班別 : 姓名 : ( ) 日期 : 7 人體的氣體交換 7.1 人的呼吸系統 ( 課本 1B,p. 7-3) 細胞不斷進行 (1), 釋出能量來維持細胞活動 為確保有充足的 (2) 運送到細胞, 而 (3) 可以運離細胞, 細胞與 環境之間必須不斷地進行氣體交換 人體有一個完善的 (4) (breathing system), 能讓氣體交換有效地 進行 此外, 人體也發展出一個 (5) (transport system), 把氣體往來 運送於氣體交換的地方與體細胞之間 人的呼吸系統由 (6) 和其他幫助呼吸的構造組成 鼻腔 咽 (pharynx) (7) (10) (epiglottis) (11) (larynx) (8) (bronchiole) 肋間肌 (intercostal muscle) (9) (12) (trachea) (13) (bronchus) 氣囊 (air sac) 肺 內胸膜 外胸膜 橫膈膜 (diaphragm) 胸膜腔 (pleural cavity) 人的呼吸系統 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 1 -
構造 特徵 鼻孔 內有 (14), 能過濾空氣中較大的塵埃 鼻腔 內壁有黏液分泌細胞 (mucus-secreting cell), 能分泌 (15), 把塵埃和細菌黏着, 並使吸入的空氣變得濕潤內壁有纖毛上皮細胞 (ciliated epithelial cell), 細胞上的 (16) (cilium) 能擺動, 把黏液掃向咽內壁滿佈微血管, 血管內的血液能暖化吸入的空氣 咽 呼吸系統與消化系統的交匯處 會厭 在 (17) 時覆蓋着喉, 避免食物進入氣管, 引致窒息 喉 氣管 支氣管 由 (18) 組成內有聲帶, 能振動產生聲音由 (19) 軟骨支撐內壁有黏液分泌細胞和纖毛上皮細胞, 並滿佈微血管由環形軟骨支撐內壁有黏液分泌細胞和纖毛上皮細胞, 並滿佈微血管 肺 主要由小支氣管和氣囊組成 小支氣管 沒有軟骨支撐 較大的小支氣管內壁有黏液分泌細胞和纖毛上皮細胞 氣囊 提供很大的呼吸表面 被 (20) 網包圍 肋骨 與 (21) 和脊柱組成肋骨籃 (rib cage), 保護肺 肋間肌 胸膜 位於肋骨之間參與呼吸的過程包圍肺分泌 (22) (pleural fluid) 胸膜腔 內有胸膜液, 發揮 (23) 的作用, 減少呼吸時的摩擦 橫膈膜 位於肋骨籃底部的一塊肌肉 參與呼吸的過程 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 2 -
空氣從外界經呼吸道進入肺的途徑 : 鼻腔 (24) 喉 (25) 支氣管 肺內的小支氣管 肺內的 (26) 參閱 實驗 7.1 檢視哺乳動物的呼吸系統 ( 課本 1B,p. 7-4; 校本評核實驗作業 1B,p. 7-1) 實驗 7.2 檢視豬肺 ( 課本 1B,p. 7-9; 校本評核實驗作業 1B,p. 7-4) 7.2 氣囊內的氣體交換 ( 課本 1B,p. 7-10) A 氣體交換怎樣在氣囊內進行?( 課本 1B,p. 7-10) 從肺動脈流過來的血液 紅血細胞 氧 二氧化碳 薄水膜 上皮 ( 由一層細胞組成 ) 血液流向肺靜脈 氧從氣囊進入血液 1 吸入空氣進入氣囊 2 吸入空氣中的氧 (1) 於氣囊內壁表面的薄水膜中 3 由於薄水膜的氧濃度較血液 (2) ( 低 / 高 ), 氧會穿過氣囊壁和微血管壁, 二氧化碳從血液進入氣囊 1 血液的二氣化碳濃度較氣囊內壁表面的薄水膜 (4) ( 低 / 高 ), 因此二氧化碳會穿過微血管壁和氣囊壁, 擴散入氣囊內的空氣中 2 二氧化碳隨呼出空氣離開身體 (3) 入血液 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 3 -
