氧气很难溶解在水液体中，二氧化碳相对容易，医学生物学知识告诉我们，二氧化碳和氧气在身体内的运输方式是这样的，血液在运输氧气和二氧化碳时采用不同的策略。氧气依靠和红细胞内的血红蛋白结合，二氧化碳可利用溶液和转化成碳酸，当然也主要依靠和血红蛋白的结合。也就是说血红蛋白是氧气和二氧化碳的在血液中最重要运输工具。在细胞内也存在类似血红蛋白的分子，例如肌红蛋白、神经红蛋白和细胞红蛋白。

人体代谢时刻需要从外界摄取氧气并释放二氧化碳，人体利用氧气和释放二氧化碳需要气体交换。人体气体交换主要依靠呼吸，呼吸又可以分成内呼吸和外呼吸。外呼吸是指将氧气从大气中摄取，将二氧化碳排到大气中，主要依靠肺的呼吸运动；内呼吸则是细胞组织和血液进行气体交换的过程，把氧气从血液中摄取，将细胞代谢的二氧化碳从细胞中释放到血液中。

以上是我们所了解的气体运输和交换过程，无论是肺，还是在组织，气体交换都必须跨越的几层细胞膜，如在肺需要跨越肺组织的I型细胞、血管内皮细胞和红细胞，至少有5层细胞膜。关于各类物质进入和离开细胞方式的经典名称被称为扩散。扩散有许多类型，如自由扩散和主动转运等。氧气和二氧化碳等脂类物质是依靠自由扩散。脂溶性物质顺着细胞膜内外侧浓度差转运的过程，称为自由扩散或单纯扩散。溶解在细胞外液中的二氧化碳和氧气就是通过这种自由扩散方式转运过膜的。水、甘油、乙醇、苯、尿素、NH3、N2、还有像维生素D、固醇，都是经过单纯扩散进行转运。

这些物质之所以可以采取自由扩散,我们都认为存在一个重要前提，那就是气体在肺和组织的毛细血管进行气体交换过程中不存在任何细胞膜障碍，原因是细胞膜属于脂类，而这些气体是属于脂溶性气体，细胞膜对这些气体没有屏障作用（但对水溶性离子具有屏障作用，需要消耗能量或特殊跨膜运输工具）。估计我们很少有人对这个写入教科书的知识提出过质疑。我们如果再仔细考虑考虑一下,可能发现存在一些问题，细胞膜机构本身不是单纯脂类物质，脂类是一种双性分子，在细胞膜上是呈现有规律分布的，细胞膜表面是典型的水溶相，只有中间才是真正的脂溶性结构。作为脂类物质如氧气和二氧化碳气体，跨越细胞膜可能就不是我们设想的那么容易，它们是如何自由跨越细胞膜的水相层？如果不容易跨越，为什么这些气体和许多脂类物质又确实能比较容易跨越细胞膜？最近关于这个问题，已经有人给出了新的更好解释，那就是气体通道的概念。

气体通道方面的线索最早我是看到前几天在苏州召开的国际生理学大会汇编资料，其中美国Boron教授的报告题目“Gas Channels”引起了我的关注，实话说关于气体的研究自己一直认为比较熟悉，但看到这个题目仍是十分诧异。水通道的发现是颠覆人类认识的，推翻了过去认为水可以自由扩散的错误认识。而气体通道虽然不如水通道那么令人激动，类似一氧化氮生物信号的发现比一氧化碳和硫化氢那么让人激动一样。但从生物学意义上考虑，一氧化碳和硫化氢的生物学意义并不比一氧化氮小，气体通道也是细胞基本功能的新发现，而且气体通道的发现具有更大的颠覆性意义。

关于气体可以自由跨越细胞膜，最早的经典观点是100多年前 Overton提出的。文献最早是Overton E (1897). Uber die osmotischen Eigenschaften der Zelle in ihrer Bedeutung fur die Toxicologie und Pharmacologie. Z Phys Chem22, 189–209。Overton通过分析氨分子比氨离子更容易进入细胞膜推测细胞膜对脂溶性气体没有屏障作用。此后多次有人用更多方法反复证明其他脂溶性气体如二氧化碳跨越细胞膜都没有障碍,比较经典的解释可以看如下图示。但随着研究手段的改进，最近一些年人们逐渐认识到，并不是所有的细胞膜都对这些气体没有屏障作用。于是就有人根据这些新发现提出了气体通道的概念，而且已经明确了部分通道的分子本质。

目前主要确认了两类气体通道，一是一型水通道，另一个就是Rh蛋白，就是哪个血型标志蛋白。当然其他类型的水通道也可能是气体通道，也可能存在未被发现的其他类型的气体通道蛋白。目前的研究认为，生理情况下，许多气体进入和离开细胞90%以上要通过气体通道，而经过细胞膜的自由扩散的比例非常低。也就是说，没有气体通道，细胞甚至会发生窒息。这简直匪夷所思，我只能说，爱因斯坦确实高明，他曾经说过“我如果是上帝，会如何安排世界”。这就是客观世界，经常采用最简单的方式组建世界，采用最简单的方式组建生命。表面上的复杂只是因为我们的肉眼无法看清楚本质而已。以后再遇到这个问题请三思,教科书并不是真理的代名词.

建议阅读文献: