Dýchacia sústava živočíchov

Funkciou dýchacej sústavy je zabezpečiť výmenu dýchacích plynov (O₂, CO₂) medzi organizmom a prostredím. Potreba kyslíka v organizme 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 povrch tela, teda špecializované dýchacie orgány nemajú vytvorené. Dýchanie celým povrchom tela sa vyskytuje aj u viacerých nižších stavovcov (obojživelníky, niektoré druhy rýb v prvých dňoch života). Kožné dýchanie u obojživelníkov predstavuje až 70-80% celkového dýchania.

Pre vývojovo dokonalejšie živočíchy s väčšími rozmermi tela je príjem kyslíka difúziou neefektívny, preto sa im vytvorili špeciálne dýchacie orgány a sústavy orgánov. Dýchacie orgány môžu zásobovať živočíchy kyslíkom dvoma spôsobmi:

1. priamo – kyslík zo vzduchu je rozvádzaný ku tkanivám sieťou vzdušných kanálikov (vzdušnice)
2. nepriamo – prostredníctvom dýchacích farbív obsiahnutých v telových tekutinách (žiabre, pľúcne vačky, pľúca)

Dýchacie farbivá sú metaloproteíny, ktoré majú afinitu ku kyslíku ako aj k oxidu uhličitému ako východziemu produktu dýchania. Tieto plyny sú v asociácii s atómom niektorého kovového prvku, ktorý tvorí jadro molekuly farbiva. Živočíchy majú dýchacie farbivá najčastejšie viazané na špecializované bunky zabezpečujúce výmenu plynov, menej často sú farbivá rozpustené v telovej tekutine. Okrem dobre známeho hemoglobínu sa v živočíšnej ríši vyskytuje celá paleta rôznych farbív.

Dýchanie vzdušnicami link

Tracheálne dýchanie je typickým dýchacím ústrojenstvom vzdušnicovcov. Vyvinulo sa ako určitá modifikácia dýchania difúziou cez povrch tela. Vzdušný kyslík je privádzaný vzdušnicami (trachey) priamo k jednotlivým tkanivám. Trachey vznikajú preliačením ektodermu dovnútra tela, čím sa vytvorí systém tenkých kanálikov, ktoré ústia na povrch tela uzatvárateľnými otvormi, ktoré sa nazývajú prieduchy (stigmy). Tento systém je veľmi efektívny pre malé organizmy, avšak obmedzuje ich veľkosť na maximálne okolo 20–25 cm​.

U lariev vodného hmyzu sa stretávame s modifikáciou tohto ústrojenstva na rozvetvené tracheálne žiabre, ktoré sú prispôsobené na výmenu plynov vo vode. Aj tracheálne žiabre privádzajú kyslík priamo k cieľovým tkanivám.

Dýchanie žiabrami link

Žiabre sú typickým dýchacím orgánom mnohých vodných živočíchov, vrátane bezstavovcov (mäkkýše, kôrovce) a stavovcov (ryby, larvy obojživelníkov). Žiabre sú tenké a zriasené štruktúry, ktorými prúdi voda, čo umožňuje výmenu plynov. Žiabre sú ektodermálneho pôvodu a vznikajú vyliačením pokožky. Majú rôzny tvar a podobu. Ich povrch sa zväčšuje zriasením (kríčkovitým rozvetvením alebo majú lamely).

Vnútorné žiabre sú žiabre, ktoré sú uložené v žiabrovej dutine a chránené pred vonkajším prostredím. Tento typ žiaber je prítomný u väčšiny rýb, kôrovcov a niektorých mäkkýšov (napr. hlavonožcov). U rýb sú žiabre chránené žiabrovými viečkami (operculum), ktoré pokrývajú žiabre a zabraňujú ich mechanickému poškodeniu. Kôrovce majú žiabre často chránené pancierom alebo špeciálnymi krytmi.

Na žiabrových oblúkoch rýb je množstvo zriasených, bohato prekrvených lupienkov, ktorými preteká voda vždy rovnakým smerom, proti prúdu krvi vo vlásočniciach žiaber. Do nich prúdi odkysličená krv priamo zo srdca. Dýchanie začína nasávaním vody do úst, odkiaľ prúdi k žiabram. Ústa sa zavrú a voda vyteká zo žiabrových dutín. Kyslík prechádza do krvi difúziou a voda, ktorá už žiabrami prešla, neobsahuje kyslík, lebo ho odovzdala do krvi. Okysličená krv sa zo žiaber dostáva do celého organizmu, kyslík prenáša hemoglobín červených krviniek. Oxid uhličitý sa dostáva difúziou z krvi cez žiabre do vody.

Ryby využijú až 90% kyslíka z vody. Podnetom na zvýšenie frekvencie dýchacích pohybov rýb je predovšetkým pokles obsahu kyslíka vo vode. Niektoré ryby majú schopnosť využívať aj kyslík zo vzduchu, ktorý prehltávajú. Kyslík sa potom vstrebáva cez bohato prekrvenú sliznicu čreva tráviacej rúry.

Vonkajšie žiabre sú nechránene vystavené vonkajšiemu prostrediu, čo znamená, že vyčnievajú z tela živočícha. Tieto žiabre majú niektoré larválne štádiá (napríklad žubrienky obojživelníkov) alebo nižšie mnohobunkové živočíchy, ako sú niektoré mnohoštetinavce. Tieto žiabre nie sú uložené v dutine a môžu byť zraniteľnejšie voči mechanickému poškodeniu.

Dýchanie pľúcnymi vačkami link

Pľúcne vačky využívajú na dýchanie niektoré skupiny pavúkovcov. Vznikli zo žiaber brušných končatín a prispôsobili sa na dýchanie vzdušného kyslíka. Zložené sú z lamiel usporiadaných rovnobežne ako listy v knihe. Prúdi v nich hemolymfa.

Dýchanie pľúcami link

Pľúca sú dýchacie orgány suchozemských stavovcov a ich funkciou je zabezpečiť nasýtenie krvi kyslíkom zo vzduchu. Dýchajú nimi aj najvyššie vyvinuté vodné stavovce (delfíny, veľryby). Pľúca sú párový, vakovitý orgán. Vyvinuli sa z vnútornej zárodočnej vrstvy – endodermu.

Podobné štruktúry sa vyskytujú už aj u väčšiny kostnatých rýb, no v tomto prípade nemajú dýchaciu funkciu. Plynový mechúr je orgán, ktorý sa vyskytuje u väčšiny kostnatých rýb a slúži primárne na hydrostatickú reguláciu. To znamená, že pomáha rybám kontrolovať ich vztlak vo vode, čo im umožňuje udržiavať určitú hĺbku bez vynaloženia veľkého úsilia.

Pľúcne vaky, na druhej strane, majú primárnu funkciu ako dýchací orgán, ktorý slúži na príjem kyslíka zo vzduchu. Vyskytujú sa u niektorých rýb, ako sú dvojdyšníkovce, a poskytujú týmto rybám možnosť dýchať vzduch, čo je výhodné v prostrediach s nedostatkom kyslíka vo vode. U dvojdyšných rýb sú pľúcne vaky evolučne príbuzné s plynovým mechúrom, ale ich funkcia je predovšetkým dýchacia.

Pravé pľúca sa prvýkrát vyvíjajú u suchozemských stavovcov. U obojživelníkov sú vakovité, vnútri hladké (mloky) alebo zriasené (žaby). Mechanizmus dýchania je spojený s prehltávaním vzduchu (keďže nemajú vyvinuté rebrá, hrudný kôš ani bránicu). Vdýchnutý vzduch nozdrami prechádza do úst. Po ich uzavretí sa prehltáva cez priedušnicu a priedušky do pľúc. Pre výmenu plynov, teda okrem kože, má u nich veľký význam aj vnútorný povrch ústnej dutiny a hrtan. Kyslík sa do tkanív prenáša hemoglobínom červených krviniek.

Plazy majú pľúca vakovité, vyplnené hubovitým tkanivom s početnými priehradkami a mechúrikmi. Hady majú ľavú polovicu pľúc zakrpatenú.

Vrchol vývoja dosahujú pľúca vtákov a cicavcov, ktorým zabezpečujú vysokú spotrebu kyslíka udržiavaním stálej teploty tela a intenzívnymi metabolickými dejmi. Všetky vodné cicavce, hoci sú úplne prispôsobené životu vo vode, dýchajú vzdušný kyslík pľúcami.

Vtáky majú najefektívnejšiu dýchaciu sústavu spomedzi všetkých stavovcov. Súvisí to s ich intenzívnym metabolizmom. Vzdušné vaky im pomáhajú aj počas letu udržiavať polohu tela, nadľahčovať a ochladzovať ho.

Pľúca vtákov majú niekoľko špecifických znakov súvisiacich s lietaním. Sú pomerne malé, trubicovité, prirastené k rebrám. Ich objem sa pri dýchaní nemení (rebrá sú kĺbom spojené s chrbticou a veľkou hrudnou kosťou, takže ich spojenie je pohyblivé). Pľúca nemajú pľúcne mechúriky, ale na prevod kyslíka z vdýchnutého vzduchu slúžia vzdušné kapiláry, ktoré tvoria bohato členenú vlásočnicovú sieť.

Vtáky majú s pľúcami spojené vzdušné vaky. Pri vdychu časť vzduchu putuje do pľúc a zvyšok napĺňa vaky, ktoré zasahujú až do kostí. Pri výdychu sa vzduch dostáva zo zadných vakov cez pľúca do predných vakov, opäť prechádza vzdušnými kapilárami a je vydýchnutý. Vlastná výmena plynov prebieha len vo vzdušných kapilárach, stena vakov je len minimálne prekrvená a pre vlastnú výmenu plynov nemá význam. Vzdušné vaky však umožňujú vtákom získať čo najviac kyslíka pri každom nádychu.

Pľúca cicavcov sú párový orgán uložený v hrudnej dutine. Sú relatívne objemnejšie a vzduchové cesty sa v nich rozvetvujú slepo do pľúcnych mechúrikov (alveol). Pľúcna alveola je základnou štruktúrnou a funkčnou jednotkou pre výmenu plynov medzi organizmom a prostredím. Je prestúpená množstvom krvných kapilár na vychytávanie kyslíka z vdýchnutého vzduchu. Alveoly niekoľkonásobne zväčšujú povrch pľúc, čo je efektívne prispôsobenie na výmenu plynov.