Легкие земноводных

Земноводные и их особенности

 

Первые амфибии появились почти 300 млн лет назад, их предками считаются древние кистеперые рыбы. Земноводные являются первыми и наиболее  просто организованными наземными позвоночными. Они занимают промежуточное место между рыбами и наземными позвоночными животными. Многие из них приспособлены к жизни и на земле, и в воде.

 

Сегодня этот класс насчитывает более 2000 видов,  в него входит 3 отряда:

1. бесхвостые: все виды лягушек, жаб, квакш, жерлянки и чесночницы;
2. безногие тропические червяги;
3. хвостатые: тритоны, саламандры, сирены, протеи.

Образ жизни амфибий связан с их строением и физиологией:

• их сердечно-сосудистая система образована 2-мя кругами кровообращения и 3-х камерным сердцем;
• кровь разделяется на венозную и артериальную;
• органы слуха представлены средним внутренним ухом;
• у них появляются парные пятипалые конечности, предназначенные для передвижения по суше;
• глаза оснащены веками и слезными железами;
• они дышат легкими.

 

Именно у земноводных впервые возникла потребность дышать атмосферным воздухом. Строение организма амфибий обусловлено их водно-наземным образом жизни. Дело в том, что влажность на суше значительно ниже по сравнению с влажностью водоемов.  Жабры быстро высыхают на воздухе и становятся совершенно бесполезными. В связи с этим газообмен, осуществляемый между организмом животного и окружающей средой, становится невозможным, соответственно жабры как органы дыхания становятся непригодны для земноводных. На смену им приходят внутренние органы – легкие. Кожа выступает дополнительным органом дыхания.

 

 

Изменение и усовершенствование органов дыхания у амфибий привело к изменению механизмов дыхания. Им свойственен примитивно- нагнетательный тип дыхания. Личинки дышат только жабрами.

 

Слабое развитие легких и других органов дыхательной системы у земноводных свидетельствует о том, что они являются примитивными обитателями суши.

 

Назначение и роль легких земноводных

 

Основными органами дыхания амфибий являются:

• легкие, являющиеся органами воздушного дыхания;
• кожа и слизистый слой ротоглоточной полости, служащие дополнительными органами дыхания;
• жабры, присутствующие у жителей водной среды.

 

Легкие земноводных представлены полыми тонкостенными мешками, которые оплетает густая сетью капилляров. В капиллярах происходит освобождение крови от углекислого газа, там же она  насыщается  кислородом. Венозная кровь поступает в сердце и легкие из распределительной камеры желудочка. После насыщения кислородом венозная кровь превращается в кровь артериальную, далее она возвращается в левое предсердие сердца. Оттекающая от кожи кровь также является артериальной и поступает в сердце.

 

У амфибий появление легких обусловило возникновение второго круга кровообращения. Его еще называют легочным (малым). Соответственно, у амфибий присутствует 2 круга кровообращения: большой и малый. Дыхательная и кровеносная система организма амфибий непосредственно связаны между собой.

 

 

Особенности легких земноводных

 

Их относительная поверхность довольно мала: соотношение поверхности легких амфибий к поверхности  их кожи составляет 2:3, а у млекопитающих этот показатель составляет 50:1. Легкие слабо вентилируются, поэтому кровь насыщается кислородом не только через них, но и через кожные покровы. По этой же причине в легких амфибий скапливается углекислый газ, его вывод через них затруднен, поэтому большая часть углекислого газа попадает в окружающую среду через кожу животного.

 

Слабое развитие легких привело к тому, что клетки и ткани снабжаются кровью, недостаточно обогащенной кислородом. Соответственно, обмен веществ у амфибий тоже развит слабо. В совокупности с регулярным испарением влаги с поверхности кожи и неспособностью кожи удержать тепло это приводит к снижению температуры тела амфибии.

 

Процесс легочного дыхания земноводных реализуется  через ротовую полость и ноздри. Они защищены особыми клапанами от проникновения влаги.

