ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


ДИХАННЯ. Суть процесу дихання

Загрузка...

Більшість тварин задовольняє свої енергетичні потреби шляхом окислення компонентів їжі. Деякі тварини спроможні використовувати енергію органічних речовин у відсутності кисню, проте повне окиснення цих речовин дає приблизно у 10-20 разів більше енергії, їжа тварин складається переважно з трьох груп речовин: вуглеводів, жирів і білків. Повне окиснення вуглеводів і жирів призводить до утворення тільки двох кінцевих продуктів - двоокису вуглецю і води, а під час окиснення білків, крім цих речовин, утворюється невелика кількість інших кінцевих продуктів.

Процеси поглинання кисню і виділення двоокису вуглецю називають диханням, до того ж термін може відноситися як до газообміну загалом, так і до процесів, що відбуваються у клітині. Тварини отримують кисень із середовища, у якому вони живуть, і виділяють у це середовище вуглекислий газ. Водні тварини використовують ті невеликі кількості кисню, що розчинені у воді. Багато дрібних тварин можуть одержувати достатню кількість кисню прямо через поверхню тіла, але більшість має спеціальні органи дихання - зябра, трахеї, легені.

Коли клітини використовують кисень для окиснення поживних речовин, утворюється двоокис вуглецю, що переміщується у протилежному напрямку і виходить назовні через поверхню тіла або дихальні органи. Інший кінцевий продукт окиснення - вода - просто входить у загальний водний запас організму і не створює особливих проблем.

Найважливішим, а іноді і єдиним фізичним процесом, що забезпечує переміщення кисню із зовнішнього середовища до клітин, є дифузія (тобто рух газу у вигляді розчиненої речовини у напрямку від ділянки з високою концентрацією до низької). Дифузії часто допомагають макрорухи (наприклад, циркуляція крові), але саме градієнти концентрацій створюють основну рушійну силу для переміщення газів, що беруть участь у диханні.

Фізіологічно найбільш важливими газами є кисень, двоокис вуглецю і азот. Вони присутні в атмосферному повітрі у пропорціях, зазначених у табл. 1. Крім того, атмосфера містить водяні пари у кількостях, що суттєво варіюють.

Таблиця 1

Склад сухого атмосферного повітря

Компоненти Вміст, %
Кисень 20,95
Двоокис вуглецю 0,03
Азот 78,09
Аргон і ін. 0,93
Всього

Особливості дихання у водному середовищі

Дихання, або перенесення кисню з води до клітин риб, - робота життєво необхідна і складна. Порівняно з вмістом кисню у повітрі (260 мг/дм3) у воді його мало (0-14 мг/дм3). Це означає, що через газообмінні дихальні поверхні має бути пропущена велика кількість води, до того ж ефективно, оскільки вода у 800 разів щільніша за повітря. Риби мають насос із низьким тиском і великою продуктивністю, який справляється із цією задачею - ротовий апарат і зябра виконують функції поршня і клапанів. Низький тиск підтримується завдяки малому опорові току води, що проходить крізь зябра, достатньо великому роту та значним зябровим отвором.

Гази розчиняються у воді і якщо поверхня води буде контактувати із газом, частина його молекул проникатиме у воду і переходитиме у розчин. Це буде продовжуватися доти, поки не установиться рівновага, за якої в одиницю часу рівна кількість молекул газу буде входити у воду і виходити з неї. Кількість газу, що буде в цей час розчинена у воді, залежить від: 1) природи газу; 2) тиску газу у газовому середовищі; 3) температури; 4) присутності інших розчинених речовин.

Розчинність газів у воді різна, азот розчиняється у воді гірше, ніж кисень, а розчинність двоокису вуглецю приблизно у 30 разів вища, ніж кисню і у 60 разів вища, ніж азоту.

Кількість газу, розчиненого в певному об'ємі води, залежить від тиску газу. Якщо цей тиск збільшити вдвічі, кількість розчиненого газу збільшується у два рази. Розчинність газових сумішей залежить від парціального тиску кожного газу, що знаходиться у газовій суміші. Гази розчиняються відповідно до свого парціального тиску у газовому середовищі незалежно від присутності інших газів.

Розчинність газів зменшується зі збільшенням температури. Якприклад у табл. 2 наведено дані розчинності кисню за різних температур.

