Дыхательная система. Дыхание Строение дыхательной системы

14.07.2019

7. Дыхание

Большинство аэробы, используют диффузию для потребления кислорода и выделения углекислого газа. Небольшое количество является анаэробами, имеются факультативные анаэробы.

8. Поведение

Простейшие воспринимают раздражения и реагируют на них. Ответ на раздражение в форме перемещения в пространстве называется таксисом. Таксисы бывают положительные и отрицательные.

9. Размножениеи жизненныециклы

Простейшие размножаются бесполым и половым способом. Формы бесполого размножения:

монотомия – деление животного надвое и последующий рост; палинтомия – последовательное деление; шизогония (синтомия) – множественное деление, свойственное споро-

викам. Ряд исследователей считают, что агамный способ размножения споровиков – мерогония. Она представляет особый способ почкования;

почкование (внешнее, внутреннее) – образование выростов тела. Формы полового размножения:

копуляция (изогамная, анизогамная, оогамная); конъюгация.

Для протистов характерны несколько типов митоза, которые различаются поведением ядерной оболочки, симметрией, положением и развитием центров, организующих веретено. Выделяют следующие типы митозов: открытый (оболочка ядра подвергается разборке), закрытый (оболочка остается ненарушенной), полузакрытый (оболочка фрагментируется только на полюсах; центры веретена расположены в цитоплазме, само веретено одето ядерной оболочкой). К. Хаусман выделяет ортомитоз (веретено биполярное, часть микротрубочек проходит от полюса к полюсу, а часть прикреплена к кинетохорам хромосом) и плевромитоз (веретено состоит из двух независимых половин).

Жизненный цикл – отрезок жизни между двумя однозначными стадиями. Чаще цикл начинается стадией зиготы, далее следует однократное или многократное бесполое размножение. Затем образуются половые клетки (гаметы), они сливаются, образуется зигота. На основании закономерностей чередования гаплоидной и диплоидной фазы выделяют три типа ядерных циклов (Беклемишев, 1979):

ЛЕКЦИЯ 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОСТЕЙШИХ

9. Размножение и жизненные циклы

зиготическая редукция – мейоз – происходит во время первого (одноступенчатый мейоз) или двух первых (двухступенчатый мейоз) делений ядра зиготы;

гаметическая редукция – мейоз осуществляется при созревании гамет; промежуточная редукция – мейоз происходит при образовании стадий

бесполого размножения – агамет.

У некоторых видов в жизненном цикле происходит только периодическое изменение строения вегетативных частей клетки. Встречаются представители, у которых отсутствует жизненный цикл.

10. Классификации

Первая система предложена О. Бючли (1880–1889 гг.). Согласно этой классификации простейшие представлены одним типом – Protozoa и четырь-

мя классами Sarcodina, Sporozoa, Mastigophora, Ciliophora.

Б. М. Хонинберг в 1964 г. тип Protozoa подразделил на четыре подтипа:

Sarcomastigophora, Sporozoa, Cnidospora, Ciliophora.

В. А. Догель выделяет пять типов: Sarcomastigophora, Sporozoa, Cnidosporidia, Microsporidia, Ciliophora.

Н. Д. Левайн с группой коллег в 1980 г. разработали систему, в которой простейшие подразделяются на семь типов: Sarcomastigophora, Labyrinthomorpha, Apicomplexa, Microspora. Myxozoa, Ciliophora.

За последние годы, особенно благодаря развитию ультраструктурных молекулярных и молекулярно-генетических методов исследования, объем знаний об одноклеточных вырос. Установлено, что различные группы принадлежат к рано разошедшимся в эволюции линиям развития, взаимоотношения между которыми нельзя считать выясненными. Понятие «протисты» – Protista – охватывает все одноклеточные организмы. Многие исследователи одноклеточных рассматривают в составе нескольких (иногда более десяти) царств. Царство Protista подразделяют более чем на 25 групп (типов), таксономический ранг которых является предметом научных дискуссий. Современные данные позволяют выделить несколько основных форм организации «простейших» (Система простейших по В. В. Малахову, 2007; Э. Рупперт, 2008): жгутиконосцы, корненожки; лучистые; альвеолятные. Отдельные группы простейших имеют оригинальную форму организации, не позволяющую присоединить их к выделенным группам (Microsporidia, Myxozoa ).

Контрольныевопросы

1. История изучения простейших.

2. Общеклеточные структуры тела простейшего.

3. Моноэнергидность и полиэнергидность. Ядерный дуализм.

4. Гомокариотные и гетерокариотные простейшие.

ЛЕКЦИЯ 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОСТЕЙШИХ

Контрольные вопросы

5. Покровы и скелетные образования простейших.

6. Микрофиламенты и микротрубочки. Функции.

7. Экструсомы и их функции.

8. Типы симметрии простейших.

9. Типы движения, органеллы движения, механизм движения простейших.

10. Строение жгутика. Корешковая система жгутика (реснички).

11. Прикрепительные органеллы.

12. Типы питания и органеллы питания простейших.

13. Пиноцитоз и его классификация.

14. Строение сократительной вакуоли и ее функции.

15. Дыхание простейших.

16. Таксис как форма поведения простейших.

17. Типы бесполого размножения простейших.

18. Типы митоза.

19. Жизненный цикл. Типы ядерных циклов.

20. Половое размножение простейших (копуляция, конъюгация).