 

Несовершенное строение легких влияет на строение других систем и органов амфибий.

 

 

Строение легких земноводных

 

 

Дыхательная система  амфибий состоит из:

1. ротоглоточной полости, или верхних воздухоносных путей;
2. гортанно-трахейной полости, или нижних путей.

Нижние дыхательные пути непосредственно переходят в легкие.

Дыхание амфибиям — кожно-легочного типа. У них отсутствуют такие органы дыхания, как бронхи, трахеи и диафрагма.

 

Легкие – внутренние органы дыхания, расположенные в брюшной полости. Это пара продолговатых, полых изнутри, тонкостенных мешков.  У стенок легких ячеистое строение изнутри. Их пронизывает огромное множество кровеносных сосудов. В сосудах осуществляется газообмен. У многих земноводных почти отсутствуют трахеи, у некоторых из них они переходят сразу же в легкие.

 

У хвостатых особей дыхательные пути, трахеи, выглядят как длинная трубка. У бесхвостых в полость легких переходит короткая трахейно-гортанная камера.

 

 

Функции легких земноводных

 

 

1. Легкие – важный орган, через который осуществляется воздушное дыхание. Через них в организм животных поступает кислород и выводится в окружающую среду углекислый газ. Каждое из легких амфибий открывается в гортанно-трахейную впадину как самостоятельное отверстие. В ней находятся голосовые связки, открыващиеся в ротоглоточную полость. В результате изменения этой полости нагнетается воздух в легкие. Воздух попадает в полость через ноздри при одновременном опускании ее дна. Когда дно поднимается, то происходит проталкивание воздуха в легкие. Горло с периодичностью один раз в несколько секунд оттягивается вниз. В результате в ротовой полости образуется разреженное пространство. Воздух попадает через ноздри в полость рта, и уже оттуда он поступает в легкие. В результате сокращения мускулатуры стенок тела воздух выталкивается обратно.

 

2. Работа легких неразрывно связана с деятельностью сердечно-сосудистой системы. Легочный круг кровообращения, берет свое начало с кожно-легочных артерий. По ним кровь поступает и к коже, и к легким. В легких происходит насыщение крови кислородом. Далее она поступает в кожно-легочные вены, впадающие в левое предсердие.

 

3. Сбоку к гортанной щели примыкают голосовые связки, представляющие собой складки слизистых оболочек. Голосовые связки принимают участи в голосообразовании у некоторых представителей амфибий. Они вибрируют под воздействием воздуха, который выходит из легких.

 

 

Обмен кислородом в легких земноводных

 

 

У земноводных воздух проникает в легкие через внутренние ноздри. Чтобы набрать воздух в полость рта, амфибии нужно открыть ноздри. В это время дно ротовой полости опускается. Таким образом, вдох происходит при опускании дна рта. Потом ноздри закрываются клапанами, и происходит поднятие дна ротовой полости. Вдыхаемый воздух проникает в ротоглоточную полость. Как только ноздри закроются, осуществляется его нагнетание в легкие.

 

Под воздействием брюшной мускулатуры воздух удаляется из легких, и в результате спадения стенок легких во время выдоха дно рта снова опускается, а ноздри открываются. У некоторых представителей амфибий в процессах дыхания участвуют брюшные мышцы. Они давят на легкие и выталкивают из них воздух. Процесс вдыхания воздуха амфибиями представляет собой его заглатыванием ртом и дальнейшим заталкиванием в легкие.

 

 

Типы легких у земноводных

 

 

Амфибии являются аэробами, то есть после поступления в клетки тканей питательных веществ с целью дальнейшего расщепления и получения энергии им необходим кислород, получаемый из атмосферного воздуха.

