第六章  第二節  動物體的氣體交換   課程概念 動物體的氣體交換 呼吸運動及 其調節機制  動物的 呼吸器官 書 肺  鰓 水 聲 無 脊 椎 動 物  魚 類  蜘 蛛  氣 管 昆 蟲  肺 兩 生 爬 蟲 類  鳥 類  哺 乳 類  呼 吸 運 動 的 調 節  呼吸運動  吸氣 運動  呼氣 運動  氧與二氧化碳 的運輸與交換 氧  運 輸  二氧化碳  交 換  運 輸  交 換   前言 細胞呼吸是細胞獲得能量的主要途徑,細胞 呼吸需要氧,並產生二氧化碳,氧由環境中 獲得,二氧化碳也必須排放到環境中,因此 生物體必須不斷的與環境進行氣體交換。氧 及二氧化碳如同其他物質,以擴散的方式由 濃度高處向濃度低處移動,因此,擴散作用 是氣體交換的基礎。   壹、動物的呼吸器官 ※單細胞生物可藉擴散作用直接與四周的環境 進行氣體交換。 ※多細胞動物的大多數細胞並沒有直接與環境 接觸,必須藉由薄而潮溼的呼吸面與環境交 換氣體。   壹、動物的呼吸器官 ※呼吸面 1.小型的無脊椎動物如渦蟲、蚯蚓等生活於 溼地,其呼吸面為體表潮溼的皮膚,可以進 行氣體交換。 2.體制複雜的無脊椎動物和脊椎動物,其呼吸 面則特化成複雜的呼吸器官,以提高氣體交 換的效率,並發展出調節機制,以維持體內 氣體的恆定性。   (一)無脊椎動物的呼吸器官 一.無脊椎動物的呼吸器官 (一)水生無脊椎動物 1.很多水生無脊椎動物都具有「鰓」 2.鰓為薄壁且外表有許多皺褶  增加 呼吸 面積  提高 氣體 交換 效率   (一)無脊椎動物的呼吸器官 (二)陸生的無脊椎動物 1.書肺:蜘蛛 (1)呼吸面很薄 (2)摺疊起來像很多 紙頁的書本 表面積大增   (一)無脊椎動物 的呼吸器官 2.氣管系:昆蟲 (1)氣管在體表的開口 為「氣門」 (2)氣管有許多分枝, 分布在耗氧量較大的組織 (3)氣管末梢為封閉的盲管,含有液體, 是氣體交換的場所   (二)脊椎動物 的呼吸器官 二.脊椎動物的呼吸器官 (一)魚類:鰓 1.硬骨魚的鰓蓋 (operculum)位於頭部兩側 2.打開鰓蓋可以看見成排的鰓絲 (gill filament) 附著在鰓弧(gill arch)上,鰓絲內密布微血管 3.鰓蓋的活動可以鼓動水流從口腔進入 →由鰓蓋後方的開口流出   (二)脊椎動物的呼吸器官 4.當水流經過鰓絲時, 與鰓絲內的微血管 進行氣體交換   知識補給站 - 1 ※逆流交換 硬骨魚鰓絲內微血管的血流方向與水流方向相反 ,當血液中含氧量逐漸增加時,外界水流中的含 氧量也逐漸上升,可以維持濃度梯度,使氧持續 擴散進入血液中。   ◎鰓絲的逆流交換系統   (二)脊椎動物的呼吸器官 (二)兩生類、爬蟲類:肺 (三)鳥類:肺 1.肺是氣體交換的場所 2.除了一對肺之外,還有數對氣囊 (air sacs) (1)氣囊不具氣體交換的功能 (2)可以儲存空氣,並減輕身體比重 →有利於鳥類的飛翔   ◎鳥類的呼吸系統   (二)脊椎動物的呼吸器官 3.