Дыхание является самой совершенной формой окислительного процесса и наиболее эффективным способом получения энергии. Главное преимущество дыхания состоит в том, что энергия окисляемого вещества - субстрата, на котором микроорганизм растет, используется наиболее полно. Поэтому в процессе дыхания перерабатывается гораздо меньше субстрата для получения определенного количества энергии, чем, например, при брожениях.
Процесс дыхания заключается в том, что углеводы (или белки, жиры и другие запасные вещества клетки) разлагаются, окисляясь кислородом воздуха, до углекислого газа и воды. Выделяющаяся при этом энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организмов, рост и размножение. Бактерии вследствие ничтожно малых размеров своего тела не могут накапливать значительного количества запасных веществ. Поэтому они используют в основном питательные соединения среды.
В общем виде дыхание можно представить следующим уравнением:
За этой простой формулой скрывается сложная цепь химических реакций, каждая из которых катализируется специфическим ферментом.
Ферментативные реакции, происходящие в процессе дыхания, в настоящее время хорошо изучены. Схема реакций оказалась универсальной, т. е. в принципе одинаковой у животных, растений и многих микроорганизмов, в том числе бактерий. Процесс дыхания при окислении глюкозы складывается из следующих основных этапов (рис. 10).
Сначала происходит образование фосфорных эфиров глюкозы - монофосфата, затем дифосфата. Фосфорная кислота переносится определенными ферментами (трансферазами) с аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) - вещества, имеющего три остатка фосфорной кислоты, соединенных макроэргическими связями. (На присоединение фосфорной кислоты тратится 3,4-10/4 дж энергии на 1 грамм-молекулу. Поэтому образовавшаяся связь называется макроэргической.) Биологический смысл первых реакций фосфорилирования заключается в активировании глюкозы - присоединение фосфора к глюкозе делает ее более реакционноспособной, лабильной, определяет возможность дальнейшего расщепления глюкозы.
Активированная глюкоза в форме дифосфата далее расщепляется на два триозофосфата (трехуглеродные соединения): фосфоглицериновый альдегид и диоксиацетонфосфат, которые могут обратимо превращаться друг в друга.
Далее в обмен вступает фосфоглицериновый альдегид, он окисляется в дифосфоглицериновую кислоту. Назначение этого процесса заключается в отщеплении атомов водорода от окисляемого субстрата и переносе водорода с помощью специфических окислительных ферментов к кислороду воздуха (см. рис. 10, 11).
, 
Водород от фосфоглицеринового альдегида присоединяется к ферменту - никотинамиддинуклеотиду (НАД); при этом альдегид окисляется до кислоты и выделяется энергия. Часть этой энергии тратится на образование АТФ; при этом присоединяется фосфорная кислота к аденозиндифосфату- АДФ. При гидролизе АТФ энергия освобождается и может быть затрачена на различные процессы синтеза белка и другие нужды клетки.
Фосфоглицериновая кислота окисляется до пировиноградной кислоты. При этом также образуется АТФ, т. е. запасается энергия.
На этом завершается первая - анаэробная - стадия процесса дыхания, которая носит название гликолитического пути или пути Эмбдена - Мейергофа - Парнаса . Для осуществления этих реакций кислород не требуется. Образовавшаяся пировиноградная кислота (СН3СОСООН) является интереснейшим и очень важным соединением. Пути расщепления глюкозы в процессе дыхания и многих брожений, вплоть до образования пировиноградной кислоты, идут совершенно одинаково, что впервые было установлено русским биохимиком С. П. Костычевым. Пировиноградная кислота является тем центральным пунктом, от которого расходятся пути дыхания и брожений, откуда начинается специфическая для данного процесса цепь ферментативных превращений - специфическая цепь химических реакций (рис. 11).
В процессе дыхания пировиноградная кислота вступает в цикл трикарбоновых кислот (рис. 12). Это сложный замкнутый круг превращений, в результате которых образуются органические кислоты с 4, 5 и 6 атомами углерода (яблочная, молочная, фумаровая, а-кетоглутаровая и лимонная) и отщепляется углекислота.
