Органы дыхания и газообмен

Всем живым организмам необходим кислород, без которого не смогут осуществляться процессы жизнедеятельности.

Главной функцией молекулярного кислорода в организме является окисление различных соединений. Кислород необходим для дыхания, окисления жиров, белков, углеводов, а также для многих других биохимических процессов.

Обычный путь поступления кислорода в организм лежит через лёгкие, где он проникает в кровь, и поглощается гемоглобином — железосодержащим белком, который входит в состав эритроцита, и образует соединение — оксигемоглобин, а затем из крови поступает во все органы и ткани.

Кислород поступает в организм также и в связанном состоянии, в виде воды. В тканях кислород расходуется преимущественно на окисление различных веществ в процессе метаболизма. В дальнейшем почти весь кислород превращается в углекислый газ и воду, а затем выводится из организма через лёгкие и почки.

Кислород поступает в клетки организма живых существ различными путями: через поверхность тела, жабры, лёгочные мешки, лёгкие.

Поступление кислорода в клетки тела осуществляется благодаря проницаемости клеточных мембран и диффузии — процессу выравнивания концентраций кислорода внутри организма и в окружающей его среде.

Газообмен у животных разных систематических групп

Одноклеточные простейшие животные дышат всей поверхностью тела. Кишечнополостные, свободноживущие плоские и круглые черви специальных органов дыхания не имеют. Они, подобно простейшим, также дышат всей поверхностью тела.

Специальные органы дыхания — перистые жабры — появляются уже у морских кольчатых червей. Перистые жабры образуются из выростов кожи по обеим сторонам тела.

В дыхании участвует кровь, которая обильно притекает к жабрам, омывает их, освобождается от углекислого газа и насыщается кислородом, который затем переносит по всему организму.

Дыхательная система водных моллюсков представлена жабрами. У наземных и пресноводных улиток газообмен происходит в воздушной среде, поэтому вместо жабр у них появляется одно лёгкое.

Дыхательная система членистоногих разнообразна. У речного рака дыхательная система представлена жабрами.

У насекомых дыхательная система представлена трахеями — это тонкие разветвлённые трубочки, через стенки которых происходит газообмен.

У паукообразных представлена расположенными в брюшке лёгочными мешками и трахеями.

Клещи вообще не имеют органов дыхания, газообмен у них происходит через поверхность тела.

Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями, пронизывающими стенку переднего отдела кишечника — глотку. У ланцетника жаберные щели скрыты под кожей и открываются в особую околожаберную полость с частой сменой воды.

У рыб под жаберными крышками располагаются жабры, состоящие из жаберных дуг с жаберными лепестками, обильно пронизанными мельчайшими кровеносными сосудами. Вода, заглатываемая рыбой, попадает в ротовую полость, проходит через жаберные лепестки наружу, омывает их и снабжает кровь кислородом.

У наземных позвоночных органами дыхания являются уже лёгкие. Они представляют собой тонкостенные полые мешки, стенки которых оплетены густой сетью кровеносных сосудов — капилляров.

У земноводных из-за того, что они часть жизни проводят в воде, а часть — на суше, у взрослых представителей дыхание осуществляют несколько органов: это лёгкие, кожа и слизистая оболочка ротоглоточной полости.

На суше амфибии дышат лёгкими и кожей, в воде — только кожей. Личинки дышат с помощью кожи и жабр.

Из-за отсутствия грудной клетки у амфибий наблюдается нагнетательный тип дыхания. При этом животное сперва набирает воздух в ротовую полость, для чего открывает ноздри и опускает ротовое дно. Затем лягушка закрывает ноздри клапанами, открывает гортанную щель и поднимает ротовое дно при помощи мускулатуры, в результате чего воздух проталкивается в лёгкие. Удаление воздуха из лёгких происходит благодаря действию брюшной мускулатуры и спадению стенок лёгких.

Лёгкие представляют собой парные полые мешки. Их внутренняя поверхность ячеистая.

При кожном дыхании кислород сначала растворяется в жидкости, покрывающей кожу, после чего он поступает в кровь, то же самое происходит с углекислым газом, но в обратном направлении.

