U niemal wszystkich kręgowców lądowych narządami wymiany gazowej są parzyste płuca, które podczas filogenezy rozwinęły się z nieparzystego uchyłka ściany jelita ryb, który następnie podzielił się na dwa woreczki, dając początek parzystym płucom. Ewolucja płuc prowadziła do stopniowego zwiększania się powierzchni wymiany gazowej poprzez rozwój i różnicowanie wnętrza płuca.
RsLS4bGRhmpRK1
Ważne!
Początek płucom kręgowców lądowych dały płuca ryb dwudysznych. Płuca tych zwierząt powstały z uchyłków jelita i są z nim połączone przewodem powietrznym. Wykształcenie płuc zapewniło rybom dwudysznym zdolność do oddychania powietrzem atmosferycznym. Od tego narządu pochodzi również pęcherz pławny ryb promieniopłetwych.
Różnice w budowie układów oddechowych poszczególnych gromad kręgowców lądowych sprowadzają się głównie do odmiennej budowy wewnętrznej płuc i różnego sposobu ich wentylacji. Wymiana gazowa u kręgowców, podobnie jak u innych zwierząt, zachodzi na drodze dyfuzji.
1
Płazy
Płazy
Płazy to pierwsze kręgowce lądowe – ich postacie dorosłe utraciły skrzela. Płuca płazów mają stosunkowo prostą budowę. Są one parzystymi, silnie unaczynionymi workami o lekko pofałdowanej powierzchni wewnętrznej. Płuca łączą się z jamą gębowo‑gardzielowąjama gębowo‑gardzielowajamą gębowo‑gardzielową krótkimi drogami oddechowymi, tzw. tchawico‑krtanią.
Powietrze dostaje się do jamy gębowo‑gardzielowej przez nozdrza położone na grzbietowej stronie głowy, co pozwala na pobieranie powietrza także wówczas, gdy płaz (np. żaba) jest częściowo zanurzony w wodzie. Płazy nie mają klatki piersiowej, która u innych kręgowców lądowych zapewnia wentylację płuc – odpowiadają za nią rytmiczne ruchy jamy gębowo‑gardzielowej. Ponieważ taki rodzaj wentylacji nie wystarcza do dostarczenia odpowiedniej ilości tlenu do tkanek, płazy prowadzą dodatkowo wymianę gazową przez nabłonek jamy gębowo‑gardzielowej i przez pokrytą śluzem skórę. U niektórych gatunków, np. salamandry bezpłucnej, skórna wymiana gazowa całkowicie pokrywa zapotrzebowanie tlenowe organizmu.
Gady
Gady
Lądowy tryb życia gadów oraz pokrycie ciała suchą i grubą skórą ze zrogowaciałym naskórkiem (który chroni organizm przed utratą wody, ale także uniemożliwia wymianę gazową przez skórę) wymusiły rozwój powierzchni płuc u gadów. Płuca gadów są silniej rozwinięte i charakteryzują się większą powierzchnią wymiany gazowej w porównaniu z płucami płazów. Mają one budowę gąbczastą i postać obszernych, cienkościennych worków, które u niektórych gadów podzielone są na liczne komory.
Większość gadów ma dwa płuca. Tylko u węży właściwych (Colubridae) występuje jedno, prawe płuco. Lewe jest szczątkowe lub ulega całkowitemu zanikowi. Płuca niektórych żółwi oraz krokodyli mają bardziej skomplikowaną budowę (tzw. płuca gąbczasto‑pęcherzykowate), przez co przypominają płuca ssaków.
R1bXIZJtJqAPp
Do płuc gadów prowadzą drogi oddechowe składające się z: nozdrzy zewnętrznych, jamy nosowej, nozdrzy wewnętrznych, jamy gębowej, gardzieli, krtani, tchawicy i oskrzeli wnikających do płuc. U krokodyli jama nosowa oddzielona jest od jamy gębowej podniebieniem wtórnym, czyli kostno‑mięśniowo‑błoniastą przegrodą, dzięki której zwierzęta te mogą oddychać nawet wtedy, gdy jama gębowa wypełniona jest pokarmem lub wodą. U pozostałych gadów jamy nosowa i gębowa nie są całkowicie oddzielone.
Gady są pierwszymi zwierzętami mającymi klatkę piersiową.klatka piersiowaklatkę piersiową. Wentylacja ich płuc związana jest ze skurczem mięśni międzyżebrowych, który przy wdechu powoduje ruch żeber pociągający za sobą wzrost objętości całej klatki piersiowej i płuc. Przy wydechu rozkurcz mięśni międzyżebrowych pociąga za sobą zmniejszenie objętości klatki piersiowej oraz płuc. Taki rodzaj wentylacji jest znacznie bardziej efektywny niż ten występujący u płazów i umożliwia lepszą dystrybucję tlenu w tkankach.
