Andningssystem

Andningsorganen ( latin  systema respiratorium ) är ett system av organ hos människor och andra djur, som tjänar till gasutbytet av kroppen med omgivningen (sörjer för tillförsel av syre och avlägsnande av koldioxid ) [1] . Organismer kan ta emot syre från luften (luftandning), eller konsumera syre löst i vatten (vattenandning) [2] . Andningsorgan finns endast i aeroba organismer, i anaeroba är de frånvarande [2] . Hos människor, andra däggdjur och fåglar inkluderar andningssystemets anatomiska egenskaper luftvägarna, lungorna och speciella muskler. Hos vissa djur (i synnerhet amfibier , fiskar , ett antal kräftdjur ) spelar hudandning en avgörande roll i gasutbytet , när syre kommer in genom kroppens yta. Hudandning kallas ofta intestinal andning , när funktionen av gasutbyte utförs av tarmmembranet (i coelenterates ) [2] . Hos fiskar och andra vattenlevande djur är det huvudsakliga andningsorganet gälarna - utväxter täckta med blodkärl. Insekter har ett mycket enkelt andningssystem som kallas tracheae (tunna luftrör). Växter har också ett andningsorgan, men riktningen för gasutbytet är motsatt till djurens [3] [4] . Protozoer och lägre flercelliga organismer ( protozoer , svampar, coelenterater, många maskar) har inga andningsorgan, och gasutbytet sker endast genom diffus andning (genom kroppens yta) [1] .

Djurens andningsorgan bildades i samband med en ökning av andningsytans yta: utsprång eller utsprång av huden. De flesta primära vattenlevande djur har utsprång i det yttre integumentet som utför en andningsfunktion: fisk- och kräftdjursgälar, blötdjursgälar, gälböcker av hästskokrabbor , hudgälar från tagghudingar . Vissa vattenlevande djur har utvecklat inre andningsytor: de vattenlevande lungorna hos holothurianer , det anala andningssystemet hos vattenlevande trollsländelarver och plastronerna från vissa vattenkryp [5] .

Andningsorgan hos ryggradslösa djur

Andningssystemet hos de flesta insekter representeras av många luftrör - luftstrupen , som tränger in i hela kroppen och trasslar in organen. De terminala grenarna av luftstrupen slutar i en stjärnformad trakealcell, från vilken de tunnaste trakealkapillärerna ( trakeolerna ) utgår. Trakealsystemet hos insekter är öppet (kommunicerar fritt med den omgivande luften), bara några larver som lever i vatten har ett slutet system. I fallet med ett slutet system tillförs luftrörshålan syre med hjälp av trakealgälar som fångar upp syre löst i vatten. I processen med individuell utveckling kan andningsorganen hos vissa insekter förändras. Till exempel majflugor , som utvecklas i vattenmiljö, får först hudandning, sedan används luftstrupsgälar för andning och endast vuxna har full luftstrupsandning [2] .

Hos spindeldjur är andningsorganen luftrör (i falanger , falska skorpioner , hömakare och vissa fästingar ) eller de så kallade lungsäckarna (hos skorpioner och flagellater ), ibland båda tillsammans (hos spindlar ). De nedre spindeldjuren har inte separata andningsorgan; dessa organ öppnar sig utåt på undersidan av buken , mindre ofta på cephalothorax , med ett eller flera par av andningsöppningar (stigma). Spindlarnas andningsorgan kallas lungböcker, som består av lövliknande veck.

Kräftdjur använder gälar för att andas, som ligger på sidorna av kroppen eller på armar och ben. Ibland används hudandning för gasutbyte [6] . I många lägre kräftdjur, som är små i storlek, finns det inga speciella andningsorgan, och gasutbytet sker uteslutande genom kroppens yta.