21. Классификации простейших.

Простейшие - широко распространенная группа организмов, находящаяся в состоянии биологического прогресса. Известно более 50 000 видов простейших. Все они характеризуются рядом общих признаков:

1. Тело образовано клеткой, содержащей одно или несколько ядер. В морфологическом (структурном) отношении их тело равноценно клетке многоклеточных, но в физиологическом (функциональном) оно представляет собой самостоятельный организм.

2. По типу питания все простейшие - гетеротрофы, однако некоторые жгутиковые могут питаться автотрофно или сочетать два типа питания в зависимости от условий среды (миксотрофы).

3. Простейшим свойственно бесполое размножение путем разных форм деления, а также разнообразные формы полового процесса. Ядро делится митотически. У некоторых форм в жизненном цикле наблюдается чередование полового и бесполого способов размножения (фораминиферы).

4. Многие простейшие способны образовывать цисту (покоящуюся форму для переживания неблагоприятных условий), т. е. инцистироватъся.

5. Дыхание простейших осуществляется всей поверхностью тела.

6. Реакция на внешнее раздражение осуществляется в форме двигательных таксистов. Таксис - реакция на односторонне действующий стимул, свойственная свободно передвигающимся организмам. Источниками раздражения могут быть свет (фототаксис), температура (термотаксис), химические вещества (хемотаксис) и др. Движение может быть направлено к источнику стимуляции (положительный таксис) или от него (отрицательный таксис).

7. Выделение осуществляется либо через поверхность тела, либо с помощью сократительных вакуолей. Помимо удаления продуктов обмена веществ, важной функцией сократительных вакуолей является выведение из организма избытка воды, что необходимо для поддержания нормального осмотического давления в клетке.

2.1 Характеристика основных классов Простейших

Признаки

Саркодовые

(амеба обыкновенная)

Жгутиковые

(эвглена зеленая)

Инфузории

(инфузория-туфелька)

Строение тела

Одноклеточное микроскопическое животное 0,1-0,5мм, обитающее в воде. Перемещается с помощью временных выростов цитоплазмы - псевдоподий (ложных ножек); покрытая клеточной мембраной, цитоплазма имеет все органоиды, ядро, вакуоли

Одноклеточное микроскопическое животное 0,05мм, обитающее в воде. На переднем конце веретеновидного тела находятся один жгутик, светочувствительный глазок и сократительная вакуоль. Органеллы клетки такие же, как у амебы, кроме того, имеются органеллы, содержащие хлорофилл, - хроматофоры

Одноклеточное микроскопическое животное 0,1-0,3мм, обитающее в воде. Клеточная оболочка плотная, с рядами ресничек. Форма туфлевидная. Цитоплазма с органоидами, имеются большое (макронуклеус) и малое (микронуклеус) ядра, две сократительные вакуоли, пищеварительные вакуоли. На боковой стороне расположены околоротовая воронка и порошица

Бактерии, одноклеточные водоросли. Вследствие фагоцитоза образуется пищеварительная вакуоль. Растворенные вещества усваиваются, твердые частицы выбрасываются в любом месте клетки

На свету питание автотрофное (фотосинтез), как у растений. При длительном отсутствии света питание становится гетеротрофным, сапротрофным. Пищеварительная вакуоль не образуется

Питается бактериями, которые через околоротовую воронку (цистом) подгоняются ресничками в рот, попадают в глотку, затем в цитоплазму, где образуется пищеварительная вакуоль. Через порошицу выводятся непереваренные частицы

Газообмен осуществляется через наружную клеточную мембрану. Дыха-тельным и энергетическим центром служат митохондрии

Как у амебы

Выделение

Вода и конечные продукты жизнедеятельности собираются в сокра-тительную вакуоль и выносятся наружу

Как у амебы

Вода и конечные продукты жизнедеятельности соби-раются в две сократительные вакуоли с приводящими канальцами

Реакция на раздражение

Положительный таксис на пищу, свет, отрицатель-ный - на соль

Как у амебы

Половой процесс

Отсутствует

Конъюгация

Размножение

Осуществляется вследствие деления клеток надвое путем митоза. Молекула ДНК удваивается в интерфазе

Осуществляется вследствие деления клеток путем митоза вдоль оси клетки. Молекула ДНК удваивается в интерфазе

Осуществляется вследствие митотического деления клетки надвое поперек оси клетки. Молекула ДНК удваивается в интерфазе

Значение

Положительное: компонент биоценоза в цепи питания, морские корненожки имеют из-вестковую раковину - образуют осадочные горные породы - мел, известняк; по некоторым видам корненожек судят о присутствии нефти. Отрицательное: дизентерийная амеба вызывает инфекционное заболевание

Положительное: компонент биоценоза в цепи питания; имеет познавательное значение для изучения общих предков растений и животных. Отрицательное: вызывает цветение воды в водоемах; паразити-ческие жгутиковые поселяяются в крови, кишечнике животных и человека, вызывая заболевания

Другие представители

Диффлюгия, арцелла, эуглифа, фораминифера, радиолярия акантария, солнечник, глобигерин

Вольвокс, трихомонады, лямблия, лейшмании, трипаносомы

Обобщающие таблицы по теме «Эволюция систем органов»

Я работаю по программе В.В. Пасечника. В курсе «Животные» появилась, на мой взгляд, очень интересная, но и очень трудная для учащихся глава «Эволюция различных систем». О.А. Пепеляева и И.В. Сунцова в своем пособии «Поурочные разработки по биологии. 7–8-й класс» предлагают давать ребятам таблицы, которые они должны самостоятельно заполнить. Мне тоже кажется, что с таблицами гораздо легче систематизировать и запомнить данный материал. Но учащимся сложно самостоятельно точно и грамотно заполнить такую таблицу. Иногда мы с ребятами делаем это вместе, а иногда я даю учащимся уже готовые таблицы и мы, читая учебник, разбираем этот материал.

