Способы дыхания у млекопитающих

Дыхательная система млекопитающих: общее о дыхательной системе, особенности воздухоносных путей, легкие, дыхательные движения

Дыхательная система млекопитающих

Общее о дыхательной системе млекопитающих

Что такое дыхательная система?

Органы дыхания млекопитающих — приспособление высокоорганизованных животных к условиям среды, содержащей кислород.

Благодаря дыхательной системе органы и ткани животного каждую секунду получают атмосферный кислород.

Дыхательную систему млекопитающих образуют легкие и воздухоносные пути. У каждого отдельного животного дыхательная система адаптирована к условиям среды обитания. Ткани легких играю первостепенную роль в процессе усвоения кислорода. В газообмене принимает участие и кожа, но процент используемого кислорода в этом случае равен 1.

Воздух проходит определенный путь через дыхательные пути в кровь:

Особенности воздухоносных путей

Задача дыхательных или воздухоносных путей — обеспечение доставки воздуха к тканям легкого. Передняя часть головы животных оснащена одним специфичным приспособлением, через которые воздух проникает в организм — ноздрями.

Ноздри обеспечивают попадание воздуха в носовую полость, где согревается и увлажняется.

Носовая полость состоит из преддверия, дыхательного отдела и отдела обоняния. Преддверие выполняет очистительную функцию: вылавливает крупные частицы пыли, попадающие в носовые проходы вместе с воздухом.

Преддверие наиболее развито среди жителей пустынь и степей, которые относятся к районам с высокой пылевой загрязненностью воздуха. Когда воздух попадает в дыхательные пути, он не только очищается от пыли, но и согревается. Последнее обеспечивается за счет густой сети капилляров, пронизывающих слизистую оболочку носовой полости.

Кроме того, слизь, содержащая различные бактерицидные вещества, обеззараживает воздух. На этом этапе осуществляется первый обмен кислорода в крови. Прежде чем атмосферный воздух достигнет гортани, он должен пройти лабиринт из полостей.

Гортань — следующий за ноздрями этап, который проходит воздух. Гортань характеризуется довольно прочным строением. Основание гортани образуется при помощи перстневидного хряща. Спереди п по бокам гортань образуется при помощи щитовидного хряща. Надгортанник, называемый «хитрым» устройством, закреплен на переднем краю щитовидного хряща: тем самым он прикрывает вход в гортань, когда пища проходит по глотке.

Так же есть своего рода «занавес», который расположен между щитовидным и черпаловидным хрящом — голосовые связки. Они представляют собой складки слизистой оболочки, с помощью которых происходит образование звука. Голосовые связи животных устроены определенным образом: животные могут воспроизводить только звуки низкой частоты. Тем не менее даже так они способны обмениваться друг с другом многочисленной информацией только с помощью звука.

Следующий этап за гортанью — трахея. Она представляет собой длинную трубку, которую образует множество хрящевых колец (они не дают ей спасться). Трахея делится на 2 бронха, каждый их которых считается той же трахеей (но у них меньший размер). Чем глубже бронхи проникают в легкие, тем больше они ветвятся — таким образом формируется бронхиальное дерево.

Образованные тканями бронхов самые мелкие трубочки — это бронхиолы.

На конце бронхиол находятся «пузырьки», называемые альвеолами. Внутреннюю поверхность альвеол выстилает дыхательный эпителий, с густой сетью кровеносных сосудов. По этой причине дыхательная поверхность легких способна превышать поверхность тела даже в 100 раз.

Количество альвеол напрямую связано с затратами энергии животным: чем их больше, тем больше затрат.

К примеру, дыхательная поверхность у ленивца в 4 раза меньше, чем у какого-либо хищного животного и равна 28 см/1 грамм массы тела (у хищников 6 см/1 грамм массы тела).

Легкие

Если обобщить, то легкие млекопитающих — это два губчатых мешка, в которых закреплены трахея и бронхи.

Бронхи состоят из множества мелких ответвлений — на их концах образуются альвеолы, имеющие кровеносные сосуды. Основной обмен кислородом между воздухом и кровью происходит именно в альвеолах.

