Funkciou dýchacej sústavy je zabezpečiť výmenu dýchacích plynov (O₂, CO₂) medzi organizmom a prostredím. Potreba kyslíka v organizme priamo stúpa s intenzitou metabolických dejov. Rozdielnosť úrovne metabolizmu viedla ku vzniku rôznych dýchacích sústav jednotlivých skupín živočíchov. Typ dýchacieho ústrojenstva závisí aj od prostredia, v ktorom živočích žije.
U jednobunkovcov a najnižšie postavených mnohobunkovcov (pŕhlivce, ploskavce, niektoré larvy hmyzu) dochádza k výmene dýchacích plynov difúziou cez celý povrch tela, teda špecializované dýchacie orgány nemajú vytvorené. Dýchanie povrchom tela sa však ako doplnkový spôsob vyskytuje aj u viacerých stavovcov (napríklad niektoré druhy rýb). Veľmi dôležité je kožné dýchanie u obojživelníkov, u ktorých môže predstavovať zhruba polovicu a u niektorých druhov (v závislosti od vývoja pľúc) až 90 % celkového dýchania.
Pre vývojovo dokonalejšie živočíchy s väčšími rozmermi tela a vyšším metabolizmom je príjem kyslíka difúziou cez povrch neefektívny, preto sa u nich vyvinuli špeciálne dýchacie orgány. Z hľadiska toho, ako sa kyslík následne dostáva od dýchacieho orgánu k bunkám, rozlišujeme dva spôsoby:
- priame dýchanie – kyslík zo vzduchu je rozvádzaný priamo ku tkanivám sieťou bohato rozvetvených vzdušných kanálikov (vzdušníc), a to bez potreby transportu telovými tekutinami
- nepriame dýchanie – výmena plynov prebieha v špecializovaných dýchacích orgánoch (žiabre, pľúcne vaky, pľúca). Odtiaľ je kyslík transportovaný k bunkám prostredníctvom telových tekutín, v ktorých sa nachádzajú dýchacie farbivá.
Dýchacie farbivá sú metaloproteíny, ktoré majú afinitu (schopnosť viazať sa) ku kyslíku, ako aj k oxidu uhličitému. Tieto plyny sa viažu na atóm niektorého kovového prvku, ktorý tvorí jadro molekuly farbiva. Živočíchy majú dýchacie farbivá buď voľne rozpustené v telovej tekutine (čo je časté u mnohých bezstavovcov), alebo sú viazané v špecializovaných bunkách – červených krvinkách (čo je typické pre stavovce). Okrem dobre známeho hemoglobínu sa v živočíšnej ríši vyskytuje celá paleta rôznych farbív.
| Dýchacie farbivo | Kov | Farba | Výskyt |
|---|---|---|---|
| erytrokruorín | Fe | červená | obrúčkavce |
| chlorokruorín | Fe | zelená | obrúčkavce |
| hemerytrín | Fe | fialová | obrúčkavce, sipunkulidy |
| hemoglobín | Fe | červená | a) obrúčkavce, ulitníky, nižšie kôrovce (lupeňonôžky, žiabronôžky) b) všetky stavovce |
| hemocyanín | Cu | modrá | hlavonožce, pavúky, vyššie kôrovce (desaťnožce) |
Dýchanie vzdušnicami link
Vzdušnicové dýchanie predstavuje najdokonalejšiu formu priameho dýchania, ktorá je typická predovšetkým pre suchozemské článkonožce, ako je hmyz, viacnôžky a niektoré pavúkovce. Vzdušnice (trachey) vznikajú vliačením ektodermu (pokožky) do vnútra tela, čím sa vytvára zložito rozvetvený systém kanálikov. Tieto trubice sú zvnútra spevnené chitínovou špirálovitou výstužou, ktorá zabraňuje ich stlačeniu, a na povrch tela ústia uzatvárateľnými otvormi nazývanými prieduchy (stigmy). Vzdušnice sa v tele vetvia na čoraz jemnejšie kapiláry (tracheoly), ktoré privádzajú kyslík priamo k jednotlivým bunkám a tkanivám bez potreby jeho transportu krvnou obehovou sústavou. Tento systém je veľmi efektívny a zabezpečuje, že svaly hmyzu pracujú stabilne bez vzniku kyslíkového dlhu. Daňou za túto efektivitu je však fyziologický limit pre veľkosť tela – tracheálny systém dokáže organizmus zásobovať len do veľkosti približne 20 až 25 cm.
