Oddychanie

Oddychanie to proces właściwy wszystkim żywym organizmom. Dzięki oddychaniu komórkowemu organizmy wytwarzają energii potrzebną im do życia. Większość organizmów żywych oddycha tlenem atmosferycznym, który jest dostarczany ze środowiska w trakcie wymiany gazowej.

Wymiana gazowa - transport gazów oddechowych ze środowiska otaczającego organizm do wnętrza jego ciała oraz z organizmu na zewnątrz.

Proces wymiany gazowej u zwierząt jest możliwy dzięki istnieniu różnicy stężeń gazów oddechowych (tlenu oraz dwutlenku węgla) panujących w organizmie i w środowisku zewnętrznym.

Ilość gazów oddechowych, która dostaje się do wnętrza organizmu, jest zależna przede wszystkim od wielkości powierzchni, poprzez którą gazy dyfundują. Powierzchnia ta u większości wyższych organizmów wielokomórkowych jest elementem specjalnie wykształconego na drodze ewolucji układu oddechowego.

UKŁAD ODDECHOWY

Układ oddechowy - zespół wyspecjalizowanych narządów, dzięki którym możliwe jest zaopatrywanie organizmów w tlen oraz usuwaniu z nich nadmiaru dwutlenku węgla, powstałego w procesach przemian metabolicznych.

Ewolucja sposobów oddychania zwierząt wodnych

U wszystkich pierwotniaków i u części zwierząt bezkręgowych, jakie żyją w środowisku wodnym, tlen jest pobierany z wody do wnętrza organizmu przez całą powierzchnię ich ciała poprzez wykorzystanie zjawiska dyfuzji.

Wymiana gazowa, która ma miejsce u większości bezkręgowych a także kręgowych zwierząt wodnych zachodzi poprzez skrzela stale obmywane przez wodę.

Ewolucja sposobów oddychania zwierząt lądowych

Zwierzęta lądowe oddychają za pomocą wyspecjalizowanych narządów:

• tchawek u owadów,
• płucotchawek u pajęczaków,
• płuc u kręgowców lądowych.

PIERŚCIENICE

Pierścienice, takie jak dżdżownice, charakteryzują się bardzo delikatną powłoką pokrywającą ciało. Taka pokrywa ciała jest barierą bardzo łatwą do pokonania przez dyfundujące gazy. Wymiana gazowa zachodzi więc u pierścienic poprzez całą powierzchnię ciała. Układ krwionośny pierścienic wykształcony jest tak aby jak najbardziej ułatwić rozprowadzanie po organizmie tlenu oraz usuwanie z niego dwutlenku węgla.

OWADY

Układ oddechowy owadów charakteryzuje się specjalnymi narządami - tchawkami. Tchawki to rozbudowany w całym organizmie system kanalików powietrznych. Tchawki występują u owadów, u części pajęczaków a także u pratchawców. Spełniają one rolę narządów oddechowych. Układ krążenia nie przenosi u owadów gazów oddechowych!

Cieniutkie rureczki tworzące tchawki są wzmocnione przez chitynową wyściółkę. Są dzięki niej bardziej wytrzymałe i elastyczne. Tchawki rozpoczynają się otworkami zewnętrznymi czyli przetchlinkami, przez które powietrze dostaje się z atmosfery do organizmu. Tchawki rozgałęziają się wewnątrz ciała w coraz drobniejsze przewody. Docierają do wszystkich narządów wewnętrznych zwierzęcia. Zakończone są .wypełnionymi płynem tracheolami. To pomiędzy nimi a komórkami tkanek ciała zachodzi wymiana gazowa.

PAJĘCZAKI

Wymiana gazów oddechowych u pajęczaków zachodzi w organach zwanych płucotchawkami.

Płucotchawki są rodzajem narządów oddechowych, które przyjmują postać wewnętrznych komór z licznymi przegrodami. Wymiana gazów oddechowych odbywa się u pajęczaków poprzez dyfuzję gazów w silnie ukrwionych przegrodach wewnątrzkomorowych. Powietrze atmosferyczne przechodzi do wnętrza komór z przegrodami poprzez przetchlinki. Są to małe otwory przebijające ściany ciała pajęczaków i prowadzące do płucotchawek.

RYBY

Organami odpowiadającymi za wymianę gazową u ryb są skrzela.

