Газообмен у млекопетающих. Дыхательная система млекопетающих.

Обновлено: 18.05.2024

Органы дыхания стали приспособлением высокоорганизованных животных к условиям среды, в атмосфере которой находится кислород. Дыхательная система ежесекундно снабжает органы и ткани животного атмосферным кислородом.

Дыхательная система млекопитающих образована воздухоносными путями и легкими. Дыхательная система каждого конкретного животного приспособлена под условия среды, в которой он обитает. Главенствующая роль в усвоении кислорода принадлежит ткани легких, однако кожа также участвует в газообмене, но на покровы приходится лишь 1% используемого кислорода.

Путь воздуха через дыхательные пути в кровь:

Носовая полость;
Трахея;
Бронхи;
Альвеолы;
Кровь.

Воздухоносные пути

Дыхательные или воздухоносные пути обеспечивают доставку воздуха к тканям легкого. В передней части головы расположены специальные приспособления, через которые воздух попадает в организм - ноздри.

При помощи ноздрей, воздух попадает в носовую полость, в носовой полости он согревается и увлажняется.

Носовую полость делят на преддверие, дыхательный отдел и отдел обоняния. Среди функций преддверия выделяется очистительная функция - улавливание крупных частиц пыли, которые могут попадать в носовые проходы вместе с воздухом. Особенно эта часть воздухоносных путей развита у жителей пустынь и степей, районов с повышенной пылевой загрязненностью воздуха. Попадая в дыхательные пути, воздух не только очищается от пыли. Благодаря густой сети капилляров, которые пронизывают слизистую оболочку носовой полости, воздух активно согревается. А благодаря слизи, в которой находятся бактерицидные вещества, обеззараживается. Уже здесь происходит первый обмен кислорода в крови. Атмосферный воздух должен пройти целый лабиринт из полостей, прежде чем достигнет гортани.

Готовые работы на аналогичную тему

Следующий этап, который проходит воздух - это гортань. Гортань имеет прочное строение. Перстневидный хрящ образует основание гортани, с передней стороны и по бокам образует щитовидный хрящ, который имеется только у млекопитающих. По бокам и на задней стороне гортани расположен черпаловидный хрящ. Хитрое устройство надгортанник, который крепится к переднему краю щитовидного хряща прикрывает вход в гортань, когда по глотке продвигается пища.

Кроме того, существует как бы «занавес», расположенный между щитовидным и черпаловидным хрящом. Это голосовые связки - сладки слизистой оболочки, при помощи которых образуется звук. Голосовые связки животных устроены таким образом, что в большинстве случаев животные способны воспроизводить звуки только низкой частоты. Но это не мешает им при общении передавать друг другу массу информации только при помощи звука.

Следом за гортанью открывается проход в трахею. Трахея - это длинная трубка, образованная множеством хрящевых колец, которые не позволяют ей спасться. Трахея имеет деление на два бронха, бронхи - это та же трахея, но меньшего размера. Бронхи, при больше проникновении в легкие все больше и больше ветвятся, что в итоге образуют бронхиальное дерево. Самые мелкие в итоге трубочки, образованные тканями бронхов, называются бронхиолами. На конце бронхиол образуются «пузырьки» - альвеолы. Внутренняя поверхность альвеол выстлана дыхательным эпителием, густо снабженным кровеносными сосудами. Таким образом, дыхательная поверхность легких может превышать поверхность тела в сто раз. Чем больше животное тратит энергии, тем больше у него альвеол. Так, например, у ленивца дыхательная поверхность легких примерно в четыре раза меньше чем у любого хищного животного 28 см/1 г массы тела против 6 см/1 г массы тела.

Рисунок 1. Дыхательная система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Лёгкие

Если вкратце, легкие млекопитающих представляют собой два губчатых мешка. В этих мешках закреплена трахея и бронхи. Бронхи в свою очередь, делятся на множество более мелких ответвлений, на концах которых образуются альвеолы, снабженные кровеносными сосудами. В альвеолах и происходит основной обмен кислородом между воздухом и кровью.

Не будет ошибкой, если дыхательную систему животных назовут совершенной. При помощи дыхательной системы млекопитающие животные могут обеспечить себе постоянную температуру тела. Благодаря легким происходит постоянный обмен кислорода и углекислого газа. Без кислорода были бы невозможны многие процессы в организме: пищеварение, окисление веществ, синтез белка, синтез АТФ.

Дыхательные движения

Вдох и выдох - это необходимые дыхательные движения, при помощи которых воздух попадает в легкие. Для того, чтобы всосать воздух через ноздри, нужно активировать целую группу мышц, движение которых и позволит осуществить это действие.

