Układ oddechowy (
łac.
systema respiratorium)- zespół
narządów
umożliwiających
organizmowi
oddychanie
. Integralnym elementem układu jest
narząd oddechowy
Wprowadzenie
Metabolizm
komórek zwierzęcych wymaga ciągłego dostarczania tlenu oraz usuwania jego produktów końcowych (dwutlenku węgla i wody). Zwierzęta wykształciły w drodze ewolucji układy oddechowe o różnym stopniu skomplikowania: od form najprostszych (oddychanie przez powłokę ciała), przez uproszczone pojedyncze narządy po rozbudowane systemy z parzystymi narządami.
Wymiana gazowa pomiędzy organizmem a jego otoczeniem może odbywać się po spełnieniu pewnych warunków:
- błona przepuszczalna dla gazów musi być wystarczająco wilgotna
- odpowiednio wysoka prężność tlenu w otoczeniu
- odpowiednio wysoka prężność dwutlenku węgla w płynach ustrojowych
Budowa układu oddechowego
Najbardziej rozwinięty układ oddechowy (np. u kręgowców wyższych ewolucyjnie) tworzą:
-jama nosowa - ogrzewanie powietrza, oczyszczanie (obecność w nosie włosów i komórek z rzęskami wychwytującymi nieczystości), nawilżanie (obecność śluzu);
-gardło, krtań, tchawica, oskrzela - stanowią drogę, którą powietrze dociera do płuc. Tchawica i oskrzela mają dodatkowo chrząstkowe pierścienie, by się nie zapadać.
-pęcherzyki płucne - tu zachodzi wymiana gazowa (za pomocą
dyfuzji
). Ich cienkie ścianki pozwalają na sprawną wymianę gazową. Są również oplecione licznymi naczyniami włosowatymi. W płucach jest bardzo dużo pęcherzyków, aby zwiększyć wydajność oddechową.
Ważne jest także to że układ oddechowy wyścielony jest przez
nabłonek migawkowy
.
Etapy oddychania
Według S. Nacel[] oddychanie przebiega następującymi etapami:
- pobranie tlenu z otoczenia (powietrza lub wody)
- oczyszczenie, ogrzanie i nawilżanie wdychanego powietrza
- transport powietrza do narządu oddechowego, gdzie następuje
wymiana gazowa
- dostarczenie tlenu do tkanek oraz dwutlenku węgla z tkanek do narządu oddechowego (tę funkcję przejmuje układ krwionośny)
- wydalenie z organizmu produktów końcowych przez drogi oddechowe
- dostarczanie tlenu do komórek
Układ oddechowy bezkręgowców
U zwierząt, których stosunek powierzchni ciała do objętości (masa ciała) jest duży (a więc u organizmów stosunkowo małych – wraz ze wzrostem wielkości powierzchnia rośnie do kwadratu, objętość do sześcianu) w procesie oddychania wystarcza
dyfuzja
poprzez powłoki ciała. W szczególności dotyczy to zwierząt wodnych i o zwolnionej przemianie materii.
Najprostszą formą wymiany gazowej jest dyfuzja przez powłokę ciała do tkanek. Ze względu na wymaganą wilgotność powierzchni oddechowej dyfuzja jest możliwa jedynie w środowisku wodnym. Rozpuszczony w
wodzie
tlen
dyfunduje do wnętrza
komórek
, a
dwutlenek węgla
na zewnątrz, do otaczającej wody. Wyspecjalizowane narządy oddechowe nie są potrzebne przy niedużych rozmiarach ciała, znacznej jego powierzchni w stosunku do objętości lub znikomej ilości materii organicznej w stosunku do masy ciała, jak u
meduzy
. Komórki
metabolizujące
z reguły tworzą powłokę ciała lub leżą tuż pod nią, tak więc droga dyfuzji tlenu jest bardzo krótka. Tempo metabolizmu jest na ogół niewielkie, tak więc już stosunkowo małe ilości tlenu zaspokajają potrzeby organizmu. Z takiego sposobu oddychania korzystają bardzo małe zwierzęta (od
pierwotniaków
do
pierścienic
). Wymiana gazowa u tych zwierząt wodnych zachodzi całą powierzchnią ciała.
