呼吸的過程是怎樣的？圖解3大階段，完整解析從肺部到細胞的精密之旅

呼吸，是我們賴以生存的本能，但你曾否想過，從吸入第一口氣到細胞獲得能量，當中經歷了怎樣複雜而精密的過程？這不僅是簡單的肺部擴張與收縮，而是一趟橫跨器官、血液與細胞的奇妙旅程。

本文將完整解析呼吸作用的三大核心階段：首先是發生在肺部的「外呼吸」，完成空氣與血液的氣體交換；接著是「氣體運輸」階段，由血液將氧氣護送到全身各處；最後是深入細胞的「內呼吸」，將氧氣轉化為維持生命的能量。我們將帶你一步步拆解這趟從宏觀到微觀的生命之旅，揭示身體如何高效地運作。

甚麼是呼吸過程？維持生命的基石

說起呼吸過程，這件事我們每分每秒都在做，但它遠比一呼一吸複雜得多。簡單來說，呼吸過程是我們身體一套精密的氣體交換系統，目的是為了將空氣中的氧氣帶入體內，並且將新陳代謝產生的二氧化碳排出體外。這不僅是維持生命的基礎，更是為身體每一個細胞提供能量的源頭。要了解呼吸的過程是怎樣的，我們可以把它想像成一個龐大而高效的物流系統，持續不斷地為身體運送必需品和清理廢物。

呼吸的兩大層面：外呼吸與內呼吸

整個呼吸過程可以清晰地分為兩個主要層面，它們在不同地點發生，卻又緊密相連。這兩個層面就是「外呼吸」和「內呼吸」。

外呼吸（External Respiration）是氣體交換的第一站，地點就在我們的肺部。當我們吸氣時，新鮮空氣進入肺部，氧氣會在這裡從肺泡穿透到血液中。同時，血液會將身體各處收集回來的二氧化碳卸載到肺泡，然後經由呼氣排出。這一步就像是物流中心的貨物裝卸區，完成了外界空氣與體內血液的氣體交換。

內呼吸（Internal Respiration）則是氣體交換的最終目的地，發生在我們身體深處的組織細胞層面。當載滿氧氣的血液流經全身時，它會將氧氣精準地「派送」給每一個需要能量的細胞。細胞接收氧氣後，會將代謝產生的廢物二氧化碳交還給血液。這一步確保了細胞能正常運作，是整個呼吸過程的終極目標。這兩個層面環環相扣，構成了我們賴以生存的完整呼吸循環。

第一階段：外呼吸（External Respiration）— 肺部氣體交換

整個呼吸過程的第一站，就是外呼吸。你可以將它想像成身體與外界空氣進行的第一次「握手」。這個階段的任務很直接，就是將新鮮的氧氣從空氣中帶入肺部，然後將體內產生的二氧化碳排出體外。想知道呼吸的過程是怎樣的嗎？一切都由肺部這個精密的交換站開始。整個交換分為兩個主要步驟：肺通氣和肺泡換氣。

肺通氣：驅動空氣進出的物理機制

肺部本身其實不會主動擴張或收縮，它更像一個氣球。真正驅動空氣進出的，是我們胸腔的物理運動，這個動作稱為「肺通氣」。簡單來說，就是透過改變胸腔的體積，製造出壓力差，讓空氣自然地流入或流出。

吸氣（Inhalation）：主動肌肉收縮過程

吸氣是一個主動的過程，需要肌肉用力。主要的功臣是橫膈膜和肋間肌。當你吸氣時，橫膈膜會收縮並向下移動，同時肋間肌會將肋骨向上向外提起。這兩個動作會讓你的胸腔體積變大。胸腔變大了，裡面的壓力就會下降，比外面的大氣壓力低，空氣就會順著這個壓力差被「吸」進肺部。

呼氣（Exhalation）：被動肌肉放鬆過程

平靜狀態下的呼氣，過程正好相反，而且是一個被動的放鬆過程。橫膈膜和肋間肌會放鬆，胸腔和肺部會因為自身的彈性而自然回縮。胸腔體積變小，裡面的壓力隨之升高，高於大氣壓力，於是肺部的空氣就被「擠」了出去。這個過程不需要額外消耗能量。

劇烈運動時的呼氣：轉為主動強化模式

不過，當你在做劇烈運動時，身體需要快速換氣，單靠被動放鬆就不夠快了。這時候，呼氣會轉變成一個主動過程。腹部的肌肉和一些肋間內肌會強力收縮，主動地將胸腔壓縮得更小、更快，從而用更大的力道將空氣排出，為下一次快速吸氣做好準備。

肺泡換氣：氧氣與二氧化碳的交換點

當空氣經過一連串的通道到達肺部深處，就來到了真正的氣體交換站—肺泡。肺通氣只是完成了「運輸」任務，將空氣送到門口。而肺泡換氣，才是氧氣進入血液，二氧化碳離開血液的關鍵一步。