Hos blötdjur är organen för gasutbyte ctenidier (primära gälar). De flesta mollusker har bara ett par ctenidier. Dessutom består varje ctenidium av en stödjande sträng och två rader av cilierade plattor ( lammell ), vilket ger ctenidium en likhet med en fågelfjäder . Inuti stödsnöret ligger de afferenta och efferenta blodkärlen, musklerna och nerverna i ctenidium. Egentligen sker gasutbyte med vatten genom lamellernas epitel . Evolutionärt modifierades ctenidier upprepade gånger: både deras antal och struktur förändrades. Således, i de flesta gastropoder , på grund av evolutionär vridning och förekomsten av ett asymmetriskt vattenflöde i mantelhålan , är en av ctenidierna helt förlorad. Hos tvåskaliga blötdjur finns ctenidier med en typisk struktur endast i Protobracnhia- gruppen , medan resten utvecklar mycket mer komplexa lamellära gälar på grundval av dem. Hos bläckfiskar, vid basen av varje ctenidium, finns ytterligare ett förgrenat hjärta , vars sammandragningar ökar blodflödet. Hos mollusker som lever på land är andningsorganet luftlungan [7] .

I tagghudingar utför ambulakrala systemet andningsfunktionen [8] . Deras hud har utväxter som kroppshålan kommer in i - hudgälar, som används för gasutbyte. Deras vägg är mycket tunn, så gasutbyte sker lätt genom den. Hos holothurianer bildas förutom ambulakrala systemet speciella andningsorgan - vattenlungor [9] . Dessa är speciella säckliknande, kärlrika organ som mynnar in i baktarmen på holothurianer [10] .

Andningsorgan hos ryggradsdjur

Cyklostomer och fiskar använder gälar för att andas, placerade i gälskåror (parade öppningar som kommunicerar svalghålan med miljön). Gälarna bildades av utsprång från svalgets väggar och det yttre integumentet. På grund av aktiveringen av ryggradsdjurens livsstil finns ett behov av ökad ventilation av gälarna. Således bildade gälbågarnas skelett och muskler pumpen. I cyklostomer är gälpumpen anordnad enligt följande: ett broskgälgitter är beläget utanför gälarna; det komprimeras av viscerala muskler , vilket resulterar i att vatten trycks ut genom gälöppningarna, varefter gälgallret rätas ut och vatten återigen kommer in i gälarna. Broskfiskarnas gälbågar är uppdelade i flera rörliga delar, som under inverkan av viscerala muskler kan vikas och vecklas ut. Svelgets volym förändras och vatten kommer in i gälarna genom munnen, medan speciella ventiler motstår det omvända flödet. Benfiskar har utvecklat rörliga gälskydd som täcker gälskårorna. Muskler öppnar och stänger växelvis gälskydden, vilket ändrar volymen på peribranchialhålorna. Vatten kommer in genom munnen och kommer ut och tvättar gälarna [1] .

Hos vissa fiskar som lever i vattendrag där syrehalten periodvis sjunker har ytterligare andningsorgan bildats för att få syre från luften. Hos vissa fiskar som lever i silt sträcker sig klungade utväxter från gälbågarna, som kan tjäna som andningsluft [1] . Hos labyrintfiskar bildades de så kallade supragillära organen - benplattor täckta med en slemhinna [2] . Loach och callicht fisk kan få ytterligare syre från en sväljad luftbubbla, gasutbyte utförs i tarmområdet rikt på blodkärl. För första gången dök lungor upp i gamla benfiskar för ytterligare luftandning, vilket skapade förutsättningarna för utvecklingen av mark som livsmiljö. Hos moderna strålfenade fiskar har detta organ förvandlats till en simblåsa . Hos lungfiskar och multifenor är simblåsan kopplad till tarmen och fungerar som ett extra andningsorgan [1] . I larvstadiet hos fisk utförs funktionen av andningsorganet först av gulesäcken , intrasslad i ett nätverk av blodkärl, sedan används fenornas blodkärl och i vissa fall externa (larv)gälar för andning [2] .

