Принципи повітряного дихання

Поверхня газообміну розташована всередині тіла і не межує безпосередньо з оточуючим середовищем. Велика кількість слизових клітин підтримує у дихальній порожнині високу вологість; дихальні шляхи, що зв‘язують органи дихання з оточуючим середовищем, також мають слизовий епітелій, що сприяє зволоженню повітря, яке потрапляє в легені.

У хребетних зволоження вдихуваного повітря починається вже у носовій порожнині (слизовий епітелій) та підтримується великою кількістю слизових залоз, розташованих у трахеї та бронхах.

У наземних безхребетних органи дихання (їх найчастіше називають легенями) побудовані за таким самим принципом: дихальна поверхня розташована всередині тіла. У передньозябрових молюсків функції дихальної поверхні виконує верхня стінка мантійної порожнини, що пронизана кровоносними судинами. Аналогічно, але більш складно побудована мантійна порожнина легеневих молюсків. У вищих раків зябра розташовані у замкнутому просторі, що уповільнює висихання дихального епітелію і надає можливості деяким видам використовувати атмосферне повітря. У спеціалізованого в цьому відношенні виду – краба пальмового злодія Bigus latro – власне зябра редуковані і функціонально замінені шкірястими складками. Цей вид у дорослому стані живе на суші і здатний витримувати високу інсоляцію. Перетворені в органи повітряного дихання зябра мокриць та хеліцерових також розташовані у мішковидних порожнинах, ізольованих від зовнішнього середовища.

У амфібій легені невеликі, мішкоподібні, внутрішня поверхня гладенька або злегка комірчаста. Загальна дихальна поверхня легень невелика: у жаби вона складає біля 0,25 м²/кг (для порівняння у миші - 5 м²/кг). Недостатній розвиток специфічних органів повітряного дихання у амфібій компенсується суттєвою участю шкіри у цьому процесі.

Співвідношення шкірного та легеневого дихання у різних видів амфібій неоднакове і пов’язане з їх екологією: чим у більш посушливих місцях живуть види, тим більшу відносну роль в газообміні відіграють легені. Так, у ставкової жаби потрапляння кисню через шкіру та легені майже однакове (51,2 та 48,8%), а вуглекислий газ виділяється переважно через шкіру (86,2% від загальної кількості). У більш наземної Rana fuska роль легень у поглинанні кисню значно вища (66,9%), тоді як вуглекислий газ у цьому випадку в більшій кількості (74,1%) виділяється шкірою. У хвостатих амфібій шкіра – основний орган дихання.

Легеневе дихання у амфібій лабільне: спостерігаються сезонні зміни загального рівня газообміну. Шкірне дихання превалює в холодну пору року, легеневе – в теплу.

Дихальні рухи амфібій добре вивчені у безхвостих. Це проста та потужна система всмоктування повітря в ротову порожнину та наступне проштовхування його в легені. У цих рухах бере участь мускулатура дна ротової порожнини, зв‘язаної з під’язиковим апаратом, м’язи глотки, які перекривають її в певні моменти дихального циклу, та ніздрі, які можуть відкриватись та закриватись. Витіснення повітря із легень відбувається внаслідок їх еластичності.

У рептилій будова легень характеризується ускладненням внутрішньої структури і, відповідно, збільшенням сумарної дихальної поверхні. Тип дихальних рухів у цих тварин, в яких активно бере участь грудна клітка, визначає більш інтенсивну ніж у амфібій, легеневу вентиляцію.

У черепах легені вентилюються шляхом скорочення м’язів, які оточують отвори панцира, та „діафрагми”.

У ссавців легені мають альвеолярну будову. Розміри їх альвеол невеликі: у пацюка їх радіус 20 мкм (у протоптеруса найменші мають радіус 50 мкм). Тому загальна дихальна поверхня дуже велика, у багато разів більша поверхні тіла.

Легенева маса складається не тільки з альвеол, але й з привідних структур (бронхи, бронхіоли). Об’єм цих структур, в яких залишається частина відпрацьованого повітря, утворює так званий „мертвий простір”. Вдихуване повітря змішується з повітрям мертвого простору, тому газовий склад повітря в альвеолах відрізняється від газового складу атмосферного повітря.

Потужні дихальні рухи здійснюються не тільки добре розвиненою грудною кліткою але і діафрагмою. Все це відкриває можливість інтенсивного газообміну і підвищення рівня метаболізму.

Дихання у птахів відбувається специфічно. Будова дихальної системи у представників цього класу сильно відрізняється від дихальної системи інших наземних хребетних. Легені не мають альвеолярної будови і відрізняються малою еластичністю. Їх тканина представлена системою повітроносних трубочок, відкритих з обох боків і тому здатних забезпечити можливість однонаправленого потоку повітря і відповідно безперервного процесу газообміну.

Як і в інших амніот, дихальна система починається трахеєю та бронхами. Первинні бронхи входять у легені, де галузяться (вторинні, третинні), і, нарешті, відкриваються у повітряні мішки, тонкостінні порожнисті утвори, що формуються як вирости бронхів і розташовуються між внутрішніми органами. Є 5 пар повітряних мішків, які функціонально об’єднуються у 2 групи: передні (шийні, міжключичні, пердньогрудні) та задні (задньогрудні, черевні). Вони виконують роль „повітряного насосу”, що качає повітря через легені. Газообмін на внутрішній поверхні повітряних мішків відсутній.

Дихальний акт відбувається за участі рухомих ребер та грудини (як і в рептилій та ссавців). Колишні уявлення про участь у дихальних рухах помахів крил не відповідає дійсності (досліди показують, що синхронізація помахів крил та дихальних рухів дійсно спостерігається у голуба, який є звичайним об’єктом фізіологічних досліджень).

При вдихові зовнішнє повітря потрапляє у задні повітряні мішки і частково у легені, передні повітряні мішки на цій фазі дихального циклу заповнюються повітрям із системи третинних бронхів (тобто із власне легень).

Видихуване повітря в цю групу мішків не потрапляє. При видихові мішки стискуються й повітря із задніх мішків виштовхується в легені, тобто, в систему парабронхів, а з передніх мішків – у трахею й через неї назовні. На цій фазі дихального циклу повітря з задніх мішків не потрапляє в первинні бронхи, а з передніх – в легені. Таким чином, через структури легеневої тканини повітря при вдихові й видихові йде в одному напрямку (від задніх мішків до передніх), що забезпечує безперервність процесу газообміну.

Хімічний склад атмосфери характеризується постійністю. Суттєво він відхиляється від норми лише в печерах, тріщинах, норах та деяких інших місцях, де накопичуються гази, що виділяються з надр Землі, поблизу діючих вулканів, у великих промислових містах, на значних висотах (більше 1000 м), у глибоких шарах ґрунту. Нестача кисню чи концентрація вуглекислого газу вище від норми (0,03%) порушують газообмін сухопутних тварин, прискорюють дихання, гальмують розвиток та ріст, знижують плодючість, а у видів, що залягають у сплячку, прискорюють її настання.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Газообмін у повітряному середовищі	\|	Пристосування до гіпоксії

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.