Млекопитающие имеют двойной механизм дыхания. При реберном дыхании, можно визуально заметить изменение объема грудной клетки, при помощи мускулатуры ребер. При диафрагмальном дыхании объем грудной клетки меняется с помощью большой мускульной преграды - диафрагмы. Животные сочетают оба типа дыхание. Однако преобладание какого-то одного типа дыхания обусловлено образом жизни животного. Так, хищники больше используют реберное дыхание, в то время как копытные обходятся преимущественно диафрагмальным дыханием. Сравним число вдохов в минуту у мелких животных, имеющих более высокий уровень метаболизма, с крупными:

По сравнению со спокойным состоянием, частота дыхания возрастает при движении. Кроме того, дыхательные процессы участвуют в терморегуляции. У хищников весьма распространено полипное дыхание (частое, неглубокое), увеличивающее испарение с поверхности дыхательных путей, что способствует потере тепла. Глубокое же дыхание, помогает при низких температурах увеличить теплопродукцию, так как усиливает газообмен в легких.

Дыхание китообразных

Киты и китообразные имеют самый большой объем легких в мире, благодаря этому они могут находиться воде до полутора часов. Легкие у китов невероятно эластичные - за один вдох их легким удается обновить до 90% воздуха, в то время как у человека легкие способны обновить лишь 15%.

Ноздри у китов распложены на темечке, когда кит погружается в воду, ноздри плотно закрываются специальным клапаном.

Кроме того, китообразные имеют еще одно приспособление к глубоководному плаванию - биохимическое. Дело в том, что их мышцы содержат высокий уровень миоглобина, аналога гемоглобина. Миоглобин действует также как гемоглобин и создает соединения с кислородом, формирует такой необходимый животному запас кислорода.

Родственники китообразных ластоногие имеют такие же приспособления, однако их размеры не позволяют нырять слишком глубоко и надолго, они могут находиться под водой не больше двадцати минут.

3. Внутреннее строение Млекопитающих

Пищеварительная система млекопитающих, так же как и других позвоночных животных, представлена пищеварительным трактом и железами.

Пищеварительный тракт : рот — глотка — пищевод — желудок — тонкая кишка — толстая кишка — прямая кишка — анальное отверстие.

слюнные железы (\(4\) пары) — выделяют слюну;
печень — выделяет желчь;
поджелудочная железа — выделяет поджелудочный сок.

У млекопитающих есть щёки и губы . Они захватывают пищу губами, а затем пережёвывают с помощью зубов. В ротовой полости рецепторы языка определяют вкус пищи, здесь же она пропитывается слюной . Слюна содержит ферменты, под действием которых происходит расщепление крахмала и сахара до простых веществ. Затем пищевой комок проглатывается и поступает в пищевод.

В ротовой полости находятся зубы , которые не прирастают к челюстям , как у других позвоночных животных, а находятся в ячейках челюстей. Зубы делятся на резцы , клыки , малые коренные и большие коренные .

Строение желудка зависит от вида пищи. Желудок у большинства млекопитающих однокамерный. Многокамерный желудок характерен для жвачных копытных (коров, лосей, жирафов, зубров, овец). В таком желудке четыре камеры — рубец , сетка , книжка и сычуг .

Грубая растительная пища у жвачных животных из пищевода попадает в рубец. Здесь под действием бактерий происходит её брожение. Из рубца пища поступает в сетку, а из неё возвращается в рот для пережёвывания. Измельчённая и пропитанная слюной пищевая масса передвигается в книжку и сычуг, где под действием желудочного сока происходит её переваривание.

Из желудка (однокамерного или многокамерного) полужидкая пищевая кашица поступает в тонкий кишечник. В первый отдел тонкого кишечника — двенадцатиперстную кишку — выделяется сок из поджелудочной железы и желчь из печени. Под их действием происходит полное расщепление пищи.

Стенки тонкого кишечника всасывают образовавшиеся питательные вещества, а непереваренные частицы попадают в толстую кишку и выводятся наружу через анальное отверстие .

У растительноядных млекопитающих на границе тонкого и толстого отделов кишечника есть слепая кишка . В ней живут полезные бактерии, помогающие расщеплять клетчатку.

Дыхательная система млекопитающих, как и у других наземных позвоночных, состоит из воздухоносных (дыхательных) путей и лёгких.

носовая полость;
гортань;
трахея;
бронхи.

С дыханием связана способность издавать звуки. В гортани млекопитающих расположены голосовые связки. Выдыхаемый воздух заставляет их колебаться и возникает звук. Звуками животные передают информацию друг другу.