Многие называют дыхательную систему животных совершенной. В том числе и потому, что благодаря ей млекопитающие обеспечивают себе постоянную температуру тела. Также легкие гарантируют постоянный обмен кислорода и углекислого газа. При отсутствии кислорода невозможны различные процессы в организме, такие как пищеварение, синтез белка, синтез АТФ, окисление веществ.

Дыхательные движения

Минимально необходимые дыхательные движения, обеспечивающие попадание воздуха в легкие — вдох и выдох. Всасывание воздуха через ноздри связано с активизацией целой группы мышц, движение которых и дает возможность совершить это действие.

Дыхательная система у млекопитающих — это два механизма дыхания: реберное и диафрагмальное.

При реберном дыхании происходит изменение объема грудной клетки (визуально заметное) за счет реберной мускулатуры. При диафрагмальном дыхании именно диафрагма меняет объем грудной клетки. Животные успешно комбинируют оба типа дыхания. То, какой из двух вариантов используется животным чаще, обусловлено его образом жизни.

Хищники чаще используют реберное дыхание, а копытные — диафрагмальное.

Число вдохов в минуту у мелких животных (они отличаются высоким уровнем метаболизма) и крупных различается:

• лошадь делает от 8 до 17 вдохов в минуту;
• крыса делает от 100 до 140 вдохов в минуту;
• мышь делает до 200 вдохов в минуту.

Животные дышат чаще во время движения. Важно отметить, что дыхательные процессы принимают участие в терморегуляции. Среди хищников часто встречается полипное дыхание (частое и неглубокое), благодаря которому увеличивается испарение с поверхности дыхательных путей — а это способствует потере тепла. И наоборот: глубокое дыхание позволяет при низких температурах увеличить теплопродукцию (потому что усиливает газообмен в легких).

Дыхание китообразных

Самый большой объем легких в мире — у китов и китообразных. Это позволяет им находиться в воде до полутора часов. При этом легкие китов отличаются высокой эластичностью. Всего за один вдох они могут обновить до 90% воздуха. Для сравнения, человек за один вдох обновляет всего 15% воздуха.

У китов ноздри находятся на темечке. При погружении, специальный клапан плотно из закрывает.

Также у китов есть еще одно важное приспособление, необходимое им для глубоководного плавания — биохимическое. В мышцах китов содержится очень много миоглобина (аналог гемоглобина). Его действие схоже с гемоглобином: соединяясь с кислородом, он формирует необходимый для животного кислородный запас.

Ластоногие, которые являются родственниками китообразных, обладают таким же приспособлением. Но в виду небольших размеров они не могут нырять глубоко и надолго. В лучшем случае они могут находиться под водой до 20 минут.

Источник

Дыхательная система млекопитающих – органы и ткани

Органы дыхания обеспечивают постоянное снабжение организма кислородом. Дыхательная система млекопитающих состоит из воздухоносных путей и лёгких. Она позволяет животным эффективно усваивать необходимые количества кислорода в самых разных жизненных условиях.

Воздухоносные пути

Дыхательные пути доставляют воздух к лёгким. Они начинаются ноздрями, которые расположены в передней части головы.

Через ноздри воздух попадает в носовую полость, где происходит его увлажнение и согревание.

Рис. 1. Дыхательные пути млекопитающего.

Из носовой полости увлажнённый воздух перемещается в гортань. Гортань является хрящевым органом, в котором находятся голосовые связки.

От гортани отходит трахея. Это трубка с хрящевыми стенками. Трахея делится на 2 бронха, один из которых входит в левое лёгкое, а другой в правое.

Каждый бронх постепенно ветвится и утончается. В итоге получается разветвлённая система тонких трубочек (бронхиол), каждая из которых заканчивается пузырьком, который называется альвеолой.

Рис. 2. Легочная альвеола.

Стенки бронхиол тонкие и не содержат хряща.

Лёгкие

Органом, в котором атмосферный кислород переходит в кровь, являются лёгкие. Газообмен между кровью и воздухом осуществляется в альвеолах.

Альвеола является структурно-функциональной единицей лёгких. Каждая альвеола окутана сетью капилляров.

