呼吸

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  呼吸(respiration),生物从其生活的环境获得氧气和排出二氧化碳的气体交换过程。

动物呼吸

  呼吸是动物进行物质需氧代谢的一个重要生理活动。变形虫鞭毛虫原生动物水螅水母等低等多细胞动物,呼吸过程较简单,氧和二氧化碳直接在细胞膜上进行交换。随着动物的进化,呼吸过程逐渐复杂与完善起来,不但形成了专司获取氧气排出二氧化碳的呼吸器官,而且在体液中出现了呼吸色素。呼吸色素加强了体液运输氧和二氧化碳的能力,并使呼吸过程和体液循环系统紧密地结合起来。

  脊椎动物呼吸过程包括:①通过呼吸运动,呼吸器官从外环境中获得氧气,排出二氧化碳。②通过呼吸膜、呼吸器官和血液进行氧和二氧化碳交换。③通过血液循环系统,血液将氧送到各器官、组织,各器官产生的二氧化碳经血液运到呼吸器官。④细胞外液和细胞进行氧和二氧化碳的交换。

  无脊椎动物的呼吸过程形式多样。扁形动物环节动物无特殊的呼吸器官,皮肤实现外呼吸功能;昆虫发展了气管系统,氧可以直接经微气管到细胞,二氧化碳经气孔排出体外,血淋巴无运输氧和二氧化碳的作用;有些软体动物甲壳动物的呼吸过程与脊椎动物的类似。

  吸呼器官有肺、鳃、气管以及能实现气体交换的皮膜等。除这些主要的呼吸器官之外,还有一些附属的吸呼器官,如肺鱼的鱼鳔,青蛙的皮肤,泥鳅的肠等。呼吸色素分血红蛋白、血蓝蛋白、血绿蛋白以及血褐蛋白等。血红蛋白在动物界分布最广,血蓝蛋白次之,血绿蛋白仅限于多毛虫的数科。

  呼吸是动物生存的基本生理功能之一,它与动物所有器官都有不可分割的联系。呼吸也和体温调节、体液的pH调节以及水分调节相关,是维持内环境相对恒定的重要系统。节律性的呼吸运动受神经和体液因素的调节。

呼吸方式

  有以下4种:①皮膜呼吸,如水蛭、蚯蚓等。②气管呼吸,如昆虫。③鳃呼吸,如大多软体动物、甲壳动物和鱼类。④肺呼吸,如某些蛛形纲动物、蜗牛及两栖纲、爬行纲、鸟纲和哺乳纲动物。

血淋巴、血液运输气体的作用

  体液分细胞内液和细胞外液2种。细胞外液,在低等动物主要为血淋巴;而高等动物,包括血液和淋巴液。①对氧的运输。氧在血淋巴或血液中的物理性溶解,其量甚微。血淋巴和血液携带氧气主要是靠呼吸色素。动物界的呼吸色素有血红蛋白、血蓝蛋白、血绿蛋白以及血褐蛋白等。呼吸色素都能和氧作可逆性的结合,与氧结合的程度由氧分压的高、低而定。②对二氧化碳的运输。血液和血淋巴对二氧化碳,主要以碳酸氧根的形式运输。CO2在血液和血淋巴中的物理性溶解,其量也是很少的。CO2进到血液或血淋巴以后就和水起作用,然后离解成H+和HCO-3。

  呼吸色素都含蛋白质成分,构成蛋白质的某些氨基酸上的氨基也能与CO2作可逆性结合。血液、血淋巴和CO2结合的程度,主要决定于CO2的分压。

呼吸运动的调节

  呼吸是一种节律性运动:呼与吸交替进行,周而复始。呼吸的频率与幅度随动物活动的情况而改变,所以它又是一种受调节的活动。产生呼吸节律的神经元位于延髓,分吸气中枢和呼气中枢。吸气神经元能自动地发放节律性冲动。冲动传至脊髓前角运动神经元,引起吸气肌的收缩,产生吸气动作。呼气神经元的兴奋产生呼气动作。延髓的呼吸中枢是产生呼吸基本节律的部位,但它受高级神经中枢的调节。脑干分段横切的实验表明:脑桥中部和下部有加强吸气作用,存在长吸中枢;脑桥上部对长吸中枢有抑制作用,存在呼吸调整中枢。

  呼吸还有2种反射性调节:

  ①化学感受器反射。在延髓腹外侧接近第九和第十对脑神经发出的区域,存在对PCO2变化敏感的化学感受器。因为它位于神经中枢的部位,所以叫做中枢性化学感受器。此区受CO2或酸的刺激后立即引起呼吸加强反应。外周化学感受器有颈动脉体和主动脉体。前者位于颈动脉窦上,通过窦神经和舌咽神经相联;后者位于主动脉弓上,和迷走神经相联。两者呈结节状,其内的球形细胞和神经末梢构成突触联系,递质为乙酰胆碱。它们对血液中PO2、PCO2、pH的变化敏感。当血液中O2浓度下降,CO2浓度升高,pH值变小时,就引起呼吸增强反应。动物的各种活动增多加强时,细胞的物质代谢增强,氧耗增加,CO2产生增多,体液内O2浓度下降,CO2含量增多,pH值变小。

  ②肺牵张反射。又称黑林-布罗伊尔二氏反射。当肺过度充盈时引起吸气抑制反应;当肺强力缩小时则引起吸气反应。前者叫肺充气反射,后者叫肺放气反射,二者总称为肺牵张反射。这反射由肺的牵张感受器受刺激而发生,通过迷走神经而实现。牵张感受器位于支气管和细支气管的平滑肌肌层中,动物在麻醉情况下,切断颈部两侧的迷走神经,引起呼吸频率变慢,呼吸幅度加大的反应。

植物呼吸

  植物呼吸是指植物在有氧条件下,将有机化合物氧化,产生CO2和水的过程。此过程中产生的能量可以部分地用于各种生命活动。植物组织在供氧不足或无氧时,其中的有机物可以部分分解,产生少量CO2并释放少量能量。这就是发酵作用,有时也称为无氧呼吸。与此相区别,氧气供应充分时的呼吸也称为有氧呼吸。三碳植物中的绿色部分,在光下以二磷酸核酮糖的氧化产物乙醇酸为底物,继续氧化,产生CO2,这个过程称为光呼吸。植物叶片扁而薄、气孔众多,与大气间气体交换方便,除沼泽植物如水稻有通气组织之外,没有肺鳃等呼吸器官。

  植物呼吸作用为除光合作用以外的各种生理活动提供能量,同时又与各类物质的代谢紧密相连。根据它在植物生活中的作用,可以粗略地分为建造呼吸(或生长呼吸)和维持呼吸。

  植物呼吸中碳水化合物分解产能的主要呼吸过程包括糖酵解、三羧酸循环(简称TCAC)、电子传递和氧化磷酸化4个步骤。另外,葡萄糖还可通过磷酸己糖途径被氧化。影响植物呼吸的环境因素主要有温度、大气成分、水分和光照等。