Amfibiernas lungor är parade organ som är kopplade till svalget genom struphuvudet-trakealkammaren [1] (stämbanden är belägna här och öppnar sig genom en slits in i orofarynxhålan). Till skillnad från fiskar andas amfibier inte genom munnen, utan genom sina näsgångar . Hos de flesta arter av amfibier är lungorna inte särskilt stora i volym, i form av tunnväggiga påsar, flätade med ett tätt nätverk av blodkärl. Lungventilation utförs genom att ändra volymen av orofaryngealhålan: luft kommer in i orofaryngealhålan genom näsborrarna när dess botten sänks. När botten höjs trycks luft in i lungorna. Utandning utförs mellan dessa andningsfaser, på grund av vilken en partiell blandning av frisk luft med frånluft sker i munhålan. På grund av ineffektiviteten hos denna andningsmetod använder amfibier, tillsammans med lungandning, hudandning [1] . Hos amfibielarver utförs andningsfunktionen initialt av gulesäcken intrasslad i blodkärl, sedan av de yttre gälarna och i vissa fall även av blodkärl i stjärtfenan [2] . Hos vuxna djur försvinner gälarna.

Hos fostervatten (högre ryggradsdjur) utförs andningen genom att man expanderar och smalnar av bröstet med hjälp av interkostala och magmuskler. Denna metod för lungventilation är mer perfekt än andningen av amfibier. Därför behöver högre ryggradsdjur inte längre ytterligare hudandning [1] . Strukturen hos reptilernas lungor är mer komplicerad än hos amfibier. På grund av den längre halsen förlänger reptiler också andningsvägarna. Från struphuvudet avgår luftstrupen , som i slutet är uppdelad i bronkier som leder till lungorna. De inre väggarna i lungsäckarna har en vikt cellstruktur, vilket avsevärt ökar andningsytan.

Fåglarnas andningsorgan är ännu mer perfekta och anses vara ett av de mest komplexa bland alla djurgrupper [11] . Detta organsystem kännetecknas av tecken på anpassning till flygning, under vilka kroppen behöver förbättrat gasutbyte. En lång luftstrupe avgår från svalget och delar sig i två bronkier i brösthålan. Fåglarnas bronkier förgrenar sig in i lungorna till de minsta luftkapillärerna (3-10 mikron i diameter), flätade med ett tätt nätverk av blodkapillärer. Fåglarnas lungor är små i volym, maloelastiska och fäster vid revbenen och ryggraden [12] . Ett system av fem par luftsäckar är anslutet till lungorna - tunnväggiga, lätt töjbara utväxter av ventrala grenar av de stora bronkerna, belägna bland de inre organen, mellan musklerna och i håligheterna i vingarnas tubulära ben . Dessa säckar spelar en viktig roll i fåglarnas andningsprocessen under flygning [13] . Lungorna är utformade på ett sådant sätt att luft passerar genom dem genom och igenom. När du andas in finns bara 25 % av luften utanför direkt i lungorna och 75 % passerar genom dem och kommer in i luftsäckarna. Vid utandning går luften från luftsäckarna igen genom lungorna, men utåt, och bildar den så kallade dubbelandningen. Således är lungorna ständigt mättade med syre både under inandning och utandning [14] . I vila andas fågeln genom att expandera och dra ihop bröstet. Under flygning, när de rörliga vingarna behöver ett fast stöd, förblir fåglarnas bröstkorg praktiskt taget orörlig och luftens passage genom lungorna bestäms av luftsäckarnas expansion och sammandragning [13] . Ju snabbare flaxande flygning, desto intensivare andning. När vingarna reser sig sträcker de sig och luften sugs självständigt in i lungorna och in i luftsäckarna. När vingarna sänks sker utandning och luft från påsarna passerar genom lungorna [13] .

Andningsorganen hos däggdjur består av struphuvudet och lungorna. Andningsorganen hos däggdjur bildades på grund av en ökning av antalet lungblåsor ( alveoler ). Under embryonal utveckling förgrenar sig däggdjurens bronkier, vilket bildar ett komplext bronkopulmonärt "träd". Den tunnaste av bronkerna är bronkiolerna . I ändarna av bronkiolerna finns tunnväggiga vesiklar (alveoler), tätt flätade med kapillärer . Andningen av däggdjur utförs inte bara på grund av bröstets rörelser. En viktig roll i andningsprocessen spelas av diafragmans rörelser [1] , vilket är en karakteristisk anatomisk egenskap hos däggdjur.

