بررسی مقایسه‌ای سامانه‌های تنفسی در جانوران

تنفس پوستی

بعضی از جانوران از تمامی سطح خارجی پوست به عنوان اندام مبادله گاز استفاده می‌کنند که به این نوع تنفس، تنفس پوستی می‌گویند (مانند پلاناریا، کرم خاکی و کرم کدو).

در تنفس پوستی، اکسیژن از طریق سطح پوست جذب می‌شود و سپس از طریق دیواره نازک مویرگ‌های سطحی پوست وارد خون می‌شود. دی اکسید کربن نیز دقیقا به همین روش از سطح پوست دفع می‌شود.

از آنجایی که گازهای تنفسی به هنگام تبادل باید در آب حل شوند بنابراین رطوبت یک عامل اصلی و اساسی در نقل و انتقال گازهای تنفسی محسوب می‌شود.

کارایی تنفس در جاندارانی که تنفس پوستی دارند بالا نیست به همین دلیل این جانداران جثه بزرگی ندارند پس طبعا چندان هم فعال محسوب نمی‌شوند چون فعالیت زیاد نیاز به تبادل اکسیژن و دی اکسیدکربن بالایی دارد که دستگاه تنفس آن‌ها قادر به انجام این کار نیست.

تبادل گازهای تنفسی در تمام جانداران به روش انتشار ساده انجام می‌شود.

جانوران دارای تنفس پوستی ویژگی‌هایی به شرح زیر دارند:

۱- پوست نازکی دارند که به تبادل گازهای تنفسی کمک می‌کند.

۲- در زیر پوست این جانداران شبکه مویرگی غنی وجود دارد که به انتقال گازهای تنفسی کمک می‌کند.

۳- سطح پوست این جانداران باید مرطوب باشد (زیرا O2 و CO2 در سطوح خشک مبادله نمی‌شوند) به همین دلیل این جانداران یا ساکن محل‌های مرطوب اند و یا آبزی هستند.

۴- در عین این که جثه کوچکی دارند به واسطه افزایش نسبت سطح به حجم، دراز (مثل کرم خاکی) یا پهن (مثل پلاناریا و کرم کدو) هستند.

تنفس نایدیسی

سامانه تنفسی حشرات از نوع تنفس نایدیسی است.

لوله نای در این جانوران دارای دو سر می‌باشد که یک سر آن به منافذ سطح بدن حشره باز می‌شود و سر دیگر آن به صورت شاخه‌های درخت منشعب می‌شود که این انشعابات به تمام سطح بدن (در مجاورت سلول‌ها) انتقال می‌یابد.

هوا از طریق سر متصل به سطح بدن وارد نای و به تبع آن وارد انشعابات نای شده و تبادل  O2 و CO2 در مجاورت انشعابات نای انجام می‌شود.

سیستم نایدیسی در حشرات حاوی مقدار زیادی کیسه‌های هوایی است. این کیسه‌های هوایی مثل بادکنک کار می‌کنند. موقعی که ماهیچه‌های اطراف آن‌ها منقبض می‌شوند هوا از طریق سوراخ‌هایی که در سطح بدن وجود دارد از سیستم خارج می‌شود. موقعی که ماهیچه‌ها در حال استراحت هستند هوا به درون سیستم نایی کشیده می‌شود.

با توجه به این که سلول‌های حشرات گازهای تنفسی خود را به طور مستقیم از انشعابات نای دریافت می‌کنند پس برای نقل و انتقال گازها نیازی به گردش خون و مولکول‌های ناقل O2 و CO2 (مثل هموگلوبین) ندارند.

سطوح تنفسی درونی حشرات، انشعابات نای می‌باشد.

سطوح تنفسی در تمام جانوران به جز حشرات دارای مویرگ‌های خونی فراوان می‌باشند که این مویرگ‌ها به واسطه خون و ناقلین O2 و CO2 درون آن وظیفه انتقال گازهای تنفسی را برعهده دارند.

سیستم نایی حشرات با نای مهره داران متفاوت است زیرا نای مهره داران یک لوله مستقیم است ولی نای حشرات لوله‌هایی منشعب در سراسر بدن می‌باشد.

آبشش

یک سیتم تنفسی ویژه برای تبادل گازهای تنفسی در آب می‌باشد که در بیشتر جانوران آبزی از جمله ماهی‌ها، دوزیستان نابالغ و بسیاری از بی مهرگان آبزی دیده می‌شود.

وال و دلفین پستاندار هستند بنابراین با شش تنفس می‌کنند.

آبشش‌ها در طرفین سر ماهی‌ها قرار می‌گیرند و دارای عروق خونی فراوان هستند (سطح تنفسی در ماهی‌ها همان آبشش است).

آب به وسیله دهان وارد شده و از بین کمان‌های آبششی عبور می‌کند (در ماهیان استخوانی ۴ کمان آبششی در هر طرف بدن) و از طریق انتشار و در جهت شیب غلظت O2 از آب وارد مویرگ و CO2 از مویرگ وارد آب می‌شود.

آبشش‌ها معمولا برای جانوران خشکی زی مناسب نیستند چون در خشکی رشته‌های آبششی به هم می‌چسبند و سطح تبادل کاهش می‌یابد. با وجود این تعدادی از بی مهرگان در خشکی برای مدت کمی‌می‌توانند با آبشش زندگی کنند. در این جانوران (به عنوان مثال برخی خرچنگ‌ها) آبشش‌ها در اتاقک‌های خاصی که سطوح تنفسی را مرطوب و از چسبیدن آن‌ها به یکدیگر جلوگیری می‌کنند قرار گرفته است.

در جنین همه مهره داران اندامی‌به نام حفره گلویی وجود دارد که این حفره در ماهی‌ها و دوزیستان نابالغ منشأ آبشش محسوب می‌شود (حفره گلویی در سایر مهره داران تحلیل می‌رود به همین دلیل نوعی اندام وستیجیال محسوب می‌شود).

جهت جریان خون و جهت جریان آب در آبشش‌ها دقیقا عکس یکدیگرند که این امر سرعت انتقال O2 را بالا می‌برد.

در ماهی‌ها خون تیره (کم اکسیژن) از قلب توسط سرخرگ شکمی‌به آبشش‌ها می‌رود و پس از تبادل گازهای تنفسی (جذب O2 و دفع CO2) توسط سرخرگ پشتی به اندام‌ها می‌رود (گردش خون ساده).

– آبشش در ماهی‌ها وظیفه دفع آمونیاک را هم برعهده دارد.

ترتیب غلظت گازهای تنفسی در ماهی‌ها:

غلظت O2 آب > غلظت O2 خون تیره در ماهی

 غلظت CO2 آب < غلظت CO2 خون تیره در ماهی

شش

بیشتر مهره داران ساکن خشکی شش دارند (برخی دوزیستان فاقد شش هستند).

دوزیستان شش‌های کوچکی دارند (حتی برخی فاقد شش هستند) و برای انتشار گازها وابسته به سایر سطوح بدن می‌باشند. برای مثال پوست قورباغه هم مکمل مبادله گازها در شش‌ها است.

شش‌ها از کیسه‌های هوایی متعددی تشکیل شده اند که شامل یک لایه سلول‌های پوششی هستند که سطح داخلی آنها مرطوب است.

سطح تنفسی جانوران شش دار، کیسه‌های هوایی سازنده شش‌ها می‌باشند (پس سطح تنفسی شان داخل بدن است).

کیسه‌های هوایی که در واقع انتهایی ترین انشعابات شش‌ها به آن‌ها ختم می‌شود هنگام دم مانند بادکنک باد می‌شوند و توسط مویرگ‌های خونی فراوانی احاطه شده اند که عمل تبادل گازهای تنفسی بین خون و هوا در آن جا رخ می‌دهد.

سلول‌های پوششی جدار کیسه‌های هوایی همانند جدار مویرگ‌های خونی از بافت پوششی سنگفرشی تک لایه تشکیل شده اند.

گازهای تنفسی در کیسه‌های هوایی انسان برای تبادل باید از دو لایه بافت پوششی سنگفرشی تک لایه (جدار کیسه‌های هوایی و جدار مویرگ‌های خونی) عبور کنند.

در انسان گازهای تنفسی به طور مستقیم به سلول‌ها نمی‌رسند بلکه توسط خون و گردش عمومی‌خون به بافت‌ها انتقال می‌یابند.

سطوح داخلی شش‌ها دارای چین خوردگی‌هایی است که سبب افزایش سطح تنفس می‌شود.

ترتیب اعضای موجود در سیستم تنفسی عبارتند از: حفره بینی، حلق، حنجره، نای، نایژه، نایژک و کیسه‌های هوایی.

تفاوت عمده بین آبشش‌ها و شش‌ها به عنوان اندام‌های تنفسی بر حسب جایی که قرار گرفته اند عبارت است از:

سطح وسیع تنفسی آبشش‌ها به خارج بدن امتداد پیدا کرده و توسط محیط آبی احاطه شده است، در مقابل شش‌ها کیسه‌های داخلی با سطوح تنفسی می‌باشند.