чем представлены органы дыхания у позвоночных животных

Дыхание

Эволюция дыхательной системы

Всё живое на Земле существует за сёт солнечного тепла и энергии, достигающей поверхности нашей планеты. Все животные и человек приспособились добывать энергию из синтезированных растениями органических веществ. Чтобы использовать энергию Солнца, заключённую в молекулах органических веществ, её необходимо высвободить, окислив эти вещества. Чаще всего в качестве окислителя используют кислород воздуха, благо он составляет почти четверть объёма окружающей атмосферы.

Одноклеточные простейшие животные, кишечнополостные, свободноживущие плоские и круглые черви дышат всей поверхностью тела. Специальные органы дыхания — перистые жабры появляются у морских кольчатых червей и у водных членистоногих. Органами дыхания членистоногих являются трахеи, жабры, листовидные лёгкие расположенные в углублениях покрова тела. Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями, пронизывающими стенку переднего отдела кишечника — глотку. У рыб под жаберными крышками располагаются жабры, обильно пронизанными мельчайшими кровеносными сосудами. У наземных позвоночных органами дыхания являются лёгкие. Эволюция дыхания у позвоночных шла по пути увеличения площади легочных перегородок, участвующих в газообмене, совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, расположенным внутри организма, и развития систем, обеспечивающих вентиляцию органов дыхания.

Строение и функции органов дыхания

Необходимым условием жизнедеятельности организма является постоянный газообмен между организмом и окружающей средой. Органы, по которым циркулируют вдыхаемый и выдыхаемый воздух, объединяются в дыхательный аппарат. Систему органов дыхания образуют носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и лёгкие. Большинство из них представляют собой воздухоносные пути и служат для проведения воздуха в лёгкие. В лёгких и происходят процессы газообмена. При дыхании организм получает из воздуха кислород, который разносится кровью по всему телу. Кислород участвует в сложных окислительных процессах органических веществ, при котором освобождается необходимая организму энергия. Конечные продукты распада — углекислота и частично вода — выводятся из организма в окружающую среду через органы дыхания.

Функции дыхательной системы

Носовая полость

Воздухоносные пути начинаются с носовой полости, которая через ноздри соединяется с окружающей средой. От ноздрей воздух проходит по носовым ходам, выстланным слизистым, реснитчатым и чувствительным эпителием. Наружный нос состоит из костных и хрящевых образований и имеет форму неправильной пирамиды, которая изменяется в зависимости от особенностей строения человека. В состав костного скелета наружного носа входят носовые косточки и носовая часть лобной кости. Хрящевой скелет является продолжением костного скелета и состоит из гиалиновых хрящей различной формы. Полость носа имеет нижнюю, верхнюю и две боковые стенки. Нижняя стенка образована твёрдым нёбом, верхняя — решётчатой пластинкой решётчатой кости, боковая — верхней челюстью, слёзной костью, глазничной пластинкой решётчатой кости, нёбной костью и клиновидной костью. Носовой перегородкой полость носа разделена на правую и левую части. Перегородка носа образована сошником, перпендикулярной пластинкой решётчатой кости и спереди дополняется четырёхугольным хрящом носовой перегородки.

На боковых стенках полости носа располагаются носовые раковины — по три с каждой стороны, что увеличивает внутреннюю поверхность носа, с которой соприкасается вдыхаемый воздух.

Носовая полость образована двумя узкими и извилистыми носовыми ходами. Здесь воздух согревается, увлажняется и освобождается от частичек пыли и микробов. Оболочка, выстилающая носовые ходы, состоит из клеток, которые выделяют слизь, и клеток реснитчатого эпителия. Движением ресничек слизь вместе с пылью и микробами направляется из носовых ходов наружу.

Внутренняя поверхность носовых ходов богато снабжена кровеносными сосудами. Вдыхаемый воздух, попадает в полость носа, обогревается, увлажняется, очищается от пыли и частично обезвреживается. Из носовой полости он попадает в носоглотку. Затем воздух из носовой полости попадает в глотку, а из неё — в гортань.

