Біологія. Довідник школяра та абітурієнта
Дихання
Загальні уявлення про процес дихання та його види
Дихання у широкому розумінні — це сукупність реакцій біологічного окиснення органічних енерговмісних речовин з виділенням енергії, необхідної для підтримання життєдіяльності організму. Біологічне окиснення може відбуватись як за участю Оксигену (аеробне дихання), так і без нього (анаеробне дихання).
Дихання складається з таких процесів:
- 1) обмін газів між атмосферним повітрям і кров’ю (зовнішнє дихання, або вентиляція легенів);
- 2) обмін газів у легенях (між альвеолярним повітрям і кров’ю капілярів малого кола кровообігу);
- 3) перенесення газів кров’ю;
- 4) обмін газів у тканинах — між кров’ю капілярів великого кола кровообігу й клітинами тканин (внутрішнє, або тканинне, дихання).
Залежно від особливостей будови системи, яка забезпечує обмін газів між організмом і навколишнім середовищем, розрізняють шкірне, трахейне, зяброве й легеневе дихання.
Шкірне дихання — це єдиний шлях газообміну в багатьох безхребетних: губок, кишковопорожнинних, більшості червів, погонофор та найпримітивніших представників різних типів тварин. Шкірне дихання відіграє істотну роль у газообміні й у багатьох тварин, що мають спеціалізовані дихальні органи: у молюсків, голкошкірих, круглоротих, риб, земноводних і навіть деяких плазунів. Дихальні гази (Оксиген і вуглекислий газ) проникають крізь біологічні мембрани лише у розчиненому стані. Якщо для водних організмів лімітуючим чинником дихання є кількість розчиненого у воді Оксигену, то для наземних тварин — наявність самого розчинника: газообмінна поверхня тіла обов’язково має бути зволожена секретом шкірних залоз чи періодичним зануренням у воду (дощові черви, земноводні та ін.).
Трахейне дихання здійснюється спеціалізованою дихальною системою, яка доставляє Оксиген повітря до кожного органу, тканини, клітини без участі крові чи гемолімфи та їхніх кров’яних пігментів. Це розгалужена у всьому тілі система трахейних трубочок, що сполучаються між собою. Трахейна система є у комах, багатоніжок та багатьох хеліцерових. По боках тіла є до 10 пар отворів — дихалець, кожне з яких веде до атріальної порожнини. Від останньої відходять трахейні трубочки, які багаторазово розгалужуються, сполучаються між собою і закінчуються тонкими трахеолами діаметром менш як 1 мкм. Трахейна система заповнена повітрям, Оксиген дифундує від дихалець через трахеї до клітин тіла.
Зяброве дихання. Зябра — це тонкі вирости (пластинки) ектодермального походження, всередині яких є густа сітка кровоносних капілярів. Завдяки утворенню складок, пелюсток, поділу на пучки ниток зябра набувають великої поверхні, що забезпечує інтенсивний газообмін. Добре розвинені зябра є в ракоподібних, молюсків, голкошкірих, круглоротих, риб, у личинок і в деяких дорослих земноводних. Своєрідні трахейні зябра є у деяких водяних комах. Це тонкостінні розгалужені вирости з поверхні тіла або задньої кишки, всередині яких розміщена густа сітка трахей. Розчинений у воді Оксиген дифундує крізь стінку таких зябер і потрапляє до трахей. Для більшої ефективності газообміну зябра водних організмів мають постійно омиватися водою, рух якої через зябровий апарат здійснюється різними шляхами. Хоча зябра — це апарат для дихання у водному середовищі, проте деякі водні тварини, які перейшли до наземного способу життя, використовують свої зябра для дихання повітрям (пальмовий і піщаний краби та деякі інші наземні членистоногі).
Легеневе дихання. Легенями дихають майже всі наземні хребетні, а також деякі водні тварини. На відміну від зябер легені хребетних тварин є інвалінованими, тобто органами всередині тіла та мають ентодермальне походження.
Вентиляція альвеол, необхідна для газообміну, здійснюється завдяки чергуванню вдиху й видиху. Під час вдиху в альвеоли надходить насичене Оксигеном атмосферне повітря, а при видиху в навколишнє середовище видаляється повітря, бідне Оксигеном, але багате вуглекислим газом.
Серед безхребетних легені чи легеневі мішки є у павуків, скорпіонів, деяких ракоподібних, легеневих молюсків, але походження їх інше, ніж у хребетних. У членистоногих легені є видозміною зябрових ніжок, а у молюсків утворилися з мантійної порожнини. Це переважно дифузійні легені, вони не вентилюються, а Оксиген з повітря дифундує крізь дихальця — пневмостоми — у газову суміш, що міститься у легенях.
У земноводних функціонує нагнітальний механізм дихання: повітря в легені і з легень надходить під активним тиском. Плазуни втратили здатність до шкірного дихання. Відповідно значно зросла ефективність легеневого дихання. У легенях збільшилась кількість перегородок і чарунок (комірок), унаслідок чого збільшилася поверхня газообміну. У плазунів з’явились ребра та міжреброві м’язи, завдяки чому дихання почало відбуватись під негативним тиском, тобто повітря засмоктується у легені. За рахунок зміни об’єму ротоглоткової порожнини повітря надходить у ротоглоткову порожнину через ніздрі за опускання її дна. Під час піднімання дна повітря проштовхується в легені
У птахів будова легень та їх вентиляція доволі специфічні. Це невеликий компактний, нееластичний і, отже, не здатний до розтягання, парний орган. У легенях птахів немає альвеол, замість них функціонують дуже тонкі (10-20 мкм діаметру) бронхіоли, оплетені густою сіткою капілярів. Завдяки великій кількості таких бронхіол легені мають велику поверхню для газообміну. Птахи мають подвійне дихання: як на вдиху, так і на видиху легені заповнені повітрям, уміст О2 і СО2 в якому не відрізняється від атмосферного. Такий ефект досягається завдяки участі у дихальному процесі повітряних мішків.
Ссавці — це єдиний клас тварин, легені яких мають альвеолярну будову, завдяки чому поверхня газообміну легень доволі велика, наприклад, у людини досягає 100 м2.
