Глава 5. Дихальна система

У основі дивовижної, збалансованої діяльності всіх систем тваринного організму лежить використання тієї енергії, котра виділяється при окисленні поглинутої та засвоєної їжі. Для цього необхідна постійна присутність кисню у клітинах і тканинах. Кінцевими продуктами окислення речовин у організмі тварин є вода та вуглекислий газ. Вода потім використовується організмом для своїх потреб. А от вуглекислий газ необхідно постійно видаляти з організму.

Такий обмін киснем і вуглекислим газом між організмом і середовищем називають ГАЗООБМІНОМ або ДИХАННЯМ. Органи ж, які спеціалізовані для обміну цими газами з зовнішнім середовищем утворюють ДИХАЛЬНУ СИСТЕМУ.

Але диханням називають також і біохімічні процеси, котрі проходять у живих клітинах і сутність яких заключається у послідовному розщепленні поживних речовин і переносі отриманої таким чином енергії до інших молекул. Ці не менш важливі процеси називають КЛІТИННИМ ДИХАННЯМ. Газообмін - це дуже важливий і тривалий процес. Його ефективність та стійкість до несприятливих зовнішніх дій визначають у кінцевому рахунку виживання тварин.

Хоч кисень і вуглекислий газ - гази, свою біологічну роль вони відіграють лише (тільки) у водному розчині. При цьому слід також пам’ятати, що у воді кисню міститься у 20 разів менше, ніж у повітрі.

5.1. Газообмін за рахунок дифузії

В процесі еволюції різні групи тварин, як тих, що живуть у воді, так і тих, що живуть на суходолі, виробили декілька типів органів і систем дихання, у кожному випадку пристосованих до певних умов.

Одноклітинні і інші маленькі тварини не мають спеціальних органів дихання. Газообмін в них відбувається виключно за рахунок ДИФУЗІЇ. В результаті процесу дихання, який відбувається у мітохондріях клітин, кількість (концентрація) кисню у цитоплазмі знижується. Тому кисень проникає до клітини з навколишньої води, де його концентрація вища (цей процес і називають дифузією). Концентрація ж вуглекислоти у клітині, навпаки, стає вищою, і вона виходить назовні, у воду. Якщо вода достатньо аерована, то процес дифузії цілком забезпечує газообмін клітин, що оточені водою. Але газообмін - процес відносно повільний. Тому є межа товщини стінки тіла тварини, для якої дифузія є єдиним засобом переносу газів при диханні. Звичайно ця межа товщини є близькою до 1 мм і тому газообмін з допомогою дифузії притаманний лише для певного невеликого кола тварин. Ці обмеження не стосуються складності організації тварини, оскільки необхідно лише, щоб тварина була досить малою, а її оболонки мали проникність для кисню і вуглекислого газу. Тому газообмін за рахунок дифузії притаманний не тільки для найпростіших одноклітинних тварин, а й для багатоклітинних тварин невеликих розмірів, в тому числі для ембріонів та личинок.

Вказане обмеження може бути знято, якщо яка-небудь позаклітинна рідина, що знаходиться у порожнині тіла тварини (вода або кров), перебуватиме у стані постійного руху. Найпростіший приклад такого роду демонструють нам губки та кишковопорожнинні (мал.17). Рідина (або вода), яка в них циркулює всередині травної або іншої порожнини, швидко переносить молекули газів на відстань більше ніж 1мм. Така циркуляція полегшує газообмін, але найбільш ефективно транспорт газів протікає лише тоді, коли рідина (наприклад, кров) перекачується по спеціалізованому руслу (кровоносній системі), як у вищих безхребетних або хордових тварин. При цьому виникають спеціалізовані органи дихання - ЗЯБРА, ТРАХЕЇ і ЛЕГЕНІ. Але як би не був побудований такий орган, він повинен відповідати ряду загальних вимог: 1) мати тонкі стінки, які не перешкоджатимуть дифузії газів; 2) завжди бути вологим, щоб не перешкоджати розчиненню кисню і вуглекислого газу у воді; 3) добре забезпечуватись кров’ю або мати контакт з позаклітинними рідинами, що омивають клітини. Тому вивчати дихальну і кровоносну системи можна лише постійно пам’ятаючи про їх дуже тісний взаємозв’язок.