U lariev vodného hmyzu (napríklad u najád podeniek či pošvatiek) sa stretávame s modifikáciou tohto ústrojenstva na takzvané tracheálne (vzdušnicové) žiabre. Sú to kríčkovité alebo lupeňovité výrastky na zadočku či končatinách, do ktorých vnikajú vzdušnice a získavajú tak kyslík rozpustený priamo vo vode.
Dýchanie žiabrami link
Žiabre sú primárnym dýchacím orgánom veľkej časti vodných živočíchov z kategórie nepriameho dýchania. Sú to tenké, bohato zriasené a prekrvené štruktúry (nitky, kríčky, lupienky), ktorých tvar maximalizuje povrch pre výmenu dýchacích plynov s okolitou vodou. Napriek rovnakému názvu ide v živočíšnej ríši o analogické orgány s odlišným evolučným pôvodom. Kým u bezstavovcov (ako sú mäkkýše, kôrovce či hrotnáče) sú žiabre ektodermálneho pôvodu a vznikli z kožných záhybov (odborne sa nazývajú ktenídie), u stavovcov (ryby, larvy obojživelníkov) sú endodermálneho pôvodu, pretože vznikli z prederavenej časti tráviacej rúry – hltana (odborne branchiae).
Vonkajšie žiabre voľne vyčnievajú z tela do okolitého prostredia a sú v priamom kontakte s vodou. Nachádzame ich napríklad u morských mnohoštetinavcov alebo u larválnych štádií obojživelníkov (žubrienky) a niektorých rýb.
Vnútorné žiabre sú uložené v chránených telových dutinách. U lastúrnikov a hlavonožcov sa nachádzajú v plášťovej dutine, u kôrovcov bývajú často chránené pancierom a u rýb sú žiabrové lupienky uložené na žiabrových oblúkoch, z vonkajšej strany chránené kosteným žiabrovým viečkom (skrelou).
V krvných vlásočniciach žiabrových lupienkov rýb prúdi odkysličená krv, ktorú sem pumpuje srdce, pričom tečie v efektívnom protiprúde k vode nasávanej ústami. Pri poklese obsahu kyslíka vo vode (napríklad v stojatých vodách) sa u niektorých rýb vyvinula schopnosť pomocného dýchania. Tieto druhy prehĺtajú atmosférický vzduch nad hladinou, pričom kyslík sa následne vstrebáva cez bohato prekrvenú sliznicu čreva (ako u číka európskeho), ústnej dutiny alebo pomocou iných labyrintových štruktúr.
Dýchanie pľúcnymi vačkami link
Pľúcne vaky predstavujú špecifický dýchací orgán ektodermálneho pôvodu, ktorý sa ako adaptácia na súš vyvinul u klepietkavcov, konkrétne u pavúkovcov (napríklad u pavúkov a šťúrov) a v inej podobe aj u suchozemských ulitníkov. U pavúkovcov vznikli vliačením (zanorením) pôvodných žiabier bruškových končatín hlbšie do vnútra tela. Tieto vakovité útvary ústia na brušnej strane štrbinovitými otvormi (stigmami) a ich vnútorný priestor vypĺňajú rovnobežné, husto usporiadané lupienky (lamely), ktoré pripomínajú listy v knihe. Vo vnútri týchto lamiel prúdi hemolymfa, do ktorej z priestorov medzi lamelami difunduje vzdušný kyslík. K výmene plynov často napomáha aktívne sťahovanie a rozťahovanie svalov upnutých na tieto vaky.
Dýchanie pľúcami link
Pravé pľúca sú párový, vakovitý dýchací orgán endodermálneho pôvodu (vznikajú vyliačením brušnej strany hltana), ktorý je typický pre suchozemské stavovce. Atmosférický kyslík pľúcami dýchajú aj evolučne najvyvinutejšie vodné stavovce, akými sú veľryby a delfíny, ktoré sa do vodného prostredia vrátili druhotne.