肺泡的微觀結構：氣體交換的理想設計

肺泡的設計簡直是為了高效交換而生。想像一下，你的肺裡有數億個微小的氣囊，它們的總表面積加起來非常大。每個肺泡的壁都薄得只有一層細胞的厚度，而且外面被密密麻麻的微絲血管網絡像漁網一樣包裹著。這種結構大大縮短了氣體需要移動的距離，讓交換可以瞬間完成。

氣體擴散原理：由分壓差驅動

氣體交換的動力來自一個很基本的物理原理：擴散作用，由「分壓差」驅動。你可以把它理解成氣體的濃度差。肺泡裡的氧氣濃度（分壓）很高，而剛從身體循環回來的血液裡氧氣濃度很低，所以氧氣會自動從肺泡擴散到血液裡。反過來，血液裡的二氧化碳濃度很高，肺泡裡的很低，所以二氧化碳就會從血液擴散到肺泡，準備被呼出去。整個呼吸过程就像一條看不見的雙向高速公路，完全由濃度高低來指揮交通。

第二階段：氣體運輸 — 氧氣與二氧化碳的體內旅程

當空氣中的氧氣順利進入肺泡後，整個呼吸過程便進入了關鍵的第二階段：氣體運輸。你可以將這個階段想像成一個極其高效的體內物流系統。這個系統的任務，就是將新鮮的氧氣從肺部這個「中央倉庫」派送到全身每一個需要能量的細胞「客戶」手中，然後再將細胞產生的二氧化碳廢物回收，運回肺部等待排出。血液就是這個系統中負責運輸的載具，展開一趟氧氣與二氧化碳的體內奇妙旅程。

氧氣運輸：血紅蛋白的關鍵任務

氧氣其實不太容易溶解在血液的液體部分（血漿）中，單靠血漿運輸，效率非常低，遠遠無法滿足身體的需求。所以，身體派出了一個專門的「運輸專家」— 紅血球內的血紅蛋白。

血紅蛋白是一種含有鐵質的蛋白質，它對氧氣有很強的親和力。當紅血球流經肺部微絲血管時，肺泡中高濃度的氧氣會迅速與血紅蛋白結合，形成氧合血紅蛋白。這個結合過程效率極高，一個血紅蛋白分子可以攜帶四個氧分子。血液也因為充滿了氧合血紅蛋白而呈現鮮紅色。你可以把血紅蛋白看成一輛輛的士，在肺部這個繁忙的站點載滿氧氣「乘客」，然後沿著血管網絡，將它們準確地送往目的地。

二氧化碳運輸：移除代謝廢物的多重途狽

相對於氧氣的單一運輸模式，二氧化碳這位「乘客」的回家之路就顯得更加多元化。細胞在新陳代謝後會產生二氧化碳，它是一種酸性廢物，必須及時從體內清除。為了確保清除效率，身體設計了三條主要的運輸途徑，將二氧化碳從組織細胞運回肺部。

溶解於血漿

這是最直接的方法。一小部分的二氧化碳會直接溶解在血漿中運輸。這個方式很簡單，就像將少量砂糖溶解在水中一樣。不過，透過這個途徑運輸的二氧化碳只佔總量的大約7-10%，並不是主要的運輸方式。

與血紅蛋白結合

二氧化碳也可以搭上血紅蛋白這輛「的士」，不過它很識趣，不會跟氧氣搶同一個座位。二氧化碳會與血紅蛋白分子上的蛋白質部分結合，而不是與攜帶氧氣的血紅素部分結合，形成胺甲醯血紅蛋白。透過這種方式運輸的二氧化碳約佔總量的20-23%。

轉化為碳酸氫根離子（主要形式）

這才是二氧化碳運輸的「豪華專線」，也是最高效、最主要的方式，運輸量佔總量的70%左右。過程是這樣的：大部分二氧化碳會擴散進入紅血球，在紅血球內一種稱為碳酸酐酶的催化劑作用下，迅速與水結合，形成不穩定的碳酸。

碳酸隨即會分解成一個氫離子和一個碳酸氫根離子。之後，碳酸氫根離子會被交換出紅血球，進入血漿中隨血液流動。透過這種化學轉化，血液就能夠攜帶遠比直接溶解多得多的二氧化碳，同時還能幫助維持血液酸鹼度的穩定。當血液回到肺部時，整個化學反應會逆向進行，碳酸氫根離子會變回二氧化碳，然後擴散到肺泡中，準備被我們呼出體外。這就是呼吸的過程中，身體如何巧妙地處理代謝廢物。

第三階段：內呼吸（Internal Respiration）— 細胞能量的來源

當氧氣完成在血液中的旅程，呼吸過程就進入了最關鍵的第三階段：內呼吸。這個階段的場景從宏觀的肺部轉移到微觀的細胞層面，氧氣在這裡被真正利用，轉化為維持生命活動的能量，同時將代謝廢物二氧化碳回收，這正是整個呼吸的最終目的。

