5.3. Трахеї

У тварин, що вийшли на суходіл, зяброве дихання у сухому повітрі, яке містить мало вологи, виявилось неможливим і тому змінилось іншими типами - ЛЕГЕНЕВИМ і ТРАХЕЙНИМ.

Комахи та ряд інших членистоногих (наприклад, павуків) мають високо спеціалізований тип дихальної системи - ТРАХЕЙНУ. Її відмінність від інших систем полягає у тому, що кисень з повітря поступає по ній безпосередньо до клітин тіла, а не переноситься з допомогою крові. На декількох сегментах тіла (а точніше черевця) у комах є парні отвори, які називають ДИХАЛЬЦЯМИ, по одному на кожному сегменті. Вони ведуть до заповнених повітрям порожнин, від яких вглибину тіла йдуть невеликі трубочки - ТРАХЕЇ. Вони багаторазово розгалужуються, їх розгалуження повторюється доти, поки кінцеві трубочки, які називають ТРАХЕОЛАМИ, не досягнуть діаметра менше одного мікрона. За виключенням самих закінчень, трахеї та трахеоли заповнені повітрям. Вони проникають до всіх частин тіла комахи, особливо густо оплітаючи найбільш активні органи і тканини. В деяких випадках трахеоли проникають навіть до окремих клітин (мал. ...). Кисень і вуглекислий газ переміщуються по трахеях і трахеолах з допомогою дифузії. Однак більші повітряні порожнини вентилюються з допомогою рухів м’язів, що їх оточують, і скелета. Дихальні отвори (дихальця) закриваються і відкриваються з допомогою клапанів. Кожне дихальце оточено по краях волосками, які запобігають попаданню до трахеї пилу й паразитів.

Трахейна дихальна система комах забезпечує не тільки прямий газообмін між повітрям і клітинами, але й у деякій мірі охолоджує органи, які працюють. Але ця цілком ефективна для комах система не може задовольнити потреб великої тварини. Трахейні трубочки вистелені кутикулою, яка разом з спіральною ниткою всередині забезпечує постійний розмір трахеї. Ця кутикула скидається під час кожної линьки комахи разом з рештками зовнішнього скелету. Ось така необхідність періодичних линьок і обмеження, які створюються малою швидкістю дифузії газів у тонких повітроносних трубочках, і ставлять межу розмірам комах.

5.4. Легені

Широке розповсюдження легеневого дихання серед різноманітних і далеко віддалених друг від друга груп наземних тварин говорить про те, що легені в них - утворення аналогічні, які виникли у процесі еволюції незалежно. У павукоподібних, наприклад, легені з’явились внаслідок видозміни черевних ніг, які мали зябра. Такі кінцівки, які несли на собі зябра, поступово вгинались всередину тіла. При цьому утворилась порожнина - ЛЕГЕНЕВИЙ МІШОК, у якому від зябрових пелюстків кінцівок взяли свій початок легеневі листки. А порожнина з’єдналась з навколишнім середовищем з допомогою дихальної щілини. У легеневих молюсків легені утворились внаслідок обособлення мантійної порожнини, яка відкривається назовні самостійним отвором. Це і є їх легенева порожнина, в стінках якої розвиваються багаточисельні кровоносні судини (мал. ...).

У хребетних тварин легені пов’язані своїм походженням з переднім відділом травної системи і являють собою результат подальшої спеціалізації плавального міхура кистеперих та дводишних риб.

Парні легені дорослих амфібій мають вигляд порожнистих мішків, внутрішні стінки яких мають комірчасті зморшки, які збільшують дихальну поверхню легень. До них ведуть два БРОНХИ, які починаються від ТРАХЕЇ. Трахея ж через ГОРТАНЬ зв’язана з глоткою. Тканина самих легень пронизана великою кількістю кровоносних судин. На стінках трахейно-гортаної камери розташовані у земноводних ГОЛОСОВІ ЗВ’ЯЗКИ, з допомогою яких вони, зокрема жаби і ропухи, видають звуки.

Механізм дихання амфібій є своєрідним. Повітря через ніздрі спочатку потрапляє до ротової порожнини, коли її дно опускається донизу. Потім під час підняття дна ротова порожнина зменшується в об’ємі і повітря нагнітається в легені через гортанну щілину. При цьому ніздрі замикаються спеціальними клапанами. Потім ніздрі відкриваються і з допомогою скорочення черевних м’язів повітря з легень потрапляє спочатку до ротової порожнини, а потім вже назовні.

Але дихальна поверхня легень амфібій менше поверхні тіла (відношення 2:3), тому вони мають додатково ще й дихання через тонку шкіру за рахунок широкого розгалуження капілярів в ній. Для покращення газообміну їх шкіра повинна бути постійно вологою, для чого в ній розташовані чисельні залози, які виробляють слиз. При цьому вони можуть отримувати через шкіру до 50 % кисню і видаляти з організму до 80 % вуглекислого газу. Це дозволяє їм усю зиму знаходитись у сплячці на дні водойм, жодного разу не піднімаючись до поверхні.

