第七章：動物的呼吸 第一節 呼吸構造與呼吸運動

動物獲得氧氣的方式 1. 呼吸構造的特性： (1) 都具有溼潤的皮膜，以利於氣體的溶解 (2) 盡量擴大其表面積以增進交換 (3) 同時密布微血管等構造，以運輸氣體 2. 體細胞大多與水接觸的生物，僅靠擴散作用 進行氣體交換， 如：草履蟲、水螅、渦蟲

呼吸構造的種類 - 體表 1. 蚯蚓體表特化為呼吸器官。 2. 蚯蚓的表皮由單層的細胞所構成，能不斷 分泌黏液使皮膚保持溼潤 3. 氧及二氧化碳可藉由擴散方式通過體表。 氧可進入微血管後運輸到全身 二氧化碳經由擴散方式散逸到空氣中

呼吸構造的種類 - 氣管系 1. 節肢動物中的昆蟲或蜘蛛等，以氣管系作為 交換氣體的構造。 2. 昆蟲的氣管布滿全身，其分支的末端延伸到 組織細胞間，氣體的交換以擴散方式透過微 細氣管的潮溼上皮而進入組織液。 3. 當氣體溶於組織液，便可靠擴散方式進入每 個細胞

昆蟲的氣管系 1. 昆蟲體內有兩條縱走的氣管主幹貫穿全身， 自主幹延伸到腹部體表兩側而形成氣門， 氣體可藉此進出 2. 體型較大的昆蟲，可藉著 腹部肌肉的收縮或放鬆， 來加速氣體的吸收及排除 3. 蝗蟲腹部擴張時，空氣由 胸部及腹部的前四對氣門 進入體內；腹部收縮時， 氣體則由後六對氣門排出

呼吸構造的種類 - 鰓 1. 鰓上有許多紅色絲狀突起 - 鰓絲，鰓絲內有平行排列 、密布微血管的鰓板，可增加氣體交換的面積。 2. 氧只微量溶解於水，故魚類必須不斷地進行口及鰓 蓋的運動，使水由口進入鰓部，以獲得足夠的氣體 ( 以鰓呼吸所消耗的能量比陸生動物多 )

逆流交換機制 逆流交換機制能增加氣體交換的效率 順流：鰓只能得到 水中 50% 的 溶氧 逆流：鰓能獲得水中 80% 以上的溶氧

呼吸構造的種類 - 肺 1. 兩生類的成體主要靠肺來呼吸，但因其肺不具肺泡 ，故尚須藉皮膚輔助。此外，也可利用口腔運動， 使空氣由鼻腔入肺，藉以獲得更多的氧。 2. 爬蟲類具有肺泡，肺泡表面密布微血管，具有增加 氣體交換面積的功能。胸廓是一個密閉的空間，呼 吸時藉肌肉及骨骼的運動使胸廓的體積改變，進而 使壓力隨之改變，氣體因此得以進出。 3. 鳥類的呼吸系統特別發達 ( 包含肺與多個氣囊 ) ，可 以進行有效率的氣體交換，以滿足飛行所需。

兩生類與爬行類的呼吸系統 兩棲類 ( 青蛙、蠑螈、山椒魚 )- 肺不具肺泡， 藉口腔運動及濕潤的皮膚協助呼吸 爬行類 ( 蛇、龜、蜥蜴、鱷 )- 有肺泡

鳥類的肺 鳥類海綿狀的肺臟包含許多平行的旁支氣管 ，當氣囊收縮時，可使氣體不斷的流經肺臟 ，並單向通過旁支氣管，藉由微小的氣絲與 周圍肺組織的微血管進行氣體交換

氣囊使氣體供應更有效率 單向循環流動： A 吸氣 - 氣體進入後氣囊 B 呼氣 - 氣體進入肺 C 吸氣 - 氣體進入前氣囊 D 呼氣 - 氣體排出體外

想一想 ◎鳥類的氣囊除了協助氣體交換外，尚具何種 功能？

人體的呼吸系統 人體的呼吸系統 - 鼻 咽 喉 氣管 支氣管 肺臟（肺泡）

呼吸系統 ◎鼻腔 - 黏液與鼻毛過濾空氣中雜質 黏膜可調節進入氣體的溫、濕度 ◎ 咽 - 食道與氣管交會處。吞嚥時軟顎防止食物 進入鼻腔，會厭軟骨防止食物進入氣管