氣體交換過程  (1)吸氣時,前、後氣囊都充滿空氣,前氣囊 的空氣來自肺部,新鮮的空氣進入後氣囊  (2)呼氣時,前氣囊的空氣由氣管排出, 後氣囊的空氣則進入肺進行氣體交換   (二)脊椎動物的呼吸器官 (四)人類(哺乳類):肺 1.人體的呼吸系統分成 (1)鼻腔 (2)咽 (3)喉 (4)氣管 (5)支氣管 (6)肺   (二)脊椎動物的呼吸器官 2.肺 (1)右肺分成三葉,左肺分成兩葉 (2)肺主要由支氣管和肺泡組織所構成 (3)肺泡組織內密布「微血管」 →是人體與外界進行氣體交換的場所   ◎肺泡構造   ◎肺泡囊的組織結構   (二)脊椎動物的呼吸器官 3.橫膈膜 (1)位於胸腔底部 (2)橫膈肌收縮 →橫膈膜下降 →擴大胸腔 的體積 (由腹部仰視)   貳、呼吸運動及其調節機制 ※一般我們所謂的呼吸是指吸氣與呼氣,也就是呼吸 運動。呼吸運動使氣體規律的進出肺臟,以利於肺 部的氣體交換。 ※人體與呼吸運動有關的肌肉包括橫膈肌、外肋間肌 與內肋間肌  ※延腦則有吸氣神經元與呼氣神經元控制這些肌肉的 收縮,並依體內氣體濃度的高低調節呼吸的速率與 深度。   (一)呼吸運動 一.呼吸運動 (一)氣體進出肺的機制 1.肺本身並沒有肌肉控制其脹縮 2.氣體能夠進出肺,關鍵在於胸腔的壓力 (1)當胸腔的壓力大於大氣壓力時 →肺部的氣體被壓出 (2)當胸腔的壓力小於大氣壓力時 →空氣自然就進入肺   (一)呼吸運動 3.胸腔是個密閉的容器,其壓力與體積成反比 →氣體進出肺部的關鍵在於胸腔體積的變化   (二)呼吸運動 (二)呼吸運動 1.吸氣時 (1)橫膈肌收縮,使橫膈膜往下壓 →增加胸部的垂直徑 (2)外肋間肌收縮,使肋骨和胸骨上提向前 →增加胸部的橫徑與前後徑 胸部體積擴大 →肺內壓力低於大氣壓力→造成吸氣   ◎吸氣運動   ◎吸氣運動   ◎吸氣運動   ◎吸氣運動   (二)呼吸運動 2.呼氣時 (1)外肋間肌舒張 →使肋骨及胸骨向下移 (2)橫膈肌舒張 →使橫膈膜向上突出 胸腔縮小→壓力增加→造成呼氣 *內肋間肌收縮可以將肋骨下壓,有助於 劇烈運動之後加強呼氣的強度與深度   ◎呼氣運動   ◎呼氣運動   ◎呼氣運動   ◎呼氣運動   腦力激盪 - 1 通常吸氣時,吸氣肌肉收縮,呼氣時吸氣肌肉舒 張,所以平時吸氣會用力、呼氣會放鬆。但有 時候我們會用力呼氣,例如:咳嗽、打噴嚏、 大笑、吹氣球等。到底是哪些肌肉在用力呢? 除了內肋間肌收縮使胸腔體積縮小利於呼氣之 外,腹直肌用力收縮也可以協助呼氣,所以我 們常聽到有人說「笑到肚子痛」,就是這個道 理。但是,為什麼腹直肌收縮可以協助用力呼 氣呢?   知識補給站 - 2 ※呼吸時的通氣量 正常成人平靜時,每次吸入或呼出肺部的氣體約為 500 mL,此氣體體積稱為潮氣容積(tidal volume), 但如果在平靜吸氣後再用全力吸氣,可多吸入約  3100 mL 的氣體量,此為吸氣儲備容積(inspiratory reserve volume),而呼氣儲備容積(exiratory reserve volume)則是正常呼氣後再用力呼氣所吐出  的氣體容積,約 1200 mL。   知識補給站.
第六章 第二節 動物體的氣體交換 課程概念 動物體的氣體交換 呼吸運動及 其調節機制 動物的 呼吸器官 書 肺 鰓 水 聲 無 脊 椎 動 物 魚 類 蜘 蛛 氣 管 昆 蟲 肺 兩 生 爬 蟲 類 鳥 類 哺 乳 類 呼 吸 運 動 的 調 節 呼吸運動 吸氣 運動 呼氣 運動 氧與二氧化碳 的運輸與交換 氧 運 輸 二氧化碳 交 換 運 輸 交 換 前言 細胞呼吸是細胞獲得能量的主要途徑,細胞 呼吸需要氧,並產生二氧化碳,氧由環境中 獲得,二氧化碳也必須排放到環境中,因此 生物體必須不斷的與環境進行氣體交換。氧 及二氧化碳如同其他物質,以擴散的方式由 濃度高處向濃度低處移動,因此,擴散作用 是氣體交換的基礎。 壹、動物的呼吸器官 ※單細胞生物可藉擴散作用直接與四周的環境 進行氣體交換。 ※多細胞動物的大多數細胞並沒有直接與環境 接觸,必須藉由薄而潮溼的呼吸面與環境交 換氣體。 壹、動物的呼吸器官 ※呼吸面 1.小型的無脊椎動物如渦蟲、蚯蚓等生活於 溼地,其呼吸面為體表潮溼的皮膚,可以進 行氣體交換。 2.體制複雜的無脊椎動物和脊椎動物,其呼吸 面則特化成複雜的呼吸器官,以提高氣體交 換的效率,並發展出調節機制,以維持體內 氣體的恆定性。 (一)無脊椎動物的呼吸器官 一.無脊椎動物的呼吸器官 (一)水生無脊椎動物 1.很多水生無脊椎動物都具有「鰓」 2.鰓為薄壁且外表有許多皺褶 增加 呼吸 面積 提高 氣體 交換 效率 (一)無脊椎動物的呼吸器官 (二)陸生的無脊椎動物 1.書肺:蜘蛛 (1)呼吸面很薄 (2)摺疊起來像很多 紙頁的書本 表面積大增 (一)無脊椎動物 的呼吸器官 2.氣管系:昆蟲 (1)氣管在體表的開口 為「氣門」 (2)氣管有許多分枝, 分布在耗氧量較大的組織 (3)氣管末梢為封閉的盲管,含有液體, 是氣體交換的場所 (二)脊椎動物 的呼吸器官 二.脊椎動物的呼吸器官 (一)魚類:鰓 1.硬骨魚的鰓蓋 (operculum)位於頭部兩側 2.打開鰓蓋可以看見成排的鰓絲 (gill filament) 附著在鰓弧(gill arch)上,鰓絲內密布微血管 3.鰓蓋的活動可以鼓動水流從口腔進入 →由鰓蓋後方的開口流出 (二)脊椎動物的呼吸器官 4.當水流經過鰓絲時, 與鰓絲內的微血管 進行氣體交換 知識補給站 - 1 ※逆流交換 硬骨魚鰓絲內微血管的血流方向與水流方向相反 ,當血液中含氧量逐漸增加時,外界水流中的含 氧量也逐漸上升,可以維持濃度梯度,使氧持續 擴散進入血液中。 ◎鰓絲的逆流交換系統 (二)脊椎動物的呼吸器官 (二)兩生類、爬蟲類:肺 (三)鳥類:肺 1.肺是氣體交換的場所 2.除了一對肺之外,還有數對氣囊 (air sacs) (1)氣囊不具氣體交換的功能 (2)可以儲存空氣,並減輕身體比重 →有利於鳥類的飛翔 ◎鳥類的呼吸系統 (二)脊椎動物的呼吸器官 3.