为什么人不能在水中呼吸，而鱼却可以？ 第1页

人可以在水下向外呼出气体。对需要吸入氧气的动物来说，“在水中呼吸”一般表示汲取水中溶解的氧气，人的呼吸系统不适合这样做。

在自然环境里，水中溶解的氧气的量取决于“温度”和“与水接触的空气的氧分压”。在标准状况下，室外空气每升体积内约有9到9.4毫摩尔氧气，与这样的空气接触的水则在每升体积内溶解有约0.38到0.44毫摩尔氧气。随着温度升高，水中溶解氧浓度的下降速度比空气中氧含量的下降速度要快——这意味着单位体积的水中溶解的氧气的量，达不到同样条件下同体积空气所含氧气的二十分之一。

• 更可笑的是，人的肺只能取得空气中所含氧气的约四分之一。当空气中的氧含量降至12%时，人就可能呼吸困难；降至8%以下就可能造成窒息死亡。
• 水的密度远大于空气，按质量计算，水中的溶解氧含量约十万分之一。

这导致人的肺在现有的表面积^[1]和现有的换气能力^[2]之限制下不足以从水中溶解的氧气里取得维持生命所需的份量。

• 人每天需要约600到900克氧气。将空气换成水，即使你每次呼吸可以取得水中约四分之一的溶解氧，每天也将需要呼吸240吨到360吨水，在当前身体结构下根本办不到。
• 此外，你的肺泡并不是直接接触空气，而是有一层黏液去溶解吸入肺部的空气里的氧气，肺泡毛细血管里的血液通过扩散作用跟这黏液进行气体交换。肺泡被未经专门处理的水灌满有可能破坏黏液层的完整性，在肺泡细胞与接触的水的渗透压不一致的情况下还会进一步对细胞造成损害。

鱼能靠鳃呼吸水中的溶解氧来维持生命，是因为鱼作为冷血动物的基础代谢远慢于温血动物、同样体重下需要的氧气比你少得多，鱼鳃中的鳃丝产生了非常大的气体交换面积，而且鱼让水从鳃上流过来替换跟鳃接触的水，而不像你要靠肌肉去推动充满肺部的物质。一些鱼类的鳃部毛细血管中的血液流向与水流相反，可以增加交换的效率。

• 但是，鱼鳃针对在水中呼吸进行的优化不适合空气。现代常规构造的鱼鳃在空气中无法像在水中一样随着液体流动而分散，鳃丝会互相粘连而降低气体交换面积，蒸发失水还会损害鱼鳃表面的细胞和毛细血管，因此普通的鱼不能在空气中有效呼吸。
• 肺鱼可以用鱼鳔呼吸空气。下口鲶可以用胃呼吸空气。鳗鲡、黄鳝、弹涂鱼等部分鱼类可以用潮湿的皮肤吸收周围的氧气。
• “鳃上呼吸器官”由鳃弓的咽腮骨、上腮骨及其周围的组织特化而来，在其保持湿润时既可以在水中又可以在空气中呼吸，见于斗鱼、胡子鲶、乌鳢、攀鲈等部分鱼类。

其实这不需要限制在人的范围内，就连海豹、海豚、鲸等海洋哺乳动物都不能靠肺去汲取水中溶解的氧气来维持生命，而需要到水面上去呼吸空气。

肺部吸入水对呼吸有害无益，哺乳动物在长期演化中筛选出拒绝水进入呼吸道的性状。水进入现代哺乳动物的呼吸道往往会引起剧烈的咳嗽，水进入肺泡则很可能引起一些肺泡细胞死亡、引发疾病，可以致死。

一些碳氟化合物可以比包括人在内的哺乳动物的血液溶解更多的氧气和二氧化碳，且不会导致肺泡细胞受损。哺乳动物可以在被这些液体充满肺部的部分或全体的状态下呼吸，但是小鼠、大鼠等体型很小的哺乳动物才能靠身体的呼吸能力有效地推动这些液体，人需要专门设计的呼吸机来推动这些液体循环流动。你还要让这些液体与外界进行气体交换，以便肺部能接触到氧气浓度高、二氧化碳浓度低的液体。这种技术目前表现出来的唯一功用是帮助早产儿稳定其肺部（早产儿的肺没有为呼吸空气做好准备，暴露在空气中可能发生严重呼吸窘迫而死亡）——有些人希望靠这种东西来改善深海潜水员的效能，但是还没有设计出实测有效的装置。

参考

1. ^ 展开所有肺泡后约80平方米
2. ^ 狭小的细支气管末端连接着膨大的肺泡，这种构造不适合排出进入其中的液体；为推动空气而配置的呼吸肌在推动密度是空气的七百多倍、粘滞性是空气的一百多倍的水时允许的最大呼吸速度远慢于推动空气时的速度。