Universeum 6 人体运作的奥秘

玥澄

咽喉处两个通道：呼吸道与食道

我们的咽喉处分布着两根功能各异的管道：一根是气管，通向肺部；另一根是食管，连通胃部。

除气管之外，人体呼吸道还包含鼻腔、咽以及支气管。当我们经鼻子吸气时，空气会先经过咽部，再顺着气管抵达肺部。成年人的气管长度大约为10厘米，儿童气管长约4厘米；气管末端分叉形成两根支气管，分别通往左右两侧肺部。

食管长度大概有25厘米，隶属于胃肠消化系统。依靠肌肉的节律蠕动，食管会把吃下的食物、饮品推送进胃部。

为了避免吞咽下去的食物误入肺部，气管入口处覆盖着一块富有弹性软骨构成的小瓣膜，它叫作会厌。常态下这块瓣膜处于敞开状态，我们做出吞咽动作的时候，它就会闭合封堵气管。

咽喉的路口：会厌

除黏液之外，吸入的空气同样会抵达咽喉部位。咽喉的左右两侧各存在一处组织团块，也就是我们熟知的扁桃体。扁桃体属于人体淋巴系统与免疫防御体系的重要组成部分，它能够保护呼吸道以及胃肠道，抵御各类感染的侵袭。

空气并不会停留在咽喉处，而是会继续通向会厌。会厌由多块软骨构成，划定了气管的入口边界。你可以将手放在脖颈位置，完成一次吞咽动作，便能感受到局部出现活动。

我们进行呼吸活动时，会厌会保持气管处于开放状态；吞咽进食的过程中，会厌则闭合气道。这套机制至关重要，如若没有该结构，我们吃下的食物就会误入肺部而非落入胃部。吞咽期间，会厌的组成结构之一——会厌盖会向下盖住气管入口，以此阻挡食物进入肺部，让食物顺利沿着食道下行抵达胃部。

—.呼吸系统

鼻子——呼吸道的第一道防线

鼻子是你抵御空气中各类危害（灰尘、病毒等）的第一道防线。肺部的组织十分纤薄（这样氧气与二氧化碳才能够顺利完成气体交换），但这也使得肺部很容易受到损伤。

你的鼻子构造精妙非凡！

空气经由鼻孔被吸入时，会最先遭遇第一道防御屏障：鼻毛。鼻毛起到滤网的作用，可以拦截体积偏大的颗粒物。

侥幸穿过鼻毛的细小颗粒，会迎来第二层防御：纤毛以及鼻黏膜。鼻黏膜能够润湿吸入的空气，同时分泌黏液。黏滞在黏液当中的杂质，会借助纤毛的摆动朝着咽喉方向移动；后续我们进行吞咽动作时，裹挟着潜在致病物的黏液会进入胃部，有害物质就此被消解灭活。

这套防御机制让呼吸道大多时候能够阻隔杂物，最终只有细菌、病毒这类极微小的微粒才有机会抵达肺部。

气管 → 支气管 → 肺泡

空气最先进入长度约10厘米的气管。吸入的气流途经覆盖黏膜的软骨环，软骨环借助肌肉、结缔组织维持气管的形态结构。紧接着气管一分为二。经过鼻腔过滤后的空气就此抵达支气管。

支气管顺着气管一路延伸进入左右两侧肺部。进入肺部之后，支气管持续逐级分叉、变得越发纤细。粗大的支气管内部含有软骨来维持管道撑开；到了最细小的分支处，管壁就不再具备软骨结构。最末梢的细小支气管最终连通肺部内部许许多多微小的气囊，也就是肺泡。

肺泡

每一侧肺部大约含有4亿个小巧、充盈空气的肺泡，让肺部拥有了类似海绵的质地。肺泡正是氧气与二氧化碳开展交换的场所。肺泡周边排布着纤细的血管，即毛细血管。

氧气与二氧化碳二者都能够穿透毛细血管壁以及肺泡单薄的薄壁，完成气体穿行。

氧气摄入，二氧化碳排出

你吸气的时候，空气中的氧气会穿过肺泡壁，进入毛细血管内部的血液之中。随后血液经肺静脉流往心脏，心脏再把含氧血液输送至全身各处的细胞。

细胞新陈代谢会产生二氧化碳，二氧化碳借助血液顺着肺动脉回流至肺部。二氧化碳穿过肺部毛细血管与肺泡的薄壁，进入肺泡内的空气当中。等到我们呼气，这部分二氧化碳就会被带出体外。