В лёгких бронхи превращаются в тонкие бронхиолы , заканчивающиеся тонкостенными пузырьками, густо оплетёнными капиллярами, — альвеолами (за счёт них поверхность лёгких в \(50\)-\(100\) раз больше всей поверхности кожи млекопитающего).

Дыхательная система млекопитающих

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.

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, согревание и обеззараживание.

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 полукольцами и соединительнотканными стенками стенками. Трахея делится на 2 бронха, один из которых входит в левое лёгкое, а другой в правое.

которые читают вместе с этой

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.

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.

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.

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.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Дыхание — это совокупность процессов, в результате которых происходит доставка и потребление организмом кислорода и выделение двуокиси углерода во внешнюю среду. Прекращение дыхания даже на самый короткий промежуток времени нарушает функции различных органов и может привести к смерти.

Процесс дыхания состоит из следующих этапов:

· обмен воздуха между внешней средой и альвеолами легких;

· обмен газов альвеолярного воздуха и крови через легочные капилляры;

· транспорт газов кровью;

· обмен газов крови и тканей в тканевых капиллярах;

· потребление кислорода клетками и выделение ими углекислоты.

В процессе эволюции животного мира возникновение и развитие системы специальных органов дыхания шло разными путями.

Тип дыхания обусловлен средой обитания животных. У одноклеточных организмов диффузное дыхание — непосредственное проникновение газов через оболочку клетки (лейкоциты, амеба и др.). У низших многоклеточных (червей, низших насекомых) обмен газов происходит через клетки поверхности тела (кожное дыхание). У рыб обмен газов происходит между кровью в жабрах и кислородом, растворенным в воде. Некоторые рыбы, кроме жаберного, имеют кожное и кишечное дыхание. Плавательный пузырь щуки поглощает 35 % кислорода, а морского окуня — до 88 %.

У насекомых поверхностный покров состоит из плотной хитиновой оболочки, газообмен происходит в специальных дыхательных трубочках —трахеях, пронизывающих их тело (трахейное дыхание).

У рептилий и амфибий газообмен осуществляется на 2/3 через кожу и на 1/3 — через легкие.

У птиц газообмен осуществляется в легких, через которые воздух проходит во время вдоха и выдоха.

У млекопитающих обмен газов происходит в основном в легких, через кожу и пищеварительный тракт газообмен не превышает 1 % всего объема дыхания, однако у лошадей при работе кожное дыхание увеличивается до 8 %.

ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Эволюция органов дыхания сопровождалась развитием специальной дыхательной мускулатуры и легких.

По дыхательным путям воздух поступает в легкие, где и происходит газообмен. Дыхательные пути включают в себя носовую и ротовую полости, гортань, трахею и бронхи, вплоть до их мельчайших разветвлений. Слизистая оболочка дыхательных путей покрыта мерцательным эпителием и содержит секреторные клетки, вырабатывающие слизь и серозную жидкость. В дыхательных путях газообмен не происходит, но они имеют большое значение. Атмосферный воздух, проходя через воздухоносные пути, очищается от пыли и других твердых частиц, согревается в холодное время года или охлаждается в жару, увлажняется, что способствует ионизации кислорода, в результате чего он лучше используется организмом и обезвреживается за счет наличия в слизи лизоцима.

У высших животных и человека газообмен происходит в легких. Легкие образованы разветвлениями бронхов на средние и мелкие, заканчивающимися конечными бронхиолями. Бронхиоли ветвятся на альвеолярные ходы, заканчивающиеся альвеолами. Из альвеол и состоит паренхима легких. У овец поверхность альвеол составляет 50-80 м 2 , у человека — 60-120 м 2 , что более чем в 100 раз поверхности тела. Альвеолы состоят из одного слоя плоских клеток. Они окружены густой сетью капилляров, кровь, протекая по капиллярам, отделена от воздуха эндотелием альвеол и капилляров, толщина которых составляет 0,004 мм, что создает благоприятные условия для газообмена. В альвеолах происходит газообмен между альвеолярным воздухом и кровью (рис. 24).

Рис. 24. Участок легкого с капиллярами (сильное увеличение):

1- терминальная бронхиола; 2- альвеолярные ходы; 3- альвеолы; 4- капилляры с эритроцитами.

Бронхиальная мускулатура иннервируется парасимпатическими волокнами, проходящими в стволе блуждающего нерва, и симпатическими, отходящие от нижнего шейного и верхнего грудного ганглиев. Перерезка блуждающих нервов на шее животного вызывает расширение трахеи и бронхов, тогда как при раздражении периферического конца блуждающего нерва электротоком бронхиальная мускулатура сокращается. Симпатические нервы расслабляют мышцы бронхов.

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.

Читайте также: