Dýchací systém

Dýchací soustava ( latinsky  systema respiratorium ) je soustava orgánů člověka a jiných živočichů, která slouží k výměně plynů těla s okolím (zajišťuje přísun kyslíku a odvod oxidu uhličitého ) [1] . Organismy mohou přijímat kyslík ze vzduchu (dýchání vzduchu), nebo spotřebovávat kyslík rozpuštěný ve vodě (dýchání vodou) [2] . Dýchací orgány jsou přítomny pouze u aerobních organismů, u anaerobních chybí [2] . U lidí, jiných savců a ptáků patří mezi anatomické rysy dýchacího systému dýchací cesty, plíce a speciální svaly. U některých zvířat (zejména obojživelníků , ryb , řady korýšů ) hraje kožní dýchání zásadní roli při výměně plynů , kdy kyslík vstupuje přes povrch těla. Kožní dýchání je často označováno jako střevní dýchání , kdy funkci výměny plynů zajišťuje střevní membrána (u koelenterátů ) [2] . U ryb a dalších vodních živočichů jsou hlavním dýchacím orgánem žábry – výrůstky pokryté cévami. Hmyz má velmi jednoduchý dýchací systém zvaný tracheae (tenké vzduchové trubice). Rostliny mají také dýchací soustavu, ale směr výměny plynů je opačný než u živočichů [3] [4] . Prvoci a nižší mnohobuněčné organismy ( prvoci , houby, koelenteráty, mnoho červů) nemají dýchací orgány a výměna plynů probíhá pouze difúzním dýcháním (povrchem těla) [1] .

Dýchací orgány zvířat byly vytvořeny v souvislosti se zvětšením plochy dýchacího povrchu: výčnělek nebo výčnělek kůže. Většina primárních vodních živočichů má výběžky vnější vrstvy, které plní dýchací funkci: žábry ryb a korýšů, ktenidie měkkýšů, žaberní knihy krabů vrápenců , kožní žábry ostnokožců . Někteří vodní živočichové mají vyvinuté vnitřní dýchací povrchy: vodní plíce holothurianů , anální dýchací systém larev vodních vážek a plastrony některých vodních brouků [5] .

Dýchací orgány bezobratlých

Dýchací systém většiny hmyzu je reprezentován mnoha vzduchovými trubicemi - průdušnicemi , které pronikají celým tělem a zaplétají orgány. Koncové větve trachey končí hvězdicovou tracheální buňkou, ze které odcházejí nejtenčí tracheální kapiláry ( tracheoly ). Tracheální systém hmyzu je otevřený (volně komunikuje s okolním vzduchem), uzavřený systém mají pouze některé larvy žijící ve vodě. V případě uzavřeného systému je dutina průdušnice zásobována kyslíkem pomocí tracheálních žaber, které zachycují kyslík rozpuštěný ve vodě. V procesu individuálního vývoje se může dýchací systém některého hmyzu změnit. Například jepice , které se vyvíjejí ve vodním prostředí, mají nejprve kožní dýchání, pak se k dýchání používají tracheální žábry a pouze dospělí mají plné tracheální dýchání [2] .

U pavoukovců jsou dýchacími orgány průdušnice (u falangů , nepravých štírů , senonožců a některých klíšťat ) nebo takzvané plicní vaky (u štírů a bičíků ), někdy oba společně (u pavouků ). Nižší pavoukovci nemají oddělené dýchací orgány; tyto orgány se otevírají směrem ven na spodní straně břicha , méně často na cephalothoraxu , s jedním nebo více páry dýchacích otvorů (stigma). Dýchací orgány pavouků se nazývají plicní knihy, které se skládají z listovitých záhybů.

Korýši používají k dýchání žábry umístěné po stranách těla nebo na končetinách. Někdy se pro výměnu plynů používá kožní dýchání [6] . U mnoha nižších korýšů, kteří mají malou velikost, nejsou žádné zvláštní dýchací orgány a výměna plynů se provádí výhradně povrchem těla.

U měkkýšů jsou orgány výměny plynů ctenidia (primární žábry). Většina měkkýšů má pouze jeden pár ctenidia. Navíc se každé ctenidium skládá z nosného vlákna a dvou řad řasinkových plátů ( lammell ), což dává ctenidium podobnost s ptačím perem . Uvnitř nosné šňůry leží aferentní a eferentní krevní cévy, svaly a nervy ctenidia. Ve skutečnosti k výměně plynu s vodou dochází přes epitel lamel. Evolučně byly ctenidia opakovaně upravovány: měnil se jejich počet i struktura. U většiny plžů je tedy v důsledku evoluční torze a výskytu asymetrického proudění vody v dutině pláště zcela ztraceno jedno z ctenidií. U mlžů se ctenidia typické stavby nacházejí pouze ve skupině Protobracnhia , zatímco u ostatních se na jejich základě vyvíjejí mnohem složitější lamelární žábry. U hlavonožců je na bázi každého ctenidia další branchiální srdce , jehož kontrakce zvyšují průtok krve. U měkkýšů žijících na souši jsou dýchacím orgánem vzdušné plíce [7] .

U ostnokožců plní dýchací funkci ambulakrální systém [8] . Jejich kůže má výrůstky, do kterých vstupuje tělní dutina – kožní žábry, které slouží k výměně plynů. Jejich stěna je velmi tenká, takže přes ni snadno dochází k výměně plynů. U holoturianů se kromě ambulakrálního systému tvoří speciální dýchací orgány - vodní plíce [9] . Jedná se o speciální vakovité orgány bohaté na cévy, které ústí do zadního střeva holothurianů [10] .

Dýchací orgány obratlovců

Cyklostomy a ryby využívají k dýchání žábry, umístěné v žaberních štěrbinách (párové otvory, které komunikují dutinu hltanu s okolím). Žábry byly vytvořeny z výčnělků stěn hltanu a vnějšího integumentu. Vzhledem k aktivizaci životního stylu obratlovců je potřeba zvýšené ventilace žaber. Pumpu tedy tvořila kostra a svaly žaberních oblouků. V cyklostomech je žaberní pumpa uspořádána následovně: vně žáber je umístěna chrupavčitá žaberní mřížka; je stlačována viscerálními svaly , v důsledku čehož je voda vytlačována žaberními otvory, načež se žaberní mřížka narovná a voda opět vstupuje do žáber. Žáberní oblouky chrupavčitých ryb jsou rozděleny do několika pohyblivých částí, které se působením viscerálních svalů mohou skládat a rozkládat. Objem hltanu se mění a voda vstupuje do žáber ústy, zatímco speciální ventily brání zpětnému proudění. Kostnaté ryby mají vyvinuté pohyblivé žaberní kryty , které zakrývají žaberní štěrbiny. Svaly střídavě otevírají a zavírají žaberní kryty, čímž se mění objem peribranchiálních dutin. Voda vstupuje ústy a vystupuje, omývá žábry [1] .

U některých ryb, které žijí ve vodních útvarech, kde obsah kyslíku pravidelně klesá, se vytvořily další dýchací orgány, aby získaly kyslík ze vzduchu. U některých ryb, které žijí v bahně , se z žaberních oblouků rozprostírají seskupené výrůstky, které mohou sloužit k dýchání vzduchu [1] . U labyrintových ryb se vytvořily tzv. nadprahové orgány - kostěné destičky pokryté sliznicí [2] . Loach a callicht mohou přijímat další kyslík ze spolknuté vzduchové bubliny, výměna plynů se provádí ve střevní oblasti bohaté na krevní cévy. Poprvé se u starých kostnatých ryb objevily plíce pro dodatečné dýchání vzduchu, což vytvořilo předpoklady pro rozvoj země jako biotopu. U moderních paprskoploutvých ryb se tento orgán proměnil v plavecký měchýř . U pluňáků a mnohoploutví je plavecký měchýř spojen se střevem a slouží jako další dýchací orgán [1] . Ve stádiu larev u ryb plní funkci dýchacího orgánu nejprve žloutkový váček , zapletený do sítě krevních cév, poté se k tomu využívají cévy ploutví a v některých případech vnější (larvové) žábry. dýchání [2] .