 

В зависимости от строения органов дыхания и степени их участия в процессе дыхания можно выделить несколько типов дыхательных систем земноводных:

1. у хвостатых амфибий имеется трахея – специальная дыхательная трубка, а газообмен осуществляется в легких, коже и слизистых ротоглоточной полости;
2. у бесхвостых особей легочные мешки соединяются с трахейно-гортанной камерой;
3. у некоторых земноводных (безлегочные саламандры) процесс дыхания полностью осуществляется только через кожу;
4. у некоторых хвостатых сохранены наружные жабры;
5. головастики и личинки дышат только жабрами.

 

У земноводных отсутствует грудная клетка, поэтому механизм их дыхания не такой, как у рептилий и млекопитающих: он не всасывающего, а нагнетательного типа. Амфибии набирают воздух в полость рта, закрывая ее, далее они закрывают носовые клапаны и открывают гортанную щель, с одновременным поднятием ротового дна. Это способствует проталкиванию воздуха изо рта в легкие.

 

 

Внутренняя поверхность легких у земноводных

 

Изнутри легкие амфибий имеют складчатую ячеистую структуру. Ячеистость обуславливается небольшими выростами, находящимися на внутренней стороне легких. Благодаря им увеличивается легочная поверхность.

 

Поверхность газообмена у легких расположена не снаружи, как у жабр, а внутри тела. Поэтому, функциональная поверхность не высыхает.

 

Тем не менее, внутренняя поверхность легких животных совсем не велика. Она  в 1,5-2 раза меньше чем, поверхность кожи.

 

Стенки легких оплетаются кровеносными сосудами, которые приносят венозную кровь, а уносят артериальную кровь, насыщенную кислородом.

 

Появление легких у земноводных

 

В связи с пребыванием на суше земноводными стали использоваться для дыхания легкие, находящиеся глубоко в брюшной полости. В процессе развития произошел переход от жаберного дыхания к легочному.

 

В процессе эмбрионального развития легкие образуются как слепой вырост глоточного, или переднего, отдела пищеварительной трубки. Соответственно, и во взрослом состоянии легкие связаны с глоткой.

 

Воздух в легкие доставляется через воздухоносные трубочки.

 

Органы дыхания изменяются с возрастом амфибии. Личинки дышат наружными или внутренними жабрами. У большинства взрослых особей утрачиваются жабры и развиваются легкие. А некоторые хвостатые всю жизнь дышат жабрами.

 

 

Почему легкие земноводных обеспечивают только часть газообмена

 

Легкие, как органы дыхания, у амфибий находятся на низкой стадии развития. Легкие у них не справляются с обеспечением целого организма кислородом в связи с тем, что у земноводных они слабо развиты. Им не хватает только одного легочного дыхания, поэтому дополнительным органом дыхания стала кожа. К ее поверхности подходят большие кровеносные сосуды. Снаружи она покрыта большим количеством слизистых желез. Кожа легко пропускает воздух и воду, благодаря чему и возможно кожное дыхание. Во время спячки под водой животные дышат только кожей.

 

Наиболее развиты легкие у обитателей суши. Роль кожного дыхания у них значительно ниже по сравнению с легочным.

 

С учетом очень маленьких объемов легочных мешков у земноводных затруднен процесс вентилирования легких, а для достаточного насыщения кислородом крови в дополнения к основным органам дыхания применяются дыхательные функции кожи. В организм животных около 70 % всего кислорода проникает через легкие и около 30 % — через кожу. Соотношение легочного и кожного газообмена зависит от такого фактора, как температура окружающей среды. Чем выше температура, тем интенсивнее происходит процесс легочного дыхания.

 

 

Чтобы кожа функционировала как орган дыхания, она обязательно должна быть увлажненной. Кислород растворяется во влажной слизи, покрывающей поверхность кожи. Затем через стенки капилляров он поступает в кровь.

 

Земноводные могут дышать при помощи легких, жабр и кожи. Освоение суши оказало существенное влияние на развитие дыхательной и кровеносной системы. Универсальная дыхательная система земноводных позволяет им дышать кислородом не только из воздуха, но и из воды, где его содержание примерно в 10 раз ниже. Это возможно благодаря целому комплексу органов дыхания, и, в первую очередь, благодаря легким.