Ptaki
Ptaki
W skład układu oddechowego ptaków wchodzą: drogi oddechowe, rurkowate płuca i worki powietrzneworki powietrzneworki powietrzne. Drogi oddechowe zawierają te same elementy jak te występujące u gadów, choć wykazują pewne różnice strukturalne. Ptaki, podobnie jak gady, mają nozdrza zewnętrzne (zlokalizowane na dziobie), jamę nosową oraz nozdrza wewnętrzne. Ich tchawica jest znacznie dłuższa i szersza w porównaniu z tchawicą gadów. Ponadto krtań ptaków dzieli się na krtań górną i dolną. Ta ostatnia pełni funkcję narządu głosu. Największe różnice dotyczą jednak budowy płuc. U ptaków mają one budowę rurkowatą, są stosunkowo niewielkie i na tyle sztywne, że nie zmieniają swojej objętości podczas wentylacji. System rurek poprzeplatanych z włosowatymi naczyniami krwionośnymi powstaje na skutek rozgałęziania się oskrzeli wnikających do płuc. Podczas spoczynku wentylacja płuc ptaków zachodzi dzięki skurczom mięśni międzyżebrowych, natomiast w czasie lotu jest wynikiem zmiany rozmiaru klatki piersiowej, wywołanej ruchem skrzydeł.
Worki powietrzne (parzyste worki szyjne, worki piersiowe przednie i piersiowe tylne, worki brzuszne oraz jeden worek obojczykowy) są elementem układu oddechowego charakterystycznym jedynie dla ptaków. Dzięki ich obecności wentylacja płuc jest bardzo efektywna, gdyż świeże powietrze, zawierające dużą ilość tlenu, przepływa przez płuca zarówno w czasie wdechu, jak i podczas wydechu. Jest to tzw. podwójne oddychanie. Wymiana gazowa w płucach zachodzi zarówno w czasie wdechu, jak i wydechu, ponieważ płuca nie są workami, lecz zbudowane są z kanalików, przez które stale przepływa powietrze w tym samym kierunku.
R1d4LkLQtCGbD
Układ oddechowy ptaków zarówno pod względem budowy, jak i funkcjonowania stanowi jeden z elementów przystosowania ptaków do lotu. Rurkowate płuca i worki powietrzne umożliwiające podwójne oddychanie zapewniają ptakom zwiększenie sprawności organizmu oraz zmniejszenie ciężaru właściwego ciała. Duża dostępność tlenu umożliwia ptakom utrzymanie wysokiego tempa przemian metabolicznych, które dostarczają im dużej ilości energii niezbędnej do lotu oraz umożliwiają utrzymanie stałej temperatury ciała tych zwierząt.
Ssaki, podobnie jak ptaki, są zwierzętami stałocieplnymistałocieplnośćstałocieplnymi. By utrzymać stałą temperaturę ciała, wykorzystują ciepło wytwarzane w procesach metabolicznych. Jednym z warunków niezbędnych do utrzymania stałej temperatury ciała jest zatem efektywna wymiana gazowa i ciągłe dostarczanie dużych ilości tlenu, niezbędnego do prawidłowego przebiegu przemian metabolicznych.
R152zIr7s8xJz
Narządem zapewniającym sprawną wymianę gazową u ssaków są płuca charakteryzujące się budową pęcherzykową. Drogi oddechowe, składające się z jamy nosowej, gardzieli, krtani i tchawicy, wnikają do płuc poprzez dwa oskrzela główne. Oskrzela te dzielą się następnie na kolejne rozgałęzienia, tworzące oskrzeliki oddechowe zakończone pęcherzykami płucnymi. Ściany pęcherzyków płucnych buduje nabłonek jednowarstwowy płaski, a oplata je gęsta sieć włosowatych naczyń krwionośnych. Taka budowa płuc gwarantuje bardzo dużą powierzchnię wymiany gazowej (np. efektywna powierzchnia oddechowa u człowieka wynosi ok. 100 mIndeks górny 22), a więc także wydajne dostarczanie tlenu do krwi.
Wentylacja płuc ssaków związana jest ze zmianą ich objętości, powodowaną unoszeniem się żeber i zwiększaniem objętości klatki piersiowej oraz opadaniem żeber i zmniejszaniem objętości klatki piersiowej. Ruch klatki piersiowej wywołany jest skurczem mięśni oddechowych (międzyżebrowychmięśnie międzyżebrowemiędzyżebrowych) wspomaganych przez dodatkowy mięsień – przeponęprzeponaprzeponę. Przepona, występująca wyłącznie u ssaków (a także u krokodyli, choć inaczej zbudowana), ma kształt kopuły i oddziela klatkę piersiową od narządów jamy brzusznej.
Więcej informacji na temat mechanizmów wentylacji płuc u kręgowców lądowych znajdziesz tutajPLWKQnxtktutaj.
Słownik
jama gębowo‑gardzielowa
jama gębowo‑gardzielowa
początkowy fragment układu oddechowego i pokarmowego płazów
klatka piersiowa
klatka piersiowa
część tułowia utworzona z połączonych z kręgosłupem żeber, znajdująca się między szyją a jamą brzuszną; chroni narządy wewnętrzne (płuca i serce) oraz uczestniczy w procesie wymiany gazowej
mięśnie międzyżebrowe
mięśnie międzyżebrowe
grupa mięśni oddechowych kręgowców wchodząca w skład mięśni klatki piersiowej; dzielą się na mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne i zewnętrzne
przepona
przepona
główny mięsień oddechowy ssaków oddzielający klatkę piersiową od jamy brzusznej
worki powietrzne
worki powietrzne
element układu oddechowego ptaków zwiększający wentylację płuc
stałocieplność
stałocieplność
stałocieplność, homoiotermia, homojotermia; zdolność zwierząt do utrzymywania temperatury wnętrza ciała na względnie stałym poziomie, w znacznym stopniu niezależnym od temperatury otoczenia