肺的起源、构造和功能

一个人不喝水不吃饭也能存活数日，但如果不让他呼吸，那用不了几分钟就会有生命危险。呼吸对生命的重要性无需强调，肺是呼吸的器官，对我们的意义自然也就不言而喻。可是人为什么要呼吸呢？其实呼吸的根本目的是获得空气中的氧气。生命要想运转，需要源源不断的能量，葡萄糖是生物的主要供能物质，但细胞不能直接利用葡萄糖，就像汽车不能直接加注从地底下开采出的石油一样，它得先加工成汽油才能当作汽车燃料。类似地，细胞需要通过呼吸作用，把葡萄糖转化成一种名叫三磷酸腺苷的化学物质，才能供自己使用。

呼吸作用分两种，分别是无氧呼吸和有氧呼吸。顾名思义，无氧呼吸不需要氧气的参与，看似省事儿，但效率特别低，每个葡萄糖分子只能转化出2个三磷酸腺苷，实在是少得可怜。相比之下，有氧呼吸需要氧气的参与，此时每个葡萄糖分子能制造出36个三磷酸腺苷，效率明显大幅提升。有了这些额外的能量，生物体才能长得更大、跳得更高、跑得更快。正因如此，我们才离不开氧气，才需要通过呼吸来获得空气中的氧气。要想呼吸，身体就得有相应的器官。对于脊椎动物来说，最早演化出的呼吸器官是鱼类身上的鳃，鳃可以在水流动的同时进行氧气交换，它的出现大幅提升了鱼类从水中获得氧气的能力。但鳃的最大局限在于，它只能在水中呼吸，而不能在空气中呼吸，所以用鳃呼吸的鱼类就没法走上陆地生存。

这时就要说到肺的起源了。今天在陆地上生存的脊椎动物，主要包括两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类这几大类，它们都拥有肺部，也都有一个共同祖先，这个祖先就是演化出了肺部结构的一批原始鱼类。这些原始鱼类的肺，最初由它们的鱼鳔演变而来，后来性能不断改善，成为今天人类身体里高效的呼吸器官。我们每个人都有肺，那肺是如何工作的呢？原理并不复杂。肺进行一次呼吸的起点，要从大脑的脑干发出信号开始算起，信号通过神经传递给一系列肌肉，其中最大最主要的肌肉是横膈肌。每接收到一个信号，横膈肌就向下收缩一次，并带动胸腔和肺一起运动。这就在气管和肺的内部产生了负压，从而让空气涌入。从口鼻进入人体的空气，先通过喉咙、声带进入气管，再依次进入逐渐分叉的支气管和细支气管，最终到达细支气管的末端，那些叫作肺泡的部分。

氧气在肺泡里会自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散，到达相邻的毛细血管，毛细血管里的红细胞会吸收氧气、放出二氧化碳，从暗红色变成鲜红色，接着再携带氧气供给全身细胞。在肺泡完成气体交换过程后，富含二氧化碳的气体就会沿着刚才的道路反向排出体外。吸入富含氧气的空气，排出富含二氧化碳的气体，一吸一呼，一次呼吸过程就完成了。肺的基本工作原理并不复杂，但构造非常精妙，正是在多种专门细胞的协调配合下，肺才能完美履行自己的职责，我们简单介绍一下。

肺泡部分主要有两种细胞，分别是Ⅰ型肺泡细胞和Ⅱ型肺泡细胞。Ⅰ型肺泡细胞的结构又薄又长，可以方便气体的扩散和交换，它的数量占肺泡内壁细胞数量的95%。Ⅱ型肺泡细胞的体形比较小，呈立方体，可以分泌肺扩张和收缩时用来润滑的表面活性剂，同时Ⅱ型肺泡细胞还具有分化的潜力，能在肺受到损伤后转化成Ⅰ型肺泡细胞。肺泡和毛细血管之间的区域，分布着成纤维细胞，它可以制造胶原蛋白，起到结合肺泡和毛细血管的作用。不过胶原蛋白同时也是肺纤维化的罪魁祸首，这个我们稍后再说。

肺部在呼吸的同时，还得时刻抵御外来入侵，及时清除不小心吸入的灰尘、细菌和病毒等有害物质。因此在气管网络中，除了构成气管基本结构的气道基底细胞外，还分布着杯状细胞和纤毛细胞。杯状细胞的功能是分泌黏液，通过黏液来捕捉入侵的微小异物；而纤毛细胞则可以通过顶部细小绒毛的摆动，来把沾满黏液的入侵者驱赶出去。获得氧气和抵御入侵是肺的两大基本功能，不过除此以外，肺还有另外一些功能值得一提，比如可以通过改善呼吸来治疗疾病。一些传统文化中早就有的认识在现代医学中得到了证实。有研究发现，深呼吸可以激活人体的副交感神经系统，从而起到镇定呼吸和心率、通畅胃血管、帮助胃部休息和消化的作用。研究显示，适当呼吸训练可有效控制哮喘患者的病情，降低他们的焦虑和抑郁程度。

研究还表明，适当的呼吸训练可以让人体打开更多的抗炎基因、关闭促炎基因，影响调节能量代谢的基因和分泌胰岛素的基因，甚至会影响掌控人类寿命长短的DNA端粒长度。可以说，肺的功能远比我们想象得强大，它是事关人体健康的核心要素。