位於喉部的發聲器官 - 聲帶 1. 扁薄而具彈性，兩條聲帶間有空隙（聲門） 2. 受喉部肌肉收縮及軟骨影響 吸氣時聲門張開 呼氣時聲門空隙變小 呼氣時振動聲帶發聲 3. 男性 - 聲帶長，聲音低沈 女性 - 聲帶短，聲音尖銳

氣 管 1. C 字形環狀軟骨用來 維持呼吸道暢通 2. 氣管 → 支氣管 → ( 進入肺 ) 小支氣管 → 肺泡囊 （多個肺泡構成）

肺 臟 1. 肺泡的換氣表面積為體表的 50 倍 2. 肺泡為單層上皮細胞，外表密佈微血管 3. 肺泡間有彈性纖維，支持肺泡，使肺具 有彈性

胸腔 與 呼吸運動 1. 人體利用胸廓體積的改變 來進行呼吸運動。 2. 胸腔是一密閉的空間，內有肺及心臟，周圍 是胸壁，底部以橫膈與腹腔分界。 脊柱 3. 胸壁的前面有胸骨，後方有脊柱，兩側有 十二對肋骨，相鄰肋骨間有肋間肌。 4. 在肺的表面和胸壁的內面，各覆有一層光滑 溼潤的胸膜，兩層胸膜間有胸膜液，可減輕 換氣時肺與胸壁之間的摩擦

氣 胸氣 胸 1. 正常情況：兩層胸膜間的胸膜液，使兩層胸 膜之間存有表面張力，緊緊的吸附在一起。 2. 若是胸腔壁有穿孔，空氣進入胸膜腔使兩層 胸膜之間有氣體，這種情形稱為氣胸 3. 氣胸會造成穿孔處那一側的肺組織塌陷，使 呼吸運動無法順利進行。 4. 治療方式：插入胸腔管進入胸膜腔，以抽氣 的方式吸走殘存的空氣。

呼吸運動的物理機制 1. 肺臟內無肌肉，需透過胸腔壓力改變使氣體進出肺臟 2. 肋骨上舉，橫膈肌下降 → 胸腔形成負壓 → 空氣入肺 ( 肋間肌、橫膈肌收縮 ) ( 胸腔體積增加，壓力變小 ) 3. 打噴嚏、咳嗽 - 肋骨更下降，橫膈急遽上升，同時 腹肌強烈收縮，增加腹腔內的壓力，引起強烈呼氣

呼吸運動的調節 1. 延腦 - 呼吸中樞，有兩處分別負責吸氣與呼氣基本 節律的神經細胞集團，控制呼吸頻率與深度 2. 橋腦 - 呼吸調節中樞 (1) 調節延腦發出的神經衝動 (2) 協調吸氣與呼氣的轉換 3. 大腦 - 可改變呼吸深度及頻率 ( 但無法長時間閉氣 ) 4. 化學受器 - 主動脈、頸動脈 5. 牽引受器 - 肺泡內 （肺容積增大後會抑制吸氣）

延腦與動脈的化學受器 1. 延腦： (1) 可感受 CO 2 分壓及 H ＋ 濃度的變化 (2) 腦脊髓液 CO 2 分壓的上升形成碳酸，碳酸解離 形成 H ＋ ，被中樞化學受器所感受，並傳到呼吸 中樞，加大呼吸的頻率及深度。 2. 主動脈及頸動脈： (1) 可感受 O 2 、 CO 2 分壓的變化及 H ＋ 濃度的變化 (2) 動脈血中 CO 2 分壓上升時，使 H ＋ 濃度上升，被 周邊化學受器所感受，並將訊息傳到延腦的呼吸 中樞，引發吸氣的神經衝動。