氧氣釋放：從血液精準送達組織細胞

載滿氧氣的血紅蛋白，隨著動脈血流到達身體各處的組織，例如你的肌肉、大腦或其他器官。這就像一隊滿載貨物的物流車隊抵達了目的地，接下來的任務就是精準地「卸貨」，將氧氣送到每一個需要它的細胞手上。

氧分壓的角色：觸發血紅蛋白釋放氧氣

這個精準卸貨的機制，關鍵在於「氧分壓」（Partial Pressure of Oxygen）的差異。身體組織細胞因為持續消耗氧氣來產生能量，所以細胞內部的氧分壓非常低。相反，剛從肺部來的動脈血，充滿了氧氣，氧分壓相對較高。當血液流經這些低氧區域時，巨大的分壓差距就成了一個訊號，觸發血紅蛋白改變結構，使其對氧氣的親和力下降，然後釋放出氧氣分子。氧氣於是順著壓力梯度，從高分壓的血液擴散到低分壓的組織細胞中，完成了這次重要的交接。

二氧化碳回收：由細胞源頭進入血液循環

細胞在利用氧氣進行新陳代謝、產生能量的同時，也會製造出副產物——二氧化碳。這些二氧化碳如果積聚在體內，會對身體造成不良影響，所以必須有效率地清除。血液在交出氧氣後，隨即展開回收二氧化碳的任務。

新陳代謝的副產物：二氧化碳的擴散

回收的原理同樣是基於分壓差。細胞內部因為不斷產生二氧化碳，導致其分壓遠高於剛剛卸下氧氣的血液。因此，二氧化碳會自動從高分壓的細胞擴散到低分壓的微絲血管血液中。進入血液後，二氧化碳會透過多種方式被運送，準備踏上返回肺部的旅程，最終在下一次呼氣時排出體外，完成一個完整的氣體交換循環。

呼吸過程的精密調控：從自動到意識

整個呼吸過程最奇妙的地方，在於它是一個可以全自動運行，同時又能被我們有意識地控制的生理系統。當我們專注工作或進入夢鄉時，身體會自動調節呼吸的節奏與深度，確保生命所需。然而，當我們需要說話、唱歌或進行閉氣練習時，又可以短暫地接管這個系統。這個雙重控制機制，完美地展示了人體設計的精密與智慧。

無意識控制：腦幹呼吸中樞的自動節律

我們之所以不需要時刻提醒自己呼吸，全賴於大腦深處的腦幹（brainstem），它就像一位永不休息的指揮官，默默地維持著呼吸的自動節律。這個控制中心確保了即使在我們完全沒有意識的情況下，呼吸的過程依然順暢進行。

延髓與橋腦的核心功能

腦幹中的延髓（medulla）與橋腦（pons）是這個自動指揮部的核心。延髓負責設定最基本的呼吸節奏，它會規律地發出神經訊號，指令橫膈膜等主要呼吸肌肉收縮，從而引發吸氣。訊號停止後，肌肉便會放鬆，引發呼氣。而橋腦的角色則像一位調節員，它會修飾並平滑延髓發出的訊號，讓吸氣與呼氣之間的轉換更加流暢，並根據身體狀況微調呼吸的深度與頻率。

赫-布反射：防止肺部過度擴張的保護機制

身體內置了一套精密的保護機制，稱為赫-布反射（Hering-Breuer reflex）。當我們深吸一口氣時，肺部會擴張，這個拉伸的動作會觸發肺組織中的牽張感受器。這些感受器會立即向腦幹發送一個「停止吸氣」的訊號，防止肺部因過度充氣而受損。這個反射就像一個安全閥，確保肺部在安全的範圍內運作。

化學感受器：監測血液成分的「感應器」

腦幹雖然能設定基本節奏，但它如何得知身體何時需要加快或減慢呼吸？答案在於遍布身體的化學感受器（chemoreceptors）。這些微小的「感應器」像哨兵一樣，時刻監測著血液中的化學成分，並將即時數據回報給腦幹，讓呼吸中樞能作出最準確的調節。

二氧化碳與pH值：最強的呼吸刺激信號

許多人以為驅使我們呼吸的主要動力是「缺氧」，但實際上，體內二氧化碳（CO2）的濃度才是最強的刺激信號。當我們運動或進行新陳代謝時，細胞會產生二氧化碳。二氧化碳溶解在血液中會形成碳酸，導致血液的pH值輕微下降（變得更酸）。位於腦幹的中樞化學感受器對這種微小的pH值變化極為敏感，一旦偵測到，便會立即指令呼吸加深加快，以排出多餘的二氧化碳，讓血液的酸鹼度恢復正常。