氧化作用（字面词义为燃烧，此处指代生物体内的细胞呼吸氧化过程）

人体运转离不开氧气。氧气抵达肺部之后，会经由血液输送到全身各处的细胞与组织。细胞需要依靠氧气，分解我们摄入的食物从而获取能量。该过程属于一种化学反应：氧气和食物当中的碳元素发生反应，生成二氧化碳。细胞日常开展各类生命活动需要消耗大量能量，正是这套反应供给所需的能量，人体内的这一系列过程就称作生物氧化，原理和日常物质燃烧大致相仿。反应产出的二氧化碳进入血液，随后被运回肺部，最终伴随呼出的空气排出体外。

屏住呼吸、呼吸困难还是走向死亡？

绝大多数时候，呼吸会自主进行，无需我们刻意操控。新生儿降临人世后的首次呼吸，就是你人生的第一轮吸气，自此之后呼吸日夜往复，节奏时而急促迅猛，时而平缓悠长。人类的躯体由数十亿细胞组成，每一处细胞都离不开氧气供给，一旦断绝氧气供应，细胞就无法正常运作。

可我们的身体为什么一定要源源不断吸入空气呢？空气经由鼻腔抵达肺部之后，其中哪些成分能够真正穿过鼻腔、抵达肺部深处？空气究竟由哪些物质构成？

氮气、氧气、氩气以及少量二氧化碳

我们日常吸入的空气，主要组分如下：氮气（N₂）占78%，氧气（O₂）占21%，氩气（Ar）占1%，二氧化碳（CO₂）占0.035%，除此之外还有水汽（H₂O）。人类的生存离不开空气中的氧气，我们最多只能够坚持数分钟得不到氧气补给，细胞缺少氧气就会走向衰亡。

氮气和氩气不会对人体产生生理作用，空气里的二氧化碳含量也处于较低水平。依据时节以及所处地域的不同，空气还会夹杂尘埃、灰尘、花粉这一类细小颗粒物。

那么我们是如何呼吸的？

日常我们大多经由鼻腔进行呼吸，不妨做一次深呼吸体验一下。

你能否感受到气流穿行鼻腔的过程？吸气阶段，空气被吸入鼻腔，之后一路下行抵达肺部的肺泡。呼气则过程相反，肺部收缩，就将内部的空气向外排出。

成年人平静状态下，单次呼吸进出肺部的空气量大约有半升，每分钟的呼吸频次大致为12次；进行体力活动的时候，呼吸频率以及单次吸入的空气量都会上升。除此之外，除了鼻子，我们也能够通过嘴巴完成呼吸。

空气从鼻腔一路通往肺部，这条路径是不是平直顺畅的？试想一下，如果改用嘴巴吸气，会不会存在一些隐患？

肺部由胸廓保护。肺的下方有一块强健的肌肉，叫做横膈膜。

吸气时，肋骨上的肌肉将胸廓向外扩张，同时横膈膜放松、向下沉降，为肺部腾出更大空间。

呼气时，胸廓周围的肌肉放松，横膈膜向上收缩，空气由此被挤压排出。

二.消化系统

A slimy journey

一段黏糊糊的旅程！（这里是趣味化的标题，指代食物在黏滑消化道里的消化之旅）

清晨你坐在桌前享用早餐三明治。当你充分咀嚼、将三明治咽下之后，它在身体里究竟会经历怎样的变化呢？

1. 两分钟之后

三明治抵达胃部，胃液发挥作用，把三明治分解成糊状食糜。

2. 3至5小时之后

食糜接下来进入长达七米的小肠。小肠自带消化酶，如同生物剪刀，将三明治中的碳水、脂肪、蛋白质切割成细小组分，有用的营养就在这一阶段被吸收。

3. 10至20小时之后

食糜抵达旅途的终点站——大肠。海量肠道细菌开始参与工作，这些细菌能够分泌专属酶，进一步分解余下的营养；它们还会合成人体必需的维生素，强化免疫力。至此，人体和肠道菌群已经把三明治当中可用的营养全部汲取完毕。

三明治剩余的残渣很快就会从大肠排出形成粪便，大肠此前会吸收一部分水分，让排泄物维持合适的硬度。消化系统各环节配合得十分默契！

酶之喷淋（趣味化译名，字面直译是“酶淋浴”，用来形象描述十二指肠中大量酶倾泻而出分解食物的状态）

此刻你置身消化道当中，刚刚走完小肠的起始区段——十二指肠。在十二指肠内，大量酶搭配胆汁酸如同阵雨一般发挥作用，分解吃下的食物；胆汁酸还起到洗涤剂一样的效果，让维生素D、E这类脂溶性维生素脱离油脂环境，方便人体吸收。

