生物教师手册_动物的循环

动物的循环壹教学目标动物体各器官都有赖于其他器官的协助，才能完成其特定的功能，因此需要特定的运输机制以连接各器官，也就是循环系统。

学生在学习过本章之后，应能达成以下的目标：一、认知目标1. 了解循环系统对于动物的重要性。

2. 认识开放式循环与闭锁式循环3. 认识脊椎动物心脏的演化历程。

4. 认识心脏的基本构造。

5. 认识心脏各瓣膜的位置，并理解其与血液流动方向的关系。

6. 了解心搏周期与血液流动的关系。

7. 认识三种血管的基本构造与功能。

8. 认识体循环与肺循环的路径与功能。

9. 了解血液、组织液和淋巴之间的关系。

10. 了解淋巴循环的路径。

11. 认识血液的组成与功能。

12. 认识淋巴的组成与功能。

二、技能目标1. 能完成基本的动物器官解剖步骤。

2. 能藉由心脏的构造预测血液流向，并以实验验证之。

3. 能在显微镜下观察水蚤及其心跳。

4. 能操作变因（水温），并观察其对水蚤心跳速率的影响。

5. 能由所呈现的数据制作图表，并发现温度对水蚤心跳的影响。

三、情意目标1. 了解动物的运输原理，体会物理学和化学对生命科学发展的重要性，重视科学的整合学习。

2. 藉由对循环系统的理解，体会维护健康的重要性。

贰教学活动设计与时间分配参教学概念分析在学习本章之前，学生应已具有下列的知识或能力：(1)循环系统是动物体各系统间的联系桥梁；(2)心脏是血液循环的动力来源；(3)肺循环与体循环的意义；(4)三种血管的功能。

5-1循环的类型1. 了解循环系统对于动物的重要性。

2. 认识开放式循环与闭锁式循环。

3. 认识脊椎动物心脏的演化历程。

教学活动教学策略建议1. 以公路网络作为模拟，说明循环系统对于动物的重要性。

2. 从气体运输的观点，比较开放式循环与闭锁式循环的运输效率。

3. 从演化观点，比较脊椎动物心脏的构造。

4. 比较单循环路径与双循环路径。

概念澄清1. 开放式循环不能运输气体？开放式循环的血淋巴含有血青素，也具有气体运输的功能，只有昆虫纲动物另由气管系运输气体。

2. 开放式循环的血管构造简单，血流没有方向性？大多数课本以昆虫为例说明开放式循环，而昆虫的血管是所有开放式循环动物中最简单的，如果以甲壳类动物为例，则其血管系统也相当的繁复，甚至具有类似人体的微血管，其血流也有方向性（见教学内容补充）。

开放式循环的血管分布开放式循环系统的血管离开心脏后，也可分支成微细的小血管，这些小血管类似人体的微血管，仅由单层内皮细胞所构成，但是其末端有开口，血淋巴终究还是会离开血管，进入组织间隙。

小的组织间隙称为血腔隙（lacunae），血腔隙密布各组织之间形成网络，与人体的微血管相似，是物质交换的场所，但是形状不规则；大的组织间隙称为血窦（sinuses），是血淋巴流动的信道，功能类似人体的静脉。

节肢动物的循环系统都是开放式循环，但是彼此间的歧异性颇大。

昆虫具气管系，可直接供应气体给各细胞，其循环系统不需承担气体运输的责任，因此血管的构造简单，仅有一条背血管纵贯全身，而大多数昆虫的背血管都没有分支，仅少数昆虫的背血管有分支进入各体节，如蝗虫。

同样是节肢动物，甲壳类的十足目（decapods），也就是常见的虾蟹类，其血管的分支精细，在重要的器官，如脑、神经节、神经索等，都有动脉的微细分支进入（图5－1(a)）。

血淋巴离开微细血管后，进入密布全身的血腔隙网络中，最后汇入一条纵贯全身的血窦，称为鳃下窦（infrabranchial sinus），鳃下窦位于身体的腹侧，汇整含氧量少的血淋巴之后，进入鳃部的血腔隙进行气体交换，再进入心脏四周的围心窦（pericardial sinus），待心脏舒张时，由心孔回到心脏中（图5－1(b)）。