Статья опубликована при поддержке компании "Кастур". Паспорт РФ, легальная временная регистрация в Москве и Московской области, загранпаспорт - помощь в оформлении. Срочное оформление загранпаспорта, замена, загранпаспорт старого образца, биометрический, для детей, для крымчан, для жителей регионов. Заполнение анкет, необходимые документы, визовый калькулятор. Узнать подробнее Вы сможете на сайте, который располагается по адресу: http://castour.ru/.

Таблица «Эволюция органов выделения»

Представители	Особенности выделительной системы
Тип Простейшие	Удаляют продукты жизнедеятельности через поверхность тела. У пресноводных имеются сократительные вакуоли
Типы Кишечнополостные и Губки	Не имеют специализированных органов или систем выделения. Удаление продуктов обмена происходит через всю поверхность тела диффузно
Тип Плоские черви	Протонефридии. В теле червя разбросаны звездчатые клетки, от них отходят тонкие извитые трубочки-канальцы, образующие поры на поверхности тела
Тип Круглые черви	Протонефридии. В теле червя разбросаны звездчатые клетки, от них отходят тонкие извитые трубочки-канальцы, образующие поры на поверхности тела. Некоторые круглые черви могут накапливать продукты обмена в теле
Тип Кольчатые черви	Метанефридии. Воронка, покрытая ресничками, от нее отходят трубочки, открывающиеся наружу выделительными порами. Трубочки оплетаются кровеносными сосудами, и происходит обратное всасывание жидкости (воды)
Тип Моллюски	Имеют почки (1–2, реже 3–4), которые лежат под сердцем; похожи по строению на метанефридии: проводящие канальцы и выделительные поры
Тип Членистоногие. Класс Ракообразные	Специальные зеленые железы , открывающиеся у основания усиков
Классы Паукообразные и Насекомые	Мальпигиевые сосуды , открывающиеся передним концом в прямую кишку. В полости тела располагаются слепо оканчивающиеся канальцы
Тип Хордовые. Надкласс Рыбы	Две лентовидные красно-бурые туловищные почки , лежащие вверху полости тела, под позвоночником. Почки–мочеточники–мочевой пузырь (у большинства костных рыб)– мочевое отверстие. Основной продукт обмена – аммиак, выведение которого сопряжено с большими потерями воды
Класс Земноводные	Две туловищные почки (они открываются воронками в полость тела). Почки–мочеточники–клоака–мочевой пузырь–клоака (клоачное отверстие) Мочевой пузырь не связан непосредственно с мочеточниками. Основной продукт обмена веществ – мочевина, хорошо растворимая в воде
Класс Пресмыкающиеся	Две тазовые почки . Почки–мочеточники–мочевой пузырь–клоака. Моча состоит из мочевой кислоты, плохо растворимой в воде. (Это взвесь мелких кристалликов, собирающихся в мочевом пузыре)
Класс Птицы	Две тазовые почки . Почки–мочеточники–клоака. (Мочевого пузыря нет.) Продукты обмена выделяются в виде кашицеобразной мочевой кислоты
Класс Млекопитающие	Две тазовые почки . Почки–мочеточники–мочевой пузырь–мочеиспускательный канал. Основной продукт обмена – мочевина

Вывод

Эволюция системы выделения шла в направлении создания специализированных органов, обеспечивающих выведение из организма образующихся в процессе жизнедеятельности опасных, а иногда просто ядовитых веществ.

Таблица «Эволюция дыхательной системы»

