Το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών είναι μοναδικό. Στα πτηνά, τα ρεύματα αέρα πηγαίνουν μόνο προς μία κατεύθυνση, η οποία δεν είναι χαρακτηριστική για άλλα σπονδυλωτά. Πώς μπορείτε να εισπνεύσετε και να εκπνεύσετε μέσω μιας τραχείας; Η λύση είναι ένας εκπληκτικός συνδυασμός μοναδικών ανατομικών χαρακτηριστικών και χειρισμού της ατμοσφαιρικής ροής. Τα χαρακτηριστικά του αναπνευστικού συστήματος των πτηνών καθορίζουν τους πολύπλοκους μηχανισμούς των αερόσακων. Δεν υπάρχουν στα θηλαστικά.
Αναπνευστικό σύστημα πουλιών: διάγραμμα
Η διαδικασία στα φτερωτά ζώα είναι κάπως διαφορετική από ό,τι στα θηλαστικά. Εκτός από πνεύμονες, έχουν και αερόσακους. Ανάλογα με το είδος, το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών μπορεί να περιλαμβάνει επτά ή εννέα από αυτούς τους λοβούς, οι οποίοι έχουν πρόσβαση στο βραχιόνιο και το μηριαίο οστό, τους σπονδύλους, ακόμη και το κρανίο. Λόγω της έλλειψης διαφράγματος, ο αέρας μετακινείται αλλάζοντας την πίεση στους αερόσακους με τη βοήθεια των θωρακικών μυών. Αυτό δημιουργεί αρνητική πίεση στα πτερύγια, πιέζοντας τον αέρα στο αναπνευστικό σύστημα. Τέτοιες ενέργειες δεν είναι παθητικές. Απαιτούν ορισμένες συσπάσεις των μυών για να αυξήσουν την πίεση στους αερόσακους και να ωθήσουν τον αέρα προς τα έξω.
Η δομή του αναπνευστικού συστήματος των πτηνών περιλαμβάνει την ανύψωση του στέρνου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Οι πνεύμονες φτερών δεν διαστέλλονται ούτε συστέλλονται όπως τα όργανα των θηλαστικών. Στα ζώα, η ανταλλαγή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα λαμβάνει χώρα σε μικροσκοπικούς σάκους που ονομάζονται κυψελίδες. Στους φτερωτούς συγγενείς, η ανταλλαγή αερίων λαμβάνει χώρα στα τοιχώματα των μικροσκοπικών σωλήνων που ονομάζονται τριχοειδή αγγεία αέρα. Τα αναπνευστικά όργανα των πτηνών λειτουργούν πιο αποτελεσματικά από αυτά των θηλαστικών. Είναι σε θέση να μεταφέρουν περισσότερο οξυγόνο με κάθε αναπνοή. Σε σύγκριση με ζώα παρόμοιου βάρους, υπάρχουν πιο αργοί ρυθμοί αναπνοής.
Πώς αναπνέουν τα πουλιά;
Τα πουλιά έχουν τρία διαφορετικά σύνολα αναπνευστικών οργάνων. Αυτοί είναι οι πρόσθιοι αερόσακοι, οι πνεύμονες και οι οπίσθιοι αερόσακοι. Κατά την πρώτη αναπνοή, το οξυγόνο διέρχεται από τα ρουθούνια στη διασταύρωση μεταξύ της κορυφής του ράμφους και του κεφαλιού. Εδώ θερμαίνεται, υγραίνεται και φιλτράρεται. Ο σαρκώδης ιστός που τα περιβάλλει ονομάζεται δημητριακό σε ορισμένα είδη. Στη συνέχεια, η ροή μετακινείται στη ρινική κοιλότητα. Ο εισπνεόμενος αέρας ταξιδεύει πιο κάτω στην τραχεία ή την τραχεία, η οποία χωρίζεται σε δύο βρόγχους. Στη συνέχεια διακλαδίζονται σε πολλά μονοπάτια σε κάθε πνεύμονα.
Το μεγαλύτερο μέρος του ιστού αυτού του οργάνου είναι περίπου 1800 μικροί γειτονικοί τριτογενείς βρόγχοι. Οδηγούν σε μικροσκοπικά τριχοειδή αγγεία αέρα που συμπλέκονται με τα αιμοφόρα αγγεία, όπου πραγματοποιείται ανταλλαγή αερίων. Η ροή του αέρα δεν πηγαίνει απευθείας στους πνεύμονες. Αντίθετα, ακολουθεί στους ουραίους σάκους. Μια μικρή ποσότητα περνά μέσα από τους σχηματισμούς της ουράς μέσω των βρόγχων,τα οποία με τη σειρά τους χωρίζονται σε μικρότερα τριχοειδή σε διάμετρο. Όταν το πουλί εισπνέει για δεύτερη φορά, το οξυγόνο μετακινείται στους κρανιακούς αερόσακους και πίσω έξω μέσω του συριγγίου στην τραχεία μέσω του λάρυγγα. Και τέλος μέσω της ρινικής κοιλότητας και έξω από τα ρουθούνια.
