧的容积百分比，就能比较精确地计算出人体获得氧的数量。表1－4中气管空气的氧分压值149mmHg，就是总大气压760mmHg减去水蒸气的分压47mmHg（体温下的饱和值），再乘以氧的容积百分比20．95%得来的。表1－4 吸气过程中的空气分压组成
肺泡气体的氧分压值则难于以简单方法计算。这是因为，每个人的耗氧量不同，肺血管吸收氧的能力不同，还有肺部某些疾病的影响。确定肺泡气体的氧分压值，要用多种复杂仪器对呼出气体进行精密实测。三、肺——实现气体交换的呼吸器官
人的呼吸系统可以从鼻腔算起。空气由鼻孔或嘴吸进人体内，经过鼻咽和喉咽，进入气管。气管是由许多马蹄形软骨组成的通气管道，成人的气管长约10～11cm，直径约2．5cm。气管的下端分为左右两条主支气管，与左右两肺相连，在肺脏里面继续不断分支，成为倒挂的树枝状网络，最细的支气管直径约1mm。
肺脏是呼吸系统的重要器官。肺是松软而有弹性的海绵状结构，平均重量约为600g。右肺一般较大，分为3叶10个支气管段；左肺分为2叶9个支气管段。整个肺里，约有2万～8万支最后一级细支气2管，连接着6亿～8亿个肺泡。所有肺泡腔的总表面积大约有80m。肺泡的外表面由密密麻麻的大约60亿条毛细血管覆盖着，覆盖的面积占所有肺泡总外表面的85%～90%。人体内外的气体交换最终就是在肺泡膜及其微细血管的表面上实现的。所以，气体同血液进行交换22的有效面积大约是80m的85%～90%，即70m左右。不过，人体处于安静状态的时候，心脏的输出血量是每分钟5L左右，肺毛细血管只有25%开放，已经可以承担起气体交换的任务了。心脏输出血量增加的时候，其余的肺毛细血管才陆续开放。
肺泡与毛细血管之间只有一层不到半个微米厚的膜相隔。血液从毛细血管的动脉端流动到静脉端，大约需要0．75秒左右。肺泡里的氧能够在0．25秒时间内，透过肺泡毛细血管之间的薄膜进入毛细血管，并且完成与毛细血管内血液中血红蛋白的结合。与此同时，血液中的二氧化碳以更快的速度透过肺泡毛细血管之间的薄膜，进入肺泡。氧通过肺泡进入微细血管和二氧化碳由微细血管进入肺泡，称为“弥散”。弥散的机制是由于气体的分压不同而产生的动态平衡过程。
我们知道，气体分子之间的距离比液体和固体分子之间的距离大，所以气体分子容易运动。气体弥散的方向、速度和距离，取决于压力差。压力差越大气体弥散的速度就越快，距离也越远。肺泡里面的氧分压是104mmHg，二氧化碳分压为40mmHg；而肺泡毛细血管静脉的血液氧分压为40mmHg，二氧化碳分压为46mmHg。可见，肺泡里面的氧分压高，而肺泡毛细血管静脉血液里面的二氧化碳分压高。因此，由于分压差的缘故，肺泡里面的氧通过肺泡壁（一层上皮细胞）、间质（约1～2μm厚的结缔组织）和毛细血管壁（一层内皮细胞）弥散到毛细血管血液中，而血液内的二氧化碳，则沿同一途径按相反方向弥散到肺泡里面去。经过这样的双向弥散，达到动态平衡，静脉血的氧分压提高而二氧化碳分压降低，转换成为动脉血，流向全身组织。
氧进入血液后，首先溶解于血浆中形成分压。在一定分压的作用下，氧与血红蛋白结合达到饱和。每克血红蛋白达到饱和时结合的氧量约为1．34ml。
动脉血流过组织时，首先由溶解氧向氧分压较低的组织液弥散。随着血氧分压的下降，血液中的结合氧解离出来溶解于血浆中，同时血红蛋白中的氧饱和度下降。
圆满完成这个气体交换的过程，首先，肺泡需要不断得到来自气管的新鲜空气，大约每分钟4～5L（有效通气量）。其次，毛细血管里面要不断有足够的血液流动，大约每分钟5～8L。具备了这两个最基本的条件，还需要其他各个有关器官系统的协调配合、肺泡毛细血管膜的弥散通透能力、心脏的正常活动、代谢功能的平衡维持等等。任何一个环节发生了问题，都会给气体交换造成不利的后果。