Представители	Особенности дыхательной системы
Тип Простейшие	Дышат всей поверхностью тела
Тип Кишечнополостные	Дышат всей поверхностью тела
Тип Плоские черви	Планария – дыхание с помощью кожного эпителия (поверхностью тела). Печеночный сосальщик – нет органов дыхания
Тип Круглые черви	Дыхание поверхностью тела или органы дыхания отсутствуют, энергию получают за счет гликолиза
Тип Кольчатые черви	Дыхание поверхностью тела, у ряда видов (морских кольчатых) появляются спинные кожные выросты – перистые жабры
Тип Моллюски	У большинства моллюсков органами дыхания являются пластинчатые и перистые жабры, лежащие в мантийной полости. Наземные моллюски дышат видоизменением мантийной полости – легкими
Тип Членистоногие Класс Ракообразные	Жабры
Класс Паукообразные	Трахеи и легочные мешки
Класс Насекомые	Трахеи (эктодермальные впячивания в форме трубочек, проводящих воздух из внешней среды к тканям). Трахеи открываются на брюшке отверстиями, которые называются дыхальца
Тип Хордовые Ланцетник	Наличие жаберных щелей в глотке. Щели скрыты под кожей и открываются в особую околожаберную полость с частой сменой воды
Надкласс Рыбы	У рыб под жаберными крышками (у хрящевых рыб жаберных крышек нет) располагаются жабры , состоящие из жаберных дуг, жаберных тычинок и жаберных лепестков, пронизанных множеством мельчайших кровеносных сосудов. Вода, заглатываемая рыбой, попадает в ротовую полость и выходит через жаберные лепестки наружу, омывая их
Класс Земноводные	Органы дыхания – парные мешковидные легкие с тонкими ячеистыми стенками Дыхание происходит за счет опускания и подъема дна ротовой полости. Дыхание осуществляется не только с помощью легких, но и с помощью кожи
Класс Пресмыкающиеся	Носовые полости сквозные, пропускают воздух в ротовую полость. Дыхательные пути удлиняются. Появляются трахеи и бронхи . Внутренняя поверхность легких увеличивается за счет большого количества складок на их внутренней поверхности. Вдох и выдох происходят за счет изменения объема грудной клетки
Класс Птицы	Легкие птиц представляют собой плотные губчатые тела. Входя в легкие, бронхи ветвятся, часть ответвлений доходит до множества мелких полостей. Другая часть бронхов проходит через легкие и за их пределами образует большие тонкостенные воздушные мешки . Они располагаются между внутренними органами, проникают в полые кости, между мышцами, под кожу. У птиц двойное дыхание: газообмен происходит и при вдохе, и при выдохе. В покое дыхание обеспечивается движением грудной клетки (опускание грудины – вдох, поднятие – выдох). В полете дыхание осуществляется за счет движения крыльев (подъем крыла – вдох, опускание – выдох). Объем воздушных мешков в 10 раз больше объема легких. Певчая гортань расположена в месте разделения трахеи на бронхи
Класс Млекопитающие	Губчатые легкие млекопитающих устроены сложнее, чем у пресмыкающихся. Они большие и растяжимые. Бронхиолы заканчиваются альвеолами , оплетенными капиллярами. Общая поверхность альвеол примерно в 100 раз больше поверхности тела. Вдох и выдох происходят за счет сокращения межреберных мышц и диафрагмы

Вывод

Эволюция органов дыхания у позвоночных шла по пути:

– увеличения площади легочных перегородок;
– совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, расположенным внутри организма.

Таблица «Покровы тела»

Представители	Особенности покровов тела
Тип Простейшие	У животных с непостоянной формой тело ограничено клеточной оболочкой (плазмалеммой ). Некоторые представители одноклеточных могут секретировать раковины (арцелла, фораминиферы). Одноклеточные организмы, имеющие постоянную форму тела, покрыты прочной оболочкой пелликулой
Тип Кишечнополостные	Тело кишечнополостных покрыто эпителиально-мускульными клетками
Тип Плоские черви	У свободно живущих плоских червей (класс Ресничные черви) клетки эпителия имеют реснички , помогающие при передвижении. Кутикула – у животных плотное неклеточное образование на поверхности клеток эпителиальной ткани. Выполняет защитную и опорную функции
Тип Круглые черви	Все тело нематод покрыто гибкой, эластичной и прочной оболочкой – кутикулой , которая образуется за счет кожных клеток (эпителия). Кутикула имеет защитное значение. Кроме того, она поддерживает достаточно высокое давление полостной жидкости. Именно этим обусловлена струнообразная вытянутая форма тела нематод. Живая эпителиальная ткань называется гиподермой . Она очень тонкая, но по бокам тела, вдоль спины и брюха утолщена в виде валиков
Тип Кольчатые черви	Покров тела состоит из кожного эпителия и тонкой кутикулы . Кожные клетки кольчатых червей выделяют слизь , защищающую тело червя от различных воздействий. Тонкая кутикула малощетинковых червей увлажняется за счет постоянно выделяющейся через спинные поры целомической жидкости и слизи, секретируемой железистыми клетками эпителия. Именно через кутикулу происходит газообмен путем диффузии, и разветвленная сеть капилляров, расположенных в эпителии, обеспечивает этот процесс
Тип Членистоногие	Членистоногие имеют особый хитиновый покров . Он очень прочен и защищает от различных воздействий внешней среды. Однослойный эпителий выделяет кутикулу , образующую экзоскелет насекомых (непроницаемый водоотталкивающий слой, защита от микробов) на поверхности протокутикулы. Протокутикула образована хитином, артропидином и резилином. Жесткий экзоскелет не растягивается и поэтому ограничивает рост животного, его необходимо время от времени сбрасывать посредством линьки
Тип Хордовые. Ланцетник	Кожа ланцетника образована однослойным эпителием и подстилающим его тонким слоем кориумом (собственно кожа, или дерма ). Выделения эпидермальных желез образуют тонкую поверхностную пленку – кутикулу , которая предохраняет нежную кожу от повреждений частицами грунта
Класс Хрящевые рыбы	Кожа образована многослойным эпителием , в котором расположены многочисленные одноклеточные железы . В нижнем слое эпидермиса находятся пигментные клетки . Нижний слой – собственно кожа , или кориум . У хрящевых рыб тело покрыто примитивной плакоидной чешуей – это пластинки с зубцами. Чешуи отделены друг от друга слоем кожи
Класс Костные рыбы	Кожа двуслойная, как у хрящевых рыб. Многочисленные одноклеточные железы эпидермиса выделяют слизистый секрет. У примитивных костных рыб (например, панцирной щуки) тело покрыто ганоидной чешуей . Это плотно прилегающие друг к другу чешуи ромбовидной формы, покрытые сверху особым веществом – ганоином. У большинства костных рыб тело покрыто циклоидными и ктеноидными чешуями , которые расположены налегающими друг на друга рядами
Класс Земноводные	Кожа земноводных голая и влажная , богатая железами . Железы выделяют слизь, предохраняют кожу от пересыхания и способствуют газообмену. Эпидермис многослойный , кориум тонкий , кожа богата многоклеточными железами . В нижнем слое эпидермиса и в кориуме расположены пигментные клетки . У некоторых земноводных кожные железы выделяют секрет, содержащий ядовитые вещества
Класс Пресмыкающиеся	У рептилий кожа сухая , покрыта роговыми чешуйками и щитками . Верхние слои многослойного эпидермиса ороговевают, под этим мертвым слоем расположен нижний, мальпигиев, слой, состоящий из живых размножающихся эпидермальных клеток. У некоторых видов наряду с роговыми образованиями имеются костные пластинки (у черепах они сливаются в костный панцирь, прирастающий к позвоночнику). Кожа почти лишена желез (одиночные железы сохранились на морде). Кожа обеспечивает хорошую защиту от: – потерь воды испарением; – механических повреждений; – проникновения болезнетворных организмов. Одновременно она утратила способность к: – газообмену; – испарению воды; – выделению продуктов метаболизма
Класс Птицы	Кожа у птиц тонкая, сухая , не имеет желез (кроме копчиковой), тело покрыто перьями . Кожа состоит из двух слоев. Поверхностные клетки эпидермалъного слоя ороговевают, соединительный слой кожи подразделяется на тонкую, но довольно плотную собственно кожу (дерму) и подкожную клетчатку – рыхлый слой, где откладываются запасы жира. Птерилии – участки кожи, на которых укреплены контурные перья, покрывающие все тело птицы. Аптерии – участки кожи, на которых перья не растут. У страусов и пингвинов перья равномерно распределены по всей поверхности кожи
Класс Млекопитающие	Относительно толстая кожа состоит из двух слоев. Эпидермис многослойный , его верхний слой ороговевает и постепенно слущивается. Собственно кожа – кориум – обычно толще эпидермального слоя. Нижний, самый глубокий слой кориума называется подкожной жировой клетчаткой . Кожа богата железами. Тело большинства млекопитающих покрыто шерстью , защищающей от переохлаждения или от перегрева. Также встречаются различные видоизменения волос (иглы ежей и дикобразов, щетина кабанов). Производные эпителия: когти, ногти, копыта, волосы, рога у носорогов, рога у полорогих (срастаются с лобными костями). Рога оленей – костные образования, производные кориума, они ежегодно сбрасываются

