動物的基本生命過程：你身體裡奇妙的內在世界！
各位同學好！歡迎來到生物學中最引人入勝的課題之一。你有沒有想過，你吃的食物是如何轉化成能量，讓你能夠跑步、學習和玩樂？或者你吸入的空氣是如何到達你身體的每一個微小部位？這一章節就正正解答這些問題！我們將探索你的身體每秒鐘都在進行的不可思議的「幕後」工作，讓你保持生機勃勃。我們將會探討三個主要過程：營養（能量補給）、氣體交換（為獲取能量而呼吸）和運輸（身體的超級高速公路）。把你的身體想像成一台高科技機器，我們將要學習它的使用手冊。讓我們開始吧！
1. 人類營養：生命的燃料
首先，人類是異營生物。這是一個聽起來很學術的詞，但簡單來說，它就是指我們不能像植物那樣自己製造食物。我們必須進食才能獲取能量以及生長和修復所需的物質。我們吃什麼非常重要，這就是均衡飲食的關鍵所在。
菜單上有什麼？七大食物組別
均衡飲食是指攝取適量的不同種類食物，以維持身體健康。以下是主要的「主角」：
碳水化合物
功能：身體活動（從跑步到只是思考）的主要和最快速能量來源。
例子：米飯、麵包、麵條、馬鈴薯。
脂質（脂肪及油）
功能：豐富的儲存能量來源，提供絕緣作用以保暖，並保護心臟和腎臟等器官。
例子：牛油、食油、堅果、肥肉。
蛋白質
功能：對於生長和修復受損組織（例如割傷時）至關重要。它們也用於製造重要的化學物質，如酶和某些激素。
例子：肉類、魚類、雞蛋、豆類、豆腐。
維他命
功能：只需少量即可維持健康和預防疾病。每種維他命都有其特定功能。例如，維他命C有助傷口癒合，維他命D有助鈣質吸收。
例子：存在於水果和蔬菜中。
礦物質
功能：同樣只需少量即可維持身體各種功能。DSE課程中，你只需要知道兩個具體例子：
- 鈣：用於建立強壯的骨骼和牙齒。
- 鐵：紅血球中血紅蛋白的關鍵組成部分，負責運載氧氣。
例子：牛奶和豆腐含有鈣；紅肉和菠菜含有鐵。
膳食纖維
功能：這是植物中我們無法消化的部分。它的作用是通過刺激蠕動（肌肉收縮）幫助食物通過消化系統，從而防止便秘。
例子：蔬菜、水果、全穀物。
水
功能：對所有生命活動都至關重要！它作為化學反應的溶劑，幫助運輸物質，並調節體溫。
記得保持充足水分！
不斷變化的需求
你的飲食需求並非固定不變！它們會根據以下因素而改變：
- 年齡：青少年需要更多蛋白質和鈣質以促進生長。
- 活動水平：運動員比從事辦公室工作的人需要更多碳水化合物以獲取能量。
- 懷孕：孕婦需要更多蛋白質、鐵和鈣以供胎兒發育。
不當飲食可能導致健康問題，例如營養不良（攝取不足的營養素）或肥胖（攝取過多能量）。
消化之旅：從口腔到排出
消化是將大的、不溶的食物分子分解成小的、可溶的分子，以便吸收到血液中的過程。
快速回顧：兩種消化方式
1. 物理消化：將食物物理性地分解成較小的碎塊。比喻：將一大張紙撕成小碎片。這會增加酶的作用表面積。它通過咀嚼（咀嚼）和胃的攪拌來進行。
2. 化學消化：利用酶來分解食物分子中的化學鍵。比喻：利用化學物質溶解紙屑。
消化道——逐步導覽
1. 口腔（攝食）：食物從這裡進入！
- 物理消化：你的牙齒切割、撕裂和研磨食物（齒列和咀嚼）。
- 化學消化：唾液中含有澱粉酶，這種酶開始將澱粉（一種碳水化合物）分解成較小的糖。
2. 食道：一條連接口腔到胃的肌肉管。食物由稱為蠕動的肌肉收縮波推向下。即使你倒立，它也能運作！