У пресмыкающихся единственный орган дыхания — лёгкие. Они имеют ячеистое строение, это увеличивает их дыхательную поверхность.

Поскольку тело покрыто чешуйками, кожное дыхание отсутствует. У пресмыкающихся впервые появились проводящие воздух пути — трахея и бронхи. Они дышат, всасывая воздух в лёгкие, а не глотают его, как земноводные.

Органы дыхания птиц в связи с полётом имеют ряд отличительных черт строения. Атмосферный воздух через парные ноздри попадает в носовую полость, затем в гортань и длинную трахею. В нижней части трахеи расположен голосовой аппарат, благодаря которому птицы издают различные звуки и даже могут петь.

Лёгкие представляют собой плотные, малорастяжимые губчатые тела, приросшие к рёбрам. Бронхи, войдя в лёгкие, сильно ветвятся до тончайших, слепо замкнутых бронхиол, оплетённых сетью капилляров, где и происходит газообмен.

Часть же крупных бронхиол, не разветвляясь, выходят за пределы лёгких и расширяются в девять огромных тонкостенных воздушных мешков.

Воздушные мешки у птиц как бы продолжают бронхи. Они находятся между различными внутренними органами. А их ответвления проходят между мышцами под кожу, заходят в трубчатые кости.

В воздушных мешках содержится запасный воздух, необходимый при полётах. Однако, в них не происходит газообмен. Воздушные мешки уменьшают плотность тела птицы. И защищают внутренние органы от перегрева при полёте. Но основное их назначение, участие в дыхании.

В состоянии покоя воздушные мешки в дыхании не участвуют. Дыхание в покое, осуществляется только за счёт расширения и сужения грудной клетки, благодаря работе межрёберных мышц.

Воздушные мешки функционируют в полёте. При этом происходит двойное дыхание.

Двойное дыхание — это насыщение крови кислородом во время вдоха и выдоха.

Изучим механизм двойного дыхания птиц. В полёте движения грудной клетки исключаются и дыхание осуществляется за счёт движения крыльев. Взмах растягивает воздушные мешки, и воздух засасывается в них через лёгкие. Опускание крыльев вызывает выдох.

Воздушные мешки разделяют на передние и задние. При первом вдохе грудина опускается и объем грудной полости увеличивается, в следствие этого воздушные мешки растягиваются.

При этом поступивший воздух движется в лёгкие и задние воздушные мешки. Но в передние воздушные мешки воздух не поступает.

При выдохе грудина поднимается, объем грудной полости уменьшается и воздух из лёгких поступает в передние воздушные мешки. А из задних мешков, воздух под давлением, переходит в лёгкие.

Итак, воздух прошёл через лёгкие дважды. Затем, когда птица поднимает крылья и снова делает вдох, воздух, который недавно поступил из задних воздушных мешков, из лёгких поступает в передние воздушные мешки. Но птица же сделала вдох, и поэтому новая порция воздуха снова поступила в лёгкие и задние воздушные мешки.

При следующем выдохе, при опускании крыльев, воздух из передних мешков выходит в трахею и выводится наружу. Воздух снова переходит из лёгких в передние мешки, а из задних мешков в лёгкие.

Таким образом, насыщенный кислородом воздух проходит через лёгкие дважды при вдохе — и при выдохе. Благодаря тому, что дыхание связано с движением крыльев, птица дышит тем интенсивнее, чем активнее машет крыльями. При полете интенсивность дыхания возрастает в 15 и более раз.

Частота дыхания в спокойном состоянии у птиц зависит от величины птицы. Млекопитающие также обладают совершенной системой органов дыхания. Она состоит из трахеи, бронхов и лёгких. По трахее и бронхам воздух проходит в лёгкие, где осуществляется газообмен.

Легкие губчатые. В них ветвятся бронхи. По ним воздух попадает в лёгочные пузырьки — альвеолы, которые оплетены густой сетью мельчайших капилляров.

Вентиляцию лёгких обеспечивает появившаяся диафрагма, отделяющая брюшную полость от грудной, а также сокращение и расслабление межрёберных мышц. Вдох сопровождается увеличением объёма грудной клетки, выдох приводит к её уменьшению.