肺脏实现气体交换的动力，来自由胸腹和肺组成的一个“生理气泵”。呼吸肌收缩时，胸腔和肺的容积增大，肺泡里面的压力低于大气压，于是空气被吸入肺脏。吸气完成后，肺脏本身的弹性回缩使胸腔和肺脏恢复原来的容积，肺泡的压力又高于大气压力，导致空气由肺部呼出。肺脏的一张一弛，就完成了一个呼吸的周期。
平静呼吸的吸气，主要靠横膈膜的收缩下沉。有意识地用力吸气时，胸腔扩张，横膈膜和与呼吸有关的颈部肌肉、肩部肌肉和腹部肌肉都有收缩动作，以克服气流通过鼻腔、喉、气管、支气管和细支气管时的阻力，克服肺脏的弹性反弹，克服胸腔和腹腔以及肝脏、脾脏、肠等的惰性。当呼气的时候，肺脏和胸腔的回弹力量足以把呼入的空气量排出，有关肌肉无需主动动作，只是放松，就使肺脏恢复到吸气前的体积。
在主动的吸气与被动的呼气这个呼吸周期过后，有一个短暂的间歇。吸气的过程大约是0．8秒，呼气的过程是1．2秒。在每分钟12次的呼吸频率时，每个呼吸周期之后的间歇是3秒。随着呼吸频率的增加，吸气、呼气和呼吸之后的间歇都缩短，但以呼吸周期之后的间歇的缩短最为明显。四、肺 功 能（一）肺容量
肺容量（lung volume）：反映外呼吸的空间，是呼吸道与肺泡的总容量（图1－3），为具有静态解剖意义的指标，由以下几部分组成：图1－3 肺容量示意图
1．潮气量（tidle volume，VT）
平静呼吸时每次吸入或呼出的气量。正常值约500ml。
2．补吸气量（inspiratory reserve volume，IRV）
平静吸气后所能吸入的最大气量。正常值：男性约2000ml，女性约1500ml。
3．补呼气量（expiratory reserve volume，ERV）
平静呼气后能继续呼出的最大气量。正常值：男性约900ml，女性约560ml。
4．残气量（residual volume，RV）
补呼气后肺内不能呼出的残气量。正常值：男性约1500ml，女性约1000ml，其与肺总量的比值是判断肺内气体潴留的主要指标。
以上四种称为基础容积，彼此互不重叠。
5．深吸气量（inspiratory capacity，IC）
平静呼气后能吸入的最大气量，由VT＋IRV组成，判断吸气代偿的能力。正常值：男性约2600ml，女性约1600ml。
6．肺活量（vital capacity，VC）
最大吸气后能呼出的最大气量，由IC＋ERV组成，判断肺扩张能力的主要指标。正常值：男性约3500ml，女性约2500ml。
7．功能残气量（function residual capacity，FRC）
平静呼气后肺内含有的气量，由ERV＋RV组成。是判断肺内气体潴留的主要指标。正常值：男性约2300ml，女性约1500ml。
8．肺总量（total lung capacity，TLC）
深吸气后肺内所含有的总气量，由VC＋RV组成。正常值：男性约5000ml，女性约3500ml。
胸肺部疾患引起呼吸生理的改变常表现为肺容量的变化。（二）肺通气量
肺通气量为单位时间进出肺的气量，显示时间与容量的关系，并与呼吸幅度、用力大小有关，是一个较好的反映肺通气功能的动态指标。
1．每分通气量（minute ventilation，VE）
静息状态下每分钟所呼出的气量，即维持基础代谢所需的气量。正常值：男性约6700ml，女性约4200ml。每分通气量＝潮气量×呼吸频率。
2．肺泡通气量（alveolar ventilation，VA）
静息状态下每分钟吸入气能达到肺泡进行气体交换的有效通气量，为潮气量（VT）与生理无效腔量（VD）之差，即VA＝（VT－VD）×呼吸频率，潮气量包括可在肺内进行气体交换的肺泡气量、不能在肺内进行气体交换的肺泡无效腔量及在气道内未能进行气体交换的解剖无效腔量。肺泡无效腔加上解剖无效腔合称生理无效腔量，肺泡通气正常情况下解剖无效腔量与生理无效腔量基本一致，生理无效腔量的增加可反映通气功能的异常。
