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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.
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第七章:動物的呼吸第一節呼吸構造與呼吸運動
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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。
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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
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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
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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
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想一想◎鳥類的氣囊除了協助氣體交換外,尚具何種功能?
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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)
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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
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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
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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)
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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
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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
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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。
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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
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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)
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延腦與動脈的化學受器1.延腦:(1)可感受CO2分壓及H+濃度的變化(2)腦脊髓液CO2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O2、CO2分壓的變化及H+濃度的變化(2)動脈血中CO2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。
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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
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第七章:動物的呼吸第二節氣體的交換與運輸
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氣體交換1.組織細胞獲得氧以進行呼吸作用產生ATP2.細胞呼吸作用所產生的二氧化碳排出體外外呼吸內呼吸
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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
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血紅素-氧解離曲線CO2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
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一氧化碳中毒1.常發生於密閉空間內,燃燒不完全產生CO2.一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
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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?
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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)
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二氧化碳的運輸:形成HCO3-1.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HCO3-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
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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CO22.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
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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HCO3-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
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