Fylogenetickým predstupňom tohto dýchania boli pľúcne vaky, ktoré sa vyskytujú u niektorých rýb (napríklad u dvojdyšníkovcov) a poskytujú im možnosť dýchať vzdušný kyslík, čo je funkčne výhodné vo vodách s jeho nedostatkom. Pľúcne vaky rýb sú evolučne príbuzné a homologické s plynovým mechúrom. Kým pľúcne vaky a z nich odvodené pravé pľúca vznikajú na brušnej strane hltana a plnia dýchaciu funkciu, plynový mechúr väčšiny kostnatých rýb vzniká na chrbtovej strane a slúži primárne na hydrostatickú reguláciu, teda na vyrovnávanie tlaku a nadľahčovanie tela pri pohybe vo vodnom stĺpci.
U obojživelníkov nachádzame najjednoduchšie pravé pľúca. Sú to len tenkostenné, vo vnútri hladké (u mlokov) alebo len mierne zriasené vaky (u žiab). Keďže obojživelníky nemajú vyvinutý hrudný kôš ani bránicu, mechanizmus dýchania je založený na aktívnom prehltávaní vzduchu, pričom pre výmenu plynov má u nich popri koži dôležitý význam aj samotný prekrvený povrch ústnej dutiny.
Plazy majú pľúca objemnejšie, vyplnené hubovitým tkanivom s početnými vnútornými priehradkami a mechúrikmi, vďaka čomu sa ich respiračný povrch zväčšuje. Zaujímavou anatomickou adaptáciou prešli hady, u ktorých sa v súvislosti s predlžovaním tela zachovala plne funkčná zväčša len pravá polovica pľúc, zatiaľ čo ľavá je zakrpatená.
Zdokonalenie dýchacej sústavy dosahujú vtáky a cicavce, ktorým spoľahlivé okysličenie krvi umožňuje udržiavať potrebnú spotrebu energie a stálu telesnú teplotu. Vtáky majú najefektívnejšiu dýchaciu sústavu, čo priamo súvisí s energetickou náročnosťou aktívneho letu. Ich pľúca sú pomerne malé, trubicovité a pevne prirastené k chrbtovej strane hrudnej dutiny, takže pri dýchaní takmer nemenia svoj tvar ani objem. Nemajú slepé pľúcne mechúriky, ale na prevod kyslíka slúžia vzdušné kapiláry (parabronchy), ktoré tvoria členenú vlásočnicovú sieť. Na pľúca nadväzuje systém tenkostenných vzdušných vakov (zvyčajne päť párov), ktoré zasahujú medzi svaly, vnútorné orgány a až do dutých kostí. Vzdušné vaky zabezpečujú jedinečné dvojité dýchanie – pri vdychu časť vzduchu putuje priamo do pľúc a zvyšok napĺňa zadné vaky, pričom pri výdychu sa tento čerstvý vzduch zo zadných vakov tlačí opäť cez pľúca von. Vlastná výmena plynov prebieha výlučne v pľúcach, stena vakov je totiž slabo prekrvená. Vaky však vtákom zásadne pomáhajú nielen pri dýchaní, ale telo aj nadľahčujú, pomáhajú udržiavať polohu počas letu a účinne organizmus ochladzujú.
Pľúca cicavcov sú párový orgán uložený v hrudnej dutine, ktorá je od brušnej oddelená plochým dýchacím svalom – bránicou. Vzduchové cesty (priedušky a priedušničky) sa v nich stromovito vetvia a slepo končia vo veľkom množstve pľúcnych mechúrikov (alveol). Pľúcna alveola je základnou štruktúrnou a funkčnou jednotkou, ktorej tenké steny sú husto prestúpené sieťou krvných kapilár. Prítomnosť miliónov alveol podstatne zväčšuje celkový vnútorný povrch pľúc, čo predstavuje efektívne prispôsobenie na rýchly prechod kyslíka do krvi difúziou.