B 氣囊有哪些適應氣體交換的特徵?( 課本 1B,p. 7-11) 氣囊數量很多 特徵 氣囊壁很薄 ( 只由 適應方式 增加呼吸表面的 (5), 加快氣體擴散 縮短氣體擴散的距離 (6) 上皮細胞組成 ) 氣囊內壁有 (7) 氣囊被大量微血管包圍 讓氣體先溶解於薄水膜中, 然後藉擴散穿過氣囊壁 呼吸氣體可迅速地運往及運離氣囊, 使氣囊與血液 之間保持陡峭的氣體 (8) 梯度 氣囊壁緊貼着微血管 縮短氣體擴散的 (9) C 吸入空氣和呼出空氣成分有甚麼分別?( 課本 1B,p. 7-12) 吸入空氣呼出空氣成分差別的原因 在氣體交換的過程中, 吸入空氣中的氧 氧 21% 16% 從氣囊擴散入血液 體細胞使用氧進行 (10) 體細胞進行呼吸作用時, 會產生二氧 二氧化碳 0.03% 4% 化碳 二氧化碳在氣體交換過程中從 血液擴散入氣囊 (11) 78% 78% 體細胞不會使用氮, 也不會產生氮 呼吸道內膜的 (12) 和 水汽不定飽和 氣囊表面的薄水膜使吸入空氣變得 濕潤 其他氣體 1% 1% 體細胞不會使用這些氣體, 也不會產生 這些氣體 呼出空氣較吸入空氣溫暖, 因為鼻腔內壁的 (13) 內的血液會釋出 熱, 使呼出空氣變暖 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 4 -
參閱 實驗 7.3 檢視哺乳動物的氣囊 ( 課本 1B,p. 7-12; 校本評核實驗作業 1B,p. 7-8) 實驗 7.4 比較吸入空氣和呼出空氣的氧含量 ( 課本 1B,p. 7-12; 校本評核實驗作業 1B,p. 7-10) 實驗 7.5 比較吸入空氣和呼出空氣的二氧化碳含量 ( 課本 1B,p. 7-13; 校本評核實驗作業 1B,p. 7-12) 7.3 呼吸氣體的轉運 ( 課本 1B,p. 7-16) A 氧的轉運 ( 課本 1B,p. 7-16) 在血液內, 氧主要由 (1) 運送 紅血細胞的電腦繪圖 紅血細胞適應運送氧的特徵 : 特徵 適應方式 I 載有大量血紅蛋白 a 縮短氧進出紅血細胞內層的距離, 使氧能更快 (haemoglobin) 與血紅蛋白結合, 也能更快離開紅血細胞 II 呈雙凹圓盤狀 b 騰出更多空間以容納更多血紅蛋白 III 成熟後沒有細胞核 c 大大增加紅血細胞的表面積與體積比, 使氧能 更快速地擴散進出細胞 d 容許紅血細胞攜帶大量氧 I: (2) II: (3) & (4) III: (5) 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 5 -
氧從氣囊進入血液 吸入空氣 氧 氣囊 血紅蛋白 + 氧氧合血紅蛋白微血管 紅血細胞 血液流動的方向 1 肺內的空氣不斷被新鮮空氣取代, 因此氣囊中的氧濃度 (6) ( 低 / 高 ) 2 氣囊內的氧擴散進入紅血細胞 3 氧與血紅蛋白結合, 形成 (7) 氧合血紅蛋白使血液呈鮮紅色 血紅蛋白 + 氧 氧合血紅蛋白 4 紅血細胞運送氧合血紅蛋白到身體的各個組織 氧從血液進入體細胞 體細胞 氧合血紅蛋白血紅蛋白 + 氧微血管 紅血細胞 血液流動的方向 1 組織中的體細胞不斷消耗氧來進行呼吸作用, 因此組織中的氧濃度 (8) ( 低 / 高 ) 2 紅血細胞中的氧合血紅蛋白分解, 釋出血紅蛋白和氧 氧合血紅蛋白 血紅蛋白 + 氧 3 氧擴散進入體細胞 此時血液呈紫紅色 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 6 -
B 二氧化碳的轉運 ( 課本 1B,p. 7-18) 二氧化碳從體細胞進入血液 體細胞 血漿 酶 CO 2 + H 2 O H + + HCO 3 HCO 3 微血管 紅血細胞 血液流動的方向 1 組織中的體細胞不斷進行呼吸作用, 產生二氧化碳, 因此組織中的二氧化碳 濃度 (9) ( 低 / 高 ) 2 大部分二氧化碳擴散進入紅血細胞, 與 (10) 產生化學反應, 生成 (11) 酶二氧化碳 + 水氫離子 (H + ) + 碳酸氫鹽離子 (HCO 3 ) 3 碳酸氫鹽離子擴散離開紅血細胞, 由 (12) 運送到氣囊 二氧化碳從血液進入氣囊 呼出 CO 2 氣囊 HCO 3 紅血細胞 HCO 3 + H + 酶 CO 2 + H 2 O 血漿血液流動的方向 微血管 1 呼氣時, 二氧化碳不斷從氣囊離開身體, 因此氣囊中的二氧化碳濃度 (13) ( 低 / 高 ) 2 血漿內的碳酸氫鹽離子進入紅血細胞, 並分解成二氧化碳和水 碳酸氫鹽離子 (HCO 3 ) + 氫離子 (H + ) 酶 二氧化碳 + 水 3 二氧化碳擴散進入血漿, 然後進入氣囊, 最後呼出體外 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 7 -