Таблиця 2

Кількість кисню, розчиненого в прісній і морській воді за різних температур

Температура, °С У прісній воді, мл/дм3 У морській воді, мл/дм3
10,29 7,97
8,02 6,35
7,22 5,79
6,57 5,31
5,57 4,46

 

У риб виявлені дуже тонкі пристосування до активності. Фактор перенесення, що визначається як відношення споживання кисню рибою до градієнта кисню між водою і кров'ю в зябрах, під час плавання може зростати у 5 разів. Механізм їх пристосувань може включати збільшення площі поверхні зябер, зменшення відстані дифузії між водою і кров'ю, зміну швидкості хімічних реакцій між киснем і диоксидом вуглецю.

 

2.2. Будова та функції зябрового апарата у риб

У водних тварин основним органом дихання є зябра. Вони мають різне походження та будову, але їхня сутність одна - це достатньо велика і тонка поверхня, через яку проходить значна кількість капілярів і яка сполучається з водним середовищем. Зябровий апарат риб - найбільш ефективний орган газообміну серед хребетних тварин. Такий висновок був зроблений на основі моделювання масопереносу газів зябрами, легенями птиці і ссавців. Висока ефективність зябрового дихання викликана скоріш за все необхідністю компенсувати великі енерготрати на вентиляцію зябер водою. Еволюція риб призвела до появи зябрового апарата, а відхилення від основної лінії розвитку - до вироблення пристосувань для використання кисню повітря. Більшість риб дихає розчиненим у воді киснем, але є види, що пристосувалися частково і до повітряного дихання.

Основним органом поглинання кисню з води є зябра.

Форма зябер різноманітна і залежить від видової належності риб та їхньої рухливості: пластинки, пелюстки, пучки слизової, що мають багату мережу капілярів. Усі ці пристосування спрямовані на створення найбільшої поверхні за наявністю найменшого об'єму.

У костистих риб зябровий апарат складається з чотирьох зябрових дуг, розташованих у зябровій порожнині і прикритих зябровою кришкою. Кожна з чотирьох дуг на зовнішньому опуклому боці мають два ряди зябрових пелюстків, що підтримуються опорними хрящами. Ці пелюстки покриті тонкими складками – вторинними пластинками. В них і відбувається газообмін. Кількість вторинних пластинок варіює. На 1 мм зябрової пелюстки їх припадає: у щуки – 15, камбали – 28, окуня – 36.В результаті корисна дихальна площа зябер значно зростає.

 

2.3. Площа дихальної поверхні зябер і шкіри

Збільшення площі поверхні зябер для риб цієї маси може зменшити потреби у вентиляції, якщо припустити, що велика поверхня спроможна забезпечити поглинання більшої кількості кисню з води. Але збільшення площі зябер затрудняє осморегуляцію, збільшує опір і енерговитрати на прокачування води і тому не може значно зростати. Проте площа поверхні зябер у риб коливається в досить широких межах. У таких малорухомих риб, як риба-рапуха (Opsanus), площа поверхні зябер становить близько 1,3 см2 на 1 г маси тіла. Більш типова площа поверхні зябер складає близько 2 см2 на 1 г, а в активних риб, таких як скумбрія(Scomber) і оселедець (Clupea), вона сягає 10 см2/г (табл. 3).

Дихальна поверхня шкіри значно варіює у різних видів риб. Площа поверхні капілярів становить близько 0,5-1,5 см2/г, на неї припадає 10-25% загальної дихальної поверхні риб. У риб родини Аnguillidае приплив крові до шкіри і плавців посилюється під час збільшення шкірного (порівняно із зябровим) дихання, отже, до 60% загального споживання кисню здійснюється через шкіру, незважаючи на те, що шкіра вугрів має товщину більш 250 мкм, у той час як товщина типового зябрового епітелію коливається в межах 1-5 мкм. У камбали, що користується частково шкірним диханням, товщина шкіри становить 31-38 мкм, що більш зрівнюється з товщиною епітелію зябер, ніж із товщиною шкіри вугра. Проте загальної кореляції між ступенем васкуляризації шкіри і способом життя окремих видів риб або товщиною їх шкіри не виявлено.

Таблиця 3

Загрузка...

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти