Budowa układu oddechowego i układu krążenia jako wyraz przystosowania do środowiska życia

Najwyżej uorganizowaną grupą organizmów zwierzęcych są kręgowce. Zasiedlają one większość środowisk, dostępnych na Ziemi. Spotykamy kręgowce wodne, lądowe a nawet takie, które opanowały przestrzenie powietrzne. Wszystkich niezbędnych przystosowań, kręgowce nabywały w toku ewolucji.

Po raz pierwszy Zycie pojawiło się w wodzie. Ich wymiana gazowa polegała na pobieraniu tlenu rozpuszczonego w wodzie. Oddychanie takie było jednak procesem mało wydajnym, a poza tym dyfuzja w wodzie jest znacznie wolniejsza niż w powietrzu. Było to prawdopodobnie przyczyną wyjścia organizmów na ląd. Na ladzie zwierzęta miały znacznie większe prawdopodobieństwo rozwoju.

W czasie ewolucji kręgowce wykształcały różnego rodzaju narządy, dzięki którym ich przystosowanie do środowiska było coraz lepsze. Usprawnieniu ulegały wszystkie narządy ciała w tym także układ oddechowy. Pierwsze zwierzęta lądowe prowadziły wymianę gazową przez skórę. Ostatecznie szereg usprawnień pozwolił na pojawienie się oddychania płucnego. Ponieważ znacznie zwiększyło się tempo przemiany materii konieczne stało się także usprawnienie układów krążenia. Doszło do wykształcenia się serca oraz naczyń krwionośnych i limfatycznych.

Układ krążenia powiązany jest częściowo z układem oddechowym.

Do pierwszej gromady kręgowców zaliczamy krągłouste. Do tej grupy wliczamy śluzice oraz minogi. Zwierzęta te zamieszkują środowisko wodne. Krągłouste oddychają za pomocą tlenu rozpuszczonemu w wodzie , dlatego wykształciły skrzela. Posiadają one jeden z najbardziej prymitywnych wśród kręgowców sposób pobierania tlenu. Początkiem układu oddechowego tych organizmów jest przewód skrzelowy, znajdujący się na tylnej części jamy gębowej. Od otworu gębowego oddziela go żagielek. Przewód ten przebija siedem par szparek, które prowadzą do worków skrzelowych, posiadających przegrody międzyskrzelowe. W workach tych mieszczą się skrzela, uchodzące na zewnątrz poprzez otwory skrzelowe.

W momencie połykania przez zwierze wody, skrzela są opłukiwane i możliwa jest wymiana gazowa.

Wypływanie wody pozbawionej tlenu następuje przez otwory skrzelowe. Dodatkowym udogodnieniem dla tej grupy zwierząt jest także wymiana gazowa możliwa poprzez otwory skrzelowe ( ta sama droga, która wypływa woda). Umożliwia to zwierzęciu prowadzenie oddychania pomimo, iż jest ono przyssane do ofiary.

U krągłoustych układ krążenia jest zamknięty. U tej grupy zwierząt po raz pierwszy pojawia się miesień sercowy. Serce zbudowane jest u nich ze stożka tętniczego, komory, przedsionka oraz z żylnej zatoki.

W sercu znajduje się tylko krew żylna. Od komory odchodzi aorta brzuszna. Aorta ta dzieli się na dwa naczynia, rozchodzące się na każdą stronę ciała. Od nich odchodzą tętnice skrzelowe ( w liczbie ośmiu). Naczynia te następnie rozgałęziają się na naczynia włosowate, w których płynie utlenowana krew do wszystkich narządów ciała. Krew z ciała zbierana jest przez żyły, które odprowadzają ją do zatoki żylnej. Tak wiec przez serce przepływa wyłącznie krew odtleniona. Występuje tu jeden obieg krwi.

Podobny układ krążenia posiadaj kolejna gromada kręgowców czyli ryby. U ryb dwudysznych jednakże przedsionek serca rozdzielony jest na dwie części, dzięki niepełnej przegrodzie. Skurcz powoduje całkowity rozdział przedsionka, gdyż przegroda unosi się.