Вывод

Эволюция покровов тела шла по пути:

– увеличения числа слоев;
– появления новых образований: ресничек, желез, известковых и хитиновых покровов, чешуи, когтей, перьев, волос, рогов, копыт и т.д.

Фото с сайта: http://aqua-room.com

Всё живое на Земле существует за сёт солнечного тепла и энергии, достигающей поверхности нашей планеты. Все животные и человек приспособились добывать энергию из синтезированных растениями органических веществ. Чтобы использовать энергию Солнца, заключённую в молекулах органических веществ, её необходимо высвободить, окислив эти вещества. Чаще всего в качестве окислителя используют кислород воздуха, благо он составляет почти четверть объёма окружающей атмосферы.

Одноклеточные простейшие животные, кишечнополостные, свободноживущие плоские и круглые черви дышат всей поверхностью тела . Специальные органы дыхания - перистые жабры появляются у морских кольчатых червей и у водных членистоногих. Органами дыхания членистоногих являются трахеи, жабры, листовидные лёгкие расположенные в углублениях покрова тела. Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями , пронизывающими стенку переднего отдела кишечника - глотку. У рыб под жаберными крышками располагаются жабры , обильно пронизанными мельчайшими кровеносными сосудами. У наземных позвоночных органами дыхания являются лёгкие . Эволюция дыхания у позвоночных шла по пути увеличения площади легочных перегородок, участвующих в газообмене, совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, расположенным внутри организма, и развития систем, обеспечивающих вентиляцию органов дыхания.

Строение и функции органов дыхания

Необходимым условием жизнедеятельности организма является постоянный газообмен между организмом и окружающей средой. Органы, по которым циркулируют вдыхаемый и выдыхаемый воздух, объединяются в дыхательный аппарат. Систему органов дыхания образуют носовая полость, глотка, гортань, трахея, бронхи и лёгкие. Большинство из них представляют собой воздухоносные пути и служат для проведения воздуха в лёгкие. В лёгких и происходят процессы газообмена. При дыхании организм получает из воздуха кислород, который разносится кровью по всему телу. Кислород участвует в сложных окислительных процессах органических веществ, при котором освобождается необходимая организму энергия. Конечные продукты распада - углекислота и частично вода - выводятся из организма в окружающую среду через органы дыхания.

