Животные дышат легкими. Какие животные дышат жабрами? Как дышат водные животные и наземные
Совокупность процессов, обеспечивающих в организме потребление O 2 и выделение CO 2 , называется дыханием
. Различают процессы внешнего и внутреннего дыхания. Внешнее дыхание обеспечивает обмен газов между организмом и внешней средой, внутреннее дыхание - потребление O 2 и выделение CO 2 клетками организма.
Фактором, обеспечивающим диффузию газов через дыхательные поверхности, является разность их концентраций. Движение растворенных газов происходит в направлении из области с их высокой концентрацией в область низкой концентрации.
У мелких организмов газообмен, как правило, осуществляется диффузно всей поверхностью тела (или клетки). У более крупных животных газы транспортируются к тканям либо непосредственно (трахейная система насекомых), либо с помощью специальных транспортных средств (кровь, гемолимфа).
Количество кислорода, поступающее в ткани животного, зависит от площади дыхательной поверхности и разности концентрации кислорода на них. Поэтому во всех органах дыхании наблюдается разрастание дыхательного эпителия. Для поддержания же высокого градиента диффузии кислорода на обменной мембране необходимо движение среды (вентиляции). Оно обеспечивается дыхательными ритмическими движениями всего тела животного (малощетинковый червь трубочник, пиявки) либо определенных его участков (ракообразные), а также работой ресничного эпителия (моллюски, ланцетник).
Ряд достаточно крупных животных не имеет специализированных органов дыхания. У них газообмен осуществляется через влажные кожные покровы, снабженные обильной сетью кровеносных сосудов (дождевой червь). Кожное дыхание в качестве дополнительного характерно для животных, обладающих специализированными органами дыхания. Например, у угрей, имеющих жабры, потребность в кислороде на 60% обеспечивается за счет кожного дыхания, у лягушек, имеющих легкие, эта величина составляет более 50 %.
Органами дыхания в водной среде являются жабры, в наземно-воздушной - легкие и трахеи.
Жабры представляют собой органы, расположенные вне полости тела в виде эпителиальных поверхностей, пронизанных густой сетью кровеносных капилляров. Жаберное дыхание свойственно многощетинковым кольчатым червям, большинству моллюсков, ракообразным, рыбам, личинкам земноводных. Наиболее эффективно жаберное дыхание у рыб. В его основе лежит явление противотока : кровь в капиллярах жаберных лепестков течет в направлении, противоположном току волы, омывающей жабры.
Легкие , как правило, являются внутренними органами и защищены от высыхания. Различают два их типа: диффузионные и вентиляционные . В легких первого типа газообмен осуществляется только путем диффузии. Такие легкие имеют относительно небольшие животные: легочные моллюски, скорпионы, пауки. Вентиляционные легкие имеют только наземные позвоночные.
Усложнение строения легких в ряду от земноводных к млекопитающим связано с возрастанием площади дыхательного эпителия. Так, у земноводных 1 см 3 легочной ткани имеет общую газообменную поверхность 20 см 2 . Аналогичный показатель для эпителия легких человека равен 300 см 2 .
Одновременно с увеличением дыхательной поверхности происходит совершенствование механизма вентиляции легких, которая, начиная с пресмыкающихся, осуществляется за счет изменения объема грудной клетки, а у млекопитающих - с участием мышц диафрагмы. Эти приспособления позволили теплокровным (птицам и млекопитающим) резко повысить интенсивность метаболизма.
Третий тип органов дыхания - трахеи . Они представляют собой заполненные воздухом тонкостенные, ветвящиеся неспадающиеся впячивания внутрь тела. Трахеи сообщаются с наружной средой отверстиями в кутикуле - дыхальцами. У насекомых их чаще всего 12 пар: 3 пары на груди и 9 пар на брюшке. Дыхальца могут закрываться либо открываться в зависимости от количества кислорода. При высокой степени развития трахейной системы (у насекомых) ее многочисленные разветвления оплетают все внутренние органы и непосредственно обеспечивают газообмен в тканях. Принципиальное отличие трахейного дыхания от легочного и жаберного заключается в том, что оно не нуждается в участии крови как транспортного посредника.
Трахейная система способна поддерживать достаточно высокий уровень тканевого дыхания, обеспечивая тем самым высокую физиологическую активность насекомого.