酶本质属于蛋白质，它可以加快生化反应速率，反应全程自身不会被消耗，属于生物催化剂。

淀粉酶就是这批喷淋酶的其中一员，它可以分解碳水化合物以及糖原，生成麦芽糖。唾液腺、胰腺都会分泌淀粉酶。

面积极其广阔的肠道

胃与肠道衔接在一起，构成总长9米的管道，长度差不多就和此刻你身处的肠道展区相当。肠道展开后的表面积堪比一块羽毛球场地。拿来做个参照：人体面积最大的器官是皮肤，它的展开面积大致等同于一张双人床。

肠道之所以拥有如此庞大的表面积，得益于表层密布绒毛状凸起，也就是小肠绒毛。绒毛可以进一步增大食物能够接触到的肠面，以此大幅提升肠道吸收营养物质的能力。

保护性黏液

你的消化道环境复杂多变：胃每天会分泌腐蚀性较强的胃酸；肠道当中定居着数以万亿计的肠道菌群，菌群距离肠道上皮细胞仅有几毫米。既然菌群贴近肠壁，为何我们平日里不会因为这些微生物生病、遭受它们的伤害呢？

胃壁与肠壁上分布着特化的杯状细胞，这类细胞能够分泌黏液，黏液层完整铺覆整条消化道。黏液如同一道屏障隔开肠道上皮细胞与危险因素，食物自带的有害物质、消化酶以及肠道菌群都会被它阻拦。只要黏液屏障完好无损，人体就能够和肠道菌群维持互利共生的平衡，免受菌群致病侵扰。

一旦黏液屏障出现破损，细菌就能够突破阻隔接触肠道细胞，继而诱发各类感染与炎症。

定居在我们体内的共生细菌

细菌遍布各处。人体内，大约八成细菌落脚于肠道系统，肠道菌群总量甚至比人体自身细胞的数量还要多。这么大量的菌群最初是从哪里来到我们身体里的呢？

正常妊娠阶段，胎儿的肠道原本不存在细菌；分娩过程启动之后，宝宝就开始被各类细菌定植，后续菌群规模会逐步增长至百亿级别。

饮食以及日常生活习惯会塑造我们的肠道菌群。合理搭配膳食，就能够和体内这些常驻菌群建立长期稳定的共生关系。

细菌依靠我们摄入的食物得以生存，它们帮忙分解、消化我们吃下的营养；反过来，我们自身的免疫系统也会把控菌群的规模，避免菌群过度增殖造成危害。

大肠杆菌就是肠道数百种不同细菌当中极具代表性的一种。

与细菌共生

每个人自身都拥有一套独一无二的微生物组合，涵盖细菌、病毒、微型真菌。肠道内的细菌种类越丰富，我们的健康状态往往越好。不管你有没有意识到，你的肠道内生存着上千亿的细菌，肠道菌群整体重量大约可达1千克，它们深度参与你的日常生理活动。

粪便

粪便能够反映出我们的饮食与身体近况。粪便的软硬、色泽、气味、外形，会受到日常吃喝、身体活跃度、体内感染情况、摄入新食物等诸多因素影响。西兰花、鸡蛋、奶酪、肉类、坚果、洋葱这类食物会改变粪便气味；肠道常驻细菌会分解食物，促成这些气味的产生。

三.心血管系统

脉搏与人体血液循环。

屏幕展示了上半身透视可视化图像，高亮呈现心脏、双肺、脊柱，直观展现心脏处在胸腔当中的位置，能让人看清心脏连接肺部血管的布局，解释脉搏产生的解剖基础；

◦ 心脏是拳头大小、不受主观意志操控的肌肉；

◦ 心脏周期性收缩舒张泵血，血管随之起伏，就形成了我们可以触摸感知的脉搏；

◦ 详细介绍肺循环、体循环两套血液循环的运作流程。

心脏是一块坚韧、耐力出众的肌肉，日夜不间断地将血液输送至全身。心脏每分钟大约泵出5升血液，这一体量等同于五盒容量为1升的牛奶。

攥起拳头观察一下，你的心脏差不多就有这般大小。成年人的心脏重量约为350克。作为参照，大象的心脏重量可达20千克。

血液循环

一粒粗麦粉大小的一滴血液，内部大约含有五百万个红细胞以及八千个白细胞。红细胞老化之后，会在肝脏中分解；分解得到的铁经过机体处理输送至骨髓，被重新利用来生产新的血细胞。血液在体内发挥多样重要的作用：运输氧气、二氧化碳、激素、盐分，完成各类物质进出细胞的转运工作，同时调节人体体温。

四.内分泌系统

内分泌系统也被称作荷尔蒙系统，它属于一套体内通讯体系，会向血液释放激素。激素能够调控人体各式各样的生理进程，小到体液平衡的维持，大到人体生长发育、青春期的到来，都受激素管控。