Skrzela - narządy oddechowe wewnętrzne lub zewnętrzne występujące u zwierząt wodnych. Umożliwiają one zwierzętom oddychanie tlenem, jaki jest rozpuszczony w wodzie. Skrzela występują przede wszystkim u ryb ale również u niektórych pierścienic, mięczaków, skorupiaków oraz płazów. Skrzela przybierają rozmaite kształty, mogą mieć różne rozgałęzienia albo pofałdowania, które zwiększają powierzchnię wymiany gazowej. Działanie skrzeli wymaga stałego przepływu wody przez ich strukturę.

a. skrzela zewnętrzne - występują u larw ryb i niektórych płazów.

b. skrzela wewnętrzne - występują u większości gatunków kręgowców.

Skrzela ryb to silnie ukrwione wyrostki błony śluzowej, tak zwane płatki skrzelowe, które łączą gardziel ryby z powierzchnią ciała. Znajdują się one na chrzęstnych lub kostnych łukach skrzelowych. Woda z tlenem dostaje się do skrzeli przez szczeliny skrzelowe, które u ryb chrzęstnych otwierają się bezpośrednio na zewnątrz ciała. U ryb chrzęstnoszkieletowych ruch wody wymuszany jest przez fałdy skórne które przykrywają szczeliny skrzelowe.

Ryby kostnoszkieletowe maja szczeliny skrzelowe, które uchodzą do komory skrzelowej oddzielonej od środowiska zewnętrznego specjalnymi pokrywami skrzelowymi. Pokrywy otwierają się z pomocą mięśni. Dzięki ruchom tych pokryw ułatwione jest przechodzenie wody do wnętrza ciała.

Wymiana gazowa w skrzelach zachodzi zgodnie z zasadą dyfuzji. Dyfuzja jest bardzo wydajna dzięki przeciwstawnemu kierunkowi przepływu wody, która wnika do organizmu z gardzieli oraz krwi, która płynie w sieci drobnych naczyń krwionośnych. Wytwarza się więc stała różnica pomiędzy zawartością tlenu i dwutlenku węgla w krwi ryby i w wodzie.

KRĘGOWCE LĄDOWE

Rozwój ewolucyjny układu oddechowego kręgowców lądowych polega przede wszystkim na stopniowym różnicowaniu się i rozwoju płuc. Płuca powiększają swoją powierzchnię zdolną do przeprowadzania wymiany gazowej poprzez tworzenie fałd i przez podział na coraz bardziej drobne pęcherzyki.

Narządami wymiany gazowej u większości kręgowców (z wyjątkiem ryb) są płuca. W płucach ma miejsce wymiana gazowa. Płuca są to narządy parzyste. Płuca mają kształt stożków złożonych z podstawy przylegającej do powierzchni przeponowej oraz z kopulastego szczytu. Swoim bokiem płuco przylega do żeber. W płucach odbywa się proces wymiany gazowej w tworzących je licznych pęcherzykach płucnych. Płuco ma kształt przypominający stożek, złożone jest z podstawy z powierzchnią przeponową oraz z kopulastego szczytu. Płuco swoją powierzchnią boczną przylega do żeber.

W toku rozwoju ewolucyjnego układu oddechowego u kolejnych grup kręgowców lądowych nastąpiło stopniowe różnicowanie się budowy płuc. Płuca znacznie zwiększyły swoją powierzchnie, przez co polepszyła się wydajność wdechów i wydechów. Powierzchnia oddechowa powiększyła się, ponieważ płuca ulegały coraz silniejszemu pofałdowaniu. Dzieliły się również na coraz drobniejsze i bardziej liczne pęcherzyki płucne. Ciekawym zjawiskiem jest wytworzenie się u ptaków dodatkowych organów układu oddechowego, jakimi są worki powietrzne. Pozwalają one na podwójne oddychanie czyli na wentylację płuc powietrzem tak przy wdechu jak i przy wydechu w trakcie lotu ptaków.

PŁAZY

Płazy bezogonowe to zwierzęta w organizmach których wymiana gazowa przebiega dwiema drogami. U płazów występują dobrze wykształcone, pofałdowane płuca. Wentylacja płuc oparta jest na zasadzie działania pompy tłoczącej. Powietrze jest wtłaczane do płuc poprzez skurcze mięśni gębowych. Jednak dominuje u nich typ skórnej wymiany gazów oddechowych. Płuca są tylko po części narządami wymiany gazowej płazów bezogonowych i to jedynie w okresie ich życia aktywnego. Większość wymiany gazowej zachodzi poprzez stale wilgotną skórę. Zima płucna wymiana gazowa całkowicie ustaje.

