В чем заключается двойное дыхание птиц. Вопрос: В чем заключается механизм двойного дыхания птиц? Легкие и воздушные мешки

В чем заключается механизм двойного дыхания птиц?

Ответы:

В связи с полетом птицы имеют своеобразное строение органов дыхания. Легкие птиц представляют собой плотные губчатые тела. Бронхи, войдя в легкие, сильно в них ветвятся до тончайших, слепо замкнутых бронхиол, опутанных сетью капилляров, где и происходит газообмен. Часть крупных бронхов, не разветвляясь, выходит за пределы легких и расширяется в огромные тонкостенные воздушные мешки, объем которых во много раз превосходит объем легких (рис. 11.23). Воздушные мешки расположены между различными внутренними органами, а их ответвления проходят между мышцами, под кожу и в полости костей. Акт дыхания у нелетящей птицы осуществляется путем изменения объема грудной клетки за счет приближения или удаления грудины от позвоночника. В полете такой механизм дыхания невозможен в связи с работой грудных мышц, и он совершается при участии воздушных мешков. При подъеме крыльев мешки растягиваются и воздух через ноздри с силой засасывается в легкие и далее в сами мешки. При опускании крыльев воздушные мешки сжимаются и воздух из них поступает в легкие, где вновь происходит газообмен. Обмен газами в легких на вдохе и выдохе получил название двойного дыхания. Приспособительное значение его очевидно: чем чаще птица машет крыльями, тем активнее она дышит. Кроме того, воздушные мешки предохраняют тело птицы от перегрева во время быстрого полета.

124&473733агвоаовцкевраапмс

Похожие вопросы

В акте дыхания легкие участвуют пассивно; они не могут расширяться и сжиматься активно, так как в них нет мускулатуры. Поступление воздуха в легкие при вдохе и удаление его при выдохе происходит в результате увеличения и уменьшения объема грудной клетки благодаря сокращению и расслаблению дыхательных мышц, играющих в акте дыхания активную роль. Спокойный вдох вызывается сокращением вдыхательных мышц: диафрагмы, наружных межреберных и межхрящевых. Усиленный вдох вызывается сокращением диафрагмы, трех пар лестничных мышц, грудино-ключично-сосцевидных, поднимателей ребер, наружных межреберных и межхрящевых, задних верхних зубчатых, поднимателей лопаток, широких мышц спины, трапециевидных, большой и малой грудных.

При вдохе сокращение дыхательных мышц приводит к увеличению размеров грудной клетки в передне-заднем и поперечном направлениях за счет поднятия и расхождения ребер и в вертикальном направлении за счет сокращения диафрагмы.

Рис. 63. Положение грудной клетки при выдохе (А) и вдохе (Б) и диафрагмы при выдохе (а), обычном вдохе (б) и глубоком вдохе (в)

Сокращение дыхательных мышц: 1) преодолевает тяжесть грудной клетки, 2) производит эластическое скручивание реберных хрящей, 3) опускает брюшные внутренности и эластически растягивает брюшную стенку. Вдох короче выдоха приблизительно в полтора раза. Спокойный выдох происходит при расслаблении дыхательных мышц. При выдохе: 1) грудная клетка вследствие своей тяжести опускается, 2) реберные хрящи вследствие прекращения их скручивания распрямляются, и ребра опускаются книзу, 3) внутрибрюшное давление выпячивает расслабленную диафрагму кверху. В результате происходит уменьшение всех размеров грудной клетки.

Усиленный выдох вызывается сокращением внутренних межреберных мышц, наружного и частично среднего отдела крестцовоостистых, задних нижних зубчатых, косых и прямой мышц живота. В результате больше, чем при спокойном выдохе, уменьшаются размеры грудной клетки, увеличивается давление в брюшной полости и выпячивается купол диафрагмы.

Легкие следуют за движениями грудной клетки: при вдохе они эластически растягиваются, а при выдохе сжимаются. Растягивание легких при увеличении размеров грудной клетки происходит благодаря отрицательному давлению в грудной полости между листками висцеральной и париетальной плевры. Еще после первого крика при рождении легкие растягиваются воздухом и не возвращаются в исходное сжатое состояние, как у плода. Так как грудная клетка растет быстрее легких, то по мере роста организма легкие все больше растягиваются и в них остается воздух даже после самого усиленного выдоха. А растянутые легкие, вследствие обилия в них эластических волокон, стремятся вернуться в исходное состояние. Поэтому эластическая тяга легких всегда направлена к сжатию - от грудной клетки внутрь. Эта эластическая тяга легких к сжатию увеличивается при вдохе, так как при вдохе легкие еще больше растягиваются. Величина эластической тяги легких вычитается из атмосферного давления.

Следует учесть, что грудная полость, в которой находятся легкие, не сообщается с окружающей средой; она герметически замкнута.

Рис. 64. Изменения давления в дыхательных путях и в плевральной полости во время вдоха и выдоха:
1 - давление в дыхательных путях, 2 - давление в плевральной полости

В результате при спокойном вдохе давление между листками плевры меньше атмосферного на 4,5 мм рт. ст., а при спокойном выдохе - на 3 мм рт. ст. При усиленном вдохе оно может становиться меньше атмосферного до 50 мм рт. ст. и больше. Так как давление внутри легких вследствие их сообщения с окружающей средой равно атмосферному, а давление снаружи легких, между листками плевры, меньше атмосферного, то более высокое давление внутри легких всегда прижимает висцеральный листок плевры к париетальному, и легкие у здорового человека не отходят от стенок грудной клетки. Если произошел прокол грудной клетки и наружный воздух поступает в капиллярную щель между листками плевры, обычно заполненную плевральной жидкостью, легкое на стороне прокола несколько сжимается, перестает следовать за движениями грудной клетки, и на стороне прокола дыхание прекращается. Проникновение воздуха в грудную полость называется пневмотораксом. Если отверстие в грудную полость закрывается, то через некоторое время воздух, проникший в грудную полость, рассасывается и легкое вновь начинает раздуваться - дыхание восстанавливается.

Вопрос 1. Охарактеризуйте крупные изменения в строении, произошедшие в формировании класса птиц. Каково их значение?

Возникновение класса птиц сопровождалось следующими ароморфозами:

1. Прогрессивное развитие нервной системы птиц (развитие коры больших полушарий, мозжечка, появление центра терморегуляции) .

2. Появление у птиц четырёхкамерного сердца и полное разделение кругов кровообращения.

3. Формирование губчатых лёгких.

4. Возникновение теплокровности (гомойотермности) как результата прогрессивных изменений в строении сердечнососудистой, нервной и дыхательной систем.

Вопрос 2. Опишите особенности внешнего вида и внутреннего строения птиц. Выделите особенности строения, обеспечивающие возможность полета.

Птицы - специализированный класс высших позвоночных, приспособившихся к полету.

Особенности внешнего вида птиц:

Тело покрыто перьями;

Передние конечности преобразованы в крылья;

Укороченный хвост снабжен рулевыми перьями;

Челюсти без зубов, одеты роговыми чехлами, образующими клюв, форма которого зависит от потребляемой пищи;

Шея очень подвижна (количество шейных позвонков может достигать 25 и более);

Строение ног зависит от среды обитания; обычно на ногах имеются 4 когтистых пальца; нижняя часть ног покрыта роговыми щитками;

Кожа сухая; желез нет, за исключением копчиковой железы (ее секрет придает перьям водонепроницаемость).

Вопрос 3. Каково строение пера птицы? Расскажите о значении различных типов перьев.

По строению и функциям перья разных участков тела существенно различаются. Основу оперения образуют контурные перья, состоящие из очина (части стержня, погруженной в кожу), стержня и опахала. Опахало расположено по бокам стержня и состоит из упругих плоских нитевидных бородок первого порядка, на которых, в свою очередь, располагаются в обе стороны бородки второго порядка с крючочками. Крючочки сцепляют бородки между собой, обеспечивая цельность опахала и почти полную непроницаемость для воздуха. Благодаря такому строению, контурное перо птицы легкое, гибкое и почти непроницаемо для воздуха. Кроме того, при резком порыве ветра или ударе, например о ветку, бородки опахала расступаются, и перо не ломается. Затем птица протягивает перо клювом, крючки вновь сцепляются и структура пера восстанавливается. Контурные перья выполняют разные функции: маховые образуют плоскость крыла, рулевые - плоскость хвоста, покровные придают телу обтекаемую форму. Под контурными перьями лежат пуховые перья и пух. У этих перьев укороченный стержень и отсутствуют бородки второго порядка. Они прекрасно сохраняют тепло. Износившиеся перья заменяются новыми в период сезонных линек. У большинства видов перья меняются постепенно. А вот у уток, лебедей, гусей после выведения птенцов выпадают сразу все маховые перья. И в течение нескольких недель они не могут летать и скрываются в зарослях.

Вопрос 4. Чем нервная система птиц отличается от нервной системы пресмыкающихся?

По сравнению с рептилиями у птиц более развиты передний, средний мозг и особенно мозжечок. За счет развития переднего мозга усложняется приспособительное поведение. Увеличение среднего мозга обеспечивает хорошее зрение птиц. Развитие мозжечка дает возможность успешно координировать сложные движения при полете.

Вопрос 5. Какие органы чувств наиболее хорошо развиты у птиц?

