6-1 呼吸與氣體的恆定
1 恆定性的意義
劇烈運動後,常會呼吸急促、汗流浹背且感到口渴,有時還會覺得飢餓,這是因為受器偵測到體內生理狀況改變,透過相關系統的調節或產生特定行為的需求,進而維持體內環境的穩定。生物體內的氣體含量、體溫高低、水分多寡及血糖濃度等,都必須維持在一定的範圍,這種特性稱為恆定性。
2 呼吸作用
生物必須利用能量以維持生命,能量是在細胞的粒線體中產生。粒線體中含有酵素,可利用氧氣將養分(如葡萄糖)分解,產生能量,同時也產生水及二氧化碳,此過程稱為呼吸作用。
3 氣體交換的構造
當細胞進行呼吸作用時,所需的氧氣及產生的二氧化碳,都必須藉由某種特殊的構造與外界進行氣體交換(圖6-1)。草本植物主要透過葉與莖上的氣孔以及根的表皮細胞進行氣體交換,而木本植物的莖則是以皮孔進行氣體交換。多數的陸生植物如果根部浸水過久,會因細胞無法進行呼吸作用導致死亡。
生活在水中且構造簡單的小生物,可藉由擴散作用直接獲得溶解在水中的氧氣並排出二氧化碳,例如:草履蟲和水螅等。構造較為複雜的動物,因體內細胞無法直接與外界接觸,而必須有特殊的呼吸器官,以執行氣體交換的任務,例如:蚯蚓的皮膚、昆蟲的氣管、魚蝦和貝類的鰓、青蛙的皮膚與肺、鳥類與哺乳類的肺等,都是呼吸器官。
動物的呼吸器官通常具有溼潤的表面,和廣大的表面積,以利於氣體的溶解與擴散,另外,也必須有充分的血液供應,才有助於氣體的運送。
劇烈運動後,常會呼吸急促、汗流浹背且感到口渴,有時還會覺得飢餓,這是因為受器偵測到體內生理狀況改變,透過相關系統的調節或產生特定行為的需求,進而維持體內環境的穩定。生物體內的氣體含量、體溫高低、水分多寡及血糖濃度等,都必須維持在一定的範圍,這種特性稱為恆定性。
2 呼吸作用
生物必須利用能量以維持生命,能量是在細胞的粒線體中產生。粒線體中含有酵素,可利用氧氣將養分(如葡萄糖)分解,產生能量,同時也產生水及二氧化碳,此過程稱為呼吸作用。
3 氣體交換的構造
當細胞進行呼吸作用時,所需的氧氣及產生的二氧化碳,都必須藉由某種特殊的構造與外界進行氣體交換(圖6-1)。草本植物主要透過葉與莖上的氣孔以及根的表皮細胞進行氣體交換,而木本植物的莖則是以皮孔進行氣體交換。多數的陸生植物如果根部浸水過久,會因細胞無法進行呼吸作用導致死亡。
生活在水中且構造簡單的小生物,可藉由擴散作用直接獲得溶解在水中的氧氣並排出二氧化碳,例如:草履蟲和水螅等。構造較為複雜的動物,因體內細胞無法直接與外界接觸,而必須有特殊的呼吸器官,以執行氣體交換的任務,例如:蚯蚓的皮膚、昆蟲的氣管、魚蝦和貝類的鰓、青蛙的皮膚與肺、鳥類與哺乳類的肺等,都是呼吸器官。
動物的呼吸器官通常具有溼潤的表面,和廣大的表面積,以利於氣體的溶解與擴散,另外,也必須有充分的血液供應,才有助於氣體的運送。
4 人體的呼吸系統
人體與外界的氣體交換是透過呼吸系統進行,呼吸系統包括呼吸道及肺臟。呼吸道由鼻、咽、喉、氣管和支氣管所構成,是空氣進出肺臟的通道(圖6-2)。肺臟位於胸腔中,由許多的肺泡組成,肺泡僅由一層細胞構成,表面布滿微血管,氧氣及二氧化碳可以在肺泡及微血管間,以擴散作用的方式進行氣體交換。
嚴重急性呼吸道症候群 (SARS)
5 人體的呼吸運動
人體的肺臟位於密閉的胸腔中,肺臟本身不具有肌肉組織,所以不能主動的舒張與收縮,必須藉由橫膈及肋骨的位置改變,進而改變胸腔體積,以產生吸氣和呼氣的動作,協助氣體進出肺臟。吸氣和呼氣是交替進行的過程,合稱為呼吸運動。
當肋骨上舉,橫膈下降時,胸腔便會擴大,肺也會隨之擴大,此時肺內的壓力變小,導致體外空氣進入肺內,此過程稱為吸氣(圖6-3a);當肋骨下降,橫膈上升時,胸腔便會縮小,肺也會隨之縮小,此時肺內的壓力變大,導致肺內空氣排出體外,此過程稱為呼氣(圖6-3b)。
6 呼吸的調節
腦幹是呼吸運動的控制中樞,能接收血液中二氧化碳濃度的訊息,調節呼吸節奏的快慢。在一般的狀態下,成人的呼吸運動每分鐘約15 ∼ 18 次,運動時,血液中二氧化碳濃度增加,刺激腦幹發出訊號,促使呼吸運動加快,以排除過多的二氧化碳。
人體與外界的氣體交換是透過呼吸系統進行,呼吸系統包括呼吸道及肺臟。呼吸道由鼻、咽、喉、氣管和支氣管所構成,是空氣進出肺臟的通道(圖6-2)。肺臟位於胸腔中,由許多的肺泡組成,肺泡僅由一層細胞構成,表面布滿微血管,氧氣及二氧化碳可以在肺泡及微血管間,以擴散作用的方式進行氣體交換。
- 延伸資料
嚴重急性呼吸道症候群 (SARS)
5 人體的呼吸運動
人體的肺臟位於密閉的胸腔中,肺臟本身不具有肌肉組織,所以不能主動的舒張與收縮,必須藉由橫膈及肋骨的位置改變,進而改變胸腔體積,以產生吸氣和呼氣的動作,協助氣體進出肺臟。吸氣和呼氣是交替進行的過程,合稱為呼吸運動。
當肋骨上舉,橫膈下降時,胸腔便會擴大,肺也會隨之擴大,此時肺內的壓力變小,導致體外空氣進入肺內,此過程稱為吸氣(圖6-3a);當肋骨下降,橫膈上升時,胸腔便會縮小,肺也會隨之縮小,此時肺內的壓力變大,導致肺內空氣排出體外,此過程稱為呼氣(圖6-3b)。
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6 呼吸的調節
腦幹是呼吸運動的控制中樞,能接收血液中二氧化碳濃度的訊息,調節呼吸節奏的快慢。在一般的狀態下,成人的呼吸運動每分鐘約15 ∼ 18 次,運動時,血液中二氧化碳濃度增加,刺激腦幹發出訊號,促使呼吸運動加快,以排除過多的二氧化碳。