GADY

U gadów fałdy płucne są dobrze rozwinięte Jama worka płucnego ulega coraz większemu zawężeniu, aż staje się wąskim oskrzelem.

U gadów, inaczej niż w grupie płazów, wymiana gazowa zachodzi wyłącznie w płucach. Skóra pokryta jest zrogowaciałym naskórkiem i jest nieprzenikliwa dla wszelkich gazów. Wymiana gazowa dokonuje się przy udziale silnych skurczów mięśni tułowia gada. Skurcze te powodują już nie tłoczenie, lecz ssanie powietrza.

Silne skurcze, jakie mają miejsce w obrębie mięśni międzyżebrowych powodują podnoszenie żeber, przez co objętość jamy ciała się zwiększa. Przy rozszerzaniu jamy ciała powietrze jest wsysane do płuc. Kiedy żebra opadają zmniejsza się objętość jamy ciała, powietrze zostaje więc wypchane na zewnątrz.

PTAKI

Ptaki są zwierzętami stałocieplnymi. Wymaga to zapewnienia szybkiej przemiany materii. Jest to związane z potrzeba wytworzenia dużej ilości energii. Ptaki pobierają dużo tlenu i wydalają o wiele więcej cząsteczek dwutlenku węgla niż płazy czy gady.

Płuca ptaków maja budowę bardzo zbliżoną do płuc ssaków. Są one połączone ze specyficznymi, charakteryzującymi tylko ptaki tworami, jakimi są worki powietrzne. Worki powietrzne mają za zadanie u ptaków magazynowanie zapasów powietrza. Nie mają one nabłonka respiracyjnego, więc nie odbywa się tam wymiana gazowa. Dzięki workom powietrznym i magazynowanych w nich porcjach powietrza ptaki mogą zwiększyć tempo przemiany materii podczas lotu.. Z przestrzeni worków powietrznych powietrze dostaje się do płuc, gdzie przebiega wymiana gazowa.

SSAKI

Ssaki również są zwierzętami stałocieplnymi mającymi wysoki poziom przemian energetycznych. Potrzebują one dużo tlenu, produkują również dużą ilość dwutlenku węgla. Sprawną, wydajną i intensywną wymianę gazową zapewnia budowa płuc. Płuca ssaków wypełnione są mikroskopijnej wielkości pęcherzyki powietrznymi. Łączą się one ze środowiskiem życia organizmu przez system przewodów mocno rozgałęzionych i wypełnionych powietrzem.

Płuca to cienkościenne "worki" bogato unaczynione. Wraz z gardłem, krtanią, tchawicą, oskrzelami i oskrzelikami tworzą układ oddechowy.

Ssaki mają po dwa płuca. Płuco prawe zbudowane jest z trzech płatów, a lewe z dwóch płatów. Całość płuca otacza opłucna. W każdym z płuc występuje tak zwany korzeń, zbudowany z oskrzela głównego, tętnicy płucnej, dwóch żył płucnych, splotu nerwowego, naczyń i węzłów chłonnych oraz z tętnic oskrzelowych.

Tchawica - to część składowa dolnych dróg oddechowych. Składa się z pierścieni chrzęstnych otwartych do tyłu (kształtem przypominają podkowę). Pierścienie chrzęstne połączone są ze sobą więzadłami i błoną mięśniową gładką. Od wewnątrz tchawicę wyściela błona śluzowa. Tchawica zaczyna się od krtani, dalej przechodzi z odcinka szyjnego do śródpiersia. Na wysokości IV kręgu piersiowego tchawica rozgałęzia się na dwa oskrzela główne - prawe i lewe.

Oskrzela - to część dolnych dróg oddechowych. Podobnie jak tchawica zbudowane są z pierścieni chrząstkowych wysłane błoną śluzową z dużą ilością gruczołów śluzowych od wewnątrz. Pierścienie połączone są tkanką łączną i błoną mięśniową gładką.