У птиц очень хорошо развито зрение. Орган зрения - основной для ориентировки во внешней среде. Глазные яблоки крупные, снабжены двумя веками и мигательной перепонкой. Острота зрения очень высока, птицы способны различать цвета и оттенки.

Орган слуха сходен с таковым рептилий - состоит из внутреннего и среднего уха, но отличается более высокой чувствительностью.

Вопрос 6. Какие отделы составляют пищеварительную систему птиц? Что такое «птичье молоко»?

В ротовой полости пища смачивается слюной и поступает в глотку. Длинный, растягивающийся пищевод иногда образует зоб, где пища накапливается и начинает перевариваться под действием секрета специальных желез. Пищевод ведет в желудок, состоящий из двух отделов - железистого и мускульного. В железистом отделе начинается переваривание пищи желудочным соком, механическая переработка пищи происходит в толстостенном мускульном желудке, выстланным изнутри плотной рогоподобной кутикулой. Здесь пища перетирается специально проглоченными мелкими камешками.

Тонкий отдел кишечника относительно длинный, в него впадают протоки печени и поджелудочной железы. Короткая толстая кишка (приспособление к полету) открывается в клоаку.

Так называемое «птичье молоко» - это жирное творожистое вещество, выделяемое из стенок зоба в период гнездования, которым птицы (например, голуби) кормят своих птенцов.

Вопрос 7. Выделите из описания строения дыхательной системы птиц характерные особенности воздушных мешков. Дайте определение понятию «воздушные мешки».

С легкими птиц связаны воздушные мешки - прозрачные эластичные тонкостенные выросты слизистой оболочки вторичных бронхов. Объем воздушных мешков примерно в 10 раз превышает объем легких. Один из воздушных мешков - межключичный - непарный, четыре парных - шейные, передне и заднегрудные, брюшные. Воздушные мешки расположены между внутренними органами, а их отростки проникают под кожу и в полости крупных костей (плечо, бедро и др.)

Во время полета воздушные мешки предохраняют организм от перегревания и способствуют очищению толстого кишечника, периодически его сдавливая.

В покое у голубя частота дыхания - 26 раз в минуту, а в полете - 400.

Вопрос 8. В чем заключается механизм двойного дыхания птиц?

Дыхательная система птиц очень своеобразна, она состоит из легких и воздушных мешков. Последние располагаются между внутренними органами, мышцами и заходят внутрь полых костей. Бронхи, войдя в легкие, ветвятся. Некоторые пронизывают легкие насквозь и впадают в воздушные мешки. При вдохе часть воздуха поступает в легкие, а часть направляется в воздушные мешки. Во время выдоха воздух из воздушных мешков поступает в легкие, где происходит газообмен. Таким образом, насыщение крови кислородом осуществляется как при вдохе, так и при выдохе. Это явление получило название двойного дыхания.

Вопрос 9. Составьте таблиц «Сравнительная характеристика птиц и рептилий». (работа в малых группах)

Органы дыхания Крайне своеобразны и больше, чем какая – либо система внутренних органов приспособлены к воздушному образу жизни.

Гортанная щель ведет в трахею, верхняя часть которой образует гортань, поддерживаемую непарным перстневидным хрящом и парными черпаловидными хрящами. Гортань эта у птиц известна под названием верхней и не играет роли голосового аппарата. Функцию такового выполняет так называемая нижняя гортань, свойственная только птицам. Она располагается в месте разделения трахеи на два бронха и представляет расширение, поддерживаемое костными кольцами. Внутрь полости гортани от ее наружных стенок вдаются наружные голосовые перепонки, а снизу, от места ветвления трахеи, вдаются внутренние голосовые перепонки. Голосовые перепонки в связи с сокращением специальных певчих мышц могут менять свое положение и форму, чем и обусловливается разнообразие издаваемых ими звуков.

Верхние дыхательные пути имеют важное значение для терморегуляции. Установлено, что при повышении температуры внешней среды дыхание птиц резко учащается и становится поверхностным. Одновременно происходит очень сильное расширение кровеносных сосудов в полости рта и в глотке. Поэтому и возникает усиленная отдача тепла из организма птицы.

Легкие птицы представляют собой не полые мешки, как у амфибий и отчасти у рептилий, а плотные губчатые тела, прикрепленные к спинной стенки грудной клетки. Бронхи, войдя в легкие, ветвятся, и их главные разветвления пронизывают легкие насквозь и впадают в воздушные мешки. Ветки бронхов соединяются между собой тонкими каналами - парабронхами, от которых в свою очередь отходит множество слепых канальцев - бронхиолей. Вокруг последних разветвляются капилляры кровеносных сосудов.