Количество альвеол зависит от активности животного. Так, у ленивцев 3 млн, а у хищных 300 – 500 млн альвеол.

Большое количество альвеол создаёт большую площадь газообмена.

Из венозной крови, богатой углекислым газом, происходит поступление углекислого газа в полость альвеолы. Кислород из воздуха поступает в кровь, где соединяется с белком крови гемоглобином.

Дыхательные движения

Вдох и выдох являются дыхательными движениями, которые в течение всей жизни организма сменяют друг друга. За счёт этих движений и происходит постоянное засасывание воздуха через ноздри и его продвижение к лёгким.

Число вдохов-выдохов находится в обратной зависимости от размеров животных. Так, у коня 8 – 16 дыхательных движений в минуту, у крысы 100 – 150, у мыши 200.

Засасывающий эффект возникает благодаря изменению объёма грудной клетки за счёт движения рёбер и диафрагмы.

Диафрагма является куполообразной мышцей, отделяющей грудную полость от брюшной. При её движении в сторону брюшной полости происходит вдох. При обратном движении диафрагмы воздух выталкивается из лёгких.

Кожное дыхание

Кожные кровеносные сосуды также участвуют в газообмене, хотя и весьма незначительно. Через кожу в тело млекопитающих поступает примерно 1 % всего кислорода.

Дыхание китообразных

Киты до полутора часов могут находиться под водой. Они имеют самый большой среди животных объём лёгких. Лёгкие китов эластичны и за один вдох воздух в них обновляется на 80 – 90 % (у человека на 15 %).

Ноздри (некоторые киты имеют одну ноздрю) расположены на темени. Во время погружения под воду ноздри закрываются специальными клапанами.

Рис. 3. Выдох кита.

Ещё одним приспособлением китообразных к длительному нырянию является высокое содержание миоглобина. Миоглобин – это аналог гемоглобина, который находится в мышцах. Миоглобин соединяется с кислородом и создаёт резерв кислорода, который расходуется при нырянии.

Ластоногие могут находится под водой до 15 – 16 минут.

Что мы узнали?

Органы дыхания млекопитающих состоят из двух различных по функциям и строению частей: дыхательных путей, осуществляющих транспорт воздуха к месту газообмена, лёгких, в которых совершается газообмен. Стенки дыхательных путей толстые, стенки альвеол тонкие, благодаря чему через них происходит перенос кислорода и углекислого газа.

Источник

Дыхательная система млекопитающих — строение и функции органов дыхания

Органы дыхания играют важную роль в процессах жизнедеятельности. Они созданы для снабжения организма кислородом (обеспечивает газообмен). Дыхательная система млекопитающих участвует в жизненно важных процессах: водно-солевой обмен, терморегуляция, увлажнение воздуха и другие. На эту тему многие учёные провели множество исследований, проектов, презентаций и докладов, ведь именно аппарат дыхания позволяет живым организмам существовать на Земле.

Строение дыхательной системы млекопитающих

Млекопитающие — это отдельный класс животных типа хордовые, характе́рной особенностью которых является живорождение и вскармливание детей грудным молоком. Их дыхательный аппарат включает в себя лёгкие с альвеолярным строением и воздухоносные пути. Последние делятся на верхние и нижние. В верхние входят носовая полость и гортань, а нижний состоит из таких органов, как гортань, трахея, бронхи и лёгкие (схема представлена ниже).

Функция воздухоносных путей заключается в переносе воздуха к лёгким. Начиная с ноздрей, где кислород согревается и увлажняется, далее оксиген движется к гортани. Этот хрящевой орган служит хранилищем для голосовых связок, с помощью которых человек разговаривает, а животные получают возможность издавать различные звуки и общаться друг с другом.

После гортани воздух движется по трахее (вытянутой трубке) и разделяется. Одна часть попадает в левое лёгкое, а вторая в правое. Путь к лёгким обеспечивают 2 бронха. Каждый из них разветвляется до системы бронхиол. Тонкие трубочки заканчиваются воздушными пузырьками — альвеолами. Они объединяются в альвеолярные мешочки, которые сверху покрыты сетью маленьких сосудов — капилляров. На рисунке изображено строение бронхиолы с альвеолярными мешочками.