Вентиляция трахей у насекомых в отсутствие полета осуществляется чаще всего ритмическими сокращениями брюшка, в при полете усиливается движениями груди.
Водные личинки некоторых насекомых дышат при помощи трахейных жабр . В этом случае трахейная система лишена дыхалец т.е. она замкнута и заполнена воздухом. Ветви замкнутой трахейной системы заходят в «жабры» - придатки с большой поверхностью и тонкой кутикулой, позволяющей осуществлять газообмен между водой и воздухом трахейной системы. Такие трахейные жабры есть, например, у личинок поденок. У личинок некоторых стрекоз трахейные жабры расположены в полости прямой кишки, и насекомое вентилирует их, набирая воду внутрь кишки и выталкивая ее обратно.
Внешние показатели системы дыхания. Жизненная и общая ёмкость лёгких. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Обмен газов между альвеолярным воздухом и кровью. (Газообмен в лёгких)
Внешнее дыхание - газообмен между организмом и окружающим его атмосферным воздухом. Внешнее дыхание включает обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, а также газообмен между кровью легочных капилляров и альвеолярным воздухом.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - объем воздуха, который может выдохнуть человек при максимально глубоком медленном выдохе, сделанном после максимального вдоха.
Величина жизненной емкости легких человека составляет 3-6 л. В последнее время в связи с внедрением пневмотахографической техники все чаще определяют так называемую форсированную жизненную емкость легких (ФЖЕЛ). При определении ФЖЕЛ испытуемый должен после максимально глубокого вдоха сделать максимально глубокий форсированный выдох. При этом выдох должен производиться с усилием, направленным на достижение максимальной объемной скорости выдыхаемого воздушного потока на протяжении всего выдоха. Компьютерный анализ такого форсированного выдоха позволяет рассчитать десятки показателей внешнего дыхания. Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).
Почему в выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном? Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.
Весь процесс находится под контролем головного мозга. В продолговатом мозге есть специальный центр регуляции дыхания. Реагирует он на наличие углекислого газа в крови. Как только его становится меньше, центр по нервным путям посылает сигнал диафрагме. Происходит процесс ее сокращения, и наступает вдох. При повреждении дыхательного центра больному вентилируют легкие искусственным путем. Кислород, поступивший в альвеолы, проникает в стенки капилляров. Это происходит потому, что в крови и воздухе, содержащимся в альвеолах, давление разное. Венозная кровь имеет меньшее давление, чем воздух альвеол. Поэтому кислород из альвеол устремляется в капилляры. Давление же углекислого газа меньше в альвеолах, чем в крови. По этой причине из венозной крови углекислый газ направляется в просвет альвеол.
В крови имеются специальные клетки – эритроциты, содержащие белок гемоглобин. Кислород присоединяется к гемоглобину и путешествует в таком виде по организму. Кровь, обогащенная кислородом, называется артериальной.
Дальше кровь переносится к сердцу. Сердце − еще один наш неутомимый труженик − перегоняет кровь, обогащенную кислородом, к клеткам тканей. И далее по «реченькам-ручейкам» кровь вместе с кислородом доставляется ко всем клеткам организма.
Механизм газообмена между кровью и тканями. Связывание и перенос кислорода кровью. Кислородная ёмкость крови. Связывание и перенос кровью углекислого газа. Роль эритроцитов и гемоглобина в этом процессе. Значение фермента карбоангидразы.
Связывание кислорода гемоглобином. Транспорт О2 из альвеол в кровь и транспорт СО2 из крови в альвеолы осуществляется с помощью диффузии. Транспорт газов осуществляется в физически растворенном и химически связанном виде. Физические процессы, т. е. растворение газа, не могут обеспечить запросы организма в О2. Подсчитано, что физически растворенный О2может поддерживать нормальное потребление О2в организме (250 мл/мин), если минутный объем кровообращения составит примерно 83 л/мин в покое. Наиболее оптимальным является механизм транспорта О2в химически связанном виде. Гемоглобин (Нb) способен избирательно связывать О2и образовывать оксигемоглобин (НbО2) в зоне высокой концентрации О2в легких и освобождать молекулярный О2в области пониженного содержания О2в тканях. При этом свойства гемоглобина не изменяются и он может выполнять свою функцию на протяжении длительного времени.