Название отдела	Особенности строения	Функции
Воздухоносные пути
Полость носа и носоглотка	Извилистые носовые ходы. Слизистая снабжена капиллярами, покрыта мерцательным эпителием и имеет много слизистых железок. Есть обонятельные рецепторы. В полости носа открываются воздухоносные пазухи костей.	Задерживание и удаление пыли. Уничтожение бактерий. Обоняние. Рефлекторное чихание. Проведение воздуха в гортань.
Гортань	Непарные и парные хрящи. Между щитовидным и черпаловидными хрящами натянуты голосовые связки, образующие голосовую щель. Надгортанник прикреплён к щитовидному хрящу. Полость гортани выстлана слизистой оболочкой, покрытой мерцательным эпителием.	Согревание или охлаждение вдыхаемого воздуха. Надгортанник при глотании закрывает вход в гортань. Участие в образовании звуков и речи, кашле при раздражении рецепторов от попадания пыли. Проведение воздуха в трахею.
Трахея и бронхи	Трубка 10–13 см с хрящевыми полукольцами. Задняя стенка эластичная, граничит с пищеводом. В нижней части трахея разветвляется на два главных бронха. Изнутри трахея и бронхи выстланы слизистой оболочкой.	Обеспечивает свободное поступление воздуха в альвеолы лёгких.
Зона газообмена
Лёгкие	Парный орган - правое и левое. Мелкие бронхи, бронхиолы, легочные пузырьки (альвеолы). Стенки альвеол образованы однослойным эпителием и оплетены густой сетью капилляров.	Газообмен через альвеолярно-капилярную мембрану.
Плевра	Снаружи каждое лёгкое покрыто двумя листками соединительнотканной оболочки: легочная плевра прилегает к лёгким, пристеночная - к грудной полости. Между двумя листками плевры - полость (щель), заполненная плевральная жидкостью.	За счёт отрицательного давления в полости осуществляется растягивание лёгких при вдохе. Плевральная жидкость уменьшает трение при движении лёгких.

Функции дыхательной системы

Обеспечение клеток организма кислородом О 2 .
Удаление из организма углекислого газа СО 2 , а также некоторых конечных продуктов обмена веществ (паров воды, аммиака, сероводорода).

Носовая полость

Воздухоносные пути начинаются с носовой полости , которая через ноздри соединяется с окружающей средой. От ноздрей воздух проходит по носовым ходам, выстланным слизистым, реснитчатым и чувствительным эпителием. Наружный нос состоит из костных и хрящевых образований и имеет форму неправильной пирамиды, которая изменяется в зависимости от особенностей строения человека. В состав костного скелета наружного носа входят носовые косточки и носовая часть лобной кости. Хрящевой скелет является продолжением костного скелета и состоит из гиалиновых хрящей различной формы. Полость носа имеет нижнюю, верхнюю и две боковые стенки. Нижняя стенка образована твёрдым нёбом, верхняя - решётчатой пластинкой решётчатой кости, боковая - верхней челюстью, слёзной костью, глазничной пластинкой решётчатой кости, нёбной костью и клиновидной костью. Носовой перегородкой полость носа разделена на правую и левую части. Перегородка носа образована сошником, перпендикулярной пластинкой решётчатой кости и спереди дополняется четырёхугольным хрящом носовой перегородки.

На боковых стенках полости носа располагаются носовые раковины - по три с каждой стороны, что увеличивает внутреннюю поверхность носа, с которой соприкасается вдыхаемый воздух.

Носовая полость образована двумя узкими и извилистыми носовыми ходами . Здесь воздух согревается, увлажняется и освобождается от частичек пыли и микробов. Оболочка, выстилающая носовые ходы, состоит из клеток, которые выделяют слизь, и клеток реснитчатого эпителия. Движением ресничек слизь вместе с пылью и микробами направляется из носовых ходов наружу.

Внутренняя поверхность носовых ходов богато снабжена кровеносными сосудами. Вдыхаемый воздух, попадает в полость носа, обогревается, увлажняется, очищается от пыли и частично обезвреживается. Из носовой полости он попадает в носоглотку. Затем воздух из носовой полости попадает в глотку, а из неё - в гортань.

Гортань

Гортань - один из отделов воздухоносных путей. Сюда из носовых ходов через глотку поступает воздух. В стенке гортани есть несколько хрящей: щитовидный, черпаловидный и др. В момент глотания пищи мышцы шеи поднимают гортань, а надгортанный хрящ опускается и закрывается гортань. Поэтому пища поступает только в пищевод и не попадает в трахею.

В узкой части гортани расположены голосовые связки , посредине между ними находится голосовая щель. При прохождении воздуха голосовые связки вибрируют, производя звук. Образование звука происходит на выдохе при управляемом человеком движении воздуха. В формировании речи участвуют: носовая полость, губы, язык, мягкое нёбо, мимические мышцы.

Трахея

Гортань переходит в трахею (дыхательное горло), которая имеет форму трубки длиной около 12 см, в стенках которого есть хрящевые полукольца, не позволяющие ей спадать. Задняя стенка её образована соединительнотканной перепонкой. Полость трахеи, как и полость других воздухоносных путей выстлана мерцательным эпителием, препятствующим проникновению в лёгкие пыли и других инородных тел. Трахея занимает серединное положение, сзади она прилежит к пищеводу, а по бокам от неё располагаются сосудисто-нервыне пучки. Спереди шейный отдел трахеи прикрывают мышцы, а вверху она охватывается ещё щитовидной железой. Грудной отдел трахеи прикрыт спереди рукояткой грудины, остатками вилочковой железы и сосудами. Изнутри трахея покрыта слизистой оболочкой, содержащей большое количество лимфоидной ткани и слизистых желёз. При дыхании мелкие частички пыли прилипают к увлажнённой слизистой оболочке трахеи, а реснички мерцательного эпителия продвигают их обратно к выходу из дыхательных путей.