Plíce obojživelníků jsou párové orgány spojené s hltanem přes laryngeální tracheální komoru [1] (zde se nacházejí hlasivky ústící štěrbinou do orofaryngeální dutiny). Na rozdíl od ryb nedýchají obojživelníci ústy, ale nosními průchody . U většiny druhů obojživelníků nemají plíce příliš velký objem, ve formě tenkostěnných vaků, opletených hustou sítí krevních cév. Plicní ventilace se provádí změnou objemu orofaryngeální dutiny: vzduch vstupuje do orofaryngeální dutiny nosními dírkami, když je její dno sníženo. Když se dno zvedne, vzduch se vtlačí do plic. Mezi těmito fázemi dýchání se provádí výdech, díky kterému dochází v dutině ústní k částečnému promíchání čerstvého vzduchu s odpadním vzduchem. Vzhledem k neefektivnosti tohoto způsobu dýchání využívají obojživelníci spolu s plicním dýcháním kožní dýchání [1] . U larev obojživelníků plní dýchací funkci zpočátku žloutkový váček zapletený do cév, dále vnější žábry a v některých případech i cévy v ocasní ploutvi [2] . U dospělých zvířat žábry mizí.

U amniotů (vyšších obratlovců) se dýchání provádí roztahováním a zužováním hrudníku pomocí mezižeberních a břišních svalů. Tento způsob plicní ventilace je dokonalejší než dýchání obojživelníků. Vyšší obratlovci proto již nepotřebují další kožní dýchání [1] . Struktura plic plazů je složitější než u obojživelníků. Díky delšímu krku prodlužují plazi i dýchací cesty. Z hrtanu odchází průdušnice , která se na konci dělí na průdušky vedoucí do plic. Vnitřní stěny plicních vaků mají složenou buněčnou strukturu, která výrazně zvětšuje dýchací povrch.

Dýchací systém ptáků je ještě dokonalejší a je považován za jeden z nejsložitějších mezi všemi skupinami zvířat [11] . Tento systém orgánů je charakterizován známkami adaptace na let, během kterého tělo potřebuje zvýšenou výměnu plynů. Z hltanu vychází dlouhá průdušnice, která se v hrudní dutině dělí na dva průdušky. Průdušky ptáků se větví do plic do nejmenších vzduchových kapilár (3-10 mikronů v průměru), opletených hustou sítí krevních kapilár. Plíce ptáků jsou malého objemu, maloelastické a přiléhají k žebrům a páteři [12] . S plícemi je spojen systém pěti párů vzduchových vaků - tenkostěnné, snadno roztažitelné výrůstky ventrálních větví velkých průdušek, umístěné mezi vnitřními orgány, mezi svaly a v dutinách trubkovitých kostí křídel . Tyto vaky hrají důležitou roli v procesu dýchání ptáků během letu [13] . Plíce jsou navrženy tak, aby jimi vzduch procházel skrz na skrz. Při nádechu zůstává pouze 25 % vnějšího vzduchu přímo v plicích a 75 % jimi prochází a dostává se do vzduchových vaků. Při výdechu vzduch ze vzduchových vaků opět prochází plícemi, ale směrem ven a tvoří tzv. dvojité dýchání. Plíce jsou tedy neustále nasyceny kyslíkem jak při nádechu, tak při výdechu [14] . V klidu pták dýchá roztahováním a stahováním hrudníku. Během letu, kdy pohybující se křídla potřebují pevnou oporu, zůstává hrudník ptáků prakticky nehybný a průchod vzduchu plícemi je dán expanzí a kontrakcí vzduchových vaků [13] . Čím rychlejší je mávající let, tím intenzivnější je dýchání. Když se křídla zvednou, natáhnou se a vzduch je nezávisle nasáván do plic a do vzduchových vaků. Při sklopení křídel dochází k výdechu a vzduch z vaků prochází plícemi [13] .

Dýchací systém savců se skládá z hrtanu a plic. Dýchací systém savců byl vytvořen v důsledku zvýšení počtu plicních váčků ( alveol ). Během embryonálního vývoje se průdušky savců větví a tvoří tak složitý bronchopulmonální „strom“. Nejtenčí z průdušek jsou bronchioly . Na koncích bronchiolů jsou tenkostěnné váčky (alveoly), hustě opletené kapilárami . Dýchání savců se provádí nejen díky pohybům hrudníku. Důležitou roli v procesu dýchání hrají pohyby bránice [1] , což je charakteristický anatomický znak savců.

V procesu individuálního vývoje vyšších obratlovců se dýchání embrya nejprve provádí cévami žloutkového vaku. Následně embrya přecházejí do tzv. alantoidního dýchání, kdy probíhá výměna plynů přes alantois , zapletený do krevních cév. Konečné dýchací orgány začínají fungovat až po narození nebo vylíhnutí z vajíčka [2] . V procesu evoluce se někteří vyšší obratlovci vrátili k vodnímu životnímu stylu (například velryby , tučňáci , krokodýli ), ale zachovali si dýchací orgány svých předků [1] .

Lidský dýchací systém

Dýchací systém člověka se skládá z nosu , hltanu , hrtanu , průdušnice a plic s průduškami . Výměna plynů se provádí v plicních sklípcích a je normálně zaměřena na zachycení kyslíku z vdechovaného vzduchu a uvolnění oxidu uhličitého vytvořeného v těle do vnějšího prostředí. Dospělý člověk v klidu provede průměrně 14 dechových pohybů za minutu, avšak frekvence dýchání může značně kolísat (od 10 do 18 za minutu) [15] . Dospělý se nadechne 15-17 za minutu a novorozenec 1 dech za sekundu.

Podle způsobu expanze hrudníku se rozlišují dva typy dýchání:

• hrudní typ dýchání (rozšíření hrudníku se provádí zvednutím žeber), častěji pozorované u žen;
• břišní typ dýchání (rozšíření hrudníku je způsobeno zploštěním bránice ), častěji pozorované u mužů.

Budova

Rozlišujte mezi horními a dolními dýchacími cestami. Symbolický přechod horních cest dýchacích do dolních se provádí na křižovatce trávicího a dýchacího systému v horní části hrtanu. Horní dýchací soustava se skládá z dutiny nosní ( lat.  cavum nasi ), nosohltanu ( lat.  pars nasalis pharyngis ) a orofaryngu ( lat.  pars oralis pharyngis ), jakož i části dutiny ústní, neboť ji lze využít i např. dýchání. Dolní dýchací soustavu tvoří hrtan ( lat.  larynx , někdy označovaný jako horní cesty dýchací), průdušnice ( jině řecky τραχεῖα (ἀρτηρία) ), průdušky ( lat.  průdušky ).

Během jednoho nádechu (v klidu) se do plic dostane 400-500 ml vzduchu. Tento objem vzduchu se nazývá dechový objem (TO). Stejné množství vzduchu vstupuje do atmosféry z plic při tichém výdechu. Maximální hluboký nádech je asi 5000 ml vzduchu. Po maximálním výdechu zůstává v plicích asi 1500 ml vzduchu, který se nazývá zbytkový objem plic . Po klidném výdechu zůstává v plicích přibližně 300 ml. Tento objem vzduchu se nazývá funkční reziduální kapacita (FRC) plic. Typy dýchání: hluboké a mělké, časté a vzácné, horní, střední (hrudní) a dolní (břišní).

Dýchací cesty zajišťují spojení mezi prostředím a hlavními orgány dýchacího systému – plícemi. Plíce ( lat.  pulmo , jinak řecky πνεύμων ) jsou umístěny v hrudní dutině, obklopené kostmi a svaly hrudníku. V plicích dochází k výměně plynů mezi atmosférickým vzduchem, který se dostal do plicních alveol (plicní parenchym) a krví proudící plicními kapilárami , které zajišťují přísun kyslíku do těla a odvod plynných odpadních látek z něj. včetně oxidu uhličitého. Díky funkční reziduální kapacitě (FRC) plic je v alveolárním vzduchu udržován relativně konstantní poměr kyslíku a oxidu uhličitého , protože FRC je několikanásobně větší než dechový objem (TO). Pouze 2/3 dýchacích cest zasahují do alveol, což se nazývá alveolární ventilační objem . Bez vnějšího dýchání může lidské tělo žít obvykle 5-7 minut (tzv. klinická smrt ), po které nastává ztráta vědomí, nevratné změny v mozku a jeho smrt (biologická smrt).