Прежде всего от пировиноградной кислоты, содержащей три атома углерода, отщепляется CO2 - образуется уксусная кислота, которая с коферментом А образует активное соединение - ацетилкоэнзим А. Он передает остаток уксусной кислоты (ацетил) на щавелевоуксусную кислоту (4 атома углерода), и образуется лимонная кислота (6 атомов углерода). Лимонная кислота претерпевает несколько превращений, в результате выделяется СО2 и образуется пятиуглеродное соединение - а-кетоглутаровая кислота. От нее тоже отщепляется СО2 (третья молекула углекислого газа), и образуется янтарная кислота (4 атома углерода), которая затем превращается в фумаровую, яблочную и, наконец, щавелевоуксусную кислоту. На этом цикл замыкается. Щавелевоуксусная кислота снова может вступить в цикл.
Таким образом, в цикл вступает трехуглеродная пировиноградная кислота, и по ходу превращений выделяются 3 молекулы С02.
Водород пировиноградной кислоты, освобождающийся при дегидрировании в аэробных условиях, не остается свободным - он поступает в дыхательную цепь (так же, как водород глицеринового альдегида, отнятый при превращении его в глицериновую кислоту). Это - цепь окислительных ферментов.
Ферменты, которые первыми берут на себя водород от окисляемого субстрата, называются первичными дегидрогеназами.
В их состав входят ди- или трипиридин-нуклеотиды: НАД или НАДФ и специфический белок. Механизм присоединения водорода - один и тот же:
Окисляемое вещество - H2 + НАД -> окисленное вещество + НАД-Н2
Водород, полученный дегидрогенаэой, затем присоединяется к следующей ферментной системе - флавиновым ферментам (ФМН или ФАД).
От флавиновых ферментов электроны попадают нацитохромы - железосодержащие протеиды (сложные белки). По цепи цитохромов передается не атом водорода, а только электроны. При этом происходит изменение валентности железа:
Fe++-> е -> Fe+++
Заключительная реакция дыхания - это присоединение протона и электрона к кислороду воздуха и образование воды. Но прежде происходит активирование молекулы кислорода под действием фермента цитохромоксидазы. Активирование сводится к тому, что кислород приобретает отрицательный заряд за счет присоединения электрона окисляемого вещества. К активированному кислороду присоединяется водород (протон), образуя воду.
Кроме упомянутой цепи переносчиков электронов и водорода, известны и другие. Процесс этот гораздо более сложен, чем изложенная схема.
Биологический смысл этих превращений заключается в окислении веществ и образовании энергии. В результате окисления молекулы сахара (глюкозы) в АТФ запасается 12,6- 10/5 дж энергии, в самой молекуле сахара содержится 28,6-10/5 дж, следовательно, полезно используется 44% энергии. Это очень высокий коэффициент полезного действия, если сравнить его с к. п. д. современных машин.
В процессе дыхания образуется огромное количество энергии. Если вся она выделилась бы сразу, то клетка перестала бы существовать. Но этого не происходит, потому что энергия выделяется пе вся сразу, а ступенчато, небольшими порциями. Выделение энергии небольшими дозами обусловлено тем, что дыхание представляет собой многоступенчатый процесс, на отдельных этапах которого образуются различные промежуточные продукты (с разной длиной углеродной цепочки) и выделяется энергия. Выделяющаяся энергия не расходуется в виде тепла, а запасается в универсальном макроэргическом соединении - АТФ. При расщеплении АТФ энергия может использоваться в любых процессах, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма: на синтез различных органических веществ, механическую работу, поддержание осмотического давления протоплазмы и т. д.
Дыхание является процессом, дающим энергию, однако его биологическое значение этим не ограничивается. В результате химических реакций, сопровождающих дыхание, образуется большое количество промежуточных соединений. Из этих соединений, имеющих различное количество углеродных атомов, могут синтезироваться самые разнообразные вещества клетки: аминокислоты, жирные кислоты, жиры, белки, витамины.
