第三節 呼吸作用與氣體交換

低等生物昆蟲多細胞生物 方式擴散作用氣管系呼吸器官 ( 鰓、肺 ) 、 呼吸系統 原理擴散作用藉網狀氣 管分支送 到體內 氣體溶於水再擴散 ( 濕潤的薄膜和血管、 增加表面積 ) 例子草履蟲. 變 形蟲. 海綿. 水螅 … 昆蟲特有魚類、人類 …  5-3 呼吸作用與氣體交換：小分子有機養分＋ O 2 →CO 2 ＋ H 2 O( ＋含氮化合物 ) ＋能量  呼吸系統：例人類 ( 肺： 1 胸膜包著、 2 海 綿狀、 3 密佈微血管、 4 左二葉、右三葉 )

呼吸道呼吸道 鼻孔 ( 外鼻孔 ) ：氣體進出門戶 鼻腔： 1 鼻毛 ( 過濾 ) 、 2 纖毛細胞 ( 清除痰 ) 、 3 黏膜 ( 黏 液濕潤 ) 、 4 血管 ( 溫暖 ) 咽：消化道與呼吸道的交會處 ( 位於口腔後面 ) 喉 ( 發聲器官 ) ：漏斗狀有 1 軟骨 ( 數塊 ) 、 2 肌肉、 3 聲 帶 ( 發聲時，聲門小，呼氣振動聲帶 ) 、 4 會厭軟骨 ( 吞嚥時，喉上升，會厭蓋覆 ) 氣管： 1 有 C 形軟骨環、 2 平滑肌、 3 黏膜 ( 分泌黏液、 有纖毛 ) 支氣管：分成左右二條 肺小支氣管：細小、壁薄 氣囊： 肺泡： 1 氣囊外壁的泡狀突起 ( 增加氣體交換表面積 ) 、 2 一層扁平皮膜細胞、 3 彈性纖維 ( 支持肺泡，使 肺有彈性 )

人類的呼吸系統及肺泡放大圖  人體呼吸系統 : 呼吸道 ( 鼻 → 咽 → 喉 → 氣管 → 支氣管

 吞嚥時：軟顎向後延伸 → 鼻、咽之通道封閉 喉上升 → 會厭軟骨蓋在喉上 ( 暫停呼吸 )

結締組織

 肺氣腫：煙草中的多種物質易使肺泡壁變脆弱， 造成肺泡破裂

吸氣呼氣 ( 胸 ) 肋間肌收縮舒張 橫膈收縮 ( 下降 ) 舒張 ( 上凸到原位 ) 肋骨上升下降 胸腔增大減少 肺脹大縮小 肺內壓力降低增大  呼吸運動：肺不具肌肉、不能主動吸氣 或呼氣  呼吸中樞 ( 延腦 ) ： 1. 血液中 CO 2 濃度高，呼吸加快、加深 ( 成人正常 平均 16 次 / 分 ) 2. 是反射控制 ( 大腦意識也可暫時改變呼吸運動 )

呼吸運動的模型 a. 模型 b. 鐘形罩內氣球脹縮實驗圖

肺 ( 外 ) 呼吸組織 ( 內 ) 呼吸 肺泡肺部微血管 ( 組織 ) 細 胞 組織微 血管 O 2 濃度高低低高 CO 2 濃 度 低高高低  氣體交換：依據濃度梯度，以擴散作用進 行 方式胸式呼吸腹式呼吸強力呼氣運動 動力肋骨移動 明顯 橫膈肌收 縮力強 肋骨和胸骨下降，腹肌 強烈收縮如咳嗽、噴嚏  疾病：氣胸 ( 胸腔有破洞 ) 、鐵肺 ( 肌肉萎縮症患 者需穿戴 )

O 2 運輸 CO 2 運輸 ( 還原 ) 血紅素 由含鐵離子的色素 與蛋白質組成，可 與 4 分子 O 2 結合 ( 結 合力： CO>O 2 >CO 2 ) 大部分： HbO 2 ( 氧 合血紅素 ) 小部分： HbCO 2 血漿溶於血漿中的水少量： O 2 直接 溶於水 大部分：以 HCO 3 - ( 碳酸氫 根離子 ) 離子 ( 少 量： CO 2 直接溶 於水 ) 疾病一氧化碳中毒菸害高山症 原理 CO 與 Hb 的結 合力是 O 2 的 200 倍 阻礙氣體交換氧分壓降低 症狀缺氧、窒息死 亡、瓦斯中毒 氣管纖毛停止擺動. 肺泡失去彈性 ( 受 損 ). 慢性支氣管炎 不適. 噁心. 頭痛. 昏眩

 不需酵素催化、為可逆反應

 血紅素蛋白有四個原血 紅素基和四個聚胜鏈 ( 二 條為 α ，二條為 β ，各含 146 胜子 )