Гемоглобин переносит О2от легких к тканям. Эта функция зависит от двух свойств гемоглобина: 1) способности изменяться от восстановленной формы, которая называется дезоксигемоглобином, до окисленной (Нb + О2НbО2) с высокой скоростью (полупериод 0,01 с и менее) при нормальном РО2в альвеолярном воздухе; 2) способности отдавать О2 в тканях (НbО2 Нb + О2) в зависимости от метаболических потребностей клеток организма.
Кислородная емкость крови
Количество кислорода, которое может связать гемоглобин при условии его полного насыщения, называется кислородной емкостью крови (КЕК)
1грамм Нв связывает 1,39 мл О2
Углекислый газ транспортируется следующими путями:
Растворенный в плазме крови - около 25 мл / л.
Связанный с гемоглобином (карбгемоглобин) - 45 мл / л.
В виде солей угольной кислоты - букарбонаты калия и натрия в плазме крови - 510 мл / л.
Таким образом, в состоянии покоя кровь транспортирует 580 мл углекислого газа в 1 л. Итак, основной формой транспорта СО2 является бикорбонаты плазмы, образующихся благодаря активному протеканию карбоангидразнои реакции.
В эритроцитах содержится фермент карбоангидраза (КГ), который катализирует взаимодействие углекислого газа с водой с образованием угольной кислоты, распадается с образованием бикарбонатного иона и протона. Бикарбонат внутри эритроцита взаимодействует с ионами калия, выделяемых из калиевой соли гемоглобина при восстановлении последнего. Так внутри эритроцита образуется бикарбонат калия. Но бикарбонатно ионы образуются в значительной концентрации и поэтому по градиенту концентрации (в обмен на ионы хлора) поступают в плазму крови. Так в плазме образуется бикарбонат натрия. Протон, образовавшегося при диссоциации угольной кислоты, реагирует с гемоглобином с образованием слабой кислоты ННb.
В капиллярах легких эти процессы идут в обратном направлении. С ионов водорода и бикарбонатных ионов образуется угольная кислота, которая быстро распадается на углекислый газ и воду. Углекислый газ удаляется наружу.
Итак, роль эритроцитов в транспорте углекислоты такова:
образование солей угольной кислоты;
образования карбгемоглобин.
Диффузия газов в тканях подчиняется общим законам (объем диффузии прямо пропорционален площади диффузии, градиента напряжения газов в крови и тканях). Площадь диффузии увеличивается, а толщина диффузного слоя уменьшается при увеличении количества функционирующих капилляров, что имеет место при повышении уровня функциональной активности тканей. В этих же условиях возрастает градиент напряжения газов за счет снижения в активно работающих органах Ро2 и повышения Рсо2 (газовый состав артериальной крови, как и альвеолярного воздуха остается неизменным!). Все эти изменения в активно работающих тканях способствуют увеличению объема диффузии О2 и СО2 в них. Потребление О2 (СО2) по спирограмму определяют по изменению (сдвигу) кривой вверх за единицу времени (1 минуту).
Сущность дыхания. Внешнее дыхание. Механизм вдоха и выдоха. Типы и частота дыхания у животных разных видов. Значение верхних дыхательных путей
Дыхание-сложный непрерывный биологический процесс,в рез-те которого происходит регенерация газового состава внутр.среды организма,что обеспечивает все клетки и ткани кислородом.
Значение: кислород,поступивший в клетку,вовлекается в реакцию окислительного фосфорилирования пит.в-в. и в рез-те освобождается скрытая молекула АТФ.
Звенья: 1)внешнее(легочное)
2)транспорт газов кровью
3) внутреннее(тканевое)дыхание.
Внешнее дыхание осуществляется в 2 этапа:1)газообмен между атм.воздухом и альвеолярным; 2) газообмен между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения.
Кислород по градиенту концентрации направляется из атм.воздуха в альвеолярный,оттуда в кровь капилляров малого кр.кр.
Углекислый газ по градиенту концентрации направляется из крови капилляров малого кр.кр в альвеолярный воздух,оттуда в атмосферный.
Механизм вдоха. Вдох-активный процесс,т.к.обусловлен поступлением нервных импульсов их дых.центра к инспираторным мышцам. В это время в прод.мозге отмечается инспираторная фаза активности нейронов,она обусловлена возбуждением ранних инспираторных нейронов,полных,поздних инспир.нейронов. Часть аксонов полных и поздних инспираторных нейронов направляется в спинной мозг,возбуждают мотонейроны,иннервирующие инспираторные мышцы. Инспираторные мышцы сокращаются и увеличивается объём гр.клетки в 3-х основных направлениях.
За счет сокращения диафрагмы,её купол уплощается,объём гр.клетки увеличивается в верт.направлении. За счет сокращения межреб. И межхрящ.мышц,грудина отходит чуть-чуть вперед,а ребра занимают более гориз.положение-объём гр.клетки увеличивается в передне-заднем и поперечном(реберном) направлении.
Лёгкие пассивно следуют за гр.клеткой (растягиваются)-внутрилегочное давление становится чуть-чуть ниже атмосферного-воздух засасывается в легкие.
Механизм выдоха. 1ч-пассивный выдох(пассивная экспирация)
2ч-активный выдох.
Пассивный выдох обусловлен отсутствием поступления нервных импульсов из нейронов к инспираторным мышцам. В это время в про.мозге отмечается постинспираторная фаза,она обусловлена возбуждением постинспир.нейронов-в результате тормозится активность всех инспираторных нейронов-нервные импульсы не поступают из прод.мозга в спинной. Мотонейроны спинного мозга не активируются-импульсы от них не поступают к инспираторным мышцам-инспираторные мышцы расслабляются-объём грудной клетки уменьшается в 3-х осн.направлениях. За счет расслабления дафрагмы-купол поднимается-объём гр.клетки уменьшается в верт.направлении. За счет расслабления наружных косых межреб.и межхрящевых мышц грудина возвращается назад-ребра занимают более вертикальное положение-объём гр.клетки уменьшается в переднее-заднем и реберном направлениях. Грудная клетка уменьшилась-давление в легких стало выше,чем атмосферное-воздух выдавливается из лёгких.
Активный выдох. В прод.мозге отмечается экспираторная фаза,она обусловлена возбуждением экспират.нейронов. Все аксоны экспир.нейронов из прод.мозга поступают в спинной и возбуждают мотонейроны,иннервирующие экспир.мышцы. Экспир.мышцы сокращаются и допольнительно уменьшают объём гр.клетки,тем самым продолжая выдох.
Различают три типа дыхания:
· грудной, или реберный - в нем принимает участие в основном мышцы грудной клетки (преимущественно у женщин);
· брюшной, или диафрагмальный - дыхательные движения совершаются главным образом мышцами живота и диафрагмой (у мужчин);
· грудобрюшной, или смешанный - дыхательные движения осуществляются грудными и брюшными мышцами (у всех сельскохозяйственных животных).
Частота дыхательных движений зависит от уровня обмена веществ в организме, от температуры окружающей среды, возраста животного, атмосферного давления и некоторых других факторов.
У высокопродуктивных коров обмен веществ выше, поэтому частота дыхания составляет 30 в 1 мин, в то время как у коров со средней продуктивностью она равна 15–20. У телят в возрасте одного года при температуре воздуха 15 0 С частота дыхания составляет 20–24, при температуре 30–35 0 С - 50–60 и при температуре 38-40 0 С - 70–75.
У молодых животных дыхание чаще, чем у взрослых. У телят при рождении частота дыхания достигает 60–65, а к году снижается до 20–22.
Верхним дыхательным путям принадлежит более важная роль жизнедеятельности организма, чем она представлялась ранее.
Эта часть дыхательной системы имеет значение для согревания, увлажнения и очищения вдыхаемого воздуха, для речевой функции, но этим ее значение не ограничивается. Верхние дыхательные пути имеют очень чувствительные рецепторные зоны, возбуждение которых рефлекторным путем оказывает влияние на различные физиологические системы. И наоборот, слизистая оболочка носа (и гортани) легко реагирует на рефлекторные воздействия. Например, при охлаждении ног происходит вазомоторная реакция слизистой носа.
Все знают, что люди дышат легкими. Какие животные дышат с помощью легких Вы узнаете в этой статье.
Какие животные дышат легкими?
Легкими дышат - наземные позвоночные (земноводные, пресмыкающиеся, птицы, звери)
Звери и птицы дышат легкими, которые устроены примерно так же, как и у человека.
А вот морские млекопитающие имеют легкие, но, несмотря на это, могут находиться под водой очень долго. Например, кашалот может опускаться на глубину около 1000 метров и находиться под водой в течение 1:00, потому что его гигантские легкие способны сделать запас воздуха в 1000 литров. Он также как и кит, при дыхании выбрасывает через носовое отверстие воздуха и водяной пар, конденсируется на холоде - в результате получается огромный фонтан высотой от 4 до 5 метров в высоту.
