體育 | 呼吸系統

歡迎來到呼吸系統的世界！

各位未來的運動員和體育學者們，大家好！如果你覺得人體這個課題有點困難，別擔心！我們會將呼吸系統——這個為你的身體提供表現所需燃料的「引擎」——逐一拆解，讓你輕鬆掌握。

想想看，當你衝刺或進行一場激烈的比賽時，你需要大量的能量，而這些能量的產生完全依賴於一件事：氧氣！本章將解釋你的身體如何吸入氧氣，並排出廢物（二氧化碳）。深入了解這個過程對於將你的表現最大化並有效訓練至關重要。讓我們一起深入探索吧！

快速溫習：我們為什麼要呼吸？

我們呼吸是為了維持有氧呼吸，這是我們的細胞（特別是肌肉細胞）利用氧氣產生ATP（能量）的方式。沒有氧氣 = 能量減少 = 表現不佳！

第一節：結構——空氣通道

呼吸系統就像一個輸送管道系統，將外界空氣直接輸送到肺部的小氣囊中，在那裡進行氣體交換。

讓我們一步步跟隨空氣的旅程：

1. 鼻腔／口腔：空氣進入。鼻腔會過濾、溫暖和濕潤空氣——這是一個關鍵的保護步驟！
2. 咽和喉：連接口腔／鼻腔到氣管的通道。
3. 氣管：一條由C形軟骨環支撐的堅固管道。
4. 支氣管：氣管分為兩條主要管道，左支氣管和右支氣管，分別通向左右肺。
5. 細支氣管：支氣管再分支成數以千計更小的管道，就像樹枝一樣。
6. 肺泡（氣囊）：這是空氣的最終目的地。細支氣管的末端是數百萬個微小、薄壁的氣囊，周圍環繞著密集的血管網絡，稱為微血管。這裡就是氣體交換的場所。

類比時間！

想像一下你的呼吸系統是一個主要的高速公路網絡：
氣管是主要道路。
支氣管是主要出口斜道。
細支氣管是城市裡的小街道。
肺泡是微小的停車場，在這裡進行貨物（氧氣）的遞送和廢物（二氧化碳）的提取！

第二節：主要任務——擴散作用進行氣體交換

這是體能活動最關鍵的功能。氧氣是如何從空氣中進入你的血液，而二氧化碳又是如何離開的呢？答案就是擴散作用。

擴散作用簡單解釋

擴散作用是物質（如氣體）從高濃度區域自然移動到低濃度區域的過程。這就像你打開一瓶香水——氣味會自然地在房間裡散開，直到均勻分佈。

肺泡的交換過程

肺泡和周圍的微血管壁非常薄，讓氣體可以輕鬆穿過。

步驟1：氧氣攝取（氧氣進入血液）

• 當你吸氣時，肺泡內的空氣氧氣濃度非常高。
• 從身體各處（經由微血管）抵達的血液氧氣濃度較低（這是「缺氧」的血液）。
• 由於濃度梯度，氧氣會迅速穿過肺泡壁和微血管壁，附著在紅血球上。

步驟2：二氧化碳排出（二氧化碳離開血液）

• 從身體各處抵達的血液攜帶大量在能量消耗（呼吸作用）過程中產生的廢物二氧化碳。
• 肺泡內的空氣二氧化碳濃度較低（因為我們剛吸入了新鮮空氣）。
• 二氧化碳會迅速從血液擴散到肺泡中，準備被呼出體外。

重點整理：呼吸將氧氣帶入肺部，而濃度差異迫使氧氣進入血液。呼吸也由於其自身的濃度差異，讓二氧化碳離開血液。

第三節：呼吸機制

為了讓空氣進出，你的身體並不是簡單地打開一個活門；它利用肌肉動作來改變胸腔的容積和壓力。這通常稱為通氣作用。

呼吸的主要肌肉

涉及呼吸的兩個主要肌肉群是：

• 橫膈膜：位於肺部下方、呈圓頂狀的強壯肌肉。它將胸腔和腹腔分隔開來。
• 肋間肌：位於肋骨之間的肌肉。
  • 外肋間肌：用於將肋骨向上和向外拉。
  • 內肋間肌：主要用於將肋骨向下和向內拉（主要在用力呼吸時）。

1. 吸氣

吸氣通常是一個主動過程，需要肌肉收縮。

1. 橫膈膜收縮並向下移動（它會變平）。
2. 外肋間肌收縮，將肋骨向上和向外拉動。
3. 這些動作會大幅增加胸腔的容積。
4. 隨著容積增加，肺內的氣壓下降（變得比外界大氣壓低）。
5. 空氣從外界較高壓力的區域湧入，直到壓力均衡。

吸氣記憶法：

當你吸氣 (IN) 時，容積增大 (INCREASES) 並且肋骨向外 (OUT) 移動。

2. 呼氣

在正常休息時的呼氣通常是一個被動過程（它不需要能量／肌肉收縮），因為它依賴於肺部的彈性回縮。

1. 橫膈膜放鬆並向上移動（恢復到其圓頂形狀）。
2. 外肋間肌放鬆，讓肋骨向下和向內移動。
3. 這些動作會減少胸腔的容積。
4. 隨著容積減少，肺內的氣壓上升（變得比外界大氣壓高）。
5. 空氣被擠壓出去，直到壓力均衡。

用力呼吸（運動期間）

當你跑步或進行劇烈運動時，你需要更快、更有力地呼氣。此時呼氣成為一個主動過程：

• 內肋間肌劇烈收縮，更快地將肋骨向下拉。
• 腹肌也收縮，進一步將腹部內容物（以及橫膈膜）向上推，迫使更多空氣排出。

第四節：與表現相關的肺容積

在體育科中，我們需要測量肺部能夠處理的空氣量，因為這個容量直接影響運動耐力。我們將探討不同的容積：

1. 潮氣量 (TV)

定義：在正常、平靜呼吸（休息時）期間吸入或呼出的空氣量。

例子：當你坐著學習時，進出肺部的空氣量就是你的潮氣量（成人通常約0.5公升）。

與體育科的相關性：運動期間，你的身體需要更多氧氣。因此，潮氣量會顯著增加——你會進行更深的呼吸。

2. 肺活量 (VC)

定義：一次呼吸中可以交換的最大空氣量（你能盡可能吸入的最大一口氣，然後再盡可能用力呼出的最大一口氣）。

$$VC = TV + IRV + ERV$$ （IRV = 吸氣儲備量，ERV = 呼氣儲備量，但在體育科中，你只需要知道肺活量的定義即可。）

與體育科的相關性：較大的肺活量對耐力型運動員（如長跑運動員和游泳運動員）很有益，因為它允許每次呼吸交換更多的氣體，從而延遲疲勞。雖然訓練可以強化呼吸肌肉，但肺活量主要由基因和身體大小決定。

3. 餘氣量 (RV)

定義：即使在最用力呼氣之後，仍始終保留在肺部的空氣量。

你知道嗎？餘氣量確保肺泡永遠不會完全塌陷，並允許兩次呼吸之間持續進行氣體交換。

與體育科的相關性：餘氣量通常是固定的，不能用於氣體交換。雖然健康的肺部有特定的餘氣量，但某些肺部疾病可能會增加餘氣量，使新鮮空氣更難進入肺部。