Количество альвеол у каждого животного различается. Это зависит от развития дыхательной системы и активности, так как именно за счёт воздушных пузырьков увеличивается площадь газообмена. Например, у человека их насчитывается 600—700 миллионов, а у ленивца 3 миллиона. При движении диафрагмы и межрёберных мышц в организме происходит вдох и выдох. Диафрагма — мышечная стенка, разделяющая брюшную и грудную полость.

В заднем отделе головного мозга расположен дыхательный центр. Как только поступает импульс в продолговатый мозг, то запускается процесс газообмена. Кратко описанные этапы дыхания:

Диафрагма и межрёберные мышцы сокращаются.

Объём лёгких увеличивается.

В альвеолы лёгких поступает кислород.

Межрёберные мышцы расслабляются.

Лёгкие уменьшаются.

Углекислый газ выводится из организма.

У млекопитающих слабо развито кожное дыхание из-за плотного слоя шерсти. В организм животного поступает 1% всего кислорода через кожные кровеносные сосуды, а в человеческий организм 7%.

Морские обитатели

Дыхательная система у морских млекопитающих состоит из тех же органов, что и у наземных, но имеет свои особенности. Киты способны заполнять кислородом объём лёгких, который намного превышает 3 тысячи литров, на 90%. Природа наделила морских млекопитающих дыхательными мускулами огромной мощности и эластичной грудной клеткой. Это даёт им возможность находиться под водой около 40 минут, а кашалотам до 2 часов.

С каждым вдохом в организм кита поступает большое количество кислорода, превышающее дыхательный объём человека в 4 раза. Объёмы лёгких у всех животных различны, так как это зависит от их жизнедеятельности, среды обитания и роли в природной экосистеме. У какого животного самые большие лёгкие? Этот рекорд поставило огромнейшее млекопитающее на Земле — голубой или синий кит. В таблице представлены распространённые виды живых организмов и соответственный им объём лёгочных мешков.

Человек	3—4 литра
Кот	0,019 литра
Собака	1,5—3 литра
Лошадь	26—30 литров
Крупный рогатый скот	30—35 литров
Кит	3 тыс. литров

Морские млекопитающие дышат, как и другие животные, но при каждом вдохе и выдохе им нужно всплывать. Кашалоты поднимаются на поверхность после несколько часового погружения, чтобы набрать кислород. Они совершают 60—70 вдохов и обогащают организм большим количеством воздуха. Кроме того, в головном отделе кашалота содержатся не только жир, спермацет и мозги, но и пространство, предназначенное для хранения дополнительного объёма кислорода.

А также все водные млекопитающие наделены повышенной кислородной ёмкостью крови. Пигмент, имеющийся в эритроцитах, красных кровяных тельцах, разносит оксиген по всему организму. Гемоглобин проходит через лёгкие, присасывается к кислороду и распространяется по всем кровяным сосудам.

У морских животных процесс связывания двух элементов (гемоглобина и кислорода) проходит быстрее, чем у человека, поэтому скорость распространения оксигена по организму крайне велика.

Значение аппарата дыхания

Органы дыхательного аппарата влияют на нервную и гуморальную регуляцию. Альвеолы лёгких животных растягиваются в процессе дыхательных движений, образуются нервные импульсы, которые направляются в продолговатый мозг. Это помогает повысить выносливость скелетных мышц и активность дыхательного центра. Результатом является повышение вентиляции лёгких и стойкость организма к физическим нагрузкам. К функциям дыхательной системы животных можно отнести:

• Обогащение организма источником восстановительных и окислительных процессов — кислородом.
• Осуществляет распад соединений, который приводит к выделению энергии и обеспечению жизнедеятельности.
• Из организма выводятся ненужные газы (например, углекислый).
• Конечные продукты обмена веществ удаляются из тела животного или человека.

Безусловно, дыхательная система играет очень важную роль в жизни всех организмов.

Поглощая кислород, люди и животные получают энергию для обеспечения процессов жизнедеятельности.

Источник