通过呼吸运动，新鲜空气进入肺泡，随着肺泡与肺循环毛细血管中的血液进行气体交换，空气中的氧进入血液，再由血液被运送到身体各部的组织，在体循环毛细血管血液与组织细胞间再一次进行气体交换，氧最后进入组织细胞。可见，细胞自空气获得氧，必须经过两次气体交换和一次血液运输。
氧是怎样从肺泡进到血液中去的呢?首先，决定于肺泡壁和毛细血管壁的结构特点和机能状态。就肺来说，肺泡是囊状结构，数量极多，每个肺泡一方面开口于肺泡管和呼吸性细支气管，另一方面有丰富的毛细血管网包绕，血管内皮直接贴邻于肺泡上皮，二者组成呼吸膜，容许氧气通过，这就为气体交换提供了内在根据。其次，氧和其他气体一样，能够不停地运动，从压力高的一方往压力低的一方移动，物理学上把这种现象叫扩散。影响氧从肺泡进入血液的因素：
1、氧的分压：空气、肺泡气和血液中所含的气体都是混合气，都表现一定的压力。在这种混合气体中，各个气体本身所占的压力，叫该气体的分压（或张力)。分压一般用毫米汞柱表示。呼吸膜的通透性固然是气体交换的内因，但肺泡和血液中气体的分压差作为外因，也决定气体分子运动的方向和速度。由于吸气时新鲜空气进入肺泡，其中的氧分压高于肺动脉中血液的氧分压，所以肺泡中的氧就通过呼吸膜扩散入血液。在3000米以上的高原或高空，空气稀薄，氧分压低，或肺通气障碍，肺泡气的氧分压降低，都会影响气体交换，可造成机体缺氧。
2、呼吸膜的通透性：正常时，呼吸膜对气体的通透性很大，保证了气体交换的顺利进行。但在一些病理情况下，如肺部出现炎性渗出物、肺水肿、肺纤维化等，都可使呼吸膜增厚而减低通透性，影响气体的交换，也常引起缺氧。
3、肺泡壁的总面积．据估计正常成人两肺中全部肺泡的表面积总和可达50~100平方米，相当于近一分半地那么大，这样巨大的面积为气体交换提供了有利的条件。肺气肿的病人，肺泡发生破裂，常常数个融合成一个，可使气体交换面积大为减少。
4、肺循环毛细血管的血流情况：肺循环郁血或全身血液循环速度减慢时，都可使气体交换障碍，甚至造成缺氧。血液中血红蛋白的浓度减低（如贫血）和性质改变（如一氧化碳或亚硝酸盐中毒时)，也必将影响气体的交换。
应指出，在组织里，血液与组织间的气体交换也是遵循同样的原理进行的，即体循环毛细血管中血液的氧分压高于组织，故氧通过毛细血管壁及细胞膜进入细胞中。除了氧以外，二氧化碳也以同样的方式在肺和组织中与血液进行气体交换，只是由于它在各处分压的高低与氧相反，故交换的方向也与氧相反。但二氧化碳的扩散速度较快，约为氧的20~30倍，故一般气体交换发生障碍时，主要影响氧的交换，以致临床见到的缺氧较为常见。
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