Aktywny lot i utrzymywanie wysokiej temperatury ciała na stałym poziomie wiąże się z dużym zapotrzebowaniem energetycznym. Do tego niezbędne są stałe, duże dostawy tlenu i pokarmu.

Tlen zapewniają ptakom rurkowate płuca, obecność worków powietrznych i mechanizm podwójnego oddychaniapodwójne oddychaniepodwójnego oddychania.

Ptaki wędrowne przemierzają setki kilometrów dziennie bez odpoczynku. Przez wiele godzin wykonują ruchy skrzydłami. Zapotrzebowanie energetyczne ptaków jest stale na wysokim poziomie, nie tylko podczas wędrówek. Wpływa na to tryb życia ptaków, wysoki metabolizm oraz termoregulacja.

RpqgB6i2pXvqA
Niektóre bociany białe (Ciconia ciconia) w drodze do zimowisk przemierzają nawet 10 000 km.
Źródło: Flickr, licencja: CC BY-ND 2.0.

Więcej informacji na temat ptaków w e‑materiale Ogólna charakterystyka ptakówD1GjRfnDROgólna charakterystyka ptaków.

bg‑green

Budowa układu oddechowego ptaków

Drogi oddechowe rozpoczynają się nozdrzami prowadzącymi przez jamę nosową do krtani, a dalej do szerokiej i długiej tchawicy.

Szczytowa część tchawicy łączy się z krtanią górną, a miejsce rozgałęzienia na dwa oskrzela główne z krtanią dolną.

Oskrzela kończą drogi oddechowe i prowadzą do płuc zbudowanych z parabronchiparabronchiparabronchi – rurek oplecionych naczyniami włosowatymi.

Płuca połączone są z cienkościennymi workami powietrznymiworki powietrzneworkami powietrznymi.

Zapamiętaj!

Worki powietrzne nie biorą udziału w wymianie gazowej. Umożliwiają pobieranie większej ilości tlenu, magazynują i wtłaczają powietrze do płuc, zmniejszają ciężar ciała, biorą udział w termoregulacji.

Ptaki w spoczynku zużywają dużo więcej tlenu niż inne kręgowce, a podczas lotu zapotrzebowanie na tlen wielokrotnie wzrasta. Małe, sztywne rurkowate płuca nie zmieniają objętości podczas wdechu i wydechu. Płuca z workami powietrznymi zapewniają ptakom odpowiednią ilość tlenu.

RE852GVHAQ9I1
Schemat przedstawia rozmieszczenie worków powietrznych u gołębia skalnego. Znajdują się po obu stronach ciała ptaka, symetrycznie w kości ramiennej w skrzydłach, która jest oznaczona cyfrą 1. Łączy się ona z workiem obojczykowym oznaczonym cyfrą 2, znajdującym się w centralnej części ciała. Na worku znajduje się tchawica oznaczona cyfrą 3. Jest to przewód, którym doprowadzane jest powietrze z zewnątrz. Przy płucach u góry symetrycznie występują worki piersiowe przednie, oznaczone cyfrą 4, a pod nimi oznaczone cyfrą 5 worki piersiowe tylne. Znajdują się one w płucach, oznaczono je cyfrą 6. Pod płucami znajdują się dwa duże worki brzuszne oznaczone cyfrą 7. Mają one kształt półksiężyców, są symetryczne do siebie.
Rozmieszczenie worków powietrznych u gołębia skalnego (Columba livia).
Źródło: Englishsquare Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ważne!

Podczas spoczynku wentylacja płuc ptaków jest wynikiem skurczów mięśni międzyżebrowych.

Wentylacja płuc w czasie lotu jest wynikiem zmiany rozmiaru klatki piersiowej, wywołanej ruchem skrzydeł.

bg‑lime

Większość ptaków ma dziewięć worków powietrznych:

  • nieparzysty obojczykowy;

  • dwa worki szyjne;

  • dwie pary worków piersiowych (przednie i tylne);

  • dwa worki powietrzne brzuszne.

Niektóre gatunki ptaków mają więcej lub mniej worków powietrznych:

  • bocian biały (Ciconia ciconia) ma tylne worki powietrzne podzielone, worek obojczykowy, razem 11 worków;

  • perkoz dwuczuby (Podiceps cristatus) ma 4 worki powietrzne obojczyka, nie ma worków szyjnych, razem 10 worków;

  • dzięcioł zielony (Picus viridis), podobnie jak kukułka zwyczajna (Cuculus canorus), mają niesparowany worek powietrzny obojczyka; połączony z przednimi workami powietrznymi, razem 7 worków.

Zapamiętaj!