氧氣濃度：低氧狀態下的輔助監測

氧氣濃度的監測，則像是一個輔助或後備系統。位於頸動脈和主動脈的周邊化學感受器，主要負責監測血液中的氧氣水平。在正常情況下，它們的作用不大。但是，當身體處於嚴重缺氧的狀態時，例如在高海拔地區，這些感受器就會被啟動，向腦幹發出警報，刺激呼吸頻率增加，以盡力彌補氧氣的不足。

有意識的呼吸干預：能力與生理極限

除了自動調節，我們的大腦皮層（cerebral cortex）也賦予了我們有意識干預呼吸的能力。我們可以自主決定暫停呼吸、深呼吸或進行快速呼吸。這種能力讓我們可以完成游泳、吹奏樂器等複雜活動。不過，這種有意識的控制權是有限的，它始終受到生理極限的制約。

為何無法靠「閉氣」自殺？

當我們自願閉氣時，血液中的二氧化碳會不斷累積，pH值隨之下降。腦幹接收到的「呼吸」訊號會變得越來越強烈，產生一股難以抗拒的呼吸衝動。最終，這個來自腦幹的自動求生指令會壓倒來自大腦皮層的意志力，強制身體恢復呼吸。即使一個人意志力極強，閉氣至失去意識，腦幹這個自動駕駛系統也會立刻接管，讓呼吸自動重啟。

自願過度換氣的潛在風險

反過來，如果我們有意識地進行快速而深長的呼吸（過度換氣），會迅速排出體內大量的二氧化碳。這會導致血液中的二氧化碳濃度過低，pH值上升（血液偏鹼性）。這種化學失衡會引致血管收縮，減少腦部供血，並可能引發頭暈、視力模糊、手指或嘴唇麻痺刺痛等症狀，嚴重時甚至會導致短暫昏厥。這也說明了呼吸過程的精密平衡是何等重要。

呼吸過程常見問題解答 (FAQ)

了解了整個呼吸的過程是怎樣的之後，你可能會對一些日常情境中的呼吸變化感到好奇。這裏我們整理了幾個常見問題，用更生活化的方式，解答你在運動、甚至去旅行時可能遇到的呼吸疑問。

運動時，身體如何即時調整呼吸？

當你開始跑步或進行任何運動時，有沒有想過身體是如何知道要加快呼吸的？這其實是一套非常精密的自動調節系統。運動時，你的肌肉需要更多能量，所以它們會加速消耗氧氣，並且產生更多二氧化碳。血液中的化學感應器會立刻偵測到二氧化碳濃度的上升。這個信號會傳送到腦幹的呼吸中樞，它就像身體的「呼吸總指揮」。總指揮收到信號後，馬上就會下達指令，讓你的呼吸肌肉（例如橫膈膜和肋間肌）工作得更快、更深。這樣一來，呼吸的頻率和深度都增加了，身體就能夠更快地吸入新鮮氧氣，同時有效地排走多餘的二氧化碳，確保肌肉能夠持續獲得能量，也維持了血液的酸鹼度平衡。整個調整過程，是身體為了適應能量需求而進行的即時優化。

吸入和呼出的氣體成分有何不同？

我們吸入和呼出的氣體，成分有著非常顯著的差異，這正正反映了呼吸過程的核心功能——氣體交換。你可以把這想像成一個交易過程。

吸入的空氣主要由大約78%的氮氣、21%的氧氣和僅僅約0.04%的二氧化碳組成，還有少量其他氣體。

當空氣進入肺部後，身體會「取走」它需要的東西，再「放入」它要排走的廢物。所以，呼出的氣體成分就變成了：氮氣比例不變（約78%，因為身體用不到它），氧氣比例下降至約16%，因為大部分已被身體細胞使用。最關鍵的變化是，二氧化碳的比例會大幅飆升至約4-5%，這正是全身細胞新陳代謝後產生的廢物。此外，呼出的氣體中水蒸氣的含量也會增加，這就是為甚麼在寒冷天氣下，我們呼氣時會看到白煙。

高海拔或水下環境如何影響呼吸過程？

我們的呼吸系統在標準大氣壓力下運作得最舒適，一旦環境壓力改變，例如在高山或深水，整個呼吸過程就會面臨挑戰。

在高海拔地區，例如登山時，空氣雖然仍然含有21%的氧氣，但因為氣壓較低，空氣變得稀薄，導致氧氣的「分壓」下降。這意味著每一次呼吸，你實際能吸入的氧氣分子數量減少了。身體為了彌補這種不足，會自動加快呼吸和心跳，試圖讓血液盡快吸收足夠的氧氣。這就是高山反應（高山症）的成因之一。長時間居住在高海拔地區的人，身體會慢慢適應，例如製造更多紅血球來提升運送氧氣的效率。