此循环路径与鱼类相似，都是单循环路径，但鱼类是：心脏→鳃→体循环→心脏，虾蟹类则是：心脏→体循环→鳃→心脏。

▲图5－1龙虾的血液循环。

(a)心脏与主要血管；(b)循环路径与气体运输。

血青素大多数的节肢动物与软件动物的体液中含有血青素（hemocyanins），血青素与O2的结合位含有两个铜原子，但只能携带一分子的O2。

血青素在缺氧时呈无色，与氧结合时则呈现淡蓝色，因此含高浓度血青素的动物，其血液有时候是蓝色的。

血青素仅存于体液中，不像血红素可以存在于骨骼肌与其他器官中。

节肢动物与软件动物血青素的演化来源不同，结构与分子量也不相同，在节肢动物其分子量约为0.5～3 百万道耳吞；在软件动物则约为4～9 百万道耳吞，因此，有学者认为应该分别称为节肢动物血青素（arthropod hemocyanins）与软件动物血青素（mollusc hemocyanins）。

头足纲的闭锁式循环无脊椎动物少有闭锁式循环，仅见于环节动物与软件动物，而软件动物大多是开放式循环，只有运动量大、对于O2需求大的头足纲动物是闭锁式循环。

头足纲的血液中没有血红素，只有血青素，为了满足O2的需求，除了一个体心脏（systemic heart）之外，还有两个鳃心脏（branchial hearts），将静脉血液送入鳃中进行气体交换；体心脏则是体循环的动力来源（图5－2），整个循环路径与前述的虾蟹类相似，都是「心脏→体循环→鳃→心脏」，只是头足纲是闭锁式循环，而且多了两个鳃心脏以协助血液的推进。

▲图5－2章鱼的循环路径鳄鱼的循环路径鳄鱼的心室间隔完整，左、右心室区分清楚。

比较特殊的是，鳄鱼同时具有左、右主动脉，在其右心室，除了肺动脉之外，还有一条「左」主动脉，左心室连接的则是「右」主动脉，两个主动脉一离开心脏，藉由Panizza 大孔（foramen of Panizza）彼此相通（图5－3(a)）。

左主动脉离开右心室后，由左侧离开胸腔汇入背主动脉（dorsal aorta），供应内脏与身体后端的血液；右主动脉离开左心室后，由右侧离开胸腔，大部分的血液供应脑部与身体的前端，少部分的血液汇入背主动脉与左主动脉的血液会合，进入内脏与身体后端。

鳄鱼在陆地活动时，右心室的血压较小，左主动脉基部的瓣膜关闭，右心室的血液全部进入肺动脉；而左心室的血液进入右主动脉后，部分的血液经由Panizza 大孔进入左主动脉（图5－3(b)）。

当鳄鱼闭气潜水时，右心室的血压增大，左主动脉基部的瓣膜打开，部分右心室的贫氧血进入左主动脉（图5－3(c)），降低肺循环的血流量。

▲图5－3鳄鱼的心脏。

(a)心室与主要动脉关系图；(b)平时呼吸的血流方向；(c)潜水闭气时的血流方向。

5-2循环系统单元目标1. 认识心脏的基本构造与功能。

2 了解心脏的传导系统与心搏周期的关系。

3 认识三种血管的基本构造与功能。

4 认识体循环与肺循环的路径与功能。

5 了解血液、组织液、淋巴之间的关系。

6 了解淋巴循环的路径。

教学活动教学策略建议1. 人体循环系统在国中已经学过，因此在开始上课时，可以先复习一些重要的基本原则：(1) 心脏→动脉→微血管→静脉→心脏。

(2) 心房接静脉，心室接动脉。

(3) 左心都是充氧血，右心都是贫氧血。

2. 将上述的基本概念连结成较复杂的循环路径：(1) 心室→动脉→微血管→静脉→心房。

(2) 右心（贫氧血）→肺循环→左心（充氧血）→体循环→右心（贫氧血）。

3. 强调血管的命名大多与其进出的器官有关，然后将学生最不容易弄清楚的两大循环路径完成：(1) 肺循环：右心室（贫氧血）→肺动脉（贫氧血）→肺→肺静脉（充氧血）→左心房（充氧血）。