Worki powietrzne to element układu oddechowego spotykany tylko u ptaków.

Więcej na temat wentylacji płuc u kręgowców w e‑materiale Mechanizmy wentylacji płuc u kręgowców lądowychDtkvx6xzAMechanizmy wentylacji płuc u kręgowców lądowych.

bg‑blue

Podwójne oddychanie

Płuca ptaków łączą się z workami powietrznymi, które nie biorą bezpośrednio udziału w wymianie gazowej. Umożliwiają dwukrotny, jednokierunkowy przepływ powietrza bogatego w tlen przez płuca - podczas wdechu i podczas wydechu.

1
Wymiana gazowa podczas wdechu

Podczas wdechu worki powietrzne tylnepłuca wypełniają się wchodzącym przez tchawicę i oskrzela powietrzem bogatym w tlen. Powietrze przepływa przez płuca, a następnie wypełnia worki powietrzne przednie. W tym czasie droga łącząca oskrzela z workami powietrznymi przednimi jest zamknięta, worki powietrzne tylne i przednie są rozciągnięte. Na tym etapie worki powietrzne tylne wypełnione są powietrzem bogatym w tlen, które jeszcze nie dotarło do płuc. Worki powietrzne przednie zawierają powietrze po wymianie gazowej, bogate w dwutlenek węgla.

Wymiana gazowa podczas wydechu

Podczas wydechu bogate w tlen powietrze z worków powietrznych tylnych przechodzi do płuc, gdzie zachodzi wymiana gazowa. W tym czasie droga łącząca oskrzela z workami powietrznymi przednimi jest otwarta, worki powietrzne tylne i przednie kurczą się. Powietrze z płuc i worków powietrznych przednich jest usuwane na zewnątrz.

bg‑blue

Znaczenie podwójnego oddychania

U ptaków – zarówno podczas wdechu, jak i wydechu – przez płuca przepływa powietrze bogate w tlen. Dwa razy, przy wdechu i przy wydechu, w płucach zachodzi wymiana gazowa.

Mechanizm ten nosi nazwę podwójnego oddychania. Dwukrotna wymiana gazowa zapewnia ptakom dużą ilość tlenu i utrzymanie wysokiego tempa metabolizmu. Dzięki temu możliwe jest utrzymanie wysokiej, stałej temperatury ciała i uzyskanie dużych ilości energii niezbędnej do aktywnego lotu.

bg‑azure

Przykład zmiany tempa wentylacji płuc spowodowanej różnym zapotrzebowaniem energetycznym u koliberka rubinobrodego (Archilochus colubris)

Rm0bt7ElHFhMA
Koliberek rubinobrody (Archilochus colubris).
Źródło: Pslawinski, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 4.0.

Tętno u kolibrów jest niezwykle wysokie, podczas lotu osiąga nawet 1250 uderzeń na minutę. Powoduje to szybkie krążenie krwi, która dostarcza tlen do mięśni podczas ich szybkich ruchów w trakcie lotu.

Tętno spoczynkowe spada do około 250 uderzeń na minutę.

Zwarte i symetryczne płuca kolibra dostarczają tlen do krwiobiegu i służą do chłodzenia. Dziewięć cienkościennych worków powietrznych tłoczy powietrze do płuc.

Częstość oddechów tych ptaków wynosi około 250 oddechów na minutę – około czterech oddechów na sekundę.

Aby zaspokoić niezwykle duże zapotrzebowanie energetyczne, zwłaszcza podczas lotu, koliber ważący 4‑5 g spożywa około 2 g sacharozy dziennie. Przed migracją wzrasta zawartość tłuszczu w organizmie. Koliber gromadzi około 0,15g lipidów dziennie na gram masy ciała - jest to wartość, która u człowieka odpowiadałaby przyrostowi masy ciała o 10 kg dziennie.

Słownik

parabronchi
parabronchi

cienkie rurki budujące płuca ptaków; kapilary umożliwiają przepływ powietrza w głąb sąsiadujących naczyń krwionośnych

podwójne oddychanie
podwójne oddychanie

mechanizm oddychania charakterystyczny dla ptaków; dzięki obecności worków powietrznych wymiana gazowa w płucach zachodzi dwa razy, podczas fazy wdechu i fazy wydechu

rurkowate płuca
rurkowate płuca

charakterystyczne dla ptaków płuca, zbudowane z licznych rurek, które są głównymi drogami przepływu powietrza podczas oddychania

worki powietrzne
worki powietrzne

cienkościenne uchyłki płuc ptaków należące do układu oddechowego; uczestniczą w procesie podwójnego oddychania