在水下環境，情況則完全相反。潛水時，水的壓力遠大於空氣壓力，潛水員需要呼吸來自氣瓶的壓縮空氣。隨著下潛深度增加，吸入氣體的壓力也隨之增大，這會導致更多氣體（包括氧氣和氮氣）溶解在血液中。如果氧氣分壓過高，可能會引發氧中毒；而氮氣分壓過高，則可能導致氮醉，影響判斷力。這也是為甚麼潛水員必須嚴格遵守上升速度，讓身體有足夠時間將血液中多餘的氣體排出，避免形成氣泡導致俗稱「潛水夫病」的減壓症。

甚麼是呼吸過程？維持生命的基石

我們無時無刻都在呼吸，但你曾否想過，這個看似簡單的動作，背後其實是一個極其精密的呼吸過程？很多人以為呼吸就只是吸氣與呼氣，但實際上，呼吸的過程遠比這複雜。它是一套維持生命運作的系統，負責為身體每一個細胞提供能量，同時帶走代謝廢物。我們可以將它想像成一個龐大城市的物流系統，從空氣中「進口」必需品（氧氣），然後精準地派送到每家每戶（細胞），再將各家產生的垃圾（二氧化碳）有效回收並「出口」。這個系統運作暢順，生命才能夠持續。

呼吸的兩大層面：外呼吸與內呼吸

要深入了解呼吸的過程是怎樣的，我們可以將整個呼吸過程分為兩大層面來理解：外呼吸（External Respiration）和內呼吸（Internal Respiration）。這兩個層面就像物流系統的兩個核心部門，分工合作，但缺一不可。

外呼吸，指的是在肺部發生的氣體交換。這一步是我們最容易感知到的部分。當我們吸氣時，空氣中的氧氣進入肺部，然後穿過肺泡進入血液。同時，血液中的二氧化碳會從血液擴散到肺泡，準備隨呼氣排出體外。簡單來說，外呼吸就是身體與外界環境交換氣體的「總站」。

內呼吸，則是在身體深處，於組織細胞層面發生的氣體交換。當載滿氧氣的血液流經全身，它會將氧氣「卸貨」給每一個需要能量的細胞。細胞利用這些氧氣進行新陳代謝產生能量，而這個過程的副產品就是二氧化碳。這些二氧化碳會被血液回收，運回肺部。所以，內呼吸是氣體交換的「最終目的地」，是真正為細胞提供動力的關鍵環節。

第一階段：外呼吸（External Respiration）— 肺部氣體交換

整個呼吸過程的第一站，就在我們的肺部。這個階段稱為「外呼吸」，簡單來說，就是身體與外界環境交換氣體的過程。這一步是整個精密旅程的基礎，負責將新鮮的氧氣帶入體內，並且將體內的二氧化碳廢氣排出。想知道呼吸的過程是怎樣的，就要先從這個關鍵的起點開始了解。

肺通氣：驅動空氣進出的物理機制

你可能會以為是肺部自己用力吸氣，但實際上，肺本身是被動的。真正驅動空氣進出的，是胸腔的物理變化，就像一個風箱一樣。這個過程稱為「肺通氣」，它包含了我們最熟悉的一吸一呼兩個動作。

吸氣（Inhalation）：主動肌肉收縮過程

吸氣是一個主動的過程，需要肌肉收縮來完成。主要的功臣是橫膈膜和肋間肌。當你吸氣時，位於肺部下方的橫膈膜會收縮並向下移動，同時，肋骨之間的肋間肌也會收縮，將胸廓向上向外提起。這兩個動作會令胸腔的容積變大。因為胸腔變大了，肺部也會隨之擴張，導致肺內的氣壓低於外界的大氣壓力，於是，空氣便自然地從壓力較高的地方（外界）流向壓力較低的地方（肺部），完成了吸氣的動作。

呼氣（Exhalation）：被動肌肉放鬆過程

與吸氣不同，在靜止狀態下，呼氣是一個相當輕鬆的被動過程。剛剛收縮的橫膈膜和肋間肌會放鬆下來。橫膈膜會回彈向上，胸廓也會因自身的彈性而回縮。這一連串的動作讓胸腔的容積變小，肺部也跟著縮小。結果，肺內的氣壓變得比外界高，空氣便被自然地擠壓出去，完成了呼氣。

劇烈運動時的呼氣：轉為主動強化模式

不過，當你在做劇烈運動或者需要用力說話時，單靠被動放鬆就不足夠了。這時候，呼氣會轉變成一個主動的過程。腹肌和另一組肋間肌（肋間內肌）會主動收縮，更強力地將胸廓向下拉，並且將腹部器官向上推擠橫膈膜。這樣可以更快速、更徹底地將肺部的空氣排出，以應對身體對氣體交換的即時需求。

肺泡換氣：氧氣與二氧化碳的交換點

空氣經過一連串的通道進入肺部後，最終會到達旅程的終點站—肺泡。肺泡是微小的氣囊，也是真正進行氣體交換的地方。我們可以將這裡想像成一個極度繁忙的貨物交換中心，氧氣在這裡被「卸貨」到血液中，而血液中的二氧化碳廢物則被「裝貨」，準備運出體外。

肺泡的微觀結構：氣體交換的理想設計

肺泡的設計簡直是為了高效換氣而生的。人體有數億個肺泡，它們的總表面積加起來，大約有一個網球場那麼大。每個肺泡的壁都非常薄，只有一層細胞的厚度。更巧妙的是，肺泡外面被密密麻麻的微絲血管網絡包圍著，這些微絲血管的管壁同樣只有一層細胞厚度。氣體只需要穿過這兩層薄薄的細胞，就能完成交換。如果用一張呼吸過程図來展示，你會更清楚看到這個精密的結構。

氣體擴散原理：由分壓差驅動

那麼，氧氣和二氧化碳是如何知道自己該往哪裡走的呢？這一切都遵循一個簡單的物理原理：氣體擴散。氣體會自然地從壓力較高的地方，流向壓力較低的地方。這個壓力在生理學上稱為「分壓」。

當新鮮空氣進入肺泡時，這裡的氧氣分壓很高，而剛從全身循環回來的血液中，氧氣分壓則很低。所以，氧氣會自動從肺泡擴散到血液中。

與此同時，這些從身體各處回來的血液滿載著代謝廢物二氧化碳，所以血液中的二氧化碳分壓很高，而肺泡中的二氧化碳分壓則很低。於是，二氧化碳便順理成章地從血液擴散到肺泡，準備在下一次呼氣時被排出體外。整個交換過程完全由分壓差驅動，無需消耗任何能量。

第二階段：氣體運輸 — 氧氣與二氧化碳的體內旅程

當空氣在肺泡完成了氣體交換，整個呼吸過程便進入了關鍵的第二階段：氣體運輸。這個階段就像是人體內一套極其精密的物流系統，血液擔當運輸工具，負責將新鮮的氧氣從肺部這個「中央倉庫」，派送到全身每一個需要能量的細胞「客戶」手上。同時，它還要回收細胞新陳代謝後產生的廢物二氧化碳，再運回肺部等待排出。這趟氧氣與二氧化碳在體內的旅程，全靠血液循環系統來完成。

氧氣運輸：血紅蛋白的關鍵任務

氧氣本身不太容易溶解在血液的血漿中，單靠溶解方式運輸的效率非常低，無法滿足身體龐大的需求。所以，身體需要一個更有效率的運輸專家，這就是紅血球內的血紅蛋白（Hemoglobin）。

你可以把血紅蛋白想像成氧氣的專屬「的士」。當紅血球流經氧氣濃度高的肺部微絲血管時，血紅蛋白就會與氧氣迅速結合，形成氧合血紅蛋白。一個血紅蛋白分子可以攜帶四個氧氣分子，這種結合能力大大提升了血液運送氧氣的效率，確保了身體即使在運動時，也能獲得充足的氧氣供應。這些滿載氧氣的紅血球，會隨著血液循環，展開前往全身組織細胞的旅程。

二氧化碳運輸：移除代謝廢物的多重途徑

相比之下，將二氧化碳從組織細胞運回肺部的過程就比較複雜，它不像氧氣那樣依賴單一的主要運輸方式，而是採取了三種不同的途徑，以確保這種代謝廢物能被有效率地清除。

溶解於血漿

第一種是最直接的方式。大約有7%的二氧化碳會直接溶解在血漿中。雖然這個比例不高，但它是二氧化碳運輸途徑的其中一環，就像物流系統中的散件運輸一樣，處理著一小部分的運輸量。

與血紅蛋白結合

第二種方式是讓二氧化碳也搭上血紅蛋白這班「便車」。大約23%的二氧化碳會進入紅血球，與血紅蛋白的蛋白質部分結合，形成胺基甲酸血紅蛋白（Carbaminohemoglobin）。值得一提的是，二氧化碳和氧氣結合在血紅蛋白上的位置不同，所以它們之間不會直接競爭座位，讓血紅蛋白可以同時處理這兩種氣體。

轉化為碳酸氫根離子（主要形式）

第三種，也是最主要的方式，是將二氧化碳進行「變身」。高達70%的二氧化碳在進入紅血球後，會在一種稱為碳酸酐酶的催化劑幫助下，迅速與水結合，形成碳酸。這種碳酸很不穩定，會立即分解成一個氫離子和一個碳酸氫根離子。之後，碳酸氫根離子會被交換到血漿中，跟隨血液一路流回肺部。這個化學轉化過程不僅是最高效的二氧化碳運輸方式，同時也對維持血液酸鹼度的穩定有著至關重要的作用。

第三階段：內呼吸（Internal Respiration）— 細胞能量的來源

當氧氣完成在肺部的交換和血液中的長途旅程後，便來到整個呼吸過程的最後一站，也是最關鍵的一步：內呼吸。如果說外呼吸是氣體的「批發」階段，那麼內呼吸就是精準到戶的「零售」服務。這個過程發生在身體每一個組織的微絲血管與細胞之間，是氧氣真正發揮作用，將能量直接供應給細胞的地方。

氧氣釋放：從血液精準送達組織細胞

載滿氧氣的鮮紅色血液，經由動脈系統被輸送到全身。當這些血液流經肌肉、大腦或其他器官的微絲血管時，就好像一位速遞員到達了收件地址。這時，血紅蛋白需要準確地將它攜帶的「氧氣包裹」卸下，交給真正需要它的細胞。這個交收過程極其高效，確保了身體各部分都能獲得持續的能量供應。

氧分壓的角色：觸發血紅蛋白釋放氧氣

那麼，血紅蛋白是如何知道在哪裡「卸貨」的呢？答案就在於「氧分壓」的差異。你可以將氧分壓理解為氧氣的濃度或壓力。血液中的氧分壓很高，而身體組織細胞因為持續消耗氧氣來產生能量，所以細胞內的氧分壓相對較低。當血液流經這些低氧分壓的區域時，這個壓力差就成為一個強烈的信號，觸發血紅蛋白釋放它所結合的氧氣。氧氣會自然地從高壓力區（血液）擴散到低壓力區（細胞），完成了精準的輸送。

二氧化碳回收：由細胞源頭進入血液循環

在細胞利用氧氣進行新陳代謝、產生能量的同時，也會製造出副產物——二氧化碳。這就像工廠生產時產生的廢料，必須及時清理。於是，剛剛卸下氧氣的血液，便立即轉換角色，開始進行回收工作，將細胞產生的二氧化碳帶走，準備送回肺部排出。

新陳代謝的副產物：二氧化碳的擴散

這個回收過程的原理和氧氣輸送正好相反，同樣是由分壓差所驅動。因為細胞內不斷產生二氧化碳，所以細胞內的二氧化碳分壓非常高。相比之下，剛到達組織的血液中，二氧化碳的濃度很低。因此，二氧化碳會順著這個壓力梯度，自動從細胞擴散到血液中。這一步完成了內呼吸的氣體交換循環，也是解答「呼吸的過程是怎樣的」這個問題中，不可或缺的一環。

呼吸過程的精密調控：從自動到意識

我們很少會意識到自己的呼吸，但整個呼吸過程其實受到一套極其精密的系統自動調控，同時我們又能在一定程度上主動干預。這套系統確保身體在不同狀態下，都能獲得恰到好處的氧氣並排走二氧化碳。現在，我們就來看看這個介乎自動與意識之間的奇妙控制機制。

無意識控制：腦幹呼吸中樞的自動節律

我們之所以能不費吹灰之力地持續呼吸，全賴腦幹中的呼吸中樞。它就像身體的「呼吸總司令」，日夜不停地發出指令，維持著生命的基本節律。

延髓與橋腦的核心功能

這個總司令部主要由延髓（Medulla Oblongata）與橋腦（Pons）組成。延髓負責設定最基本的呼吸節奏，就像一個內置的節拍器，定下吸氣、呼氣的基本頻率。橋腦則扮演著微調的角色，它會修飾延髓發出的信號，讓呼吸的轉換過程更加平順自然，避免呼吸動作變得突兀或急促。

赫-布反射：防止肺部過度擴張的保護機制

身體還內置了一套聰明的保護機制，稱為赫－布反射（Hering-Breuer reflex）。當我們深吸氣時，肺部組織會被拉伸。肺部的伸展感受器會感應到這個變化，並立即發送信號到腦幹，指令吸氣動作停止，然後開始呼氣。這個反射就像一個安全閥，有效防止肺部因吸入過多空氣而過度膨脹受損。

化學感受器：監測血液成分的「感應器」

腦幹雖然能設定基本節奏，但它如何知道何時需要加快或減慢呼吸？這就要靠遍佈全身的化學感受器。這些微小的「感應器」時刻監測著血液中的化學成分，並將實時數據反饋給腦幹。

二氧化碳與pH值：最強的呼吸刺激信號

許多人以為缺氧是驅使我們呼吸的主要原因，但實際上，體內二氧化碳（CO2）的濃度才是最強的刺激信號。當細胞新陳代謝增加（例如運動時），血液中的CO2濃度會上升。CO2溶於水會形成碳酸，使血液的pH值下降（變得更酸）。位於腦幹、頸動脈及主動脈的化學感受器對這種酸度變化極為敏感，一旦偵測到，便會立刻通知呼吸中樞，指令身體加深、加快呼吸，以排出多餘的CO2，讓血液pH值恢復正常。