С помощью легких осуществляется газообмен между воздухом в полости легких и кровью, текущей легочными капиллярами.
Во время вдоха, воздуха, содержащего кислород попадает в легкие. Легкие имеют вид пористых мешков. В каждом легком (левое и правое) очень сильно ветвятся бронхи, которые заканчиваются многочисленными легочными пузырьками. Каждый легочный пузырек опутанный сетью кровеносных сосудов. С легочной пузырьки кислорода воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови в воздух. После накопления углекислого газа в легочной пузыре происходит выдох. Пористая строение легких позволяет увеличить их внутреннюю поверхность во много раз.
Примитивные жабры есть у . У большинства высших эти расположены на боковых стенках тела и верхних отделах грудных ног. Водные личинки насекомых имеют трахейные жабры, представляющие собой тонкостенные выросты на разных частях тела, в которых имеется сеть трахей.
Из иглокожих жабры имеют морские звезды и морские ежи. Все первичноводные хордовые животные (рыбы) имеют ряды парных отверстий (жаберные щели), расположенные в глотке. У кишечнодышащих (подвижных донных животных), оболочников (мелких морских животных с мешковидным телом, покрытым оболочкой) и бесчерепных (особая группа беспозвоночных животных) газообмен производится во время прохождения воды сквозь жаберные щели.
Как животные дышат жабрами
Жабры состоят из листочков (нитей), внутри них находится сеть кровеносных сосудов. Кровь в них отделена от внешней среды очень тонкой кожей, при этом создаются нужные условия для обмена между газами, растворенными в воде, и кровью. Жаберные щели у рыб разделены дугами, от которых отходят жаберные перегородки. У некоторых костных и хрящевых видов лепестки жабр расположены на наружной стороне дуг в два ряда. Активно плавающие рыбы имеют жабры с гораздо большей поверхностью, чем малоподвижные водные животные.
У многих беспозвоночных, молодых головастиков эти органы дыхания находятся на внешней стороне тела. У рыб и высших ракообразных они спрятаны под защитные приспособления. Часто жабры расположены в особых полостях тела, они могут быть прикрыты специальными складками кожи или кожистыми крышками (жаберными крышечками) для защиты от повреждений.
Жабры также выполняют функцию кровеносной системы.
Движение жаберной крышки при дыхании производится одновременно с движением (открыванием и закрыванием) рта. При дыхании рыба открывает рот, втягивает внутрь воду и закрывает рот. Вода воздействует на органы дыхания, проходит через них и выходит наружу. Кислород поглощается капиллярами кровеносных сосудов, расположенными в жабрах, а использованный углекислый газ выходит через них в воду.
Какие животные дышат с помощью легких Вы узнаете в этой статье.
Какие животные дышат легкими?
Легкими дышат — наземные позвоночные (земноводные, пресмыкающиеся, птицы, звери)
Звери и птицы дышат легкими, которые устроены примерно так же, как и у человека.
А вот морские млекопитающие имеют легкие, но, несмотря на это, могут находиться под водой очень долго. Например, кашалот может опускаться на глубину около 1000 метров и находиться под водой в течение 1 часа, потому что его гигантские легкие способны сделать запас воздуха в 1000 литров. Он также как и кит, при дыхании выбрасывает через носовое отверстие воздух и водяной пар, который конденсируется на холоде — в итоге получается большущий фонтан высотой от 4 до 5 метров в высоту.
В лёгких осуществляется газообмен между воздухом, находящимся в паренхиме лёгких, и кровью, протекающей по лёгочным капиллярам.
Лёгкими называют также органы дыхания у некоторых беспозвоночных животных (у некоторых моллюсков, голотурий, паукообразных).
Во время вдоха, воздух, содержащий кислород попадает в лёгкие. Лёгкие имеют вид ячеистых мешков. В каждом лёгком (левое и правое) очень сильно разветвляются бронхи, которые оканчиваются многочисленными лёгочными пузырьками. Каждый лёгочный пузырёк оплетён сетью кровеносных сосудов. Из лёгочного пузырька кислород воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови в воздух. После накопления углекислого газа в лёгочном пузырьке происходит выдох. Ячеистое строение лёгких позволяет увеличить их внутреннюю поверхность во много раз.