想一想 ◎肺的換氣原理可分為兩類： 正壓呼吸 - 加壓於吸入的氣體，使其進入肺 負壓呼吸 - 類似抽氣幫浦，藉呼吸肌改變胸 腔體積而吸入或呼出氣體 人與青蛙分屬於哪一種原理？ 青蛙 - 正壓呼吸 人 - 負壓呼吸

第七章：動物的呼吸 第二節 氣體的交換與運輸

氣體交換 1. 組織細胞獲得氧以進行呼吸作用產生 ATP 2. 細胞呼吸作用所產生的二氧化碳排出體外 外呼吸 內呼吸

氧的運輸：形成氧合血紅素 1. 血紅素 - 由四條多肽鏈構成 ，含四個亞鐵離子 2. 每一分子血紅素最多可攜帶 4 個氧氣分子 3. 血紅素與氧氣結合的比例與氧氣分壓有關 氧氣分壓高時結合率較高 ( 反之，則解離出氧 ) 組織細胞 肺泡

血紅素 - 氧 解離曲線 CO 2 濃度增加 (pH 值降低 ) 時曲線右移， 氧合血紅素比例下降，釋出更多的氧氣 在代謝旺盛 的組織中可 釋出更多氧

一氧化碳中毒 1. 常發生於密閉空間內，燃燒不完全產生 CO 2. 一氧化碳和血紅素的親和力是氧氣的 250 倍 3. 血紅素和一氧化碳結合後，氧氣的運輸受阻 ，造成缺氧窒息而死

想一想 ◎快肌 - 收縮快速，但容易疲勞 ( 白肌 ) 慢肌 - 收縮較慢，但抗疲性高 ( 紅肌 ) 其肌紅素、粒線體及微血管較多， 如維持姿勢的肌肉。 ◎肌紅素 - 類似血紅素的蛋白質，使肌肉呈 暗紅色。攜氧能力比血紅素更好。 ◎鱈魚與旗魚的肌肉分別屬於哪一種？ 兼具有紅肌與白肌的魚？

海洋哺乳動物的呼吸適應 ◎以海豹潛水為例： 為何能在海面下停留一小時？ (1) 大部分氧氣儲存在血液 (70%) 與肌肉 (25%) 中 (2) 脾臟比例大，可儲存 24 公升血液 (3) 肌肉中含高濃度的肌紅素 ( 儲氧蛋白 )

二氧化碳的運輸：形成 HCO 少部分 ( 7% ) 直接溶於血漿中 2. 一部分 (23%) 與血紅素結合 3. 大部分 (70%) 以 HCO 3 - 形式在血漿中運輸 （需紅血球上的酵素 ( 碳酸酐酶 ) 協助） ◎氫離子大多與血紅素結合，可促使血紅素 釋出氧氣，並防止血液過度酸化

呼吸與體液酸鹼度恆定 1. 代謝旺盛導致血液 pH 值過低時，會刺激呼吸 中樞，增加呼吸頻率，排出體內過多的 CO 2 2. 當代謝異常導致血液 pH 值過高時 ( 如嘔吐失去 酸或注射鹼性藥物 ) ，呼吸速率就會減緩。 3. 高山病：體內缺氧而發生心跳急速、呼吸困 難、暈眩等症狀。 4. 高山病患者的呼吸頻率及深度都會增加，過 度換氣的結果，使體內二氧化碳嚴重不足， 血液由弱鹼性變為鹼性，造成呼吸性鹼中毒 ，會造成神經過度敏感、痙攣，甚至死亡

腎臟參與低氧環境的適應 1. 若 血液由弱鹼性變為鹼性， 腎臟會減少 HCO 3 － 的再吸收，以防止鹼中毒。 2. 久居高山的人能逐漸適應高山的生活環境： (1) 低氧環境會刺激腎臟，增加紅血球生成素 的分泌，使紅血球的數目增加 (2) 肺泡數目會增加，肺的體積亦增大， 微血管的總量增加，氣體擴散能力變大