Wyróżnia się:

- I rzędowe- oskrzela główne, prawe oraz lewe, odchodzą od tchawicy,

- II rzędowe- oskrzela, które rozgałęziają się w obrębie miąższu płuc:

-oskrzela płatowe (3 prawe oraz 2 lewe)

- oskrzela segmentalne

- III rzędowe- oskrzela, które rozdzielają się na coraz drobniejsze rozgałęzienia (wyróżnia się 12 podziałów)

- oskrzeliki końcowe (są już pozbawione chrząstki), odchodzą od ostatnich oskrzeli trzeciorzędowych. Oskrzeliki końcowe dzielą się na dwa małe oskrzeliki oddechowe

- oskrzeliki oddechowe- to w ich ścianach zawarte są pęcherzyki płucne.

Pęcherzyki płucne - elementy wchodzące w strukturę miąższu płuc. Ich ściana od wewnątrz wysłana jest nabłonkiem jednowarstwowym płaskim. Na zewnątrz istnieje sieć bardzo drobnych ale gęsto uplecionych naczyń włosowych pomiędzy siecią włókien sprężystych.

Pęcherzyki płucne umieszczone są na tak zwanych przewodach pęcherzykowych, dzięki czemu ich wygląd może kojarzyć się z kiśćmi winogronowymi. Średnica pęcherzyków płucnych średnio wynosi od 0,15 do 0,6 mm. Powierzchnia wszystkich pęcherzyków płucnych mieści się w przedziale od 50 do 90 m2.

Pod pojęciem całkowitej pojemności płuc rozumiemy całą objętość powietrza zawartego w obu płucach. Wyróżnia się:

1. pojemność wdechową - jest to pojemność powietrza , jakie jest wciągane do wnętrza płuc podczas najgłębszego wdechu. Składają się na nią:

• objętość oddechowa - ilość powietrza, które wchodzi i wychodzi z płuc w czasie spokojnego oddychania.
• objętość zapasowa wdechowa - powietrze wydychane w trakcie maksymalnego wysiłku, ponad objętość oddechową.

2. pojemność zalegającą czynnościową - określa ilość powietrza, jakie pozostaje wewnątrz płuc przy spokojnym wydechu. W jej skład wchodzą:

- objętość zapasowa wydechowa - objętość powietrza, jaka jest usuwana z płuc podczas maksymalnego wydechu.

• objętość zalegająca - ilość powietrza jakie pozostaje w płucach przy maksymalnym wydechu.

3. pojemność życiowa płuc - maksymalna ilość powietrza, jaka może być wprowadzona do płuc po wcześniejszym maksymalnym wydechu. Wynosi ona średnio 3500 cm3 (4500cm3 u mężczyzn, 3200cm3 u kobiet). Składają się na nią:

• powietrze oddechowe (500 cm3)
• powietrzem uzupełniające (1500 cm3)
• powietrzem zapasowe (1500 cm3).

Oddychanie

Częstość oddychania u ludzi zdrowych

• 16-18 razy w ciągu jednej minuty u dorosłych
• 20-30 oddechów u dzieci,
• 30-35 u noworodka.

objętość oddechowa - Ilość powietrza, jaka jest wprowadzana do wnętrza obu płuc podczas jednego wdechu, to 5-10 ml/kg masy ciała w spoczynku.

pojemność życiowa - całkowita objętość powietrza, jakie możemy wprowadzić do wnętrza płuc podczas naszego najgłębszego oddechu. Najmniejsza prawidłowa pojemność życiowa wynosi 15 ml/kg masy ciała.

wentylacją minutowa (około 6-8 litrów) - taka ilość powietrza, jaka jest zużywana przez człowieka do oddychania podczas jednej minuty.

Powody przyspieszenia oddechu:

• duży wysiłek fizyczny,
• stany emocjonalne.
• stany gorączkowe,
• bolesne urazy,
• zabiegi operacyjne.

Przyczyny zwolnienia tempa oddechów:

• schorzenia mózgowia,
• zatrucia wewnątrzpochodne, takie jak mocznica czy śpiączka cukrzycowa,
• zatrucia zewnątrzpochodne związkami chemicznymi wpływającymi na pracę ośrodka oddechowego np. morfiną - depresja oddechowa.

Jeżeli oddech człowieka dorosłego przyspieszy za bardzo (powyżej 40 razy) lub zwolni poniżej 8 oddechów na minutę - może to prowadzić do poważnego w skutkach niedotlenienia organizmu.