第四章 動物的代謝和恆定性 第三節 呼吸作用與氣體交換 啤酒 (5’13) 麵包 (5’03) 嬰兒液態呼吸 (6’11)
養分經消化吸收進入人體後，必須經過氧化作用，才可釋出能量供生物體利用 生物行氧化作用後的代謝廢物，如二氧化碳，也需經特定途徑排出
呼吸（respiration） 個體獲得氧及釋放二氧化碳的過程
呼吸 外呼吸：肺泡與微血管間的氣體交換 內呼吸：微血管與體內細胞間的氣體交換
內呼吸供應細胞進行氧化作用所需的氧，並將養分分解後產生的二氧化碳帶離細胞，如此細胞才能獲得活動所需要的能量
4-3.1 呼吸作用 呼吸系統 簡單擴散：水生的單細胞生物及小型多細胞動物，如草履蟲及水螅 4-3.1 呼吸作用 呼吸系統 簡單擴散：水生的單細胞生物及小型多細胞動物，如草履蟲及水螅 具有較高比例的體表面積，僅藉由簡單擴散作用就可與環境進行氣體交換
體型較大的多細胞生物，具有不同的呼吸構造，藉以增加氣體擴散表面積，充沛氣體交換 例如： 昆蟲的氣管系統（tracheal system） 魚類的鰓（gills） 鳥類的肺和氣囊（air sac）
圖4-12 動物的呼吸構造： A.昆蟲氣管系統的氣門。
圖4-12 動物的呼吸構造： B.鳥類的肺和氣囊。
人體的呼吸系統 鼻 咽 喉 氣管 支氣管 肺
鼻腔 咽 喉 氣管 肺泡 支氣管 肺
鼻腔（nasal cavity）：內具鼻毛可淨化吸入的空氣，黏膜可調節吸入空氣的溼度和溫度 咽（pharynx）：呼吸道與消化道交會的空腔 喉（larynx）：位於氣管上方，由軟骨和肌肉組成
鼻腔 咽 喉 氣管 肺泡 支氣管 肺
喉的會厭軟骨：位於喉門上方，吞嚥時將喉門蓋住，可避免食物誤入氣管 喉內有聲帶，可利用氣流震動聲帶發出聲音
鼻腔 咽 喉 氣管 肺泡 支氣管 肺
氣管（trachea）：細胞、纖毛，黏液可黏住空氣中的灰塵，纖毛擺動可將黏住異物的黏液向上推送至喉，經吞嚥進入胃中或咳嗽排出體外
鼻腔 咽 喉 氣管 肺泡 支氣管 肺
氣管內壁的細胞很容易被破壞： 如： 菸草內的尼古丁會降低纖毛擺動的效率 吸菸者常須以咳嗽的方式清理呼吸道堆積的黏液
肺（lung） 由許多個肺泡所構成 肺泡總表面積很大：約七十平方公尺，其表面密布微血管網 主要由皮膜組織和彈性纖維組成，是呼吸系統中進行氣體交換的處所
鼻腔 咽 喉 氣管 肺泡 支氣管 肺
呼吸運動 呼吸運動是指肌肉收縮引起氣體進出肺的動作 延腦每分鐘可發出10至15次的神經衝動，刺激肋間肌和橫膈收縮，進行吸氣運動 個體運動時，血液中二氧化碳含量增高，二氧化碳刺激延腦發出較急促的神經訊號，加強及加快呼吸運動
肺不具肌肉，不會主動收縮 肺的脹縮是藉由胸腔體積改變，胸腔內壓力變化而氣體被動地流進、流出，進行換氣
吸氣（inhalation） 胸腔為一密閉空腔，胸腔與腹腔間由橫膈分開，當橫膈收縮時，橫膈向下拉平使胸腔垂直容積增加，此時肋骨也因肋間肌收縮上提，增加胸腔長度及寬度，故胸腔擴大、胸腔內壓力降低，空氣被動流入肺中
空氣吸入 肋間肌收縮 胸廓擴大 肺臟 橫膈 吸氣 橫膈收縮（下降）
呼氣（exhalation） 橫膈與肋間肌舒張時，胸腔體積回復，肺容積變小、胸腔內壓力上升，肺泡內氣體被迫排出體外
空氣呼出 肋間肌舒張 胸廓縮小 呼氣 橫膈舒張（上移）
正常呼吸運動依賴密閉的胸腔維持，若胸腔被刺，造成一個傷口，即使不傷及肺，也會造成空氣進入胸腔，進而壓迫肺臟，導致呼吸困難
4-3.2 氣體交換
呼吸作用的目的就是氣體的交換 細胞一方面吸進氧進行氧化作用，釋出能量供細胞活動 另一方面又要將產生的二氧化碳排出，以免本身遭受毒害 氣體進出細胞是遵循濃度差所引起的擴散作用
因肺泡僅由一層扁平皮膜構成，其上密布微血管，當空氣中的氧經由呼吸運動到達肺泡時，氧先溶解於溼潤的肺泡表面，再擴散進入血液 人體血液中的氧大部分是以結合血紅素的方式運送，僅少量以溶於血漿來運送
血紅素 一種由蛋白質和鐵組成的分子 和氧結合後便成為氧合血紅素 氧合血紅素是一種不穩定的化合物，當血液循環至氧濃度較低的組織時，便立刻解離，將氧釋出，使細胞獲得氧
許多水生哺乳動物可潛水很久，若比較其肺的大小和一般陸生哺乳動物並無差異，但牠們的血量較多，肌肉中含有多量的肌紅素，肌紅素是位於肌肉中的蛋白質，對氧的親和力比血紅素大，攜帶氧較多，因此能成功地適應海洋中的生活
圖4-15 瓶鼻海豚：水生哺乳動物，如瓶鼻海豚，其肌肉中含有多量肌紅素，可攜帶較多氧，因此可長時間潛水。
細胞將葡萄糖等有機物氧化產生的二氧化碳大部分於血液中形成重碳酸根（HCO3－），少部分與血紅素結合並隨血液循環至肺泡。此時由於血液中二氧化碳的濃度較高，所以，可擴散至肺泡再經氣管、喉、咽而排出體外