Нижний конец трахеи делится на два бронха, которые затем многократно ветвятся, входят в правое и левое лёгкие, образуя в лёгких «бронхиальное дерево».

Бронхи

В грудной полости трахея делится на два бронха - левый и правый. Каждый бронх входит в лёгкое и там делится на бронхи меньшего диаметра, которые разветвляются на мельчайшие воздухоносные трубочки - бронхиолы. Бронхиолы в результате дальнейшего ветвления переходят в расширения - альвеолярные ходы, на стенках которых находятся микроскопические выпячивания, называемые легочными пузырьками, или альвеолами .

Стенки альвеол построены из особого тонкого однослойного эпителия и густо оплетены капиллярами. Общая толщина стенки альвеолы и стенки капилляра составляет 0,004 мм. Через эту тончайшую стенку происходит газообмен: в кровь из альвеолы поступает кислород, а обратно - углекислый газ. В лёгких насчитывается несколько сотен миллионов альвеол. Общая поверхность их у взрослого человека составляет 60–150 м 2 . благодаря этому в кровь поступает достаточное количество кислорода (до 500 литров в сутки).

Лёгкие

Лёгкие занимают почти всю полость грудной полости и представляют собой упругие губчатые органы. В центральной части лёгкого располагаются ворота, куда входят бронх, легочная артерия, нервы, а выходят легочные вены. Правое лёгкое делится бороздами на три доли, левое на две. Снаружи лёгкие покрыты тонкой соединительнотканной плёнкой - легочной плеврой, которая переходит на внутреннею поверхность стенки грудной полости и образует пристенную плевру. Между этими двумя плёнками находится плевральная щель, заполненная жидкостью, уменьшающей трение при дыхании.

На лёгком различают три поверхности: наружную, или рёберную, медиальную, обращённую в сторону другого лёгкого, и нижнюю, или диафрагмальную. Кроме того, в каждом лёгком различают два края: передний и нижний, отделяющие диафрагмальную и медиальную поверхности от рёберной. Сзади рёберная поверхность без резкой границы переходит в медиальную. Передний край левого лёгкого имеет сердечную вырезку. На медиальной поверхности лёгкого располагаются его ворота. В ворота каждого лёгкого входит главный бронх, легочная артерия, которая несёт в лёгкое венозную кровь, и нервы, иннервирующие лёгкое. Из ворот каждого лёгкого выходят две легочные вены, которые несут к сердцу артериальную кровь, и лимфатические сосуды.

Лёгкие имеют глубокие борозды, разделяющие их на доли - верхнюю, среднюю и нижнюю, а в левом две - верхнюю и нижнюю. Размеры лёгкого не одинаковы. Правое лёгкое несколько больше левого, при этом оно короче его и шире, что соответствует более высокому стоянию правого купола диафрагмы в связи с правосторонним расположением печени. Цвет нормальных лёгких в детском возрасте бледно-розовый, а у взрослых они приобретают тёмно-серую окраску с синеватым оттенком - следствие отложения в них попадающих с воздухом пылевых частиц. Ткань лёгкого мягкая, нежная и пористая.

Газообмен лёгких

В сложном процессе газообмена выделяют три основные фазы: внешнее дыхание, перенос газа кровью и внутреннее, или тканевое, дыхание. Внешнее дыхание объединяет все процессы, происходящие в лёгком. Оно осуществляется дыхательным аппаратом, к которому относятся грудная клетка с мышцами, приводящими её в движение, диафрагма и лёгкие с воздухоносными путями.

Воздух, поступивший в лёгкие при вдохе, изменяет свой состав. Воздух в лёгких отдаёт часть кислорода и обогащается углекислым газом. Содержание углекислого газа в венозной крови выше, чем в воздухе, находящемся в альвеолах. Поэтому углекислый газ выходит из крови в альвеолы и содержание его меньше, чем в воздухе. Сначала кислород растворяется в плазме крови, далее связывается с гемоглобином, а в плазму поступают новые порции кислорода.

Переход кислорода и углекислого газа из одной среды в другую проходит благодаря диффузии от большей концентрации к меньшей. Хотя диффузия протекает медленно, поверхность контакта крови с воздухом в лёгких настолько велика, что полностью обеспечивает нужный газообмен. Подсчитано, что полный газообмен между кровью и альвеолярным воздухом может происходить за время, которое втрое короче, чем время пребывания крови в капиллярах (т.е. в организме имеются значительные резервы обеспечения тканей кислородом).

Венозная кровь, попав в лёгкие, отдаёт углекислый газ, обогащается кислородом и превращается в артериальную. В большом круге эта кровь расходится по капиллярам во все ткани и отдаёт кислород клеткам тела, которые постоянно потребляют его. Углекислого газа, выделяющегося клетками в результате их жизнедеятельности, здесь больше, чем в крови, и он диффундирует из тканей в кровь. Таким образом, артериальная кровь, пройдя через капилляры большого круга кровообращения, становится венозной и правой половиной сердца направляется в лёгкие, здесь опять насыщается кислородом и отдаёт углекислый газ.

