Дихальна система птахів: функції, будова

Дихальна система птахів є унікальною. У пернатих повітряні потоки йдуть лише в одному напрямку, що не властиво іншим хребетним. Яким чином можна вдихати і видихати через одну трахею? Рішення являє собою дивовижне поєднання унікальних анатомічних особливостей і маніпуляцій атмосферного потоку. Особливості дихальної системи птахів зумовлюють складні механізми роботи повітряних мішків. Вони не присутні в організмі ссавців.

Дихальна система птахів: схема

Процес у крилатих здійснюється дещо інакше, ніж у ссавців. Крім легенів, у них є також повітряні мішки. В залежності від виду, дихальна система птахів може включати сім або дев'ять цих лопатей, які мають вихід в плечову і стегнової кістки, хребці і навіть череп. З-за відсутності діафрагми повітря переміщається шляхом зміни тиску в повітряних мішках за допомогою грудних м'язів. Це створює негативний тиск в лопатях, змушуючи повітря входити в дихальну систему. Подібні дії не є пасивними. Вони вимагають певні м'язові скорочення для посилення тиску на повітряні мішечки і виштовхування повітря назовні.


Будова дихальної системи птахів передбачає підняття грудини під час процесу. Легкі пернатих не розширюються або звужуються, як органи ссавців. У тварин обмін кисню і вуглекислого газу відбувається в мікроскопічних мішечках, називаються альвеолами. У крилатих родичів газообмін здійснюється в стінах мікроскопічних трубочок, званих повітряними капілярами. Органи дихання птахів працюють ефективніше, ніж у ссавців. Вони здатні переносити більше кисню з кожним вдихом. При порівнянні з тваринами аналогічного ваги, є більш повільні частоти дихання.

Як дихають пернаті?

Птахи мають три різних набору органів дихання. Це передні повітряні мішки, легкі і задні повітряні мішечки. Протягом першого вдиху кисень проходить через ніздрі на стику між верхньою частиною дзьоба і голови. Тут він нагрівається, воложиться і фільтрується. М'ясиста тканину, яка їх оточує, у деяких видів називається восковицей. Потім потік рухається в носову порожнину. Вдихуване повітря йде далі вниз у трахею, або дихальне горло, яке поділяється на два бронха. Далі вони розгалужуються на безліч шляхів у кожному легкому. Більшу частину тканини цього органу складають близько 1800 невеликих суміжних третинних бронхів. Вони ведуть в крихітні повітряні капіляри, які переплітаються з кров'яними, де відбувається обмін газів. Потік повітря не йде безпосередньо в легені. Замість цього він слід у каудальные мішечки. Невелика кількість проходить через хвостові освіти через бронхи, які, в свою чергу, поділяються на більш дрібні, в діаметрі капіляри. Коли птах вдихає вдруге, кисень переміщається в черепні повітряні мішечки, а назад виходить через свищ в трахею через гортань. І, нарешті, через носову порожнину і виходить з ніздрів.

Складна система

Дихальна система птахів складається з парних легень. Вони містять статичні структури на поверхні для газообміну. Розширюються і скорочуються лише повітряні мішки, змушуючи кисень рухатися через нерухомі легені. Вдихуване повітря залишається в системі протягом двох повних циклів, перш ніж буде повністю вичерпано. Яка частина дихальної системи птахів відповідає за газообмін? Цю важливу роль виконують легені. Відпрацьований там повітря починає виходити з організму через трахеї. Під час першого вдиху відпрацьовані гази переходять в передні повітряні мішечки.
Вони не можуть відразу покинути тіло, так як під час другого вдиху свіже повітря знову надходить в обидва задніх мішка і легкі. Потім під час другого видиху перший потік тече назовні через трахею, і свіжий кисень із задніх мішків надходить в органи для газообміну. Будова дихальної системи птахів має структуру, яка дозволяє створювати односпрямований (односторонній) приплив свіжого повітря над поверхнею відбувається газообміну в легенях. Крім того, цей потік проходить там як під час вдиху, так і видиху. В результаті обмін кисню і вуглекислого газу здійснюється безперервно.