Часть разветвлений бронхов, как сказано, выходит за пределы собственно легких и расширяется в огромные тонкостенные воздушные мешки, объем которых во много раз превосходит объем легких. Воздушные мешки располагаются между различными внутренними органами, а ответвления их проходят между мышцами под кожу и заходят в пневматичные кости. У птиц несколько воздушных мешков: два шейных, один межключичный, две-три пары грудных и одна пара очень крупных брюшных.

Значение воздушных мешков очень велико и разнообразно. Основная их роль заключается в том, что они определяют механизм дыхания, особенно при полете. Дыхание сидящей птицы осуществляется путем удаления и приближения грудины относительно позвоночника, что связано с изменением углов между подвижно сочлененными грудными и спинными частями ребер. При опускании грудины объем грудной клетки увеличивается, соответствующие воздушные мешки растягиваются и засасываемый воздух проходит через легкие. При поднятии грудины происходит выталкивание воздуха. Одновременно роль насосов играют и сами легкие. При хождении и лазании действуют еще брюшные воздушные мешки, на которые давят верхние отделы задних конечностей.

Во время полета роль воздушных мешков как насосного органа велика. При подъеме крыльев они растягиваются, и воздух с силой засасывается в легкие и далее в мешки. Газообмен в мешках не происходит; воздух засасывается в них при вдохе и проходит через легкие так быстро, что не успевает отдать крови много кислорода. В итоге в воздушные мешки и попадает еще богатый кислородом воздух. При опускании крыльев происходит выдох и через легкие продувается воздух с большим содержанием кислорода. Следовательно, и на этой фазе акта дыхания вновь происходит окисление крови. Это явление получило названия двойного дыхания. Приспособительное значение его совершенно очевидно. Чем чаще птица машет крыльями, тем интенсивнее она дышит. Повышение энергии дыхания достигается у летящей птицы автоматически, по мере увеличения работы крыльев и роста потребности в кислороде.

Однако полная синхронизация взмахов и дыхательных движений отмечена не у всех птиц. У многих число взмахов превышает число дыхательных движений. При этом все же начало вздоха или выдоха совпадает с определенной фазой взмаха крыла. Этот механизм обозначается как координация дыхания. Обычно начало вздоха совпадает с серединой или концом взмаха вверх, а начало выдоха - с концом опускания крыла вниз.

Известный зоофизиолог Шмидт-Нильсен (1976) высказал несколько иную концепцию вентиляции легких, согласно которой воздух по основному серединному бронху, почти не отдающему ветвей в паренхиму легких, идет непосредственно в задние воздушные мешки. Из последних он поступает в легкие, далее в передние воздушные мешки, из которых выталкивается наружу. Таким образом, согласно этому воззрению, циркуляция воздуха в дыхательной системе имеет однонаправленный характер.

Кроме участия в акте дыхания, воздушные мешки имеют и другие, менее значимые функции. Так, во время полета при усиленной работе организма они предохраняют его от перегревания, так как относительно холодный воздух «обтекает» практически все внутренние органы, а частично и мускулатуру. Кроме того, воздушные мешки уменьшают во время полета трение между органами. Наконец, они уменьшают плотность тела, увеличивают внутрибрюшное давление и способствую дефекации.

Общий объем воздушных мешков примерно в 10 раз больше, чем объем легких. Частота дыхания у разных видов различна.

У голубя в состоянии покоя число дыхательных движений в одну минуту в среднем равно 26, при ходьбе - 77, в полете-400.(При этом легочная вентиляция в 2,5 раза превосходит потребность в метаболическом газообмене и служит для сброса избыточного тепла с легочными испарениями. Следует учесть, что теплоредукция в полете в 8 раз больше, чем в состоянии покоя.)

Как правило, у мелких птиц работа дыхания больше, чем у крупных. Среднее число дыхательных движений в минуту у утки 30-43, у мелких воробьиных - 90-100.

Соответственно сказанному мелкие птицы потребляют значительно больше кислорода, чем крупные, и, следовательно обладают более интенсивным обменом веществ. Так, колибри с массой тела от 3 до 7 г употребляет от 4 до 10 мл кислорода за 1 час на 1 г массы тела; кукша с массой тела 71 г потребляет 1,75 мл, голубь при массе тела 150 г- 0,98, страус-эму при массе 38 кг - 0,023 мл. Это один из примеров общей обратной зависимости размеров тела и интенсивности метаболизма гомойотермных животных. Укажем для сравнения, что у филогенетически ниже стоящих рептилий этот показатель равен всего 0,1-0,3.

Подтверждением высокого уровня метаболизма у птиц служит и уровень артериального давления. Так. У голубя он равен 135\105, а у чешуйчатых рептилий - 80\60-14\10.