Wymiana gazowa - układ oddechowy

1. Powierzchnia ciała jako aparat wymiany gazowej. Ślimaki nagoskrzelne, większość pierścienic, małe stawonogi i nieliczne kręgowce. Warunki - Wolne tępo metabolizmu - Mało tlenu zaspokaja wymagania zwierzęcia - Duża powierzchnia ciała względem objętości Przykład: Dżdżownica Dzięki ruchom zwierzęcia i prądom powietrza powierzchnia ciała styka się z warstwą świeżego zasobnego w tlen powietrza. Komórki gruczołowe naskórka wydzielają śluz, dzięki czemu powierzchnia ciała jest stale wilgotna. Tlen znajdujący się w powietrzu glebowym rozpuszcza się w śluzie i poprzez powłoki ciała dyfunduje do sieci naczyń włosowatych znajdujących się tuz pod zewnętrzną warstwą komórek naskórka. Z krwią transportowany jest do wszystkich komórek ciała i dyfunduje z krwi do komórek CO2 z komórek dyfunduje do krwi i z nią jest transportowany do powierzchni ciała skąd dyfunduje do środowiska. Gdy pada deszcz w glebie przestwory z powietrzem wypełniają się wodą. Dżdżownice wychodzą na powierzchnie aby móc oddychać. Jak wiemy w wodzie znajduje się mniej tleny niż w powietrzu.

Pierwotniaki, gąbki, jamochłony Wymiana gazowa u tych zwierząt wodnych zachodzi całą powierzchnią ciała na drodze dyfuzji i jest dość prostym procesem. Rozpuszczony w wodzie tlen dyfunduje do wnętrza komórek, a dwutlenek węgla na zewnątrz do otaczającej wody

2. System tchawek u stawonogów. Owady, krocionogi, roztocze i pająki Tlen wnika przez małe otworki w powierzchni ciała - przetchlinki - do tchawek, czyli systemu rozgałęzionych rureczek roznoszących ten gaz do wszystkich komórek. Tchawki kończą się ślepo, mikroskopijnej wielkości, delikatnymi, wypełnionymi płynem tracheolami. Wymiana gazowa zachodzi pomiędzy płynem wypełniającym tracheole a komórkami ciała. Max liczba przetchlinek wynosi 20 – 2 pary tułowiowych i 8 par odwłokowych. Liczba jest różna u różnych gatunków owadów. Drobne owady przeprowadzają wymianę gazową przez dyfuzję, natomiast duże lub bardzo aktywne wentylują tchawki za pomocą ruchów odwłoka. System ten może funkcjonować sprawnie tylko w przypadku niewielkich organizmów i jest to jeden z powodów, dla których owady nie zwiększyły w znaczny sposób swoich wymiarów.

Płucotchawki to narządy oddechowe pajęczaków w postaci wewnętrznych komór, w których wymiana gazowa odbywa się drogą dyfuzji w licznych, silnie ukrwionych przegrodach wewnątrz komór. Powietrze atmosferyczne przedostaje się tam przez otwory zwane przetchlinkami.

3. Skrzela zwierząt wodnych Gł. organizmy wodne: niektóre pierścienice, mięczaki, skorupiaki, ryby i płazy. Są to cienkie, zawsze wilgotne i silnie ukrwione struktury o dużej powierzchni stykającej się z wodą. Sieć naczyń włosowatych doprowadza krew do skrzeli zapewniając dyfuzję tlenu i CO2 pomiędzy krwią a otaczającą wodą. Skrzela niekiedy wystają ponad powierzchnię ciała, np. u kijanek, aksolotli, jednak zazwyczaj są schowane pod pancerzem, np. u raka, lub pod pokrywami skrzelowymi u większości ryb.

Dyfuzja gazów w wodzie zachodzi stosunkowo wolno Dyfuzja gazów w wodzie zachodzi stosunkowo wolno. Dlatego też u większych zwierząt, a także bardziej aktywnych, wykształcił się mechanizm wentylacji skrzeli, powodujący ciągłe omywanie skrzeli, aby możliwy był stały dopływ tlenu. U ryb ciągły przepływ świeżej wody wymuszony jest przez otwieranie jamy gębowej i ruch pokryw skrzelowych. U małży i ślimaków ruch wody jest wymuszany przez rytmiczny ruch rzęsek pokrywających skrzela, a u dużych skorupiaków, np. u raka, krewetek, krabów, rolę tę odgrywa wyrostek znajdujący się u wylotu do komory skrzelowej. Natomiast drobne skorupiaki, rozwielitki, oczliki czy też ośliczki, stale poruszają listkowatymi odnóżami pełniącymi funkcję skrzeli. Woda ma większą gęstość i lepkość niż powietrze, wobec czego stawia większy opór. Ryby więc zużywają 20% swojej energii na pracę mięśni, dzięki którym woda przepływa przez skrzela. Wentylacja płuc "kosztuje" zwierzę lądowe tylko 1-2% wyprodukowanej energii, Ssaki zatem mają mniejsze wydatki energetyczne związane z wymianą gazową.