Гортань

Гортань — один из отделов воздухоносных путей. Сюда из носовых ходов через глотку поступает воздух. В стенке гортани есть несколько хрящей: щитовидный, черпаловидный и др. В момент глотания пищи мышцы шеи поднимают гортань, а надгортанный хрящ опускается и закрывается гортань. Поэтому пища поступает только в пищевод и не попадает в трахею.

В узкой части гортани расположены голосовые связки, посредине между ними находится голосовая щель. При прохождении воздуха голосовые связки вибрируют, производя звук. Образование звука происходит на выдохе при управляемом человеком движении воздуха. В формировании речи участвуют: носовая полость, губы, язык, мягкое нёбо, мимические мышцы.

Трахея

Гортань переходит в трахею (дыхательное горло), которая имеет форму трубки длиной около 12 см, в стенках которого есть хрящевые полукольца, не позволяющие ей спадать. Задняя стенка её образована соединительнотканной перепонкой. Полость трахеи, как и полость других воздухоносных путей выстлана мерцательным эпителием, препятствующим проникновению в лёгкие пыли и других инородных тел. Трахея занимает серединное положение, сзади она прилежит к пищеводу, а по бокам от неё располагаются сосудисто-нервыне пучки. Спереди шейный отдел трахеи прикрывают мышцы, а вверху она охватывается ещё щитовидной железой. Грудной отдел трахеи прикрыт спереди рукояткой грудины, остатками вилочковой железы и сосудами. Изнутри трахея покрыта слизистой оболочкой, содержащей большое количество лимфоидной ткани и слизистых желёз. При дыхании мелкие частички пыли прилипают к увлажнённой слизистой оболочке трахеи, а реснички мерцательного эпителия продвигают их обратно к выходу из дыхательных путей.

Нижний конец трахеи делится на два бронха, которые затем многократно ветвятся, входят в правое и левое лёгкие, образуя в лёгких «бронхиальное дерево».

Бронхи

В грудной полости трахея делится на два бронха — левый и правый. Каждый бронх входит в лёгкое и там делится на бронхи меньшего диаметра, которые разветвляются на мельчайшие воздухоносные трубочки — бронхиолы. Бронхиолы в результате дальнейшего ветвления переходят в расширения — альвеолярные ходы, на стенках которых находятся микроскопические выпячивания, называемые легочными пузырьками, или альвеолами.

Лёгкие

Лёгкие занимают почти всю полость грудной полости и представляют собой упругие губчатые органы. В центральной части лёгкого располагаются ворота, куда входят бронх, легочная артерия, нервы, а выходят легочные вены. Правое лёгкое делится бороздами на три доли, левое на две. Снаружи лёгкие покрыты тонкой соединительнотканной плёнкой — легочной плеврой, которая переходит на внутреннею поверхность стенки грудной полости и образует пристенную плевру. Между этими двумя плёнками находится плевральная щель, заполненная жидкостью, уменьшающей трение при дыхании.

На лёгком различают три поверхности: наружную, или рёберную, медиальную, обращённую в сторону другого лёгкого, и нижнюю, или диафрагмальную. Кроме того, в каждом лёгком различают два края: передний и нижний, отделяющие диафрагмальную и медиальную поверхности от рёберной. Сзади рёберная поверхность без резкой границы переходит в медиальную. Передний край левого лёгкого имеет сердечную вырезку. На медиальной поверхности лёгкого располагаются его ворота. В ворота каждого лёгкого входит главный бронх, легочная артерия, которая несёт в лёгкое венозную кровь, и нервы, иннервирующие лёгкое. Из ворот каждого лёгкого выходят две легочные вены, которые несут к сердцу артериальную кровь, и лимфатические сосуды.