氣體交換過程 (1)吸氣時,前、後氣囊都充滿空氣,前氣囊 的空氣來自肺部,新鮮的空氣進入後氣囊 (2)呼氣時,前氣囊的空氣由氣管排出, 後氣囊的空氣則進入肺進行氣體交換 (二)脊椎動物的呼吸器官 (四)人類(哺乳類):肺 1.人體的呼吸系統分成 (1)鼻腔 (2)咽 (3)喉 (4)氣管 (5)支氣管 (6)肺 (二)脊椎動物的呼吸器官 2.肺 (1)右肺分成三葉,左肺分成兩葉 (2)肺主要由支氣管和肺泡組織所構成 (3)肺泡組織內密布「微血管」 →是人體與外界進行氣體交換的場所 ◎肺泡構造 ◎肺泡囊的組織結構 (二)脊椎動物的呼吸器官 3.橫膈膜 (1)位於胸腔底部 (2)橫膈肌收縮 →橫膈膜下降 →擴大胸腔 的體積 (由腹部仰視) 貳、呼吸運動及其調節機制 ※一般我們所謂的呼吸是指吸氣與呼氣,也就是呼吸 運動。呼吸運動使氣體規律的進出肺臟,以利於肺 部的氣體交換。 ※人體與呼吸運動有關的肌肉包括橫膈肌、外肋間肌 與內肋間肌 ※延腦則有吸氣神經元與呼氣神經元控制這些肌肉的 收縮,並依體內氣體濃度的高低調節呼吸的速率與 深度。 (一)呼吸運動 一.呼吸運動 (一)氣體進出肺的機制 1.肺本身並沒有肌肉控制其脹縮 2.氣體能夠進出肺,關鍵在於胸腔的壓力 (1)當胸腔的壓力大於大氣壓力時 →肺部的氣體被壓出 (2)當胸腔的壓力小於大氣壓力時 →空氣自然就進入肺 (一)呼吸運動 3.胸腔是個密閉的容器,其壓力與體積成反比 →氣體進出肺部的關鍵在於胸腔體積的變化 (二)呼吸運動 (二)呼吸運動 1.吸氣時 (1)橫膈肌收縮,使橫膈膜往下壓 →增加胸部的垂直徑 (2)外肋間肌收縮,使肋骨和胸骨上提向前 →增加胸部的橫徑與前後徑 胸部體積擴大 →肺內壓力低於大氣壓力→造成吸氣 ◎吸氣運動 ◎吸氣運動 ◎吸氣運動 ◎吸氣運動 (二)呼吸運動 2.呼氣時 (1)外肋間肌舒張 →使肋骨及胸骨向下移 (2)橫膈肌舒張 →使橫膈膜向上突出 胸腔縮小→壓力增加→造成呼氣 *內肋間肌收縮可以將肋骨下壓,有助於 劇烈運動之後加強呼氣的強度與深度 ◎呼氣運動 ◎呼氣運動 ◎呼氣運動 ◎呼氣運動 腦力激盪 - 1 通常吸氣時,吸氣肌肉收縮,呼氣時吸氣肌肉舒 張,所以平時吸氣會用力、呼氣會放鬆。但有 時候我們會用力呼氣,例如:咳嗽、打噴嚏、 大笑、吹氣球等。到底是哪些肌肉在用力呢? 除了內肋間肌收縮使胸腔體積縮小利於呼氣之 外,腹直肌用力收縮也可以協助呼氣,所以我 們常聽到有人說「笑到肚子痛」,就是這個道 理。但是,為什麼腹直肌收縮可以協助用力呼 氣呢? 知識補給站 - 2 ※呼吸時的通氣量 正常成人平靜時,每次吸入或呼出肺部的氣體約為 500 mL,此氣體體積稱為潮氣容積(tidal volume), 但如果在平靜吸氣後再用全力吸氣,可多吸入約 3100 mL 的氣體量,此為吸氣儲備容積(inspiratory reserve volume),而呼氣儲備容積(exiratory reserve volume)則是正常呼氣後再用力呼氣所吐出 的氣體容積,約 1200 mL。 知識補給站.