內呼吸與外呼吸

 內呼吸與外呼吸的比較 類型 類型項目 內呼吸外呼吸 進行場所 組織細胞與微血管間肺泡與微血管之間 微血管內 的反應 HbO 2 → Hb+O 2 Hb+CO 2 → HbCO 2 H 2 O+CO 2 → H 2 CO 3 → H + +HCO 3 － Hb+O 2 → HbO 2 HbCO 2 → Hb+CO 2 H + +HCO 3 － → H 2 CO 3 → H 2 O+CO 2 組織細胞 微血管 CO 2 O2O2 肺泡 微血管 O2O2 CO 2

 肺泡氣、血液和組織中氣體分壓（ mm-Hg ）的比 較

第四節 排泄作用與體液恆定

代謝 廢物 二氧化碳 (CO 2 ) 水 (H 2 O) 含氮化合物熱能 反應 物 醣類. 蛋白 質. 脂質 蛋白質 ( 毒性： 氨 > 尿素 > 尿 酸 ) 醣類. 蛋白 質. 脂質 排泄 途徑 1. 呼吸 ( 肺 ) 2. 擴散 ( 如 草履蟲 …) 1. 腎. 汗腺. 肺 2. 伸縮泡 1. 腎. 汗腺 2. 擴散作用 1. 肺. 汗腺. 腎 2. 擴散作用 體液細胞內液細胞外液 組成原生質血漿. 組織液. 淋巴 功能 組成構造. 能量. 生 理機能 … 構成細胞生活的環境 恆定於等滲透壓 ( 等張 溶液 ) 時 排泄系統及各系統協調 ( 體液 的體積. 組成和 PH 值 )  5-4 排泄作用與體液的恆定：排泄 ( 將細胞代謝所 產生的廢物排除體外 )

正常調節 水分 尿素 鹽類 腎、汗腺 體溫 37 ℃ 左右 皮膚、汗腺 血糖 70mg/ 100m L 肝、胰 >120mg/100mL 糖尿病 <50mg/100mL 心悸、痙攣 氣體 PH 值 呼吸作用 影響 Hb 和 O 2 的結合力：如 O 2 量.PH 值小 ( 結合少 ). 溫度高 ( 結合少 )  恆定性 ( 維持體內環境的穩定 ) ：需循環、 神經、內分泌及各組織、器官共同完成

泌尿位置構造 腎臟腹腔脊椎 骨兩側 1. 蠶豆形，左略高於右 2. 皮質 ( 外 ) ：含百萬個以上腎元 髓質 ( 內 ) ：許多腎錐體 ( 集尿 管構成 ) 和腎盂 ( 漏斗狀 ) 輸尿管連接腎盂 和膀胱 1. 兩條 2. 將尿液自腎送至膀胱 膀胱腹骨盆腔 內 1. 囊狀 2. 儲存尿液 ( c.c) 尿道膀胱通道 外界通道 尿液經此排出  排泄系統：泌尿系統、肺、消化道與皮膚

絲球體 鮑氏囊 皮質 髓質 輸尿管

腎元位置構造 腎小球 ( 絲球體 ) 皮質鮑氏囊包圍的球狀微 血管叢 腎小管腎小管 鮑氏 囊 皮質腎小管的一端膨大內 凹成杯狀 腎小 管 皮質 ( 近曲小管. 遠曲小管 ) 髓質 ( 亨耳氏套 ) 1. 彎曲細長的小管 2. 周圍有微血管網分佈 ( 有效的物質交換器 )  腎的功能： 1. 腎元是構造和功能單位 2. 耗能極高的器官 ( 需每次心搏的 1/4 血量 )

濾過作用再吸收作用分泌作用 發生 場所 絲球體 → 鮑氏囊腎小管 → 微血管 微血管 → 腎小管 原理血壓差. 擴散. 滲透主動運輸 耗能無有有 通過 物質 1. 血液中的小分子 物質 ( 水. 鹽類. 葡萄 糖. 胺基酸. 尿素. 尿 酸 ) 2. 血球及血漿蛋白 不可通過 養分 ( 葡萄 糖. 胺基酸. 脂肪酸. 甘 油 ). 水分. 礦 物質 1. 藥物 ( 如青 黴素 …). 色 素 2. 對哺乳類 動物不重要  尿液的形成：人的尿液含有尿素、尿酸及過多 的鹽類和水分

血漿、腎小球濾液及尿液成分比較表  蛋白質為大分子，不能濾過  葡萄糖、胺基酸完全再吸收  鹽、尿素在尿液中的濃度為何增加了？ → 因為水分被再吸收回去

疾病症狀 腎臟或 泌 尿器官發炎 尿液中有蛋白質或白血球 糖尿病尿液中有葡萄糖 腎臟衰竭 洗腎 ( 人工腎臟. 腎臟透析器 ). 換腎. 死亡 ( 腎臟完全失去功能時 ) 腎結石  疾病的預防方法：養成正常飲水的習慣