3．最大自主通气量（maximal voluntary ventilation，MVV）
是指在单位时间内以尽快的速度和尽可能深的幅度重复最大自主努力呼吸所得的通气量，是一项简单而实用的负荷试验，用以了解肺组织的弹性、气道阻力、胸廓的弹性和呼吸肌的力量，常用于胸腹部手术前肺功能的评价。
4．用力呼气量（forced expiratory volume，FEV）
指用力呼气时容量随时间变化的关系。（1）用力肺活量（forced vital capacity，FVC）：
指最大吸气至TLC位后以最大的努力、最快的速度呼气至RV位的呼出气量，正常情况下与肺活量一致。（2）一秒量（forced expiratory volume in one second，FEV）：1
指最大吸气至TLC位后1秒内的最快速呼气量，既是容量测定，也是一秒之内的平均流速测定，是肺功能受损的主要指标，判断气道阻塞常以FEV／FVC%或FEV／VC%表示。11（3）最大呼气中期流量（maximal midexpiratory flow，MMEF）：
又称用力呼气中期流速（FEF 25～75%），指用力呼气25%～75%肺活量时的平均流速，是判断气道阻塞（尤为小气道病变）的主要指标。（4）最高呼气流速（peak expiratory flow，PEF）：
用力呼气时的最高流速，是反映气道通畅性及呼吸肌肉力量的一个重要指标，与FEV呈高度直线相关。1（5）用力呼气25%肺活量的瞬间流速（forced expiratory flow after 25%of the FVC has been exhaled，FEF25%，V）：75
反映呼气早期的流速指标。（6）用力呼气50%肺活量的瞬间流速（FEF50%，V）：50
反映呼气中期的流速指标。（7）用力呼气75%肺活量的瞬间流速（FEF75%，V）：25
反映呼气末期的流速指标。V、V的下降反映有气道阻塞或小5025气道病变等。（三）肺换气功能
1．肺一氧化碳弥散量（DLCO）
指CO气体在单位时间（1min）及单位压力差（1mmHg）条件下所能转移的量（ml），是反映弥散功能的主要指标。
2．一氧化碳弥散量与肺泡通气量比值（DLCO／VA）
由于弥散量受肺泡通气量影响，肺泡通气量减少可致DLCO减少，故临床上常以DLCO／VA比值作矫正，一口气测定法该比值判断较DLCO更有意义。
3．一氧化碳弥散量与血红蛋白的比值（DLCO／Hb）
弥散值亦受Hb影响，严重贫血时（Hb减少），CO从毛细血管壁到红细胞Hb间的弥散距离增加，及Hb与CO的结合量减少，而影响CO的继续弥散。因而亦常以DLCO／Hb比值矫正，有报道Hb每下降1g，肺弥散量约下降7%。五、红细胞——运载氧的小舟
呼吸系统另一个重要组成部分是气体的运送体系。外形像盘子一样的血液中的红细胞，好似一艘艘运载氧的小舟，漂浮在液体状的血浆中，以每秒钟2cm的速度，沿着曲折婉转、四通八达的血管网络，日日夜夜、川流不息地航行。
健康的成年人大约有3．5～5L血液，占整个体重的7%左右。血液主要由血细胞和血浆组成，分别占血液的45%和55%。一滴血液里大约有2．5亿个红细胞。
血细胞分成红细胞、白细胞和血小板三种，其中90%以上是负责携带、运送氧和二氧化碳的红细胞。红细胞是从骨髓产生出来的，大约6天达到成熟，有120天的寿命。在这120天里，大约在体内循环30万次，然后就自行碎裂了。健康成年人大约有25 000亿个血红细胞，以每秒钟300万个的速度不断更新。