I processen för individuell utveckling av högre ryggradsdjur utförs embryots andning först genom blodkärlen i gulesäcken. Därefter passerar embryona till den så kallade allantoidandningen, när gasutbyte utförs genom allantois , intrasslad i blodkärlen. De sista andningsorganen börjar fungera först efter födseln eller kläckning från ägget [2] . Under evolutionsprocessen återgick några högre ryggradsdjur till en vattenlevande livsstil (till exempel valar , pingviner , krokodiler ), men behöll sina förfäders andningsorgan [1] .

Det mänskliga andningssystemet

Det mänskliga andningssystemet består av näsan , svalget , struphuvudet , luftstrupen och lungorna med bronkier . Gasutbytet sker i lungornas alveoler och syftar normalt till att fånga upp syre från inandningsluften och släppa ut koldioxid som bildas i kroppen till den yttre miljön. En vuxen som är i vila gör i genomsnitt 14 andningsrörelser per minut, men andningsfrekvensen kan genomgå betydande fluktuationer (från 10 till 18 per minut) [15] . En vuxen tar 15-17 andetag per minut och ett nyfött barn tar 1 andetag per sekund.

Enligt metoden för expansion av bröstet särskiljs två typer av andning:

• bröstets typ av andning (expansion av bröstet utförs genom att höja revbenen), observeras oftare hos kvinnor;
• buken typ av andning ( utvidgning av bröstet produceras genom att platta till diafragman ), oftare observerat hos män.

Byggnad

Skilj mellan övre och nedre luftvägarna. Den symboliska övergången av de övre luftvägarna till de nedre utförs i skärningspunkten mellan matsmältnings- och andningssystemet i den övre delen av struphuvudet. Övre andningsorganen består av näshålan ( lat.  cavum nasi ), nasofarynx ( lat.  pars nasalis pharyngis ) och orofarynx ( lat.  pars oralis pharyngis ), samt en del av munhålan, eftersom den även kan användas för andas. Det nedre andningssystemet består av struphuvudet ( lat.  struphuvudet , ibland kallat övre luftvägarna), luftstrupen ( annan grekiska τραχεῖα (ἀρτηρία) ), bronkier ( lat.  bronkier ).

Under ett andetag (i vila) kommer 400-500 ml luft in i lungorna. Denna luftvolym kallas tidalvolymen (TO). Samma mängd luft kommer in i atmosfären från lungorna under en lugn utandning. Det maximala djupa andetag är cirka 5000 ml luft. Efter maximal utandning finns cirka 1 500 ml luft kvar i lungorna, vilket kallas lungornas restvolym . Efter en lugn utandning finns cirka 300 ml kvar i lungorna. Denna luftvolym kallas lungornas funktionella restkapacitet (FRC). Typer av andning: djup och ytlig, frekvent och sällsynt, övre, mitten (thorax) och nedre (buk).

Andningsvägarna ger en förbindelse mellan miljön och andningssystemets huvudorgan - lungorna. Lungorna ( lat.  pulmo , annan grekisk πνεύμων ) är belägna i brösthålan, omgivna av bröstets ben och muskler. I lungorna sker gasutbyte mellan den atmosfäriska luften som har nått lungalveolerna (lungparenkym) och blodet som strömmar genom lungkapillärerna , som säkerställer tillförsel av syre till kroppen och avlägsnande av gasformiga avfallsprodukter från den, inklusive koldioxid. På grund av lungornas funktionella restkapacitet (FRC) upprätthålls ett relativt konstant förhållande mellan syre och koldioxid i alveolluften , eftersom FRC är flera gånger större än tidalvolymen (TO). Endast 2/3 av luftvägarna når alveolerna, vilket kallas alveolär ventilationsvolym . Utan yttre andning kan människokroppen vanligtvis leva upp till 5-7 minuter (den så kallade kliniska döden ), varefter medvetslöshet, irreversibla förändringar i hjärnan och dess död (biologisk död) inträffar.

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Andningsorgan // Great Russian Encyclopedia. - 2007. - T. 9. - S. 459-460. — ISBN 978-585270-339-2 .
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Andningsorgan / A. N. Druzhinin // Stora sovjetiska encyklopedin  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
3. ↑ Maton, Anthea; Jean, Hopkins Susan, Johnson Charles William, McLaughlin Maryanna Quon Warner David, LaHart Wright, Jill. Människans biologi och hälsa  (neopr.) . - Englewood Cliffs: Prentice Hall , 2010. - s  . 108-118 . — ISBN 0134234359 .
4. ↑ West, John B. Respiratorisk fysiologi-- det väsentliga  (neopr.) . — Baltimore: Williams & Wilkins1995. - S.  1-10 . - ISBN 0-683-08937-4 .
5. ↑ Andningsorgan // Biologi. Modern Illustrerad Encyclopedia / Kap. ed. A.P. Gorkin. — M. : Rosmen, 2006.
6. ↑ Crustaceans / A.V. Ivanov // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
7. ↑ Mollusker / I. M. Likharev // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
8. ↑ Echinoderms / D. M. Fedotov // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
9. ↑ Holothurians // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 volymer]  / kap. ed. A. M. Prokhorov . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1969-1978.
10. ↑ Vattenlungor // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
11. ↑ Frank Gill. Ornitologi = Ornitologi. - New York: W.H. Freeman and Co, 1995. - 720 sid. — ISBN 0-7167-2415-4 .
12. ↑ V.D. Ilyichev, N.N. Kartashev, I.A. Shilov. Allmän ornitologi. - Moskva: Högre skola, 1982. - 464 s.
13. ↑ 1 2 3 Kuznetsov B.A., Chernov A.Z., Katonova L.N. Zoologikurs. - 4:a, reviderad. och ytterligare - Moskva: Agropromizdat, 1989. - 392 s.
14. ↑ John N. Maina. Utveckling, struktur och funktion av ett nytt andningsorgan, fåglarnas lung-luftsäcksystem: att gå dit inget annat ryggradsdjur har tagit vägen // Biologiska recensioner. - 2006. - T. 81 , nr 4 . - S. 545-579 .
15. ↑ Mänsklig fysiologi. I 3 vol. T. 2. Översatt från engelska. / Ed. R. Schmidt och G. Thevs. — M.: Mir, N 5-03-002544-8.

Litteratur

• Shmalgauzen II Fundamentals of comparative anatomy of vertebrates. - 4:e upplagan - M. , 1947.
• Beklemishev V. N. Fundamentals of comparative anatomy of invertebrates: I 2 volymer, 3rd ed. - M. , 1964.
• Masenov T.M. Biodynamik i lungorna hos däggdjur. - A.-A., 1968.
• Gans C. Strategi och sekvens i utvecklingen av de externa gasväxlarna av ektotermiska ryggradsdjur // Forma et Functio. - 1970. - Utgåva. 3 . - S. 61-104 .
• Duncker H.-R. Struktur av fågellungor // Respirationsfysiologi. - 1972. - Utgåva. 14 , nr 1/2 .
• Antipchuk Yu. P., Soboleva AD Evolution av andningsorganen. - Novosib., 1976.
• Jordansk N. N. Evolution av andningsorganen hos chordates (Nedre chordates och primära vattenlevande ryggradsdjur) // Biology at school. - 1989. - Nr 1 .
• Jordansk N. N. Evolution av andningsorganen hos kordater (Terrestrial vertebrates) // Biologi i skolan. - 1989. - Nr 4 .
• Andningsorgan  / N. N. Iordansky // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 volymer]  / kap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.

Tematiska platser	FMA Terminologia Anatomica
Ordböcker och uppslagsverk	Stor ryss Brockhaus och Efron runt världen Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Universalis Universalis Universalis
I bibliografiska kataloger	BNF : 11934908p J9U : 987007291988605171 LCCN : sh00007540 NDL : 00566504 NKC : ph119766