 人工腎臟 A. 血液與人工腎臟的連結 B. 透析器中物質的交換圖 (A) (B)

狀況 / 生理變化大量喝水出汗或失血 血漿中礦物鹽濃度降低升高 水分再吸收減少 增加 ( 抗利尿激素 ADH ；血管加壓素 ) 尿液量多. 稀釋量少、濃縮  水的恆定：下視丘偵測血漿中礦物鹽濃度 ( 水分 多少 ) 分泌 ADH( 暫存腦垂體後葉 )  腎的功能： 1. 形成尿液 : 水. 尿素. 尿酸. 鹽類 ( 如鈉. 鉀. 氯和氫等電解 質離子 ) 以排除廢物 2. 維持體內環境的恆定：如水分. 體液. 血壓.PH 、和 體溫的恆定 3. 分泌生血素：刺激紅血球生成 4. 合成鈣化醇：調節維生素 D 的活化和鈣離子的吸收 5. 分泌腎素：調節鈉的濃度和血壓恆定

 汗腺的功能 : 分佈於皮膚 ( 數百萬條 ) 如額頭. 背部. 手掌等 ( 興奮或不安時排冷汗 ) 構造：由細管組成，末端捲曲成團，一端開口於皮膚 功能： 1 排泄作用：汗液有 98 ％水分.1~2 ％礦物質 ( 鹽 類 NaCl). 代謝廢物 ( 尿素. 尿酸 ) 2 調節體溫：環境溫度上升或激烈運動時，汗 量增加、散熱  體溫的調節 : 1. 利用輻射. 傳導. 對流. 蒸發等過程 2. 使酵素能在適當溫度作用 定 ( 恆 ) 溫動物變溫動物 體溫有調節系統，維持核心 ( 體內深 層組織，如人 37 ℃ ) 溫度 隨外界溫度而 改變 實例魚類、兩生類、爬蟲類鳥類、哺乳類

總散熱總產熱 狀況 氣溫上升或激烈 運動時 氣溫太低或體熱過度散失時 皮膚 血管 平滑肌舒張. 皮膚 表面血流量增加 平滑肌收縮. 減少皮膚表面血流 量 汗腺 分泌汗液 ( 蒸發加 速、體熱散失 ) 停止分泌汗液 調整 腎臟排出尿液散 熱 豎毛肌收縮 ( 引起雞皮疙瘩 ). 行 為發生改變 ( 如身體踡伏不動 ) 減少產熱： 1. 食慾降低 2. 甲狀腺素和腎 上腺素減少，降 低代謝 增加產熱： 1. 食慾大增，喜好高能量食物 2. 肌肉不隨意收縮. 顫抖產熱 3. 甲狀腺素和腎上腺素增加， 促進代謝 異常體溫過高會中暑體溫過低會導致昏迷  調節機制：腦部下視丘可接受冷. 熱的刺激，以調節體溫

第五節 討論  臺灣地區：兒童及青少年肥胖. 高血壓. 高 血脂. 心臟病等病患漸增

 各種營養素的主要功能和不均衡時可能的影響

 營養不良： 營養過度：脂質. 糖. 鹽及膽固醇等均過高 營養不均：偏食 營養不足：營養吸收不良. 代謝發生障礙  營養不均衡產生的主要疾病： 未開發地區：以食物量 ( 熱量 ) 不足. 蛋白質不足及 缺乏維生素為主，對兒童發育影響大，甚至於死亡 開發地區：主要為營養過度及不均，以肥胖. 高血 壓. 高血脂. 心臟病等為主 癌症：起源於不均衡的飲食，如缺乏蔬果又食用 過多的脂肪  均衡食物的原則： 食物的多樣性；低糖. 低脂. 低鹽. 多纖維 適當比例：奶. 蛋. 豆. 魚肉類. 五穀類. 油脂類. 蔬菜 類. 水果類

探討活動五 心搏

 水蚤：小型節肢動物 ( 甲殼類 ). 呈半透明 ( 觀 察時光圈宜縮小 ) 1. 屬於開放循環系. 心臟於消化管背面. 透明圓 囊狀. 每分鐘約 270~400 下左右 2. 影響水蚤心搏因素：環境光線.PH 值. 溫度 ( 超過 35 ℃會不規則或停止 ). 化學物質. 甚至因 個體因素而不同 3. 血液通常無色 ( 在缺氧靜水可產生紅色擬血 紅素 ) 4. 心臟後方有育兒室. 行單性生殖