血液运送氧，有两种形式。第一种是把氧溶解在血浆之中，随着血浆输送到人体的各个部分。我们将一匙白糖放到水里，不久白糖消失，水变甜，白糖溶解到水里了，这种现象叫溶解。气体也同样可以溶解到液体内，溶解的量取决于气体的压力。压力越大，溶解得越多。比如，装在密封瓶子里面的汽水，在打开瓶盖之前，是看不见气泡存在的。这是因为汽水装瓶的时候在比较高的压力下注入了二氧化碳，很多二氧化碳溶解在水里。打开瓶盖的瞬间，瓶内压力突然降低，溶在水中的大部分二氧化碳便以气泡的形式溢出。同样，氧在血浆中的溶解量，也取决于压力。
人的动脉血液正常氧分压约为100mmHg。在这种压力下，每100ml血液只能溶解0．3ml氧。根据计算：人的动脉血每100ml含氧量为18．5ml，静脉血含氧量为12．9ml。说明血液流过组织后，每100ml的血氧含量减少了5．6ml（18．5－12．9ml）。这5．6ml的氧，就是组织需氧量，大于血液里面氧溶解量（0．3ml%）18倍。可以看出，仅靠溶解在血液里的氧是不能满足全部需要的，另有第二种运送方式即结合氧运送方式。
所谓结合氧，就是血液中的溶解氧弥散到红细胞里面，与血红蛋白结合。每个血红蛋白分子可以结合4个氧分子，每克血红蛋白可以结合1．34ml氧，是运载氧的主力。如果按每100ml血液含15g血红蛋白计算，则每100ml血能结合氧20．1ml。实际上，因为大多数人的血红蛋白达不到每100ml血液含15g，一般只有13～14g左右；而且，在动脉血氧分压100mmHg的情况下，血红蛋白不能全部与氧结合，而是只有95%～98%与氧结合。所以，每100ml动脉血中结合的氧约18．2ml。
动脉血氧含量是指每100ml动脉血液中用溶解和结合两种运送方式携带的氧，包括溶解的0．3ml氧和与血红蛋白结合的18．2ml氧。所以，一般动脉血氧含量约为18．5ml%。
红细胞的主要成分是一种含二价铁的蛋白质——“血红蛋白”。血红蛋白在氧分压高的肺部与氧结合（氧合）之后，成为鲜红色的“氧合血红蛋白”。到了氧分压低的其他组织，又由于同样的气体分压机制，很容易把氧释放给组织细胞，成为暗红色的“还原血红蛋白”，或者叫作“去氧血红蛋白”。
血红蛋白更容易与一氧化碳结合。它与一氧化碳的亲和力，比与氧的亲和力大300倍左右。所以，一旦遇到一氧化碳，血红蛋白就失去了运载氧的能力。
细胞组织在氧合作用过程中，把氧消耗掉之后，产生出二氧化碳。二氧化碳也是靠血液循环从细胞组织运送到肺部，通过气体交换排出体外的。
血红蛋白可以与二氧化碳直接结合，形成“碳酸血红蛋白”，承担起运送二氧化碳“出境”的任务。不过，以这种直接结合方式运送二氧化碳的比例不大，大部分二氧化碳是以酸式碳酸根（）的形式在血液中运送的。血红蛋白里面含有许多碳酸酐酶。溶解于血浆中的二氧化碳分子，绝大部分透过红细胞的细胞膜进入血红细胞，在碳酸＋酐酶的作用下与水结合，离解成为H和。由于红细胞膜具有选择＋性，从红细胞中逸出到血浆中，H则留在红细胞里面，并且把血－浆中含量最多的Cl吸引进入血红细胞，保持了电介质的平衡。这一过程称为“氯转置”。
在人体肺部以外的各个组织中，由于二氧化碳的分压高，除去生成碳酸血红蛋白以外，还生成大量。在肺部，由于二氧化碳的分压＋低而氧的分压高，结合H能力强的去氧血红蛋白大量变为氧合血红＋蛋白；释放出的H与结合，转化为二氧化碳和水，加上碳酸血红蛋白释放出来的二氧化碳，一起排出体外。六、心脏——运送氧的动力泵
运送氧的血液在全身循环，动力来自心脏。整个循环系统可以分成沟通全身组织的体循环和在肺脏内部循环的肺循环（图1－4）。
心脏有节奏地收缩和舒张，使经过肺部气体交换富含氧的动脉血通过二尖瓣进入左心室，再通过主动脉、动脉和毛细血管运送到人体各部分组织。同时，使经过各部分组织机体代谢携带着二氧化碳和废物的静脉血，经过静脉系统返回右心房。这一过程称作“体循环”。
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