氧氣濃度：低氧狀態下的輔助監測

那麼氧氣的角色是什麼？氧氣濃度的監測系統更像是一個後備警報。只有在血液中的氧氣濃度顯著下降到一個危險水平時（例如身處高海拔地區），氧氣感受器才會發出強烈的信號，刺激呼吸加劇。在日常情況下，呼吸的調節主要還是由二氧化碳主導。

有意識的呼吸干預：能力與生理極限

呼吸的過程是怎樣的特別之處在於，它同時受意識控制。我們可以為了說話、唱歌、游泳或做瑜伽而主動閉氣或改變呼吸模式。不過，這種主動干預是有其生理極限的。

為何無法靠「閉氣」自殺？

你可能試過挑戰自己能閉氣多久，但最終總會忍不住要呼吸。這是因為當你自願閉氣時，體內的CO2會不斷累積，血液酸度持續上升。這股來自化學感受器的強烈刺激信號，會越來越強烈地衝擊腦幹的呼吸中樞。最終，這個維持生命的自動指令會壓倒你的意志力，強制身體恢復呼吸，即使那時你已因缺氧而失去意識。

自願過度換氣的潛在風險

反過來，如果我們刻意地進行快速而深長的呼吸（自願過度換氣），會迅速排出大量CO2，導致血液中的CO2濃度過低，pH值上升（血液偏鹼性）。這種狀態會引起血管收縮，減少腦部供血，可能導致頭暈、視力模糊，甚至手腳麻痺和肌肉痙攣。因此，除非有專業指導，否則隨意進行過度換氣其實存在一定風險。

呼吸過程常見問題解答 (FAQ)

我們了解了整個呼吸過程的精密運作後，你可能還會對一些日常生活中的情況感到好奇。以下我們將解答幾個關於呼吸的常見問題，助你更全面地理解這個維持生命的基礎機制。

運動時，身體如何即時調整呼吸？

這是一個很好的問題。當你開始運動，肌肉需要更多能量，所以細胞的代謝作用會加速。這個過程會消耗大量氧氣，並且產生更多的二氧化碳。你身體內的化學感受器非常敏銳，它們會即時偵測到血液中二氧化碳濃度上升和酸鹼值（pH值）的輕微下降。

然後，這些感受器會立刻向腦幹的呼吸中樞發出信號。呼吸中樞收到信號後，便會指令呼吸肌肉，主要是橫膈膜和肋間肌，增加收縮的頻率和深度。結果就是你的呼吸變得更快、更深。這樣做可以大大提升氣體交換的效率，快速補充肌肉所需的氧氣，並且有效排走多餘的二氧化碳，維持身體內環境的穩定。

吸入和呼出的氣體成分有何不同？

吸入和呼出的氣體成分有著非常顯著的差異，這也直接反映了氣體交換的結果。我們吸入的空氣，主要成分是：
* 氮氣（N₂）：約78%
* 氧氣（O₂）：約21%
* 二氧化碳（CO₂）：約0.04%
* 其他氣體（如氬氣）：約1%

經過肺部與血液的氣體交換後，呼出的氣體成分變為：
* 氮氣（N₂）：約78%（基本不變）
* 氧氣（O₂）：下降至約16%
* 二氧化碳（CO₂）：大幅增加至約4%
* 水蒸氣（H₂O）：飽和狀態

最關鍵的變化在於氧氣和二氧化碳。氧氣的比例下降，是因為它已經進入血液，被運送到全身細胞使用。而二氧化碳的比例急劇上升，約為吸入時的100倍，因為它是細胞代謝後產生的廢物，經血液運回肺部並排出體外。

高海拔或水下環境如何影響呼吸過程？

在特殊環境下，呼吸過程會面臨不同的挑戰，身體也需要作出相應的調整。

在高海拔地區，主要的問題是氣壓降低。雖然空氣中的氧氣百分比依然是21%，但因為整體氣壓低，導致氧分壓下降。這意味著每一次吸氣，能夠從肺泡擴散到血液中的氧氣分子數量變少了。為了彌補這種氧氣攝取效率的下降，身體的即時反應是加快呼吸頻率和心跳，試圖讓更多空氣進入肺部。如果長期居住在高海拔地區，身體會逐漸適應，例如製造更多的紅血球來提升血液運送氧氣的能力。

在水下環境，情況則完全相反，挑戰來自於壓力增加。潛水時，潛水員呼吸的是經由氣瓶供應的高壓空氣。在高壓下，更多氣體（包括氮氣）會溶解到血液和身體組織中。如果潛水員上升得太快，周圍壓力迅速降低，這些溶解的氣體就會像打開汽水瓶蓋一樣，在體內形成氣泡，引發稱為「減壓症」的嚴重疾病。因此，潛水員必須嚴格遵守特定的上升速度和減壓程序，讓身體有足夠時間將多餘的氣體安全地排出。