물고기는 물에 녹아 있는 산소를 흡수하고, 몸 안에서 불필요하게 된 이산화탄소(탄산가스)를 배출한다. 이러한 호흡작용은 주로 아가미에 의해서 이루어지고, 체내의 산소 및 이산화탄소의 수송은 혈액이 하고 있다. 공기에 함유되어 있는 산소량은 약 20%이나, 물에 녹아 있는 산소량은 1ℓ에 0.5∼0.9%로 적다. 몸무게 1kg인 물고기의 산소소비량은 보통 1시간에 50∼500cc인데, 물고기의 상태에 따라 차이가 있다. 즉, 활발한 종류나 작은 물고기일수록 몸무게에 비해 산소소비량이 많다. 아가미의 얼개는 연골로 이루어지는 아가미궁[鰓弓]을 기저로 하여 바깥쪽에 있는 많은 주름이 잡힌 아가미엽[鰓葉]과 안쪽에 있는 빗살 모양의 귀새미[鰓耙]로 나누어진다. 아가미엽에는 모세혈관이 분포하여 혈액과 환경수(環境水)에 함유되어 있는 산소와 접촉하도록 되어 있다. 이 접촉면적은 몸무게 1g인 물고기에서 0.7∼11.6cm2이다. 빠른 속도로 헤엄치는 물고기는 환경수와의 접촉면적이나 접촉률도 크다. 일정한 환경에서 사는 물고기나 특이한 습성이 있는 물고기는 아가미 외에 부호흡기(副呼吸器)가 있다. 예를 들면 뱀장어의 피부, 미꾸라지의 장 (腸), 폐어의 부레, 키싱구라미의 미기(迷器) 등이 그것인데, 여기에 모세혈관이 많이 분포되어 아가미와 비슷한 구조를 가지며 호흡을 한다. 물고기의 혈액순환은 심장을 중심으로 동맥 ·모세혈관 ·정맥으로 이루어지는 폐쇄순환계이다. 심장은 아가미 근처에 있는데, 1심실 1심방이며, 정맥혈을 모아서 아가미로 보낸다. 뱀장어의 혈압은 동맥이 55mmHg, 정맥이 －4∼＋5mmHg이다. 혈액 속에 적혈구와 백혈구가 있고, 체내를 흐르는 혈액의 양은 몸무게의 1/20∼1/30이며, 혈액의 10∼40%는 혈구이다. 물고기의 적혈구는 핵이 있는데, 혈액 1mm3내에 50만∼400만 개가 함유되어 있다.
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