4. Kręgowce lądowe oddychają płucami Płuca posiadają nie tylko kręgowce, ale również pajęczaki i niektóre niewielkie mięczaki gł. ślimaki lądowe (pomrów czy winniczek). U mięczaków i kręgowców ruch powietrza wokół płucnych powierzchni oddechowych wymuszony bywa przez wentylację. Zapewnia to wystarczającą ilość tlenu zwierzętom prowadzącym aktywny tryb życia. Płuca posiadają również ryby dwudyszne, żyjące w zbiornikach silnie zanieczyszczonych lub okresowo wysychających. W porze suchej zagrzebują się w mule, na dnie wysychającego zbiornika a wymiana gazowa zachodzi za pomocą płuc. Poza płucami posiadają również skrzela, których używają do oddychania w wodzie. U prapłetwców (Afryka) zarówno płuca jak i skrzela stale biorą udział w oddychaniu.

Płazy Płuca płazów są zróżnicowane. Od parzystych, długich z gładką wewnętrzną ścianą worków oplecionych siecią naczyń włosowatych (salamandry) po płuca z nieco bardziej pofałdowaną wewnętrzną warstwą żab lub jeszcze bardziej pofałdowane u ropuch, co zwiększa powierzchnię wymiany gazowej. Płazy nieco inaczej niż ssaki pobierają powietrze do płuc. Nie posiadają żeber => nie ma klatki piersiowej, jak również nie mają przepony. Rolę pompy ssąco tłoczącej spełnia jama gardzielowo-gębowa. Żaba łyka więc powietrze, którym oddycha. Niektóre płazy nie posiadają płuc np. salamandra ciemna – wymiana gazowa zachodzi jedynie w gardzieli i przez powierzchnię skóry. U żab ok. 40 % wymiany gazowej dokonuje się poprzez pokryta śluzem skórę.

Gady Budowa płuc gadów również nie jest skomplikowana. Wewnętrzna powierzchnia parzystych, workowatych płuc jest pofałdowane, co zwiększa powierzchnie wymiany gazowej. Wymiana ta nie jest szczególnie efektywna, dlatego też gady nie wytrzymują dłuższych okresów wzmożonej aktywności. Płuca niektórych jaszczurek, żółwi i krokodyli mają nieco bardziej złożoną budowę. Wnętrze płuc wypełnia gąbczasta tkanka utworzona z licznych wewnętrznych fałdów w ścianie płuca. Fałdy te tworzą liczne pęcherzyki i komory oddechowe znacznie zwiększające powierzchnię oddechową.

Ptaki Bardzo aktywne zwierzęta o wysokim tempie metabolizmu wymagają dużej ilości tlenu. Budowa ich układu oddechowego umożliwia znaczną wydajność procesu oddechowego. Od płuc odchodzą cienkościenne worki powietrzne, które sięgają do wszystkich części ciała, a nawet wnikają do niektórych kości. W czasie wdechu w workach powietrznych gromadzi się powietrze, które w czasie wydechu zostaje przez te worki wpompowane do płuc. Oskrzela wnikają do parzystych płuc i rozgałęziają się na drobne gałązki zakończone cienkościennymi rurkami zwanymi przyoskrzelowymi, które są obustronnie otwarte w celu zapewnienie ciągłego przepływu powietrza. W przyoskrzelach mocno oplecionych naczyniami włosowatymi zachodzi właściwa wymiana gazowa. Krew płynie w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu powietrza - zgodnie z zasadą przeciwprądu. Dzięki temu do Krwi dostaje się znaczna ilość tlenu. Podczas spoczynku ptak wciąga powietrze dzięki ruchom mostka i żeber. Podczas lotu wciąga powietrze do płuc dzięki ruchom skrzydeł, który powoduje na przemian wtłaczanie i wytłaczanie powietrza.

Ssaki Układ oddechowy wszystkich ssaków zbudowany jat tak samo jak u człowieka z płuc i dróg oddechowych, którymi powietrze wędruje do pęcherzyków płucnych i z powrotem. Drogi oddechowe obejmują: nozdrza, jamę nosową, gardziel, krtań i tchawicę, która rozgałęzia się na 2 oskrzela – prawe i lewe – prowadzące do płuc. W płucach oskrzela dzielą się na liczne rozgałęzienia tzw oskrzeliki, te zaś rozgałęziają się wielokrotnie przechodząc w oskrzeliki oddechowe, które rozgałęziają się na kilka przewodów oddechowych i kończą się ślepo w woreczkach oddechowych. W ścianach przewodów oddechowych i woreczków płucnych znajdują się uwypuklenia zwane pęcherzykami płucnymi. Pęcherzyki te otacza gęsta sieć naczyń włosowatych. Przez ścianki pęcherzyków zachodzi wymiana tlenu i CO2 pomiędzy krwią i powietrzem.

Droga powietrza zanim trafi do pęcherzyków płucnych: Nozdrza zewnętrzne → jama nosowa → gardziel → krtań → tchawicę → oskrzela → oskrzeliki → oskrzeliki oddechowe → przewody oddechowe → woreczki oddechowe → pęcherzyki płucne