Dýchací systém vtákov je jedinečný. U vtákov prúdenie vzduchu ide iba jedným smerom, čo nie je charakteristické pre iné stavovce. Ako sa môžete nadýchnuť a vydýchnuť jednou priedušnicou? Riešenie je úžasnou kombináciou jedinečných anatomických vlastností a manipulácie s atmosférickým prúdením. Vlastnosti dýchacieho systému vtákov určujú zložité mechanizmy vzduchových vakov. Nie sú prítomné u cicavcov.
Dýchací systém vtákov: schéma
Proces u okrídlených zvierat je trochu iný ako u cicavcov. Okrem pľúc majú aj vzduchové vaky. V závislosti od druhu môže dýchací systém vtákov zahŕňať sedem alebo deväť týchto lalokov, ktoré majú prístup k ramennej a stehennej kosti, stavcom a dokonca aj k lebke. Kvôli chýbajúcej bránici dochádza k pohybu vzduchu zmenou tlaku vo vzduchových vakoch pomocou prsných svalov. To vytvára podtlak v lopatkách a tlačí vzduch do dýchacieho systému. Takéto akcie nie sú pasívne. Vyžadujú určité svalové kontrakcie na zvýšenie tlaku na vzduchové vaky a vytlačenie vzduchu von.
Štruktúra dýchacieho systému vtákov zahŕňa zdvihnutie hrudnej kosti počas procesu. Perové pľúca sa nerozširujú ani nezmršťujú ako orgány cicavcov. U zvierat výmena kyslíka a oxidu uhličitého prebieha v mikroskopických vakoch nazývaných alveoly. U okrídlených príbuzných prebieha výmena plynov v stenách mikroskopických trubíc nazývaných vzduchové kapiláry. Dýchacie orgány vtákov pracujú efektívnejšie ako u cicavcov. S každým nádychom sú schopné preniesť viac kyslíka. V porovnaní so zvieratami s podobnou hmotnosťou sú dýchacie frekvencie pomalšie.
Ako dýchajú vtáky?
Vtáky majú tri rôzne sady dýchacích orgánov. Sú to predné vzduchové vaky, pľúca a zadné vzduchové vaky. Počas prvého nádychu prechádza kyslík cez nosné dierky na spojnici medzi vrcholom zobáka a hlavou. Tu sa zahrieva, zvlhčuje a filtruje. Mäsité tkanivo, ktoré ich obklopuje, sa u niektorých druhov nazýva cere. Prúd sa potom presúva do nosnej dutiny. Vdýchnutý vzduch putuje ďalej do priedušnice alebo priedušnice, ktorá sa delí na dve priedušky. Potom sa rozvetvujú do mnohých ciest v jednotlivých pľúcach.
Väčšina tkaniva tohto orgánu je asi 1800 malých susedných terciárnych priedušiek. Vedú k drobným vzduchovým kapiláram, ktoré sa prepletajú s krvnými cievami, kde dochádza k výmene plynov. Prúd vzduchu nejde priamo do pľúc. Namiesto toho nasleduje do kaudálnych vakov. Malé množstvo prechádza cez chvostové formácie cez priedušky,ktoré sú zase rozdelené na menšie kapiláry v priemere. Keď sa vták nadýchne druhýkrát, kyslík sa presunie do lebečných vzduchových vakov a cez fistulu sa vráti von do priedušnice cez hrtan. A nakoniec cez nosnú dutinu a von z nosných dierok.
Komplexný systém
Dýchací systém vtákov pozostáva zo spárovaných pľúc. Obsahujú na povrchu statické štruktúry na výmenu plynov. Iba vzduchové vaky sa rozširujú a zmršťujú, čo núti kyslík pohybovať sa nehybnými pľúcami. Vdýchnutý vzduch zostáva v systéme počas dvoch úplných cyklov, kým sa úplne spotrebuje. Ktorá časť dýchacieho systému vtáka je zodpovedná za výmenu plynov? Túto dôležitú úlohu zohrávajú pľúca. Tam vyčerpaný vzduch začne opúšťať telo cez priedušnicu. Počas prvého nádychu prechádzajú odpadové plyny do predných vzduchových vakov.
Nemôžu okamžite opustiť telo, pretože pri druhom nádychu sa čerstvý vzduch opäť dostane do zadných vakov aj do pľúc. Potom pri druhom výdychu prvý prúd vyteká cez priedušnicu a čerstvý kyslík zo zadných vakov vstupuje do orgánov na výmenu plynov. Štruktúra dýchacieho systému vtákov má štruktúru, ktorá umožňuje vytvárať jednosmerný (jednostranný) prílev čerstvého vzduchu nad povrchom prebiehajúcej výmeny plynov v pľúcach. Navyše tam tento prúd prechádza pri nádychu aj výdychu. Výsledkom je, že výmena kyslíka a oxidu uhličitého prebieha nepretržite.
Účinnosť systému
Vlastnosti dýchacieho systému vtákov vám umožňujú získať množstvo kyslíka potrebné pre bunky tela. Veľkou výhodou je jednosmernosť a štruktúra priedušiek. Vzduchové kapiláry tu majú väčší celkový povrch ako napríklad u cicavcov. Čím vyššie je toto číslo, tým viac kyslíka a oxidu uhličitého môže cirkulovať v krvi a tkanivách, čo zaisťuje efektívnejšie dýchanie.
Štruktúra a anatómia vzduchových vakov
Vták má niekoľko sád vzduchových nádrží vrátane kaudálnej ventrálnej a kaudálnej hrudnej. Zloženie lebečnej zahŕňa krčné, klavikulárne a kraniálne hrudné vaky. K ich stiahnutiu alebo expanzii dochádza vtedy, keď sa zmení časť tela, v ktorej sú uložené. Veľkosť dutiny je riadená pohybom svalov. Najväčšia nádoba na vzduch sa nachádza vo vnútri steny pobrušnice a obklopuje orgány v nej umiestnené. V aktívnom stave, napríklad počas letu, potrebuje vták viac kyslíka. Schopnosť sťahovať a rozširovať telesné dutiny umožňuje nielen rýchle prehnanie väčšieho množstva vzduchu pľúcami, ale aj odľahčenie váhy opereného tvora.
Počas letu rýchly pohyb krídel vytvára atmosférické prúdenie, ktoré napĺňa vzduchové vaky. Brušné svaly sú z veľkej časti zodpovedné za proces v pokoji. Dýchací systém vtákov sa štrukturálne aj funkčne líši od systému cicavcov. Vtáky majú pľúca - malé kompaktné hubovité štruktúry vytvorené medzi rebrami na oboch stranách chrbtice v hrudnej dutine. Husté tkanivá týchto okrídlených orgánov vážia toľko ako tkanivá cicavcov s rovnakou telesnou hmotnosťou, ale zaberajú len polovicu objemu. Zdraví jedinci majú tendenciu mať svetloružové pľúca.
Spev
Funkcie dýchacieho systému vtákov sa neobmedzujú len na dýchanie a okysličovanie buniek tela. Patrí sem aj spev, prostredníctvom ktorého dochádza ku komunikácii medzi jednotlivcami. Pískanie je zvuk produkovaný vokálnym orgánom umiestneným v spodnej časti výšky priedušnice. Rovnako ako v hrtane cicavcov je produkovaný vibráciou vzduchu prúdiaceho cez orgán. Táto zvláštna vlastnosť umožňuje niektorým druhom vtákov produkovať mimoriadne zložité vokalizácie až po napodobňovanie ľudskej reči. Niektoré druhy piesní môžu produkovať veľa rôznych zvukov.
Fázy dychových cyklov
Vdychovaný vzduch prechádza dvoma dýchacími cyklami. Celkovo pozostávajú zo štyroch etáp. Séria niekoľkých vzájomne súvisiacich krokov maximalizuje kontakt čerstvého vzduchu s dýchacím povrchom pľúc. Postup je nasledovný:
- Väčšina vzduchu vdychovaného počas prvého kroku prechádza cez primárne priedušky do zadných vzduchových lalokov.
- Vdychovaný kyslík sa presúva zo zadných vakov do pľúc. Tu prebieha výmena plynu.
- Keď sa vták nabudúce nadýchne, nasýtenýprietok kyslíka sa presúva z pľúc do predných nádrží.
- Druhý výdych vytlačí vzduch obohatený oxidom uhličitým von z predných vakov cez priedušky a priedušnicu späť do atmosféry.
Vysoká spotreba kyslíka
Vzhľadom na vysoký metabolizmus potrebný na let je vždy vysoký dopyt po kyslíku. Ak podrobne zvážime, aký druh dýchacieho systému majú vtáky, môžeme dospieť k záveru: vlastnosti jeho zariadenia celkom pomáhajú uspokojiť túto potrebu. Hoci vtáky majú pľúca, väčšinou sa pri ventilácii spoliehajú na vzduchové vaky, ktoré tvoria 15 % ich celkového objemu tela. Zároveň ich steny nie sú dobre zásobené krvou, preto nezohrávajú priamu úlohu pri výmene plynov. Pôsobia ako sprostredkovatelia na pohyb vzduchu dýchacím systémom.
Okrídlené nemajú bránicu. Preto namiesto pravidelnej expanzie a kontrakcie dýchacích orgánov, ako sa pozoruje u cicavcov, je aktívnou fázou u vtákov výdych, ktorý si vyžaduje svalovú kontrakciu. Existujú rôzne teórie o tom, ako vtáky dýchajú. Mnoho vedcov stále študuje tento proces. Štrukturálne znaky dýchacieho systému vtákov a cicavcov sa nie vždy zhodujú. Tieto rozdiely umožňujú našim okrídleným bratom mať potrebné úpravy na lietanie a spev. Je to tiež nevyhnutná adaptácia na udržanie vysokej rýchlosti metabolizmu všetkých lietajúcich tvorov.