Σύστημα πολύπλοκο
Το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών αποτελείται από ζευγαρωμένους πνεύμονες. Περιέχουν στατικές δομές στην επιφάνεια για ανταλλαγή αερίων. Μόνο οι αερόσακοι διαστέλλονται και συστέλλονται, αναγκάζοντας το οξυγόνο να μετακινηθεί μέσω των ακίνητων πνευμόνων. Ο εισπνεόμενος αέρας παραμένει στο σύστημα για δύο πλήρεις κύκλους προτού εξαντληθεί πλήρως. Ποιο μέρος του αναπνευστικού συστήματος του πτηνού είναι υπεύθυνο για την ανταλλαγή αερίων; Οι πνεύμονες παίζουν αυτόν τον σημαντικό ρόλο. Ο αέρας που εξαντλείται εκεί αρχίζει να φεύγει από το σώμα μέσω της τραχείας. Κατά την πρώτη αναπνοή, τα απαέρια περνούν στους πρόσθιους αερόσακους.
Δεν μπορούν να φύγουν αμέσως από το σώμα, γιατί κατά τη δεύτερη αναπνοή, ο καθαρός αέρας εισέρχεται ξανά τόσο στους πίσω σάκους όσο και στους πνεύμονες. Στη συνέχεια, κατά τη δεύτερη εκπνοή, η πρώτη ροή ρέει έξω μέσω της τραχείας και φρέσκο οξυγόνο από τους οπίσθιους σάκους εισέρχεται στα όργανα για ανταλλαγή αερίων. Η δομή του αναπνευστικού συστήματος των πτηνών έχει μια δομή που σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια μονόπλευρη (μονόπλευρη) εισροή καθαρού αέρα πάνω από την επιφάνεια της συνεχιζόμενης ανταλλαγής αερίων στους πνεύμονες. Επιπλέον, αυτή η ροή περνά εκεί τόσο κατά την εισπνοή όσο και κατά την εκπνοή. Ως αποτέλεσμα, η ανταλλαγή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα πραγματοποιείται συνεχώς.
Αποτελεσματικότητα συστήματος
Τα χαρακτηριστικά του αναπνευστικού συστήματος των πτηνών σας επιτρέπουν να λαμβάνετε την απαραίτητη ποσότητα οξυγόνου για τα κύτταρα του σώματος. Το μεγάλο πλεονέκτημα είναι η μονόδρομη φύση και δομή των βρόγχων. Εδώ, τα τριχοειδή του αέρα έχουν μεγαλύτερη συνολική επιφάνεια από ό,τι, για παράδειγμα, στα θηλαστικά. Όσο υψηλότερος είναι αυτός ο αριθμός, τόσο περισσότερο οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα μπορούν να κυκλοφορούν στο αίμα και τους ιστούς, γεγονός που εξασφαλίζει πιο αποτελεσματική αναπνοή.
Δομή και ανατομία των αερόσακων
Το πουλί έχει πολλά σετ δεξαμενών αέρα, συμπεριλαμβανομένων των ουραίων κοιλιακών και ουραίων θωρακικών. Η σύνθεση του κρανίου περιλαμβάνει τους αυχενικούς, κλείδες και κρανιακούς θωρακικούς θύλακες. Η συστολή ή η διαστολή τους συμβαίνει όταν αλλάζει το μέρος του σώματος στο οποίο τοποθετούνται. Το μέγεθος της κοιλότητας ελέγχεται από την κίνηση των μυών. Το μεγαλύτερο δοχείο για αέρα βρίσκεται μέσα στο τοίχωμα του περιτοναίου και περιβάλλει τα όργανα που βρίσκονται σε αυτό. Σε ενεργή κατάσταση, για παράδειγμα κατά τη διάρκεια της πτήσης, το πουλί χρειάζεται περισσότερο οξυγόνο. Η ικανότητα συστολής και επέκτασης των κοιλοτήτων του σώματος επιτρέπει όχι μόνο να διοχετεύεται γρήγορα περισσότερος αέρας μέσω των πνευμόνων, αλλά και να ελαφρύνει το βάρος του φτερωτού πλάσματος.
Κατά τη διάρκεια της πτήσης, η γρήγορη κίνηση των φτερών δημιουργεί μια ατμοσφαιρική ροή που γεμίζει τους αερόσακους. Οι κοιλιακοί μύες είναι σε μεγάλο βαθμό υπεύθυνοι για τη διαδικασία ενώ βρίσκονται σε ηρεμία. Το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών διαφέρει τόσο δομικά όσο και λειτουργικά από αυτό των θηλαστικών. Τα πουλιά έχουν πνεύμονες - μικρές, συμπαγείς σπογγώδεις δομές που σχηματίζονται μεταξύ των πλευρών και στις δύο πλευρές της σπονδυλικής στήλης στη θωρακική κοιλότητα. Οι πυκνοί ιστοί αυτών των φτερωτών οργάνων ζυγίζουν όσο εκείνοι των θηλαστικών ίσου σωματικού βάρους, αλλά καταλαμβάνουν μόνο το μισό όγκο. Τα υγιή άτομα τείνουν να έχουν ανοιχτό ροζ πνεύμονες.