Лёгкие имеют глубокие борозды, разделяющие их на доли — верхнюю, среднюю и нижнюю, а в левом две — верхнюю и нижнюю. Размеры лёгкого не одинаковы. Правое лёгкое несколько больше левого, при этом оно короче его и шире, что соответствует более высокому стоянию правого купола диафрагмы в связи с правосторонним расположением печени. Цвет нормальных лёгких в детском возрасте бледно-розовый, а у взрослых они приобретают тёмно-серую окраску с синеватым оттенком — следствие отложения в них попадающих с воздухом пылевых частиц. Ткань лёгкого мягкая, нежная и пористая.

Газообмен лёгких

В сложном процессе газообмена выделяют три основные фазы: внешнее дыхание, перенос газа кровью и внутреннее, или тканевое, дыхание. Внешнее дыхание объединяет все процессы, происходящие в лёгком. Оно осуществляется дыхательным аппаратом, к которому относятся грудная клетка с мышцами, приводящими её в движение, диафрагма и лёгкие с воздухоносными путями.

Воздух, поступивший в лёгкие при вдохе, изменяет свой состав. Воздух в лёгких отдаёт часть кислорода и обогащается углекислым газом. Содержание углекислого газа в венозной крови выше, чем в воздухе, находящемся в альвеолах. Поэтому углекислый газ выходит из крови в альвеолы и содержание его меньше, чем в воздухе. Сначала кислород растворяется в плазме крови, далее связывается с гемоглобином, а в плазму поступают новые порции кислорода.

Переход кислорода и углекислого газа из одной среды в другую проходит благодаря диффузии от большей концентрации к меньшей. Хотя диффузия протекает медленно, поверхность контакта крови с воздухом в лёгких настолько велика, что полностью обеспечивает нужный газообмен. Подсчитано, что полный газообмен между кровью и альвеолярным воздухом может происходить за время, которое втрое короче, чем время пребывания крови в капиллярах (т.е. в организме имеются значительные резервы обеспечения тканей кислородом).

Венозная кровь, попав в лёгкие, отдаёт углекислый газ, обогащается кислородом и превращается в артериальную. В большом круге эта кровь расходится по капиллярам во все ткани и отдаёт кислород клеткам тела, которые постоянно потребляют его. Углекислого газа, выделяющегося клетками в результате их жизнедеятельности, здесь больше, чем в крови, и он диффундирует из тканей в кровь. Таким образом, артериальная кровь, пройдя через капилляры большого круга кровообращения, становится венозной и правой половиной сердца направляется в лёгкие, здесь опять насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ.

В организме дыхание осуществляется с помощью дополнительных механизмов. Жидкие среды, входящие в состав крови (её плазмы), обладают низкой растворимостью в них газов. Поэтому, для того чтобы человек мог существовать, ему нужно было бы иметь сердце мощнее в 25 раз, лёгкие — в 20 раз и за одну минуту перекачивать более 100 литров жидкости (а не пять литров крови). Природа нашла способ преодоления этой трудности, приспособив для переноса кислорода особое вещество — гемоглобин. Благодаря гемоглобину кровь способна связывать кислород в 70 раз, а углекислый газ — в 20 раз больше, чем жидкая часть крови — её плазма.

Альвеола — тонкостенный пузырёк диаметром 0,2 мм, заполненный воздухом. Стенка альвеолы образована одним слоем плоских клеток эпителия, по наружной поверхности которых разветвляется сетка капилляров. Таким образом, газообмен происходит через очень тонкую перегородку, образованную двумя слоями клеток: стенки капилляра и стенки альвеолы.

Обмен газов в тканях (тканевое дыхание)

Обмен газов в тканях осуществляется в капиллярах по тому же принципу, что и в лёгких. Кислород из тканевых капилляров, где его концентрация высока, переходит в тканевую жидкость с более низкой концентрацией кислорода. Из тканевой жидкости он проникает в клетки и сразу же вступает в реакции окисления, поэтому в клетках практически нет свободного кислорода.