Поэтому обмен углеводов определяет остальные обмены веществ (белков, жиров). В этом его огромное значение.
С процессом дыхания, его химическими реакциями связано одно из удивительных свойств микробов - способность испускать видимый свет - люминесцировать.
Известно, что ряд живых организмов, в том числе бактерии, могут испускать видимый свет. Люминесценция, вызываемая микроорганизмами, известна уже в течение столетий. Скопление люминесцирующих бактерий, находящихся в симбиозе с мелкими морскими животными, иногда приводит к свечению моря; с люминесценцией встречались также при росте некоторых бактерий на мясе и т. д.
К основным компонентам, взаимодействие между которыми приводит к испусканию света, относятся восстановленные формы ФМН или НАД, молекулярный кислород, фермент люцифераэа и окисляемое соединение - люциферин. Предполагается, что восстановленные НАД или ФМН реагируют с люциферазой, кислородом и люциферином, в результате чего электроны в некоторых молекулах переходят в возбужденное состояние и возвращение этих электронов на основной уровень сопровождается испусканием света. Люминесценцию у микробов рассматривают как «расточительный процесс», так как при этом энергетическая эффективность дыхания снижается.
Жизнь растений: в 6-ти томах. - М.: Просвещение. Под редакцией А. Л. Тахтаджяна, главный редактор чл.-кор. АН СССР, проф. А.А. Федоров . 1974 .
Синонимы :
Смотреть что такое "Дыхание" в других словарях:
ДЫХАНИЕ - ДЫХАНИЕ. Содержание: Сравнительная физиология Д.......... 534 Дыхательный аппарат............. 535 Механизм вентиляции легких......... 537 Регистрация дыхательных движении..... 5 S8 Частота Д., сила дыхат. мышц и глубина Д. 539 Классификация и… … Большая медицинская энциклопедия
Одна из основных жизненных функций, совокупность пропессов, обеспечивающих поступление в организм О2, использование его в окислительно восстановительных процессах, а также удаление из организма СО2 и нек рых др. соединений, являющихся конечными… … Биологический энциклопедический словарь
Испустить дыхание, спирается в зобу дыханье.. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. дыхание респирация, полипноэ, перспирация, чухалка, дух, дуновение, дуновенье, веяние Словарь … Словарь синонимов
Современная энциклопедия
Совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для… … Большой Энциклопедический словарь
ДЫХАНИЕ, дыхания, ср. (книжн.). Действие по гл. дышать. Прерывистое дыхание. Искусственное дыхание (приемы, применяемые для возобновления деятельности легких при временном ее прекращении; мед.). || Процесс поглощения кислорода живым организмом… … Толковый словарь Ушакова
ДЫХАНИЕ, совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление диоксида углерода (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ДЫХАНИЕ, процесс, в ходе которого воздух поступает в легкие и выводится из них с целью ГАЗООБМЕНА. При вдохе мыщцы диафрагмы поднимают ребра, увеличивая тем самым объем ГРУДНОЙ КЛЕТКИ, и воздух поступает в ЛЕГКИЕ. При выдохе ребра опускаются, и … Научно-технический энциклопедический словарь
ДЫХАНИЕ, я, ср. 1. Процесс поглощения кислорода и выделения углекислого газа живыми организмами. Органы дыхания. Клеточное д. (спец.). 2. Втягивание и выпускание воздуха лёгкими. Ровное д. Сдерживать д. Д. весны (перен.). Второе дыхание прилив… … Толковый словарь Ожегова
1. Во всех листьях есть жилки. Из каких структур они образованы? Какова их роль в транспорте веществ по растению?
Жилки образованы сосудисто-волокнистыми пучками, которые пронизывают всё растение, соединяя его части - побеги, корни, цветки и плоды. Их основу составляют проводящие ткани, которые осуществляют активное перемещение веществ, и механические. Вода и растворённые в ней минеральные вещества передвигаются в растении от корней к надземным частям по сосудам древесины, а органические вещества - по ситовидным трубкам луба из листьев в другие части растения.
Кроме проводящей ткани в состав жилки входит механическая ткань: волокна, придающие листовой пластине прочность и упругость.
2. Какова роль кровеносной системы?
Кровь разносит по организму питательные вещества и кислород, выносит углекислый газ и другие продукты распада. Таким образом, кровь выполняет дыхательную функцию. Белые кровяные клетки выполняют защитную функцию: они уничтожают попавшие в организм болезнетворные микроорганизмы.
3. Из чего состоит кровь?
Кровь состоит из бесцветной жидкости - плазмы и клеток крови. Различают красные и белые кровяные клетки. Красные кровяные клетки придают крови красный цвет, так как в их состав входит особое вещество - пигмент гемоглобин.
4. Предложите простые схемы замкнутой и незамкнутой кровеносных систем. Укажите на них сердце, сосуды и полость тела.
Схема незамкнутой кровеносной системы
5. Предложите опыт, доказывающий движение веществ по организму.
Докажем, что вещества движутся по организму на примере растения. Поставим в воду, подкрашенную красными чернилами, молодой побег какого-либо дерева. Через 2-4 суток вытащим побег из воды, смоем с него чернила и отрежем кусочек нижней части. Рассмотрим сначала поперечный срез побега. На срезе видно, что древесина окрасилась в красный цвет.
Затем разрежем вдоль оставшуюся часть побега. Красные полоски появились в местах окрасившихся сосудов, которые входят в состав древесины.
6. Садоводы размножают некоторые растения срезанными веточками. Они сажают веточки в землю и накрывают банкой до полного укоренения. Объясните значение банки.
Под банкой формируется за счет испарения высокая постоянная влажность. Поэтому растение меньше испаряет влаги и не завянет.
7. Почему срезанные цветы рано или поздно вянут? Как можно предотвратить их скорое увядание? Составьте схему транспорта веществ в срезанных цветах.
Срезанные цветы не являются полноценным растением, т. к. у них удалена коневая система, которая обеспечивала адекватное (задуманное природой) всасывание воды и минеральных веществ, а также и часть листьев, которые обеспечивали фотосинтез.
Увядает цветок главным образом потому, что в срезанном растении, цветке в связи с усиленным испарением не хватает влаги. Начинается это с момента срезки и особенно когда цветок и листья долго находятся без воды, имеют большую поверхность испарения (срезанная сирень, срезанная гортензия). Многим срезанным оранжерейным цветам трудно переносить разницу температур и влажности того места, где они выращивались, с сухостью и теплом жилых комнат.
Но цветок может отцветать, или стареть, процесс этот естественный и необратимый.
Чтобы избежать увядания и продлить срок жизни цветов, букет цветов должен быть в особой упаковке, служащей для предохранения от сминания, проникновения солнечных лучей, тепла рук. На улице букет желательно нести цветками вниз (влага всегда на время переноса цветов будет поступать непосредственно к бутонам).
Одна из основных причин увядания цветов в вазе - уменьшение содержания сахаров в тканях и обезвоживание растения. Происходит это чаще всего из-за закупорки сосудов пузырьками воздуха. Чтобы избежать этого, конец стебля опускают в воду и делают косой срез острым ножом или секатором. После этого цветок уже не вынимают из воды. Если же такая потребность возникает, то операцию повторяют снова.
Перед тем как поставить срезанные цветы в воду, удаляют со стеблей все нижние листья, а у роз - еще и шипы. Это уменьшит испарение влаги и предотвратит бурное развитие бактерий в воде.
8. В чём заключается роль корневых волосков? Что такое корневое давление?
Вода поступает в растение через корневые волоски. Покрытые слизью, тесно соприкасаясь с почвой, они всасывают воду с растворёнными в ней минеральными веществами.
Корневое давление - это сила, вызывающая одностороннее движение воды от корней к побегам.
9. Каково значение испарения воды листьями?
Попав в листья, вода испаряется с поверхности клеток и в виде пара через устьица выходит в атмосферу. Этот процесс обеспечивает непрерывный восходящий ток воды по растению: отдав воду, клетки мякоти листа, подобно насосу, начинают интенсивно поглощать её из окружающих их сосудов, куда вода поступает по стеблю из корня.
10. Весной садовод обнаружил два повреждённых дерева. У одного мыши повредили кору частично, у другого зайцы обгрызли ствол кольцом. Какое дерево может погибнуть?
Может погибнуть дерево, у которого зайцы обгрызли ствол кольцом. В результате этого будет уничтожен внутренний слой коры, который называют лубом. По нему перемещаются растворы органических веществ. Без их притока клетки, находящиеся ниже повреждения погибнут.
Между корой и древесиной залегает камбий. Весной и летом камбий энергично делится, и в результате в сторону коры откладываются новые клетки луба, а в сторону древесины - новые клетки древесины. Поэтому жизнь дерева будет зависеть от того, поврежден ли камбий.
Инструкция
В человеческом организме дыханием называется процесс вентиляции легких, во время которого происходит интенсивный газообмен между атмосферным воздухом и кровью. Механизм дыхания можно условно разделить на две составляющие: физиологическую и биохимическую. Кроме того, во время дыхания в организме происходит множество самых разнообразных процессов, обеспечивающих как жизнедеятельность, так и восприятие окружающего мира.
Сама механика дыхательного процесса довольно проста. В грудной клетке человеческого организма имеется замкнутая полость, внутри которой располагаются самые крупные органы - легкие. Внутреннее давление в грудной клетке значительно ниже атмосферного, а поэтому поверхность легких плотно прилегает к внутренним стенкам свободного пространства. Таким образом, расширение и сужение объема легких происходит за счет камеры, в которой они расположены.
Можно выделить два типа дыхания, которые классифицируются по принципу расширения внутренней полости. Это грудной тип дыхания, при котором область грудной клетки расширяется поднятием ребер, и брюшной тип, в процессе которого участвует диафрагма - тонкая пластина, грудную полость от брюшной. Диафрагма имеет выпуклую форму и ее купол направлен кверху. При сокращении мышц брюшной полости она растягивается и выравнивается, за счет чего происходит расширение объема грудной клетки.
Внутренняя структура легких напоминает очень мягкую губку, которая состоит из несметного количества кровеносных сосудов с очень тонкими стенками, способными пропускать сквозь себя молекулы газов. Такие сосуды называют альвеолами, а их - обеспечивать посредственный контакт крови с атмосферным воздухом.
В крови содержатся три типа кровяных телец. Эритроциты, или красные кровяные тельца, содержат гемоглобин - сложный белок с высоким содержанием низковалентного железа. Основная функция - обратимое присоединение к себе молекул газов и их последующий перенос в ткани живого организма. Таким образом, при попадании в альвеолу кровяной клетки, в которой содержится гемоглобин, последний присоединяет к себе несколько молекул кислорода и транспортирует их в организм. В процессе обмена веществ происходит сжигание кислорода, в результате чего образуется углекислый газ. он, в свою очередь, также присоединяется к гемоглобину и переносится обратно в альвеолы легких, где и происходит его в выдыхаемый воздух.
В процессе дыхания осуществляется не только газообмен. Поток воздуха, проходящий через верхние дыхательные пути, активизирует работу рецепторов, реагирующих на его химический состав. Так человек чувствует запахи. При произнесении речи голосовые связки лишь регулируют тембр голоса и обеспечивают генерацию гласных звуков, в то время как легкие, при выдыхании, обеспечивают необходимое давление воздуха, благодаря чему становится возможным произношение согласных звуков, а также появляется сила голоса.
Дыхание - это универсальное свойство всего живого, что есть на Земле. Основным свойством дыхательного процесса является поглощение кислорода, взаимодействующего с органическими соединениями живых тканей с образованием воды и углекислоты. Дыхание растений сопровождается поглощением воды растительным организмом, а в окружающее пространство растения выделяют углекислоту.
При дыхании для выделения энергии растение расходует этот процесс является обратным фотосинтезу, когда в накапливаются питательные вещества. В дневные часы почти все растения производят кислород, однако в их клетках параллельно имеет место и дыхательный процесс, но он протекает менее интенсивно. Ночью дыхание растений происходит активнее, в отличие от фотосинтеза, который, без доступа света, прекращается.
Акт дыхания у растений
Растительная клетка и, соответственно, все растение в целом, существует при условии непрерывного притока пластических веществ и энергии. Акт дыхания, с химической точки зрения, складывается из многочисленных звеньев цепочки связанных окислительно-восстановительных реакций, которые происходят между клеточными органеллами и сопровождаются расщеплением веществ. Выделяемая при расщеплении энергия используется для питания растения.
Растений - это газообмен между непосредственно организмом растения и внешней средой через устьица листиков или чечевички в стволах деревьев. Органами дыхания более высокоорганизованных растений являются листья, стволы деревьев, стебли, каждая из клеток водорослей.
Тканевое дыхание
За у растений отвечают специальные структуры клеток - митохондрии. Эти органеллы существенно отличаются от таковых у животных, что можно объяснить особенностями процесса жизнедеятельности растений (образ жизни - прикрепленный, изменение метаболизма из-за переменчивых условий окружающей среды).
Поэтому дыхание растений сопровождается дополнительными путями окисления органических элементов, при которых продуцируются альтернативные ферменты. Алгоритм дыхания можно представить схематически как реакцию окисления до воды и углекислоты сахаров, благодаря поглощению кислорода. Это сопровождается выделением тепла, что отчетливо прослеживается при распускании цветов и прорастании семян. Дыхание растений - это не только поставка энергии для роста и дальнейшего развития растения. Роль дыхания очень важна. На промежуточных этапах дыхательного процесса образуются используемые затем при обмене веществ, например, пентоза и Дыхание и фотосинтез, несмотря на то, что противоположны по своей природе, взаимосвязаны, так как служат источниками таких энергетических носителей, как НАДФ-Н, АТФ и метаболитов в клетке. Вода, которая выделяется при дыхании, в засушливых условиях сохраняет растение от обезвоживания. При этом, если процесс слишком интенсивный, избыточное выделение дыхательной энергии в виде тепла может вызвать потерю сухого вещества живой клетки.
Значение дыхания. Дыхание - жизненно необходимый процесс постоянного обмена газами между организмом и окружающей его внешней средой.
Без кислорода невозможны окислительные процессы, лежащие в основе обмена веществ, и для сохранения жизни необходимо его постоянное поступление в организм. Кислород поступает через органы дыхания в кровь и кровью доставляется к органам и тканям. В клетках и тканях в результате обмена веществ образуется углекислый газ. Он приносится кровью к органам дыхания и удаляется из организма.
Эволюция органов дыхания . По мере усложнения организации животных возникали различные системы дыхательных органов. Несмотря на появление таких специализированных органов, у многих животных сохраняется и кожный тип дыхания, т. е. газообмен через поверхность тела. Он выражен хорошо у многих эмбрионов и личинок. У личинок насекомых, обладающих трахейной системой, около 25% кислорода поглощается через кожные покровы. Наблюдается кожное дыхание и у рыб. может долго жить после удаления обоих легких, но погибает, если после операции исключить и кожное дыхание. Об участии кожи в дыхании лягушки можно судить по тому, что ее легко усыпить, приложив ватку с эфиром к коже брюшка. У высших позвоночных и человека кожное дыхание в связи с развитием легких не имеет существенного значения. Удалось, однако, заметить, что у лошади при усиленной мышечной нагрузке дыхание через кожу усиливается.
Обладают совершенно особой системой для доставки кислорода к клеткам. В каждом сегменте тела имеется пара отверстий, называемых дыхальцами, от которых внутрь тела идут трахеи - трубочки, многократно разветвляющиеся и подходящие ко всем клеткам организма. Стенки тела у насекомых пульсируют, втягивая воздух в трахеи при расширении тела и выжимая его при сжатии. У насекомых трахейная система проводит воздух вглубь организма, приближая его к каждой клетке настолько, что он может диффундировать в нее через стенки мельчайших разветвлений трахей.
Дыхание у большинства водных животных осуществляется при помощи жабр. , моллюски, многие членистоногие (креветки, крабы) имеют жабры. Каждое животное, обладающее жабрами, имеет то или иное приспособление, обеспечивающее омывание их водой. У рыб вода поступает в рот, проходит над жабрами и выходит наружу через жаберные щели. Жабры имеют тонкие стенки, большую поверхность и обильно снабжены кровеносными капиллярами. Кислород, растворенный в воде; диффундирует через жаберный эпителий в капилляры, а углекислый газ - в обратном направлении. В стоячих водоемах, где в воде растворено мало кислорода, рыбы задыхаются.
Легкие животных прошли длинный путь развития. Первый намек на легкие мы встречаем у некоторых ископаемых рыб. У них возник вырост на переднем конце пищеварительного тракта; впоследствии этот вырост развился в легкое. У некоторых рыб вырост превратился в плавательный пузырь, который иногда несет и дыхательную функцию. В плавательном пузыре имеются клетки, способные выделять во внутреннюю полость кислород, получаемый из крови. Другая группа клеток плавательного пузыря переносит кислород из пузыря в кровь.
Легкие большинства примитивных представляют собой два простых длинных мешка, покрытых снаружи капиллярами. У лягушек и жаб внутри легочного мешка имеются складки, увеличивающие дыхательную поверхность. У лягушек нет ни диафрагмы, ни дыхательных мышц. У них в связи с этим особый механизм дыхания. Он основан на действии клапанов в ноздрях и мышц в области дна ротовой полости. При открытых носовых клапанах дно ротовой полости опускается и в нее входит воздух. Затем носовые клапаны закрываются и мышцы горла, сокращаясь, вытесняют воздух в легкие. Лягушка не может дышать с открытым ртом.
Дальнейшая эволюция органов дыхания происходила в направлении постепенного расчленения легкого на все более мелкие полости. Легкие некоторых ящериц () снабжены придаточными воздушными мешками, которые могут наполняться воздухом, при этом животное раздувается и отпугивает хищников.
У птиц подобного рода мешки отходят в нескольких местах от легких и распространяются по всему телу. Наибольшего развития легкие достигли у теплокровных животных. Обилием легочных пузырьков и их ячеистым строением обеспечивается большая поверхность, через которую происходит интенсивный газообмен. У лошади дыхательная поверхность легких составляет 500 м 2 .
Дыхательные движения
. Благодаря ритмически совершающимся актам вдоха и выдоха происходит обмен между атмосферным и альвеолярным воздухом, находящимся в легочных пузырьках.
В легких нет мышечной ткани, и поэтому они не могут активно сокращаться или расслабляться. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит скелетным дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.
При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма. Межреберные мышцы приподнимают ребра и отводят их несколько в сторону. Объем грудной полости при этом увеличивается. Опускание диафрагмы вызывает увеличение объема грудной клетки в длину. При глубоком дыхании принимают участие и другие мышцы груди и шеи.
Легкие снаружи покрыты тоненькой пленкой, из соединительной ткани - лёгочной плеврой. Внутренняя стенка грудной полости выстлана пристенной плеврой. Узкая щель между ними герметична, т. е. не имеет сообщения с окружающим воздухом, и заполнена плевральной жидкостью, уменьшающей трение легких о стенки грудной полости при дыхании. Так как легкое находится в грудной клетке в растянутом состоянии, то давление в плевральной полости ниже атмосферного, т, е. отрицательное. За счет отрицательного, давления в плевральной полости легкие следуют за грудной клеткой. Легкие при этом растягиваются. В растянутом легком давление снижается, и за счет, разницы давления атмосферный воздух через дыхательные пути устремляется в легкие. Чем больше увеличивается при вдохе объем грудной клетки, тем больше растягиваются легкие, тем глубже вдох.
При расслаблении дыхательных мышц ребра опускаются до исходного положения, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а, следовательно, и легких уменьшается и воздух выдыхается наружу. В глубоком выдохе принимают участие мышцы живота, внутренние межреберные и другие мышцы. Частота и величина дыхания. Частота дыхания у различных животных различна и связана с интенсивностью обмена веществ. Она возрастает при повышении внешней температуры, увеличении физической нагрузки, заболевании животного.
Количество воздуха, которое животное вдыхает при спокойном дыхании, называется дыхательным, воздухом. У лошади или коровы он составляет 5-6 л. Величиной дыхания называют количество воздуха, вдыхаемого в течение 1 мин. Она меняется в зависимости от напряженности работы, кормления и других факторов. У лошадей в покое величина дыхания 40-50 л, при движении 80-90 л, а при перевозке тяжестей 400-450 л.
Газообмен в легких и тканях . Для уяснения механизма газообмена в легких и тканях сопоставим состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Производя попеременно вдох и выдох, животное вентилирует легкие, поддерживая в легочных пузырьках (альвеолах) относительно постоянный газовый состав. Животные дышат атмосферным воздухом с большим содержанием кислорода (20,9%) и низшим содержанием углекислого газа (0,03%), а выдыхают воздух, в котором кислорода 16,3%, а углекислого газа около 4%.
Состав альвеолярного воздуха значительно отличается от состава атмосферного, вдыхаемого воздуха. В нем значительно меньше кислорода (14,2%) и большое количество углекислого газа (5,2%).
Азот, входящий в состав воздуха, в дыхании участия не принимает, и его содержание во вдыхаемом, выдыхаемом и альвеолярном воздухе практически не меняется.
Почему в выдыхаемом воздухе кислорода содержится больше, чем в альвеолярном? Объясняется это тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания, в воздухоносных путях.
Парциальное давление и напряжение газов. В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие. Переход газов из воздуха в жидкость и из жидкости в воздух происходит за счет разницы парциального давления этих газов в воздухе и жидкости. Парциальным давлением называется часть общего давления, которая приходится на долю данного газа в газовой смеси. Чем выше процентное содержание газа в смеси, тем соответственно выше его парциальное давление. Атмосферный воздух, как известно, является смесью газов. В этой смеси газов кислорода содержится 20,94%, углекислого газа - 0,03% и азота- 79-,03%. Эта смесь газов атмосферного воздуха имеет давление 760 мм рт. ст. Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 20,94% от 760 мм рт. ст., т. е. 159 мм рт. ст., азота - 79,03% от 760 мм рт. ст., т. е. около 600 мм рт. ст., углекислого газа в атмосферном воздухе мало - 0,03%, поэтому и парциальное давление его составляет 0,03% от 760 мм рт. ст. - 0,2 мм рт. ст.
Для газов, растворенных в жидкости, употребляется термин напряжение, соответствующий термину парциальное давление для свободных газов. Напряжение тазов выражается в тех же единицах, что и давление (мм рт. ст.). Если парциальное давление газа в окружающей среде выше, чем напряжение этого газа в жидкости, то газ растворяется в жидкости.
Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе 100-110 мм рт. ст., а в притекающей к легким крови напряжение кислорода в среднем 60 мм рт. ст., поэтому в легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь.Движение газов происходит по законам диффузии, согласно которым газ распространяется из среды, где парциальное давление высокое, в среду с меньшим давлением.