Біологічне значення процесів газообміну. Суть газообміну полягає в надходженні із зовнішнього середовища кисню (О2) і виділенні в довкілля певної суміші газів, зокрема вуглекислого (СО2). Оксиген (О) є одним з хімічних елементів, які беруть участь у багатьох хімічних реакціях, що відбуваються всередині клітин. Важливою ланкою газообміну є процес дихання, який забезпечує енергією процеси обміну речовин.

Дихання - важливий фізіологічний процес, завдяки якому організм тварин забезпечується необхідною енергією. Під час дихання організми вбирають кисень і виділяють назовні вуглекислий газ.

У тварин процес дихання складається з кількох етапів. Кисень через шкірні покриви та/або через органи дихання надходить в організм. Далі поширюється по ньому з порожнинною рідиною та/або з кров’ю. Наступний етап - надходження кисню в клітини. Там він окиснює органічні речовини, унаслідок чого виділяється потрібна організму енергія. Важлива роль у цих процесах належить органелам клітини - мітохондріям. У них утворюються особливі сполуки, здатні накопичувати енергію.

У процесах окиснення органічних сполук - білків, жирів і вуглеводів - утворюються різні гази, зокрема СО2. Вони видаляються з клітин до порожнинної рідини та/або в кров, а з ними - до органів дихання та/або покривів. Далі ці речовини виводяться з організму назовні.

Щоб отримувати кисень, у тварин розвинулися спеціальні пристосування, які вбирають його з повітря або води. Мешканці водойм вбирають кисень з води. Газообмін у них може здійснюватися через покриви або за допомогою зябер. Мешканці наземного середовища вбирають кисень з атмосферного повітря за допомогою інших спеціалізованих органів дихання.

Особливості газообміну в безхребетних тварин. У багатьох безхребетних немає спеціалізованих органів дихання. Так, у дощових черв’яків кисень надходить через зволожені покриви у кров, яка транспортує його по тілу (мал. 164, 1). У багатощетинкових кільчастих червів можуть утворюватись тонкостінні вирости покривів - зябра (мал. 164, 2), що забезпечують поглинання кисню з води. За допомогою зябер дихають ракоподібні й молюски - мешканці водойм (двостулкові, головоногі й багато видів черевоногих). Кисень у зябра, так само як і через покриви, надходить шляхом дифузії.

Мал. 164. Схема газообміну через шкіру (1; знайдіть капілярну сітку) та за допомогою зябер (2)

У павукоподібних і комах дихання забезпечують трахеї (розгалужені трубочки) та легеневі мішки (мішкоподібні вип’ячування зі складчастими стінками) (мал. 165). Розгалужуючись, трахеї проникають до всіх органів тварини. Назовні трахеї та легеневі мішки відкриваються отворами - дихальцями.

Мал. 165. Органи дихання наземних безхребетних тварин: 1 - трахеї комах; 2 - легеневі мішки павукоподібних

У наземних і деяких прісноводних черевоногих молюсків органом дихання слугує легеня - видозмінена ділянка мантії, де розгалужуються кровоносні судини.

Органи дихання, притаманні хребетним тваринам.

• Органи дихання риб - зябра (мал. 166) - розташовані з обох боків зябрових дуг. Ззовні кожного краю зябрової дуги є два ряди зябрових пелюсток червоного кольору. У них розгалужуються кровоносні судини і відбувається газообмін. Завдяки рухам зябрових кришок у кісткових риб вода проходить через ротовий отвір, глотку та зяброві щілини, омиваючи зяброві пелюстки. Коли зяброві кришки повертаються у вихідне положення, вода виходить з-під них назовні. Хрящові риби зябрових кришок не мають: зяброві щілини в них відкриваються назовні самостійними отворами.

Мал. 166. Схема газообміну в зябрах риби: 1 - зябра; 2 - зяброві пелюстки; 3 - зяброві тичинки; 4 - зяброва дуга

З внутрішнього боку зябрової дуги розміщені біляві зяброві тичинки, які слугують своєрідним фільтрувальним апаратом. Вони запобігають потраплянню їжі та сторонніх часток з водою на зяброві пелюстки.

• Личинки амфібій також дихають зябрами, але в дорослому віці вони здебільшого дихають атмосферним киснем за допомогою легень - парних комірчастих мішків (мал. 167, 1). Парні ніздрі з клапанами ведуть до ротоглоткової порожнини, звідки повітря потрапляє до легень. Під час вдиху у тварини опускається дно ротоглоткової порожнини, яка заповнюється повітрям, що проходить через ніздрі. Потім це дно піднімається і проштовхує повітря в легені (клапани перешкоджають виходу повітря через ніздрі назовні).

Надходження кисню в організм, особливо під час перебування амфібій під водою, забезпечує ще й шкірне дихання.

• Легені рептилій мають складнішу будову: у них є система перетинок, які збільшують поверхню газообміну (мал. 167, 2). Крім того, у них формуються дихальні шляхи, які складаються з послідовно з’єднаних гортані, трахеї та бронхів (в амфібій вони відсутні). Трахея розгалужується на два бронхи, що заходять до легень. Повітря надходить до легень і виходить з них завдяки скороченню міжреберних м’язів, які рухають ребра. Унаслідок цього змінюється об’єм порожнини тіла. Коли об’єм порожнини тіла збільшується - відбувається вдих, коли зменшується - видих.

Мал. 167. Органи дихання хордових тварин - мешканців наземного середовища: 1 - амфібій; 2 - рептилій; 3 - птахів; 4 - ссавців (а - легені; б — бронхи; в - трахея; г - повітряні мішки; д - альвеоли)

• У птахів особливості будови дихальної системи спрямовані насамперед на ефективне забезпечення їх енергією під час польоту та зменшення маси тіла. Дихальні шляхи починаються ніздрями, які відкриваються в носову порожнину. Звідти повітря потрапляє до верхньої гортані, що переходить у трахею, де в місці її поділу на два бронхи розташовані голосові зв’язки (на відміну від інших тварин).

Легені птахів мають губчасту будову, що збільшує їхню поверхню для газообміну (мал. 167, 3). Бронхи, які входять у легені, розгалужуються, їхні головні відгалуження розширюються і поза легенями відкриваються в тонкостінні повітряні мішки (див. мал. 167, 3г), розташовані між внутрішніми органами птаха. Завдяки повітряним мішкам птахам притаманне подвійне дихання. Під час вдиху повітря проходить через легені, де кисень надходить у кров. Частина багатого на кисень повітря, минаючи легені, відразу спрямовується до задніх повітряних мішків. Під час видиху це повітря проходить через легені, де кисень знову потрапляє у кров. Отже, у птахів кисень надходить у кров як під час вдиху, так і під час видиху. Повітря, що надходить до повітряних мішків під час польоту, певним чином захищає тіло птаха від перегрівання та полегшує його масу.

• Дихальні шляхи ссавців (мал. 167, 4) починаються носовою порожниною, куди ведуть парні ніздрі, і включають носоглотку, гортань (де розташовані голосові зв’язки), трахею та парні бронхи. Бронхи заходять у губчасті легені й розгалужуються на дрібні бронхіоли. Бронхіоли закінчуються дрібними міхурцями - альвеолами (мал. 167, 4д), стінки яких обплутані капілярами. Завдяки великій кількості альвеол значно збільшується поверхня легень, через яку відбувається газообмін.

Дихальні рухи у ссавців здійснюються не тільки завдяки скороченню та розслабленню міжреберних м’язів, а й діафрагми та м’язів стінки черевної порожнини.

Діафрагма — м’яз, що поділяє порожнину тіла на грудну та черевну.