3. 胃：
- 物理消化：胃壁攪拌和混合食物。
- 化學消化：胃釋放酸（殺死細菌並提供適當的pH值）和一種稱為蛋白酶的酶，開始消化蛋白質。
4. 小腸（主要活動場地！）：這是大部分消化和所有吸收發生的地方。
- 化學消化：來自胰臟和小腸壁的酶完成消化工作。
- 碳水化合物酶將碳水化合物分解成單醣（如葡萄糖）。
- 蛋白酶將蛋白質分解成胺基酸。
- 脂肪酶將脂質分解成脂肪酸和甘油。
- 肝臟和膽囊的作用：肝臟產生膽汁，膽汁儲存在膽囊中。膽汁將大的脂肪滴乳化成較小的脂肪滴，增加脂肪酶的作用表面積。（這是一種物理消化！）
吸收：將營養素送入體內
小腸在吸收方面設計得非常巧妙！
小腸的結構適應：
- 它很長：為吸收提供更多時間和表面積。
- 內壁有數百萬個稱為絨毛的微小指狀突起：這大大增加了表面積。想想一條平整的毛巾和一條有很多圈圈的毛巾——有圈圈的毛巾可以吸收更多水分！
- 絨毛壁只有單細胞厚度：這使得營養素進入血液的距離非常短。
- 每條絨毛都擁有豐富的微血管網和乳糜管：這維持了陡峭的濃度梯度，迅速將吸收的營養素運走。單醣和胺基酸進入血液；脂肪酸和甘油則進入乳糜管。
同化作用：利用食物
吸收後，血液將營養素運輸到肝臟，然後再運送至所有身體細胞。同化作用是細胞利用這些已吸收食物分子的過程。
- 葡萄糖用於呼吸作用以提供能量。
- 胺基酸用於構建新蛋白質。
- 脂肪酸和甘油用於提供能量或儲存為脂肪。
肝臟是身體的萬能處理中心！它將過多的葡萄糖轉化為肝醣儲存起來，處理胺基酸，並為血液解毒。
5. 大腸：這裡的主要作用是從未消化食物中吸收水分，將其轉化為固體廢物，稱為糞便。
6. 直腸和肛門（排遺）：糞便儲存在直腸中，然後通過肛門從體內排出。這個過程稱為排遺。
常見錯誤警報！
不要混淆排遺（排出未消化的糞便）和排泄（排出新陳代謝廢物，如尿液或二氧化碳）。它們是不同的過程！
重點總結：營養
我們攝取均衡飲食以獲取能量和建構身體所需的物質。消化系統（消化道）利用物理消化和化學消化來分解食物。小腸經過特殊適應，能夠吸收這些營養素，然後被我們的身體細胞同化（利用）。
2. 人體氣體交換：生命之息
好了，我們有了燃料（營養素），但要從這些燃料中釋放能量，我們需要氧氣。這就是呼吸系統登場的地方。它的作用是將空氣中的氧氣帶入血液，並將血液中的廢物二氧化碳排出到空氣中。
空氣的路徑
空氣通過一系列管道到達肺部：
鼻腔 → 氣管 → 支氣管（每邊肺一個） → 細支氣管（較小的管道） → 肺泡（氣囊）
氣管和支氣管內壁有纖毛和黏液，用於捕捉灰塵和細菌，保持肺部清潔。
呼吸（換氣）機制
如果一開始覺得這個有點難，不用擔心！這只是關於改變你胸腔內的壓力。空氣總是從高壓區流向低壓區。
吸氣（吸入——一個主動過程）
- 橫膈膜（肺部下方的一塊肌肉）收縮並變平。
- 肋間肌（肋骨之間）收縮，將肋骨架向上和向外拉動。
- 這些動作增加了胸腔的體積。
- 體積增加降低了肺部的壓力，使其低於大氣壓力。
- 空氣湧入肺部以平衡壓力。
呼氣（呼出——一個被動過程）
- 橫膈膜放鬆並向上拱起。
- 肋間肌放鬆，讓肋骨架向下和向內回落。
- 這些動作減小了胸腔的體積。
- 體積減小增加了肺部的壓力，使其高於大氣壓力。
- 空氣被擠出肺部。
交換地點：肺泡（氣囊）