Τραγούδι
Οι λειτουργίες του αναπνευστικού συστήματος των πτηνών δεν περιορίζονται στην αναπνοή και στην οξυγόνωση των κυττάρων του σώματος. Αυτό περιλαμβάνει επίσης το τραγούδι, μέσω του οποίου πραγματοποιείται η επικοινωνία μεταξύ των ατόμων. Το σφύριγμα είναι ο ήχος που παράγεται από το φωνητικό όργανο που βρίσκεται στη βάση του ύψους της τραχείας. Όπως και με τον λάρυγγα των θηλαστικών, παράγεται από τη δόνηση του αέρα που ρέει μέσα από το όργανο. Αυτή η ιδιόμορφη ιδιότητα επιτρέπει σε ορισμένα είδη πτηνών να παράγουν εξαιρετικά περίπλοκες φωνές, μέχρι τη μίμηση της ανθρώπινης ομιλίας. Ορισμένα είδη τραγουδιών μπορούν να παράγουν πολλούς διαφορετικούς ήχους.
Στάδια αναπνευστικών κύκλων
Ο εισπνεόμενος αέρας διέρχεται από δύο αναπνευστικούς κύκλους. Στο σύνολό τους, αποτελούνται από τέσσερα στάδια. Μια σειρά από πολλά αλληλένδετα βήματα μεγιστοποιεί την επαφή του φρέσκου αέρα με την αναπνευστική επιφάνεια των πνευμόνων. Η διαδικασία είναι η εξής:
- Το μεγαλύτερο μέρος του αέρα που εισπνέεται κατά τη διάρκεια του πρώτου βήματος διέρχεται μέσω των πρωτογενών βρόγχων στους οπίσθιους λοβούς αέρα.
- Το εισπνεόμενο οξυγόνο μετακινείται από τους πίσω σάκους στους πνεύμονες. Εδώ πραγματοποιείται η ανταλλαγή αερίων.
- Την επόμενη φορά που το πουλί εισπνέει, χορτασμένοΗ ροή οξυγόνου μετακινείται από τους πνεύμονες στις μπροστινές δεξαμενές.
- Η δεύτερη εκπνοή ωθεί τον εμπλουτισμένο με διοξείδιο του άνθρακα αέρα έξω από τους πρόσθιους σάκους μέσω των βρόγχων και της τραχείας πίσω στην ατμόσφαιρα.
Υψηλή ζήτηση οξυγόνου
Λόγω του υψηλού μεταβολικού ρυθμού που απαιτείται για την πτήση, υπάρχει πάντα μεγάλη ζήτηση για οξυγόνο. Λαμβάνοντας υπόψη λεπτομερώς τι είδους αναπνευστικό σύστημα έχουν τα πουλιά, μπορούμε να συμπεράνουμε: τα χαρακτηριστικά της συσκευής του βοηθούν αρκετά στην ικανοποίηση αυτής της ανάγκης. Αν και τα πουλιά έχουν πνεύμονες, βασίζονται κυρίως σε αερόσακους για αερισμό, οι οποίοι αποτελούν το 15% του συνολικού όγκου του σώματός τους. Ταυτόχρονα, τα τοιχώματά τους δεν έχουν καλή παροχή αίματος, επομένως δεν παίζουν άμεσο ρόλο στην ανταλλαγή αερίων. Λειτουργούν ως ενδιάμεσοι για τη μετακίνηση του αέρα μέσω του αναπνευστικού συστήματος.
Τα φτερωτά δεν έχουν διάφραγμα. Επομένως, αντί για την τακτική διαστολή και συστολή των αναπνευστικών οργάνων, όπως παρατηρείται στα θηλαστικά, η ενεργός φάση στα πτηνά είναι η εκπνοή, η οποία απαιτεί μυϊκή σύσπαση. Υπάρχουν διάφορες θεωρίες για το πώς αναπνέουν τα πουλιά. Πολλοί επιστήμονες εξακολουθούν να μελετούν τη διαδικασία. Τα δομικά χαρακτηριστικά του αναπνευστικού συστήματος των πτηνών και των θηλαστικών δεν συμπίπτουν πάντα. Αυτές οι διαφορές επιτρέπουν στα φτερωτά αδέρφια μας να έχουν τις απαραίτητες προσαρμογές για το πέταγμα και το τραγούδι. Είναι επίσης μια απαραίτητη προσαρμογή για τη διατήρηση υψηλού μεταβολικού ρυθμού για όλα τα ιπτάμενα πλάσματα.