U
bezkręgowców
stosunkowo dużych, z intensywniejszą przemianą materii, a w szczególności zwierząt lądowych, występuje układ oddechowy.
Narządy
tworzące układ oddechowy u bezkręgowców są bardzo zróżnicowane. Charakteryzują się cieńszymi ścianami ciała, mogą być unaczynione i wpuklone do wnętrza ciała (u organizmów lądowych) lub uwypuklone (głównie u gatunków wodnych). Należą do nich
skrzelotchawki
(nieunaczynione)i
skrzela
(unaczynione), szparki skrzelowe (kanały o ścianach unaczynionych), występujące u organizmów wodnych. U bezkręgowców lądowych występują
tchawka
(wpuklenia nieunaczynione),
płucotchawki
(unaczynione),
jamy płaszczowe
(unaczynione komory u
brzuchonogów
lądowych).
Zwierzęta te oddychają całą powierzchnią ciała, natomiast formy
pasożytujące
wewnętrznie
oddychają beztlenowo
na drodze
fermentacji
(rozkład
glikogenu
). Dodatkowo niektóre formy
larwalne
obleńców są wrażliwe na stężenia tlenu, przemieszczając się wraz z jego wzrostem.
Większość oddycha całą powierzchnią ciała. Komórki
gruczołowe
ich naskórka wydzielają
śluz
, dzięki czemu powierzchnia ciała jest stale wilgotna. Tlen z powietrza rozpuszcza się w śluzie i poprzez powłoki ciała dyfunduje do sieci
naczyń włosowatych
tuż pod zewnętrzną warstwą komórek
naskórka
. U
wieloszczetów
(
Nereida
) dodatkowo funkcję narządu wymiany gazowej pełnią skrzela w postaci unaczynionych wyrostków powłok ciała - wąsów skrzelowych - osadzonych na
parapodiach
.
U poszczególnych grup układ oddechowy jest rozmaicie ukształtowany. Drobne,
planktonowe
skorupiaki (
oczlik
,
rozwielitka
) oddychają całą powierzchnią ciała.
Narządem wymiany gazowej są cienkościenne, blaszkowate skrzela z reguły zlokalizowane u podstawy lub na członach podstawowych odnóży krocznych (skrzela zewnętrzne). U drobnych form mogą to być i same odnóża, zawierające dobrze rozwinięte przestrzenie hemolimfatyczne. Wymianę gazową warunkuje stopień zwilżenia skrzeli.
Układ oddechowy owadów zbudowany jest z systemu rozgałęzionych rurek zwanych
tchawkami
. Powietrze dostaje się do systemu tchawek przez przetchlinki - niewielkie otwory w powierzchni ciała. Liczba i położenie przetchlinek są różne u różnych gatunków. Maksymalna liczba przetchlinek wynosi 20 (8 par przetchlinek tułowiowych i 2 pary odwłokowych). Następnie powietrze wędruje systemem rozgałęziających się tchawek, które sięgają do wszystkich okolic ciała zwierzęcia. Tchawki mają
chitynową
osłonkę, zapewniającą odpowiednią elastyczność ścianek. Tlen dostarczany jest wprost do komórek. Wymiana powietrza z tchawek odbywa się przez dyfuzję gazów oraz dzięki skurczom mięśni tułowia i odwłoka. Wewnątrz ciała tchawki kończą się ślepo, mikroskopijnej wielkości delikatnymi, wypełnionymi płynem tracheolami. Wymiana gazowa zachodzi na drodze dyfuzji pomiędzy płynem wypełniającym tracheole, a komórkami ciała. Larwy owadów żyjące w wodzie oddychają
skrzelotchawkami
. Są to cienkościenne blaszki na odwłoku prowadzące do właściwych tchawek. U owadów występuje więc bezpośrednie dostarczenie tlenu do każdej komórki ciała z pominięciem układu krążenia. Zapewnia to wysoką wydajność wymiany gazowej, niezbędną do lotu.
Narządem wymiany gazowej są
płucotchawki
(1 do 4 par) zlokalizowane na dole
odwłoka
. Są to grzebykowate, spłaszczone rozgałęzienia pni tchawkowych, omywane przez
hemolimfę
transportującą gazy oddechowe. Powietrze do płucotchawek dostaje się przetchlinkami.