В организме дыхание осуществляется с помощью дополнительных механизмов. Жидкие среды, входящие в состав крови (её плазмы), обладают низкой растворимостью в них газов. Поэтому, для того чтобы человек мог существовать, ему нужно было бы иметь сердце мощнее в 25 раз, лёгкие - в 20 раз и за одну минуту перекачивать более 100 литров жидкости (а не пять литров крови). Природа нашла способ преодоления этой трудности, приспособив для переноса кислорода особое вещество - гемоглобин. Благодаря гемоглобину кровь способна связывать кислород в 70 раз, а углекислый газ - в 20 раз больше, чем жидкая часть крови - её плазма.

Альвеола - тонкостенный пузырёк диаметром 0,2 мм, заполненный воздухом. Стенка альвеолы образована одним слоем плоских клеток эпителия, по наружной поверхности которых разветвляется сетка капилляров. Таким образом, газообмен происходит через очень тонкую перегородку, образованную двумя слоями клеток: стенки капилляра и стенки альвеолы.

Обмен газов в тканях (тканевое дыхание)

Обмен газов в тканях осуществляется в капиллярах по тому же принципу, что и в лёгких. Кислород из тканевых капилляров, где его концентрация высока, переходит в тканевую жидкость с более низкой концентрацией кислорода. Из тканевой жидкости он проникает в клетки и сразу же вступает в реакции окисления, поэтому в клетках практически нет свободного кислорода.

Диоксид углерода по тем же законам поступает из клеток, через тканевую жидкость, в капилляры. Выделяющийся углекислый газ способствует диссоциации оксигемоглобина и сам вступает в соединение с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин , транспортируется в лёгкие и выделяется в атмосферу. В оттекающей от органов венозной крови углекислый газ находится как в связанном, так и в растворённом состоянии в виде угольной кислоты, которая в капиллярах лёгких легко распадается на воду и углекислый газ. Угольная кислота может также вступать в соединения с солями плазмы, образуя бикарбонаты.

В лёгких, куда поступает венозная кровь, кислород снова насыщает кровь, а углекислый газ из зоны высокой концентрации (легочных капилляров) переходит в зону низкой концентрации (альвеол). Для нормального газообмена воздух в лёгких постоянно сменяться, что достигается ритмическими атаками вдоха и выдоха, за счёт движений межрёберных мышц и диафрагмы.

Транспорт кислорода в организме

Путь кислорода	Функции
Верхние дыхательные пути
Носовая полость	Увлажнение, согревание, обеззараживание воздуха, удаление частиц пыли
Глотка	Проведение согретого и очищенного воздуха в гортань
Гортань	Проведение воздуха из глотки в трахею. Защита дыхательных путей от попадания пищи надгортанным хрящом. Образование звуков путём колебания голосовых связок, движения языка, губ, челюсти
Трахея
Бронхи	Свободное продвижение воздуха
Лёгкие	Органы дыхания. Дыхательные движения осуществляются под контролем центральной нервной системы и гуморального фактора, содержащегося в крови, - СО 2
Альвеолы	Увеличивают площадь дыхательной поверхности, осуществляют газообмен между кровью и лёгкими
Кровеносная система
Капилляры лёгких	Транспортируют венозную кровь из легочной артерии в лёгкие. По законам диффузии О 2 поступает из мест большей концентрации (альвеолы) в места меньшей концентрации (капилляры), в то же время СО 2 диффундирует в противоположном направлении.
Легочная вена	Транспортирует О 2 от лёгких к сердцу. Кислород, попав в кровь, сначала растворяется в плазме, затем соединяется с гемоглобином, и кровь становится артериальной
Сердце	Проталкивает артериальную кровь по большому кругу кровообращения
Артерии	Обогащают кислородом все органы и ткани. Легочные артерии несут венозную кровь к лёгким
Капилляры тела	Осуществляют газообмен между кровью и тканевой жидкостью. О 2 переходит в тканевую жидкость, а СО 2 диффундирует в кровь. Кровь становится венозной
Клетка
Митохондрии	Клеточное дыхание - усвоение О 2 воздуха. Органические вещества благодаря О 2 и дыхательным ферментам окисляются (диссимиляция) конечные продукты - Н 2 О, СО 2 и энергия которая идёт на синтез АТФ. Н 2 О и СО 2 выделяются в тканевую жидкость, из которой диффундируют в кровь.

Значение дыхания.

Дыхание - это совокупность физиологических процессов, обеспечивающих газообмен между организмом и внешней средой (внешнее дыхание ), и окислительных процессов в клетках, в результате которых выделяется энергия (внутреннее дыхание ). Обмен газов между кровью и атмосферным воздухом (газообмен ) - осуществляется органами дыхания.

Источником энергии в организме служат пищевые вещества. Основным процессом, освобождающим энергию этих веществ, является процесс окисления. Он сопровождается связыванием кислорода и образованием углекислого газа. Учитывая, что в организме человека нет запасов кислорода, непрерывное поступление его жизненно необходимо. Прекращение доступа кислорода в клетки организма ведёт к их гибели. С другой стороны, образованный в процессе окисления веществ углекислый газ должен быть удалён из организма, так как накопление значительного количества его опасно для жизни. Поглощение кислорода из воздуха и выделение углекислого газа осуществляется через систему органов дыхания.

Биологическое значение дыхания заключается в:

обеспечении организма кислородом;
удалении углекислого газа из организма;
окислении органических соединений БЖУ с выделением энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности;
удалении конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиака, сероводорода и т.д. ).