通俗来讲，激素相当于输送至身体各处的化学信使。一部分激素只会作用于特定的细胞群，还有一部分激素几乎能够对人体内所有细胞产生影响。

激素

激素由内分泌系统内各式各样的腺体以及内分泌细胞制造产出，胰腺、甲状腺、垂体都是典型的相关腺体。

和神经系统不一样，内分泌系统依托激素起效，反应速度偏平缓，作用持续的时间也更长。

神经系统与内分泌系统二者协同管控人体，一同监测、调控体内各类生理过程，涵盖新陈代谢、睡眠、生殖繁衍这些生理活动。

内分泌系统（Endocrine System）

两个人形剪影分别代表男性、女性，剪影上的红色圆点标注了人体各处主要内分泌腺体的分布位置：

1.头部点位：垂体、松果体这类脑部内分泌腺

2.脖颈点位：甲状腺

3.躯干腹部点位：肾上腺、胰腺（胰岛）

4.最下方点位分性别：男性一侧是睾丸，女性一侧是卵巢。

下面具体介绍这些内分泌腺。

1.The pituitary gland 垂体

在大脑下丘脑下方一处小小的凹陷位置坐落着垂体，它是人体最重要的产激素腺体。垂体分泌的激素能够调控身体其他腺体合成激素，以此把控全身激素的生成过程。

当你开怀大笑、进行运动或是陷入恋爱时，垂体会分泌内啡肽。垂体还能够制造诸多其他激素，包含生长激素、催产素以及抗利尿激素。

2.The thyroid gland 甲状腺

甲状腺坐落于颈前位置，它分泌着意义重大的激素，这些激素会对大脑、心脏、肠胃、肝脏、骨骼、皮肤等多处身体部位造成影响。

甲状腺内部有着大量肉眼无法分辨的微小囊状滤泡结构，滤泡由能够合成激素的细胞组成。

3.The pancreas 胰腺

胰腺内部成团分布的激素分泌细胞叫作胰岛。胰岛能够合成胰岛素，帮助机体处理、储存糖分，以此降低血液当中的葡萄糖浓度。

胰岛素会促使人体细胞摄取葡萄糖，同时把多余糖分储存起来；胰高血糖素的效果和胰岛素相反，它会提升血液内的糖分水平。

知识点小补充

1.） 胰岛素、胰高血糖素二者相互制衡，让血糖可以稳定处在正常区间，二者失衡就容易诱发糖尿病这类代谢病症；

2. ）胰腺兼具内外双重分泌功能，展板着重介绍的是它内分泌调控血糖的这一部分功能。

4.The adrenal glands 肾上腺

肾上腺呈三角半月状，依附在肾脏上方。当人感到恐惧或者承受压力时，肾上腺就会分泌肾上腺素与去甲肾上腺素，帮助身体应对紧张状态。

皮质醇是肾上腺合成的另一类关键激素，它能够调控我们日常从食物摄入的糖分、脂肪以及蛋白质的代谢过程。

5.性腺

1）睾丸（男性）

睾丸属于男性专属内分泌腺体，能够生成性激素睾酮。睾酮是男性生殖器官正常发育必不可少的物质。

睾酮会影响男性青春期发育进程、男性嗓音特征等诸多方面，睾酮的分泌量一般会在25岁上下达到峰值；人步入40岁以后，血液当中的睾酮水平就会逐年小幅下降。

2 ）卵巢（女性）

卵巢属于女性内分泌腺体，可以产出雌激素与孕激素两类性激素，主导女性第二性征发育，同时调控月经周期。卵巢内部存有大量卵细胞。

雌激素把控女性生理期；孕激素能够让子宫环境适配受精卵着床，孕期还会持续维持妊娠状态。

五.皮肤：抵御外界的铠甲

皮肤可比喻成人体自带的盔甲。皮肤最基础的屏障功能：隔绝外界病菌、抵挡外力摩擦，同时缓冲温度、日晒、干湿变化带来的刺激，保护体内组织免受外部环境侵害。

• 聚焦青春期皮肤问题：青春期激素波动会让皮脂腺出油量上升，毛孔容易堵塞，进而长出青春痘；配图一边是毛囊解剖示意图，一边是长痘的实拍皮肤特写，科普痘痘形成的生理成因，讲解青春期肤质发生改变的缘由。

人类的皮肤一共分为三层：表皮、真皮以及皮下组织。

我们的指甲，还有头部、躯体生长的毛发，都是由表皮分化发育而来的特化组织。

皮肤分层解剖示意图，标注了表皮、真皮、皮下脂肪、毛囊、汗腺、皮脂腺、毛细血管等微观构造；详细拆解皮肤多层结构各自的分工，顺带讲解皮肤调节体温、感知触碰冷热、排出汗液等多样化生理作用。

这张图片也因时间较久未及时存储，已模糊不清，可以参考文字说明。