Narządem wymiany gazowej u mięczaków wodnych są z reguły parzyste, unaczynione skrzela. U
ślimaków
płucodysznych narządem wymiany gazowej jest unaczyniony nabłonek jamy płaszczowej.
Układ oddechowy kręgowców
Pierwotnym narządem wymiany gazowej
kręgowców
są
skrzela
. Kręgowce lądowe oddychają
płucami
(zwykle parzystymi). Powstały one prawdopodobnie z parzystego
pęcherza pławnego
.
Kręgouste i ryby
Kręgouste
i
ryby
oddychają przede wszystkim skrzelami. Są one umiejscowione w ścianach szpar skrzelowych łączących
gardziel
z otoczeniem. U ryb
spodoustych
szpary skrzelowe otwierają się bezpośrednio na zewnątrz, po bokach ciała (
rekin
) lub od spodu (
płaszczka
). U
ryb kościstych
szpary skrzelowe są nakryte wieczkiem skrzelowym, a ruch wody przez skrzela powstaje w wyniku współdziałania kości otaczających otwór gębowy z ruchami wieczka. W stadiach
larwalnych
ryb pojawiają się często tzw. skrzela zewnętrzne. U niektórych ryb ważną rolę w procesie wymiany gazów pełni skóra - wynika to z płytkiego umiejscowienia
naczyń włosowatych
. Niektóre ryby posiadły zdolność oddychania powietrzem atmosferycznym.
Płazy
Prócz ryb i kręgoustych skrzelami oddychają też larwy
płazów
. Larwy
płazów bezogonowych
mają cztery szpary skrzelowe. Również u płazów w stadium larwalnym występują skrzela zewnętrzne. Płuca płazów dzieli od gardzieli krótki odcinek dróg oddechowych zwany tchawico-krtanią. Łączy się on z gardzielą podłużną szparą zwaną szparą głosową. Najprościej zbudowane są płuca u takich płazów jak
odmieniec jaskiniowy
, u którego są to po prostu dwa worki o gładkich ścianach. U płazów bezogonowych wewnętrzna powierzchnia tych worków ulega już pewnemu pomarszczeniu. Rozbudowany system fałdów płucnych występuje u żab zielonych i
ropuch
.
Gady, ptaki i ssaki
U gadów rozwój idzie jeszcze dalej; wprawdzie u niektórych gatunków spotykamy płuca o wewnętrznej powierzchni zupełnie podobnej do płazów, u większości jednak listewki, które u płazów są pojedyncze, komplikują się, wytwarzając nawet u wyższych gatunków przedziały w workach. Do najbardziej obszernych płuc gadów należą płuca żółwi. U wodnych żółwi wyporność wypełnionych całkowicie płuc równoważy ciężar szkieletu i pancerza.
U ptaków i
ssaków
płuca nie mogą być już nazwane workami w ścisłym znaczeniu tego słowa. Tutaj
oskrzela
rozgałęziają się początkowo na odnogi drugiego, następnie trzeciego rzędu, i kolejnych rzędów, tak że w rezultacie przyjmują one postać drzewiastą, w której pojedyncze gałązki zakończone są oddzielnymi pęcherzykami płucnymi. U wszystkich kręgowców płuca komunikują się z przednią częścią
przewodu pokarmowego
. Komunikacja ta utrzymywana jest przy pomocy
tchawicy
, rozgałęziającej się na dwa oskrzela. Przednia część tchawicy nosi nazwę
krtani
. Na specjalną uwagę zasługują u ptaków tak zwane
worki powietrzne
, które umożliwiają intensywny i długotrwały lot, a także lot na dużych wysokościach, gdzie atmosfera jest silnie rozrzedzona.
Układ oddechowy człowieka
Układ oddechowy człowieka - jednostka anatomiczno-czynnościowa służąca wymianie gazowej - dostarczaniu do organizmu tlenu i wydalaniu zbędnych produktów przemiany materii, którym jest m.in. dwutlenek węgla. Składają się na niego drogi oddechowe i płuca. Niewielki udział w wymianie gazowej ma również skóra.
Bibliografia
- Czesław Jura, Bezkręgowce – podstawy morfologii funkcjonalnej, systematyki i filogenezy, Wyd. II, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 1997.