Ponieważ u ryb występuje jeden obieg, to wymiana gazowa jest u nich mało wydajna. Krew tłoczona z serca napotyka tu dwie przeszkody. Pierwsza z nich są naczynia włosowate w skrzelach ( zachodzi w nich wymiana gazowa) a drugą są naczynia włosowate, zlokalizowane w tkankach ( następuje tu oddawanie tlenu i pobieranie dwutlenku węgla).

Przepływ krwi w naczyniach włosowatych jest bardzo powolny, dlatego gospodarka gazowa jest u ryb mało sprawna. Tak więc tendencją ewolucyjną stało się wykształcenie więcej niż jednego obiegu krwi.

U ryb spotykamy także układ limfatyczny. Tworzą go zatoki, które u niektórych gatunków ryb mają formę serc limfatycznych, które łączą się z ogonową żyłą. Czerwone ciałka krwi tworzone są w wątrobie oraz śledzionie. Ponieważ ryby są zwierzętami wodnymi to ich układ oddechowy stanowią skrzela. Narządy te położone są w obrębie jamy skrzelowej. Jama ta chroni skrzela przed uszkodzeniem oraz zapewnia właściwy przepływ wody. Skrzela znajdują się na łukach skrzelowych, które leża na obu stronach jamy gardłowej.

Każdy łuk skrzelowy posiada dwa rzędy listków skrzelowych, bardzo dobrze unaczynionych. W obrębie listków leżą blaszki skrzelowe, będące fałdami zwiększającymi oddechowa powierzchnię.

Pokrywy skrzelowe pozwalają na utrzymanie jednokierunkowego przepływu wody od otworu gębowego do jamy, w której znajdują się skrzela.

U ryb wymiana gazowa odbywa się także przez skórę, błony śluzowe oraz przez jelita. U kilku gatunków dodatkowym narządem oddechowym jest pęcherz pławny. Jest to narząd hydrostatyczny, który wypełniają gazy.

Po wyjściu zwierząt na lad konieczna stała się zmiana w budowie układu oddechowego a tym samym krwionośnego. Na ląd jako pierwsze wyszły płazy. Wśród nich są zwierzęta głównie lądowe, ale spotykamy także takie które większość życia spędzają na ziemi. W grupie płazów wyróżniamy płazy ogoniaste, bezogonowe oraz beznogie.

Głównym narządem oddechowym płazów są płuca, aczkolwiek spotykamy tu również gatunki oddychające dzięki skrzelom. Ponieważ ich larwy żyją w środowisku wodnym, muszą wiec oddychać tlenem rozpuszczonym w wodzie. Wobec tego ich narządem oddechowym są skrzela. Struktury te występują najczęściej w formie trzech albo czterech par zewnętrznych skrzeli, które są bardzo dobrze unaczynionymi i rozgałęzionymi wyrostkami skórnymi.

Skrzela te zlokalizowane są pomiędzy głową a odcinkiem szyjnym płaza. W obrębie wyrostków występują czasem u form młodocianych szczeliny skrzelowe, zarastające u osobników dorosłych.

Larwy oddychająca pomocą skrzeli do momentu wyjścia na ląd.

Płuca płazów to bardzo prymitywne worki, w których wewnętrzna powierzchnia wykazuje niewielkie pofałdowanie. Worki łączą się z krótkim przewodem oddechowym, który wykazuje zróżnicowanie na krtań oraz tchawicę. Z krtanią łącza się chrząstki krtaniowe, które wraz z odpowiednimi mięśniami powodują rozszerzanie lub zwężanie się szczeliny krtani.

Przepływ powietrza w workowatych płucach możliwy jest dzięki mięśniom dna gęby , które zsynchronizowane są z otwieraniem czy też zamykaniem nozdrzy zewnętrznych.

Pewien procent całej wymiany gazowej stanowi wymiana gazów przez skórę. Narząd ten pozostaje cały czas wilgotny a poza tym ma bogate unaczynienie. Taki sposób wymiany gazowej może czasem Stanowic podstawowe źródło tlenu w organizmie np. u salamandry bezpłucnej.

Układ krążenia u płazów wykazuje bardziej zaawansowany stopień budowy niż u ryb. Skomplikowanie budowy związane jest z przejściem płazów do życia na lądzie. Serce płazów zbudowane jest z dwóch przedsionków oraz z jednej znacznie umięśnionej komory. W przedsionku prawym znajduje się krew nieutlenowana, która dostaje się tu poprzez trzy żyły ( czczą tylną oraz dwiema czczymi przednimi0. w lewym przedsionku gromadzona jest krew utlenowana, dostająca się tu poprzez żyły płucne.

Do komory dostaje się krew pochodząca z obu przedsionków. Ponieważ oba rodzaje krwi ( utlenowana i nieutlenowana ) wpływają jednocześnie do komory to dochodzi tam do ich mieszania się. Mieszanie się krwi nie jest jednak całkowite, gdyż zapobiegają mu listewki zlokalizowane w komorze.

W rezultacie po lewej stronie komory znajduje się krew natleniona, po środku występuje krew mieszana a po prawej stronie serca znajduje się krew pozbawiona tlenu.

Krew odtlenowana dostaje się do płuc a krew natleniona rozprowadzana jest naczyniami po reszcie ciała.

Krwinki płazów są bardzo duże i owalne a dodatkowo posiadają jądra komórkowe. Krwinki tworzone są w wątrobie i grasicy a także w tkance limfatycznej jamy gębowej oraz gardzieli.

Dwa obiegi krwi znacznie usprawniły układ krwionośny. W sercu krew nie miesza się już całkowicie.

U płazów występuje także bardzo dobrze rozwinięty układ limfatyczny. Zatoki zlokalizowane są w tkance skórnej. Dodatkowo u płazów poza przestrzeniami limfatycznymi występują serca limfatyczne. Położone są one w różnych częściach ciała. Śledziona płazów jest niewielka i czerwona. Leży przy jelicie grubym i spełnia ważna rolę krwiotwórczą.

Gady to już typowe zwierzęta lądowe, całkowicie uniezależnione od wody. W obrębie gromady gadów wyróżnia się żółwie, hatterie, krokodyle, węże i jaszczurki. Niektóre z tych zwierząt ponownie zaczęły życie w wodzie. Pomimo, to zwierzęta te nie utraciły jednak swoich pierwotnych cech. Ich skóra jest sucha, często pokryta łuskami. Wytwory naskórka uniemożliwiają wymianę gazową. Narządem oddechowym płazów są płuca. Powietrze w czasie wdechu przechodzi przez otwory nosowe, gardziel oraz krtań i tchawicę. Tchawica rozgałęzia się na oskrzela, które prowadzą do płuc. Gadzie płuca wykazują nieco inna budowę niż u płuca płazów. Są one bardziej pofałdowane i bogato unaczynione. Dzięki takiej budowie możliwe jest powiększenie powierzchni oddechowej.

Gady wykształciły także klatkę piersiową, dzięki której możliwe stało się wykonywanie ruchów oddechowych. Kurczące się mięśnie międzyżebrowe powodują powiększenie się objętości klatki, co jest przyczyną wytworzenia się podciśnienia, warunkującego wdech. W czasie wydechu dochodzi do rozciągnięcia się mięsni mięśni międzyżebrowych, co powoduje zmniejszenie pojemności i klatki piersiowej i kurczenie płuc.

Ulepszenie sposobu wymiany gazowej wymusiło zmiany w układzie krwionośnym. U gadów występuje trójdziałowe serce, na które składają się dwa przedsionki oraz jedna komora z niepełną przegrodą.

Krew natleniona i odtleniona miesza się co prawda w komorze ale w znacznie mniejszym stopniu w porównaniu do płazów.

Serce gadów nie posiada stożka tętniczego, ale nadal występuje zatoka żylna.

Krew bogata w tlen przez pień tętniczy dostaje się do naczyń krwionośnych rozmieszczonych w całym ciele.

Lewa część aorty i tętnica płucna pobierają krew pochodząca z prawej strony komory. Krew żylna zbierana jest przez żyły czcze ( tylną i dwie przednie) i doprowadzana do struktury zwanej zatoką żylną.

Układ limfatyczny gadów jest nieco mniej rozwinięty niż u płazów. Nie ma tu gruczołów limfatycznych a serca limfatyczne znajdują się tylko w nasadzie ogona.

Najbardziej zaawansowany układ oddechowy cechuje ptaki. Są to jedyne kręgowce posiadające zdolność lotu. Do grupy ptaków zaliczamy pingwiny, ptaki grzebieniowe oraz bezgrzebieniowe.