Диоксид углерода по тем же законам поступает из клеток, через тканевую жидкость, в капилляры. Выделяющийся углекислый газ способствует диссоциации оксигемоглобина и сам вступает в соединение с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин, транспортируется в лёгкие и выделяется в атмосферу. В оттекающей от органов венозной крови углекислый газ находится как в связанном, так и в растворённом состоянии в виде угольной кислоты, которая в капиллярах лёгких легко распадается на воду и углекислый газ. Угольная кислота может также вступать в соединения с солями плазмы, образуя бикарбонаты.

В лёгких, куда поступает венозная кровь, кислород снова насыщает кровь, а углекислый газ из зоны высокой концентрации (легочных капилляров) переходит в зону низкой концентрации (альвеол). Для нормального газообмена воздух в лёгких постоянно сменяться, что достигается ритмическими атаками вдоха и выдоха, за счёт движений межрёберных мышц и диафрагмы.

Транспорт кислорода в организме

Дыхание — это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой (внешнее дыхание), и окислительных процессов в клетках, в результате которых выделяется энергия (внутреннее дыхание). Обмен газов между кровью и атмосферным воздухом (газообмен) — осуществляется органами дыхания.

Источником энергии в организме служат пищевые вещества. Основным процессом, освобождающим энергию этих веществ, является процесс окисления. Он сопровождается связыванием кислорода и образованием углекислого газа. Учитывая, что в организме человека нет запасов кислорода, непрерывное поступление его жизненно необходимо. Прекращение доступа кислорода в клетки организма ведёт к их гибели. С другой стороны, образованный в процессе окисления веществ углекислый газ должен быть удалён из организма, так как накопление значительного количества его опасно для жизни. Поглощение кислорода из воздуха и выделение углекислого газа осуществляется через систему органов дыхания.

Биологическое значение дыхания заключается в:

Источник

Строение дыхательной системы позвоночных животных

Строение дыхательной системы, ее развитие зависят от уровня организации животных, их среды обитания и образа жизни.

Органом дыхания у рыб являются жабры. Жабры, которые состоят из 3–4 жаберных дуг. На каждой дуге имеются жаберные лепестки и жаберные тычинки, покрытые жаберными крышками. Вода из ротовой полости поступает через жаберные щели на жаберные тычинки, где очищается от песка и других примесей, и затем омывает лепестки, пронизанные кровеносными сосудами, и выходит наружу из под жаберных крышек. В жаберных лепестках кислород, растворенный в воде, поступает в кровь. В зимнее время из-за недостатка кислорода в воде (водоемы покрываются льдом) происходит массовая гибель рыб (замор).

У наземных животных воздух при дыхании последовательно проходит носовую полость, глотку, гортань, трахею, бронхи, легкие.

Земноводные (лягушки, тритоны, саламандры) дышат слабо развитыми легкими и тонкой влажной кожей. Легкие имеют вид продолговатых мешочков с эластичными стенками, которые снабжены кровеносными сосудами.

Личинки земноводных живут в воде, поэтому дышат только жабрами.

Безлегочные саламандры дышат через кожу и слизистой оболочкой ротовой полости.

У пресмыкающихся органы дыхания представлены более развитыми лёгкими с большей поверхностью.

У птиц имеются хорошо развитые плотные, губчатые легкие, которые пронизаны сильно ветвящимися бронхами и густой сетью капилляров. Некоторые ветви бронхов за пределами легких, расширяясь между различными внутренними органами, образуют воздушные мешки. Общий объем воздушных мешков в 10 раз больше, чес объем легких. Это уменьшает плотность тела, защищает организм от перегрева во время полета. Воздушные мешки участвуют в процессе дыхания. Для птиц характерно двойное дыхание: насыщенный кислородом воздух проходит через легкие дважды; в первый раз – при расширении грудной клетки – снаружи, во второй раз – при сужении грудной клетки – на задних воздушных мешках.