Легені плазунів також мають вигляд парних мішків, але їх внутрішня будова ускладнюється. У ящірок та змій внутрішні стінки легень мають зморшкувату, комірчасту будову (мал. ...). У черепах та крокодилів до внутрішньої порожнини легень глибоко вдається складна система перегородок - легені в них вже мають губчасту будову.

Та й механізм дихання в них інший - воно відбувається за рахунок періодичного розширення та стискання черевної порожнини. Рівень газообміну у плазунів невеликий і дозволяє їм розвивати енергійну дихальну активність тільки на короткі проміжки часу.

Легені ж ссавців лежать у грудній порожнині і вкриті ПЛЕВРОЮ (сполучною тканиною). Вони набагато більші за розмірами і повністю складаються з багаточисельних комірок, трубочок, які розгалужуються, і зморшок. Тому в них немає будь-яких великих повітряних порожнин. Повітря в кінцевому випадку поступає до маленьких камер, так званих ЛЕГЕНЕВИХ ПУХИРЦІВ, або АЛЬВЕОЛ, які мають діаметр близько 1 мм. Вони розміщуються на кінчиках останніх розгалужень бронхів - БРОНХІОЛАХ. Альвеоли всередині вистелені дихальним епітелієм, який містить багаточисельні капіляри. Бронхіоли зливаються у трубочки більшого діаметру, а останні - у БРОНХИ. Бронхи ж, в свою чергу, об’єднуючись переходять у ТРАХЕЮ (мал. ...), яку підтримують напівкільця з хрящів. Трахея примикає до ГОРТАНІ, передню і бічні стінки якої утворює ЩИТОВИДНИЙ ХРЯЩ і який мають тільки ссавці. До його краю примикає інший хрящ - НАДГОРТАННИК, який прикриває вхід до гортані під час проходження їжі через глотку. Між щитовидним і ЧЕРПАЛОВИДНИМИ хрящами в них натягнуті ГОЛОСОВІ ЗВ’ЯЗКИ.

Оскільки грудна порожнина у ссавців відділена від черевної порожнини з допомогою куполоподібного м’яза - ДІАФРАГМИ, то у процесі дихання в них приймають участь не тільки грудна клітина, утворена ребрами та грудиною, а й діафрагма.

У порівнянні з амфібіями та плазунами дихальна поверхня легень у ссавців дуже велика. Якщо на 1 см³ заключеного в легенях об’єму повітря у жаби приходиться 20 см² поверхні легень, то у людини вже біля 300 см². У зв’язку з цим різко збільшується й рівень газообміну.

Дихальна система птахів дуже відрізняється від дихальних систем інших наземних хребетних, і це не випадково. Птахи, як це добре відомо, є високо спеціалізованими наземними хребетними, добре пристосованими до польоту. Підвищені вимоги до рівня обміну речовин під час польоту призвели у птахів до утворення багатьох ефективних пристосувань, до числа яких відносяться і особливості будови їх органів дихання.

Птахи мають наступну будову дихальної системи (мал....). Повітря всмоктується до носової порожнини через ніздрі і переходить далі до ротової порожнини. Сюди вузькою щілиною відкривається гортань, яка підтримується з допомогою хрящів. Верхня гортань птахів на містить голосових зв’язок. За гортанню йде трахея, яка потім поділяється на два бронхи, кожен з яких входить до легень і там розгалужується. Нижня частина трахеї і початок бронхів утворюють тут характерну тільки для птахів нижню гортань, де розташований голосовий апарат. Ось чому, коли птах співає, то здається що голос в нього виходить не з рота, а немов би з грудей. А іноді взагалі птахи можуть видавати звуки навіть не відкриваючи рота.

Самі ж легені відносно малі і розтягуються мало. В легенях бронхи розгалужуються на 15-20 вторинних бронхів, частина яких закінчується сліпо, а частина сполучається з ПОВІТРЯНИМИ МІШКАМИ. Вторинні бронхи потім об’єднуються друг з другом ще меншими парабронхами, від яких відходять багаточисельні бронхіоли - комірчасті вирости, які густо обплетені кровоносними капілярами. В них і йде насичення крові киснем.

З легенями у птахів, як це вже було зазначено раніше, пов’язані повітряні мішки - вирости слизової оболонки вторинних бронхів. Їхній об’єм у 10 разів більший від об’єму легень. Розташовані вони (мал. ...) між внутрішніми органами, але їх відростки проникають під шкіру і навіть до великих кісток, роблячи останні більш легкими. Повітряні мішки не мають капілярної сітки і їх внутрішня поверхня позбавлена зморшок. Безпосередньої участі у газообміні вони не приймають. Це додаткові утворення, які сприяють роботі дихальної системи птахів. Завдяки повітряним мішкам повітря прокачується через легені як під час вдиху, так і під час видиху (мал. ...). При цьому кров також збагачується киснем і під час вдиху і під час видиху (на відміну від ссавців, у яких кров збагачується киснем лише під час вдиху). Такий тип легеневого дихання у птахів отримав назву ПОДВІЙНОГО.

Слід також зазначити, що повітряні мішки ще й запобігають перегріву птахів під час інтенсивної роботи (при польоті), оскільки надлишок тепла видаляється разом з постійною зміною повітря в них.