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Dýchací orgány // Velká ruská encyklopedie. - 2007. - T. 9. - S. 459-460. — ISBN 978-585270-339-2 .
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Dýchací orgány / A. N. Družinin // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
3. ↑ Maton, Anthea; Jean, Hopkins Susan, Johnson Charles William, McLaughlin Maryanna Quon Warner David, LaHart Wright, Jill. Biologie a zdraví člověka  (neopr.) . - Englewood Cliffs: Prentice Hall , 2010. - s  . 108-118 . — ISBN 0134234359 .
4. ↑ West, John B. Respirační fyziologie – základy  (neopr.) . — Baltimore: Williams & Wilkins, 1995. - S.  1-10 . - ISBN 0-683-08937-4 .
5. ↑ Dýchací orgány // Biologie. Moderní ilustrovaná encyklopedie / Ch. vyd. A. P. Gorkin. — M. : Rosmen, 2006.
6. ↑ Korýši / A.V. Ivanov // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
7. ↑ Měkkýši / I. M. Likharev // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
8. ↑ Ostnokožci / D. M. Fedotov // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
9. ↑ Holothurians // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
10. ↑ Vodní plíce // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
11. ↑ Frank Gill. Ornitologie = Ornitologie. - New York: W. H. Freeman and Co, 1995. - 720 s. — ISBN 0-7167-2415-4 .
12. ↑ V.D. Iljičev, N.N. Kartashev, I.A. Shilov. Obecná ornitologie. - Moskva: Vyšší škola, 1982. - 464 s.
13. ↑ 1 2 3 Kuznetsov B.A., Chernov A.Z., Katonova L.N. Kurz zoologie. - 4., revidováno. a doplňkové - Moskva: Agropromizdat, 1989. - 392 s.
14. ↑ John N. Maina. Vývoj, struktura a funkce nového dýchacího orgánu, systému plic a vzduchového vaku ptáků: jít tam, kam se žádný jiný obratlovec nevydal // Biologické recenze. - 2006. - T. 81 , č. 4 . - S. 545-579 .
15. ↑ Fyziologie člověka. Ve 3 dílech T. 2. Přeloženo z angličtiny. / Ed. R. Schmidt a G. Thevs. — M.: Mir, N 5-03-002544-8.

Literatura

• Shmalgauzen II Základy srovnávací anatomie obratlovců. - 4. vyd. - M. , 1947.
• Beklemishev V. N. Základy srovnávací anatomie bezobratlých: Ve 2 svazcích, 3. vyd. - M. , 1964.
• Masenov T.M. Biodynamika plic u savců. - A.-A., 1968.
• Gans C. Strategie a sekvence ve vývoji vnějších výměníků plynu ektotermálních obratlovců // Forma et Functio. - 1970. - Vydání. 3 . - S. 61-104 .
• Duncker H.-R. Struktura ptačích plic // Fyziologie dýchání. - 1972. - Vydání. 14 , č. 1/2 .
• Antipchuk Yu. P., Soboleva AD Evoluce dýchacího systému. - Novosib., 1976.
• Jordanian N. N. Evoluce dýchacích orgánů strunatců (Dolní strunatci a primární vodní obratlovci) // Biologie ve škole. - 1989. - č. 1 .
• Jordanian N. N. Evoluce dýchacích orgánů strunatců (suchozemských obratlovců) // Biologie ve škole. - 1989. - č. 4 .
• Dýchací orgány  / N. N. Iordansky // Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.

Tematické stránky	FMA Anatomická terminologie
Slovníky a encyklopedie	Velký Rus Brockhaus a Efron okolo světa Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Universalis Universalis Universalis
V bibliografických katalozích	BNF : 11934908p J9U : 987007291988605171 LCCN : sh00007540 NDL : 00566504 NKC : ph119766