У млекопитающих легкие пронизаны бронхами, на концах которых имеются легочные пузырьки, оплетенные сетью капилляров. При вдохе сокращаются межреберные мышцы и диафрагма, вследствие чего увеличивается объем грудной клетки. При вдохе ребра поднимаются, а при выдохе опускаются, объем грудной клетки уменьшается.

Источник

Органы дыхания животных

Органы дыхания животных

Органы|Органы дыхания животных

Губки – это фильтраторы. Через своё пористое тело они постоянно пропускают ток воды|воды. Всё|Все клетки губок так или иначе контактируют с внешней средой и получают кислород оттуда Губка на морском дне

Строение кожно-мускульного мешка гидры

Свободноживущие круглые черви – очень небольшие животные. Дышат они также всей поверхностью тела|тела. Круглый червь

Жаберные лепестки обильно пронизаны мельчайшими кровеносными сосудами. Вода, заглатываемая рыбой, попадает|попадает в ротовую полость и проходит через жаберные лепестки наружу. Вода омывает их и снабжает кровь кислородом. Жаберные лепестки

Органами|Органами дыхания четвероногих животных являются лёгкие. Лёгкие – это полые тонкостенные мешки, оплетённые густой сетью мельчайших кровеносных сосудов – капилляров. Диффузия кислорода из воздуха в капилляры происходит на внутренней поверхности лёгких. Соответственно, чем это внутренняя поверхность больше, тем активнее идёт диффузия.

Кровеносная система позвоночных

В покое дыхание птиц обеспечивается движениями грудной клетки. Опускаясь, грудина увеличивает её объем|объём и растягивает воздушные мешки. Устремляясь в них, воздух проходит через лёгкие, и происходит вдох, а при поднятии грудины происходит выдох. Частота дыхания в спокойном состоянии у птиц зависит от их размера – чем мельче птица, тем более часто она дышит. В полете|полёте движения грудной клетки исключены, а дыхание осуществляется за счёт движение крыльев.

Источник

Дыхание животных

Режим обучения доступен только авторизованным пользователям

Возможности режима обучения:

Озвучка доступна в режиме обучения

Дыхание = энергия

Чтобы ускорить получение энергии, в ходе эволюции у животных развились две системы органов: 1. Дыхательная система. Органы дыхания (лёгкие) позволяют получить максимальное количество кислорода. За один вдох в лёгкие гепарда поступают сотни триллионов молекул кислорода. 2. Кровеносная система. Сердце как насос качает кровь по сосудам. Сосуды, оплетающие все тело гепарда, за секунды доставляют кислород ко всем клеткам. Без кровеносной системы кислород от легких гепарда к его мышцам шел бы в течение месяцев! За это время мышечные клетки давно бы погибли.

Так почему же у гепарда во время бега появилась отдышка и участилось сердцебиение?

У простых животных, таких как кишечнополостные и плоские черви, органы дыхания отсутствуют. Дыхание происходит через кожу путём диффузии.

Из-за беспорядочного движения молекул, кислород постепенно проникает из области, где его много туда, где его мало. Но такое движение происходит очень медленно. Так, молекулы кислорода проникают на расстояние в 1 мм за 100 секунд, а диффузия в 1 см займёт уже 3 часа. Поэтому большинство примитивных животных – мелкие, плоские и даже прозрачные создания. Через их тонкие тела кислород быстро проникает в организм и достигает каждой клетки.

Дыхательная система

Дыхание примитивных животных

У насекомых развилась особая система разветвлённых дыхательных каналов – трахей. Снаружи тела трахеи открываются дыхальцами, которые расположены вдоль всего тела насекомого. Воздух проникает через дыхальца, попадает в трахеи и доходит до тонких трахеол. Густая сеть трахеол дотягивается до каждой клетки. Другими словами, лёгкие оплетают все тело насекомого.
Увеличенные части трахей образуют воздушные мешочки возле органов, которым требуется большое количество кислорода.

Жабры необходимы для дыхания в воде. Они состоят из множества разветвляющихся отростков, увеличивающих контакт с поглощаемым из воды кислородом. Жабрами дышат рыбы, большинство моллюсков и некоторые амфибии.

