Physiologie II – Atmung Teil III
引言
呼吸系統是生物體用以攝取氧氣及排放二氧化碳的機制，對生存至關重要。深入了解呼吸系統的功能、構造及調控方式，有助於更深入認識人體的生理學。
呼吸的形態學基礎
呼吸系統的基本結構包括鼻腔、咽喉、氣管及肺部。這些結構協同作用，確保氧氣的高效攝取與二氧化碳的排放。
通氣與肺容量
肺容量是指肺部在呼吸過程中所能容納的空氣量，包括潮氣量、功能殘氣量等多種容量。不同容量的組合影響著呼吸的效率與健康狀況。
肺部氣體交換
在肺泡內，氧氣通過擴散進入血液，而血液中的二氧化碳則被排出至肺泡內，最終隨呼氣排出體外，這一過程對於維持血氧與二氧化碳的平衡至關重要。
血液中的氣體運輸
在血液中，氣體的運輸可分為物理運輸和化學運輸。約98%的氧氣是通過與血紅蛋白結合來進行運輸的。
組織中的氧氣釋放與組織通氣
氧氣沿著毛細血管擴散至細胞，供應細胞進行代謝所需，並將代謝產生的二氧化碳排出體外。
呼吸調節
呼吸受化學感受器的控制，這些感受器能夠檢測血液中的氧氣與二氧化碳水平，並調節呼吸的頻率與深度以維持內部環境的穩定。
灌注與性能調適
身體在運動或其他活動狀態下，會根據需求調整不同組織的血流，以確保氧氣供應充足並排放二氧化碳。
診斷與肺功能測試
藉由肺功能測試，可以評估呼吸系統的健康情況，常見的測試包括肺活量分析與氣流速率測試。
肺部防禦機制
肺部具備多種防禦機制，以對抗感染與環境中的污染物，例如纖毛運動與粘液分泌能有效清除入侵者。
特定物種的呼吸特點
不同物種的呼吸系統適應性各異，例如鳥類擁有氣囊結構，這使其呼吸效率顯著高於其他物種。
血液中的氣體運輸
呼吸氣體的組成
吸入空氣：
氮氣：78%
氧氣：21%
稀有氣體、氫氣：0.96%
二氧化碳：0.04%
呼氣氣體組合：
氮氣：78%
氧氣：17%
稀有氣體、氫氣：0.96%
二氧化碳：4.04%
部分氣壓
空氣中的O2部分氣壓：160 mmHg (21 kPa)
細胞內液中的O2部分氣壓：5 mmHg (0.7 kPa)
空氣中的CO2部分氣壓：0.3 mmHg (0.04 kPa)
細胞內液中的CO2部分氣壓：40-60 mmHg (5.3-8 kPa)
物理性運輸
溶解的氧氣 (<2%)：依據亨利定律進行計算，乘以肺泡的部分氣壓以得到氧氣溶解量。
化學運輸
超過98%的氧與血紅蛋白結合形成穩定的氧血紅蛋白複合物，數量上每個血紅蛋白分子可結合最多四個氧分子。
氣體的擴散
菲克擴散法則提供了氣體在生物膜之間擴散的數學模型，解釋了氣體交換的基本過程。
血紅蛋白的功能
血紅蛋白除了運輸氧氣外，還對二氧化碳進行運輸，並幫助調節血液的酸鹼平衡。
組織中的釋放，組織通氣
氣體交換的機制
氧氣沿著毛細血管中的部分氣壓梯度擴散至線粒體，以供養細胞代謝所需。
O2供應的擾動
當組織缺氧時，可能因多種因素所導致，諸如器官灌注不足、動脈血氧分壓降低等。
呼吸調節
控制機制
由中央與外周的化學感受器來監控及調整呼吸，以達到氣體平衡。
化學感受器
包括位於延腦的中央感受器和位於頸動脈及主動脈的外周感受器，這些感受器對血氧與二氧化碳的變化反應靈敏。
對低氧的適應
身體在面對低氧環境時，最初會增加呼吸速率，隨後調整化學敏感性與紅血球的生成，以應對不同的環境挑戰，這對於高海拔活動及體力運動尤其重要。