(2) 体循环：左心室（充氧血）→主动脉（充氧血）→各组织细胞→上、下腔静脉（贫氧血）→右心房（贫氧血）。

4. 复习基础生物（上）3-2 的「肝脏的功能」，推测肝门脉循环的生理意义。

5. 延续微循环，说明淋巴循环的意义。

概念澄清1. 血液都是依循着「动脉→微血管→静脉」的循环路径吗？对大多数的器官而言，进入器官的是动脉，离开器官的是静脉，动脉在器官内分支形成微血管网，此为「微循环」路径，是物质交换的基础。

但也有例外，例如︰肝门脉系统，来自消化道的血液汇集于肝门静脉，进入肝脏的微血管网，再由肝静脉离开，形成一种「静脉→微血管→静脉」的循环路径。

此外，进入丝球体的是入球小动脉，离开丝球体的是出球小动脉，形成一种「动脉→微血管→动脉」的循环路径。

2. 心室中的血液，大部分是在心房收缩时被压进来的吗？事实上，心室舒张时的低压，已经使大多数的血液进入心室了。

3. 在心室收缩期，房室瓣关闭与半月瓣打开是同时发生的吗？在心室舒张期，半月瓣关闭与房室瓣打开是同时发生的吗？心室收缩时，心室压力上升，很快的就高于心房的压力，此时房室瓣关闭，产生第一心音，代表收缩期的开始；心室持续收缩，压力持续上升，当心室的压力大于动脉时，半月瓣才会打开，因此中间有一段时间房室瓣与半月瓣都是关闭的，称为等体积收缩期（isovolumetric ventricular contraction）。

同样的，心室开始舒张时，心室的压力下降，心室的压力很快的低于动脉，半月瓣立即关闭，代表舒张期的开始；当心室持续舒张，压力也持续的下降，直到心室的压力低于心房时，房室瓣才会打开，血液注入心室中。

因此中间会有一段时间房室瓣与半月瓣都是关闭的，称为等体积舒张期（isovolumetric ventricular relaxation）。

详见教学内容补充。

4. 冠状循环的贫氧血都是由冠状窦汇入右心房？其实心肌壁还有一些小静脉并不汇入冠状窦，而是直接进入右心房，甚至还有小静脉进入左心房，而使小部分的贫氧血在左心房与充氧血混合。

心包膜心包膜（pericardium）分为心包膜脏层（visceral pericardium）与心包膜壁层（parietal pericardium），心包膜脏层位于心脏壁的表面，紧紧把心肌包裹在里面，又称为心外膜（epicardium）；心包膜壁层和位于其外表的壁层胸膜构成心包囊壁的组织。

心脏就位于心包囊壁所围着的心包腔（pericardial cavity）中，心包腔内充满组织液，称为心包液（pericardial fluid），可以防止心脏搏动时膜与膜之间的磨擦。

心音心音主要是瓣膜关闭时血液产生乱流造成的声音。

正常人至少可听到两个心音，第一心音较低，第二心音较高。

第一心音为房室瓣关闭时，血液乱流所引起的声音，时间较第二心音长，像lubb 的声音。

第二心音为主动脉与肺动脉基部半月瓣关闭时，造成血液涡流的声音，音尖而短，像dupp 的声音。

许多正常的年轻人，血流快速冲入心室时，也会造成乱流，产生柔软而低音调的第三心音。

若瓣膜关闭不全、血液倒流或心脏中膈缺损，均会造成异常的心音，称为心杂音（murmurs）。

血管的构造动脉与静脉的基本结构相似，都可以分为内层、中层与外层，但为了因应其不同的功能，在结构上也有显著的不同：▲图5－4弹性动脉荧光显微摄影（亮绿色是内皮细胞，暗绿色是弹性膜，红色是平滑肌，蓝色是细胞核）1. 弹性动脉（elastic artery）：是管径最大的动脉，其特色为中层具有多层的弹性膜（elasticmembrane），彼此相间在平滑肌细胞之间（图5－4）；此类血管位在心脏输出处，因此这些弹性膜的功能便是使血管壁有足够的弹性，能够直接承受心脏输出的强大血压。