Ефективність системи

Особливості дихальної системи птахів дозволяють отримувати кількість кисню, необхідне для клітин організму. Великою перевагою є односпрямований характер і структура бронхів. Тут повітряні капіляри мають велику загальну площу поверхні, ніж, наприклад, у ссавців. Чим більше становить цей показник, тим більше кисню і вуглекислого газу можуть циркулювати в крові і тканинах, що забезпечує більш ефективне дихання.

Структура і анатомія повітряних мішечків

У птаха є декілька комплектів повітряних ємкостей, включаючи хвостові черевні і каудальные грудні. До складу черепних входять шийний, ключичный і краниальный грудної мішки. Їх стиснення або розширення виникає, коли змінюється частина тіла, на якій вони розміщені. Розмір порожнини контролюється рухом м'язів. Найбільша ємність для повітря розташовується всередині стінки очеревини і оточує органи, розміщені в ній. В активному стані, наприклад під час польоту, птиці потрібно більше кисню. Здатність до стиснення і розширення порожнин тіла дозволяє не тільки швидше проганяти більше повітря через легені, але і полегшувати вага пернатої істоти.
Під час польоту прискорене рух крил створює атмосферне потік, який наповнює повітряні мішечки. М'язи черевного преса в значній мірі відповідальні за процес, перебуваючи в спокійному стані. Дихальна система птахів відрізняється як структурно, так і функціонально від тієї, що властива ссавцям. Птахи мають легкі – невеликі, компактні губчасті структури, сформовані серед ребер по обидва боки хребта в грудній порожнині. Щільні тканини цих органів крилатих важать стільки ж, скільки у ссавців рівного ваги тіла, але займають лише половину обсягу. Здорові особини, як правило, мають легені світло-рожевого кольору.

Спів

Функції дихальної системи птахів не обмежуються одним лише диханням і насиченням киснем клітин тіла. Сюди також можна віднести спів, за допомогою якого відбувається спілкування між особинами. Свист – це звук, одержуваний вокальним органом, розташованим у підстави висоти трахеї. Як і у випадку з гортанню ссавців, він проводиться вібрацією повітря, що протікає через орган. Таке своєрідне властивість дозволяє деяким видам птахів виробляти надзвичайно складні вокалізації, аж до імітації людської мови. Деякі півчі види можуть здійснювати безліч різних звуків.

Етапи циклів дихання

Вдихуване повітря проходить через два дихальних циклу. У своїй сукупності вони складаються з чотирьох етапів. Серія з декількох взаємопов'язаних кроків максимізує контакт свіжого повітря з дихальної поверхні легень. Процес відбувається таким чином:

Велика частина повітря, що вдихається за перший крок, проходить через первинні бронхи в задні повітряні лопаті.

Вдихаємо кисень переміщається із задніх мішків у легені. Тут відбувається газообмін.

Наступного разу, коли птах вдихає, насичений киснем потік переміщається з легенів передні ємності.

Другий видих витісняє збагачена вуглекислим газом повітря з передніх мішків через бронхи і трахею назад в атмосферу.

Висока потреба в кисні

Завдяки високій швидкості обміну речовин, необхідних для польоту, завжди існує висока потреба в кисні. Докладно розглядаючи, яка дихальна система у птахів, можна зробити висновок:особливості її пристрою цілком допомагають задовольнити цю потребу. Хоча пернаті мають легкі, вони в основному покладаються на повітряні мішечки для вентиляції, які складають 15% від загального обсягу тіла. Одночасно їх стінки не мають хорошого кровопостачання, тому не відіграють безпосередню роль у газообміні. Вони ведуть себе як посередники для переміщення повітря через дихальну систему. У крилатих відсутня діафрагма. Тому замість регулярного розширення і звуження дихальних органів, як це спостерігається у ссавців, активною фазою у птахів є видих, який вимагає м'язового скорочення. Існують різні теорії про те, як птахи дихають. Багато вчених до цих пір вивчають процес. Особливості будови дихальної системи птахів і ссавців не завжди збігаються. Ці відмінності дозволяють нашим крилатим побратимам мати необхідні пристосування для польоту і співу. Це також необхідна адаптація для підтримки високої швидкості обміну речовин для всіх літаючих створінь.