這就是奇妙之處！肺部和血液之間的真正氣體交換發生在數百萬個稱為肺泡的微小氣囊中。它們透過擴散作用進行高效的氣體交換。
肺泡的適應：
- 巨大的表面積：有數百萬個肺泡，提供的總表面積大約有一個網球場那麼大！
- 薄壁：肺泡和周圍的微血管都只有單細胞厚度，形成非常短的擴散路徑。
- 濕潤表面：氧氣在擴散穿過膜之前，會先溶解在這種濕氣中。
- 良好的血液供應：密集的微血管網不斷將氧氣運走，維持了陡峭的濃度梯度，有利於擴散作用。
血液中的氣體運輸
一旦進入血液，氧氣會與紅血球中的血紅蛋白結合，然後被運送到全身。二氧化碳作為細胞產生的廢物，主要以溶於血漿的形式運回肺部，然後被呼出。
你知道嗎？
呼吸和呼吸作用不一樣！呼吸（或換氣）是空氣進出肺部的物理行為。呼吸作用是你細胞內使用氧氣分解葡萄糖並釋放能量的化學反應。
重點總結：氣體交換
呼吸由橫膈膜和肋間肌控制，它們改變你胸腔內的壓力。氣體交換發生在肺泡中，肺泡經過完美適應，能夠讓氧氣快速擴散進入血液，二氧化碳快速擴散離開血液。
3. 人體運輸：身體的運送服務
好了，我們血液中有了營養素和氧氣。那麼，我們如何將它們運送到身體的每一個細胞，從你的大腦到你的大腳趾呢？我們需要一個運輸系統！把它想像成一個城市的道路網絡，負責運送物資和清除廢物。
系統的組成部分
我們的運輸系統包括循環系統和淋巴系統。主要的運輸介質是血液。
血液：生命之河
血液有四個主要組成部分：
- 血漿：呈淡黃色的液體部分。它運輸溶解的物質，如葡萄糖、胺基酸、二氧化碳和激素。
- 紅血球：負責運載氧氣。它們含有血紅蛋白，血紅蛋白使血液呈紅色。
- 白血球：免疫系統的一部分，它們保護身體免受病原體侵害。
- 血小板：微小的細胞碎片，有助於傷口處的血液凝固。
組織液：血液與細胞之間的連結
這是一個非常重要的概念！你的身體細胞並非直接與血液接觸。相反，它們浸浴在一種稱為組織液的液體中。這種液體充當所有物質交換的中間人。
組織液如何形成和回流
讓我們一步一步分解這個過程。想像一個微小的微血管旁邊就是一個身體細胞。
- 在微血管的起始端（小動脈端），血壓較高。
- 這種高壓迫使水狀血漿從微血管壁的微小間隙中滲出。紅血球和大型蛋白質分子過大，無法離開。
- 這種滲出的液體現在稱為組織液。它環繞著身體細胞。
- 物質交換就在這裡發生！氧氣和營養素從組織液擴散進入身體細胞。二氧化碳和其他廢物則從身體細胞擴散進入組織液。
- 在微血管的末端（小靜脈端），血壓顯著降低。大部分組織液通過滲透作用回流到微血管中。
- 那剩下的呢？並非所有組織液都回流到血液中。多餘的部分由一個獨立的血管網絡——稱為淋巴系統——收集。
淋巴系統
一旦組織液進入淋巴管，它就被稱為淋巴。淋巴系統像一個排水系統，收集這些多餘的液體，最終將其回流到循環系統的血液中。這是一條通往血液的單向通道！
快速回顧：三種體液
血液：包含在血管內。運輸所有物質。
組織液：環繞著身體細胞。它是物質交換的場所。
淋巴：在淋巴管中收集的多餘組織液。
它們都相互連接：血液中的血漿成為組織液，多餘的組織液成為淋巴，而淋巴最終回流到血液中！
重點總結：運輸
循環系統利用血液在體內運輸物質。組織液是由血漿從微血管滲出而形成的，對於血液和身體細胞之間的物質交換至關重要。淋巴系統則排出多餘的組織液（以淋巴的形式），並將其回流到血液中。