Ptaki podobnie jak ssaki należą do organizmów stałocieplnych. Zdolność tę mogły uzyskać poprzez odpowiednią budowę i funkcjonowanie układu krwionośnego i oddechowego.

Na układ oddechowy ptaków składają się płuca i prowadzące do nich drogi oddechowe a także worki powietrzne, pełniące rolę rezerwuaru powietrza.

Krtań ptaków zróżnicowana jest pod względem budowy. Część górna oddziela tchawicę i gardziel a część dolna stanowi narząd głosu.

Rura tchawicy rozchodzi się następnie na dwa oskrzela, prowadzące do płuc. Płuca ptaków mają bardzo charakterystyczną budowę. Składają się bowiem z gęstej sieci cienkich rurek. Dzięki workom powietrznym możliwy jest stały przepływ przez płuca świeżego powietrza ( zarówno w czasie wdechu jak i wydechu).

Na układ oddechowy ptaków składa się dziewięć worków powietrznych. Wśród nich występują worki tylne oraz przednie. Niektóre worki wciskają się w narządy oraz w kości. Dzięki nim ptaki " tracą na masie" , co ma istotne znaczenie dla lotu. Worki powietrzne umożliwiają podwójne oddychanie tzn. w czasie wdechu i wydechu w płucach dochodzi do wymiany gazów oddechowych.

Ze względu na tak silny rozwój układu oddechowego doszło również do rozwoju układu krwionośnego. Serce ptaków zbudowane jest z czterech części, bardzo dobrze od siebie oddzielonych. Prawa strona serca zaopatrywana jest w krew żylną a lewa część w krew tętniczą.

Pomiędzy prawym przedsionkiem i komorą leży stosunkowo duża i mięśniowa przedsionkowo-komorowa zastawka. Dzięki niej krew przepuszczana jest tylko w jednym kierunku, do komory z przedsionka.

Po lewej stronie serca leży działająca w podobny sposób zastawka dwudzielna , ścięgnista.

Serce pozbawione jest zatoki żylnej.

Krew w układzie krwionośnym ptaków krąży w bardzo podobny sposób jak u gadów. Układ krwionośny ptaków działa jednak w bardzo ekonomiczny sposób. Duże ilości tlenu umożliwiają wytworzenie dużych porcji energii, pozwala to na utrzymywanie stałej temperatury ciała.

Układ limfatyczny ptaków składa się oprócz naczyń limfatycznych także z gruczołów limfatycznych. Naczynie limfatyczne określane jako główne rozdziela się na naczynia piersiowe, które uchodzą do żył.

Istotną rolę w procesach krwiotwórczych odgrywa śledziona, znajdująca się w okolicy żołądka.

Najmłodszą , ale najbardziej uorganizowaną gromadą kręgowców są ssaki. Gromadę tą dzieli się na łożyskowce, ssaki niższe oraz prassaki.

Płuca ssaków są pęcherzykowate, dzięki temu powierzchnia oddechowa jest ogromna.

Poprzez nozdrza oraz gardziel i krtań, powietrze dostaje się do oskrzeli a następnie do płuc.

Wymiana gazowa w płucach możliwa jest dzięki obecnym tam pęcherzykom płucnym. Typowym dla ssaków narządem pomagającym w wymianie gazowej jest przepona. Wdychanie powietrza możliwe jest dzięki podciśnieniu, które zostaje wytworzone w klatce piersiowej poprzez działanie mięśni międzyżebrowych.

Serce ssaków zbudowane jest czterech jam ( dwóch komór i przedsionków) oraz z naczyń krwionośnych.

Krążenie u ssaków jest podobne jak to, które występuje u ptaków. Różnica występuje w łukach aorty, gdyż u ssaków zanika prawy łuk a u ptaków lewy łuk aorty. Pomiędzy poszczególnymi elementami serca znajdują się zastawki. Erytrocyty ssaków są bezjądrowe i bardzo liczne. Lepszy transport gazów zapewnia im mała objętość w stosunku do powierzchni.

Ssaki cechują się bardzo dobrze rozwiniętym układem limfatycznym. Składają się na niego węzły, grudki oraz naczynia limfatyczne a także śledziona, migdałki i grasica.

Układ limfatyczny jest otwarty, tzn. limfa, czyli chłonka wylewa się do jam ciała. Limfa uchodzi do przewodów uchodzących do serca.