7.4 換氣的機制 ( 課本 1B,p. 7-20) 人類必須進行換氣 (ventilation), 把新鮮空氣帶進肺, 以維持氣囊的高 (1) 含量, 同時從肺運走 (2) 換氣包括 (3) (inhalation) 和 (4) (exhalation) 兩個 過程 吸氣 呼氣 空氣流動方向 空氣流動方向 肋骨籃移動方向 肋骨籃移動方向 肋間肌 橫膈膜移動方向 (5) ( 收縮 / 放鬆 ) 橫膈膜移動方向 (13) ( 收縮 / 放鬆 ) 肋骨籃 (6) ( 向上 / 向下 ) 和 (7) ( 向內 / 向外 ) 移動 (14) ( 向上 / 向下 ) 和 (15) ( 向內 / 向外 ) 移動 橫膈膜肌肉橫膈膜胸腔的體積肺的體積肺內的氣壓 (8) ( 收縮 / 放鬆 ) (9) ( 回復拱形 / 拉平 ) (10) ( 增加 / 減小 ) (11) ( 增加 / 減小 ) (12) ( 低 / 高 ) 於大氣壓力 (16) ( 收縮 / 放鬆 ) (17) ( 回復拱形 / 拉平 ) (18) ( 增加 / 減小 ) (19) ( 增加 / 減小 ) (20) ( 低 / 高 ) 於大氣壓力 空氣流動進入肺內排出肺外 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 8 -
呼吸時, 肺的體積和肺內的氣壓會出現週期性的變化 吸氣和呼氣時肺體積的變化 : (21) ( 吸氣 / 呼氣 ) 肺的體積 (22) ( 吸氣 / 呼氣 ) 0 2 4 6 時間 ( 秒 ) 吸氣和呼氣時肺內氣壓的變化 : (23) ( 吸氣 / 呼氣 ) 肺內的氣壓 (24) ( 吸氣 / 呼氣 ) 大氣壓力 0 2 4 6 時間 ( 秒 ) 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 9 -
(25) 模型可用來模擬肋骨在吸氣和呼氣時的移動情況 在這個模型中, 垂直的棒代表脊柱和 (26), 水平的棒代表 (27), 橡皮帶則代表 (28) 吸氣 呼氣 2 肋骨向上和向外移動 2 肋骨向下和向內移動 1 肋間肌收縮 3 胸腔和肺的體積增加 3 胸腔和肺的體積減小 1 肋間肌放鬆 (29) 模型可用來模擬橫膈膜在吸氣和呼氣時的移動情況 在這個模型中, 橡皮膜代表 (30), 鐘形罩代表 (31), 氣球則代表 (32) 吸氣 4 空氣進入肺內 呼氣 4 空氣排出肺外 3 肺的體積增加 3 肺的體積減小 1 橫膈膜拉下 2 胸腔的體積增加, 而氣壓下降 1 橫膈膜向上推 2 胸腔的體積減小, 而氣壓增加 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 10 -
參考答案 第 7 章人體的氣體交換 7.1 1 呼吸作用 2 氧 3 二氧化碳 4 呼吸系統 5 運送系統 6 呼吸道 7 鼻孔 8 小支氣管 9 肋骨 10 會厭 11 喉 12 氣管 13 支氣管 14 鼻毛 15 黏液 16 纖毛 17 吞嚥 18 軟骨 19 C 形 20 微血管 21 胸骨 22 胸膜液 23 潤滑劑 24 咽 25 氣管 26 氣囊 7.2 1 溶解 2 高 3 擴散 4 高 5 表面積 6 一層 7 薄水膜 8 濃度 9 距離 10 呼吸作用 11 氮 12 黏液 13 微血管 7.3 1 紅血細胞 2 d 3 a / c 4 c / a 5 b 6 高 7 氧合血紅蛋白 8 低 9 高 10 水 11 碳酸氫鹽離子 12 血漿 13 低 7.4 1 氧 2 二氧化碳 3 吸氣 4 呼氣 5 收縮 6 向上 7 向外 8 收縮 9 拉平 10 增加 11 增加 12 低 13 放鬆 14 向下 15 向內 16 放鬆 17 回復拱形 18 減小 19 減小 20 高 21 吸氣 22 呼氣 23 吸氣 24 呼氣 25 肋骨籃 26 胸骨 27 肋骨 28 肋間肌 29 鐘形罩 30 橫膈膜 31 胸壁 32 肺 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 11 -