歡迎來到心肺系統！

在本章中，我們將探索你的身體如何獲取運動所需的「燃料」（氧氣），以及如何排出運動時產生的「廢氣」（二氧化碳）。你可以把心肺系統想像成一項高速物流服務。肺部是裝卸碼頭，負責接收氧氣；而心臟則是強大的泵，負責將運貨卡車（血液）送到身體各處。理解這些概念對於體育科（PE）至關重要，因為它解釋了為什麼我們運動時會喘不過氣，以及為什麼我們的心跳會加快！

1. 呼吸系統：空氣的傳輸路徑

當你吸氣時，空氣會經過一條特定的「單行道」進入血液。你需要準確記住這個順序：

1. 口/鼻：空氣由此進入，並被加溫和過濾。
2. 氣管 (Trachea)：主要的管道，將空氣向下傳輸。
3. 支氣管 (Bronchi)：氣管分叉成兩條管道（每側肺部一條）。
4. 細支氣管 (Bronchioles)：像樹枝一樣擴散開來的小分枝。
5. 肺泡 (Alveoli)：位於最末端的微小氣囊，是「奇蹟」發生的場所。

記憶小撇步： 使用這句口訣 「My Teacher Believes Biology is Awesome」 來記住順序：Mouth（口）、Trachea（氣管）、Bronchi（支氣管）、Bronchioles（細支氣管）、Alveoli（肺泡）。

快速複習： 路徑從口/鼻開始，在肺泡結束。只要記住它像樹枝越分越細，你就掌握了！

2. 氣體交換：大交換

氣體交換是指氧氣從肺部進入血液，而二氧化碳從血液進入肺部的過程。這一切都發生在肺泡中。

有助於氣體交換的肺泡特徵：

肺泡的結構設計極為完美，因為它們具有：
• 巨大的表面積：數以百萬計的肺泡提供了廣闊的空間供氣體移動。
• 潮濕且薄的壁：壁厚度只有一個細胞，因此氣體移動的距離很短（短擴散路徑）。
• 大量的微血管：肺泡被密集的微血管包裹著。
• 充足的血液供應：這確保了總是有血液準備好接收氧氣。

氣體是如何移動的？

氣體透過擴散作用 (Diffusion) 移動。簡單來說，就是從高濃度（含量多）的地方移動到低濃度（含量少）的地方。

• 氧氣在肺泡中的濃度高，在血液中的濃度低，因此它會移動進入血液。
• 二氧化碳在血液中的濃度高，在肺泡中的濃度低，因此它會移動進入肺部以便呼出。

你知道嗎？ 氧氣會「搭順風車」，附著在紅血球中的一種蛋白質上，稱為血紅素 (Haemoglobin)。當它們結合在一起時，稱為氧合血紅素 (Oxyhaemoglobin)。血紅素同時也負責將一部分二氧化碳從肌肉帶走！

重點總結： 氣體交換透過肺泡內的擴散作用進行，這是因為肺泡具有薄壁和巨大的血液供應量。

3. 呼吸機制

我們究竟是如何吸入和呼出空氣的？關鍵在於氣壓。當胸腔內的空間變大時，壓力會下降，空氣便會湧入！

靜止時的吸氣（吸入）：

1. 橫膈膜 (Diaphragm) 變平並向下移動。
2. 肋間肌 (Intercostal muscles) 收縮，拉動肋骨架向上向外擴張。
3. 這使胸腔變大，空氣隨之被吸入。

靜止時的呼氣（呼出）：

1. 橫膈膜放鬆並向上回彈成圓頂狀。
2. 肋間肌放鬆，肋骨架向下向內回落。
3. 這使胸腔變小，將空氣擠出。

運動時會有什麼變化？

當你在衝刺或踢足球時，身體需要更快速地吸入空氣。為了幫助肺部進一步擴張，我們使用了額外的肌肉：
• 吸氣時： 我們使用胸大肌和胸鎖乳突肌（在頸部）將肋骨抬得更高。
• 呼氣時： 腹肌收縮，將肋骨架更快地向下拉，從而更強有力地將空氣擠出。

常見錯誤： 別忘了靜止時的呼氣主要是「被動的」（肌肉僅是放鬆），但在運動時，它變成了「主動的」，因為腹肌會協助強制排氣。

4. 肺活量計描記圖：測量你的肺部

肺活量計是一種測量你呼吸氣量的儀器。你需要識別圖表上的這四種肺容量：

1. 潮氣量 (Tidal Volume)：正常呼吸時（靜止狀態）的氣量。
2. 補吸氣量 (Inspiratory Reserve Volume, IRV)：正常呼吸後，你可以額外用力吸入的氣量（想像在跳入泳池前深吸一口氣）。
3. 補呼氣量 (Expiratory Reserve Volume, ERV)：正常呼吸後，你可以額外用力呼出的氣量。
4. 餘氣量 (Residual Volume)：始終留在肺部的空氣，以防止肺部塌陷。

運動期間： 你的潮氣量會增加（呼吸變得更深），這意味著你的補氣量（IRV 和 ERV）會減少，因為你將這些「額外」的空間用於正常運動時的呼吸。

5. 血管：結構與功能

你的身體裡有三種主要的輸送「道路」：

• 動脈 (Arteries)：將血液從心臟運出。它們有厚而富彈性的壁，因為血液處於高壓狀態。
• 靜脈 (Veins)：將血液運回心臟。它們的壁較薄，並配有瓣膜以防止血液倒流。
• 微血管 (Capillaries)：進行氣體交換的微小血管。它們的壁只有一個細胞厚。

血液重分配（血管分流，Vascular Shunt）

運動時，你的身體會將更多的血液輸送到正在運作的肌肉，而減少輸送到胃部的血液。這是透過以下方式實現的：
1. 血管收縮 (Vasoconstriction)：血管變窄（收緊），以減少流向如腸胃等部位的血流量。
2. 血管舒張 (Vasodilation)：血管變寬（擴張），以增加流向正在運作的肌肉的血流量。

6. 心臟與心動週期

心臟分為四個腔室：心房 (Atria)（上方）和心室 (Ventricles)（下方）。記住：Atria 在上面（A 代表 Above），Ventricles 在下面（V 代表 Valley）。

心動週期：

• 舒張期 (Diastole)：心臟放鬆並充盈血液。
• 收縮期 (Systole)：心臟收縮並射出（擠出）血液。

血液路徑（旅程）：

1. 缺氧血從身體進入右心房。
2. 進入右心室。
3. 透過肺動脈泵送至肺部（獲取氧氣）。
4. 含氧血經由肺靜脈返回左心房。
5. 進入左心室。
6. 透過主動脈 (Aorta) 射出，輸送到全身。

類比： 主動脈就像離開心臟之城的「高速公路」，將新鮮的補給品運送到全身。

7. 心輸出量、每搏輸出量與心率

你需要了解這三個術語如何透過以下公式關聯：

\( Q = SV \times HR \)

• 心輸出量 (Cardiac Output, Q)：每分鐘泵出的血液總量。
• 每搏輸出量 (Stroke Volume, SV)：心臟每一次跳動泵出的血液量。
• 心率 (Heart Rate, HR)：每分鐘心跳的次數。

心率圖表：

當你觀察心率圖時，可能會發現心率在運動開始之前就已經上升。這稱為預期上升 (Anticipatory rise)，是由腎上腺素激發的。隨著運動強度的增加，心率也會隨之加快，以獲取更多氧氣送往肌肉。

核心總結： 在運動時為了提高你的心輸出量 (Q)，心臟會跳動得更快 (HR)，並且在每次搏動中擠出更多的血液 (SV)。