Без защитных покрытий наружные жабры легко повредить. Если такое животное достать из воды, то его жабры быстро высохнут и разрушатся.

Жабры рыб защищены жаберными крышками, которые также помогают регулировать ток воды. Вода, насыщенная кислородом, проходит в жабры через рот рыбы. Затем вода достигает жаберных дуг, которые состоят из жаберных лепестков. Жаберные лепестки покрыты сетью крошечных кровеносных капилляров. Воздух просачивается через жаберные лепестки и попадает в кровь. Противоположный ток крови и воды позволяет максимально эффективно извлекать кислород. Это особенно важно, учитывая что количество кислорода в воде в 30 раз меньше, чем в воздухе.

Когда позвоночные животные впервые вышли на сушу сотни миллионов лет назад, жабры стали бесполезными. Нежные перистые структуры жабр легко повреждаются и быстро высыхают на воздухе. Миллионы лет назад у некоторых рыб впервые появились выросты кишечного тракта, которые дополняли жаберное дыхание. В дальнейшем эти выросты превратились в мешочки-лёгкие, спрятанные в теле и защищенные от усыхания и повреждений. Постепенное увеличение объема легких у наземных позвоночных позволяло вести всё более активный образ жизни.

Наземные позвоночные дышат лёгкими

Дыхание земноводных отличается от дыхания других наземных позвоночных. Земноводные втягивают воздух через ноздри, заполняя ротоглоточную полость. Далее дно рта поднимается, и воздух выталкивается в лёгкие. Такое дыхание похоже на процедуру реанимации человека «рот в рот». Рептилии и млекопитающие при дыхании используют «подсасывающую» силу, создаваемую мышцами. В данном случае вентиляция лёгких похожа на всасывание воды через соломинку. Кроме того, амфибии сохранили примитивные черты дыхания. Некоторые лягушки через кожу получают до 50% всего кислорода, личинки лягушек дышат при помощи жабр, а аксолотли вернулись к жаберному дыханию.

Легкие млекопитающих состоят из многочисленных микроскопических мешочков – альвеол. Эти мешочки увеличивают площадь соприкосновения лёгких с кислородом. Благодаря этому за один вдох поглощается больше кислорода. Так, у активных хищников количество альвеол достигает 300 миллионов, а у малоподвижных ленивцев – всего 6 миллионов. В дыхании всех млекопитающих участвует мышца диафрагма. Она располагается под легкими и осуществляет механизм вдоха – выдоха.

Млекопитающие, которые перешли к водному образу жизни, сохранили легкие и не могут дышать под водой. Чтобы сделать вдох этим животным приходится подниматься на поверхность. Однако кашалот может обходиться под водой без воздуха до 1,5 часов, погружаясь на глубину до 2 км. На глубине киты используют кислород, который хранится не только в лёгких, но и в крови и мышцах. У водных млекопитающих в мышцах могут запасаться большие объемы кислорода. К тому же, эти животные способны изменять направление транспорта кислорода. Если кислород кончается, то он будет в первую очередь транспортироваться к сердцу и мозгу. Кишечник и мышцы могут «подождать» до тех пор, пока животное вновь не всплывёт за глотком свежего воздуха.

Для полета необходимо колоссальное количество энергии. Поэтому эволюция «подарила» птицам самые эффективные лёгкие. Горные гуси летают над Гималаями на высоте более 7 километров над уровнем моря. Ни одно другое позвоночное не способно выжить на таких экстремальных высотах, где уровень кислорода чрезвычайно низок. Лёгкие птиц имеют особые выросты – лёгочные мешки. На вдохе воздух попадает сначала в задние воздушные мешки. Затем на выдохе воздух поступает в лёгкие, а затем в передние воздушные мешки. Лёгочные мешки не поглощают кислород, а лишь нагнетают его в лёгкие. Такая система двойного дыхания позволяет поглощать кислород даже на выдохе.

Источник