ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΖΩΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΙV. Κυκλοφορικό Αναπνευστικό

Transcript

1 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΖΩΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ ΙV. Κυκλοφορικό Αναπνευστικό

2

3 Κυκλοφορικό σύστημα Κύριος ρόλος του κυκλοφορικού συστήματος είναι η τροφοδοσία των κυττάρων με θρεπτικά και οξυγόνο και η απομάκρυνση των άχρηστων μεταβολικών προϊόντων Αρκετοί οργανισμοί μπορούν να καλύψουν την παραπάνω ανάγκη με απλή διάχυση μορίων από και προς τις κυτταρικές τους μεμβράνες. Τέτοιοι οργανισμοί είναι οι μονοκύτταροι οργανισμοί ή απλοί πολυκύτταροι οργανισμοί που ζουν στο υδάτινο περιβάλλον. Σε αυτές τις περιπτώσεις όλα τα κύτταρα του οργανισμού μπορούν να έρθουν σε επαφή με το θρεπτικό τους μέσο και να ανταλλάξουν ουσίες με αυτό. Έτσι δεν είναι απαραίτητη η ανάπτυξη ενός πολύπλοκου συστήματος μεταφοράς. Το σχήμα και η δομή του σώματος και των κυττάρων βοηθούν την πρόσληψη/αποβολή ουσιών (???) Η κίνηση του νερού φυσική ή μηχανική από το στροβιλισμό των βλεφαρίδων του ζώου ή τις μυϊκές του συσπάσεις- επιτρέπει την προώθηση ή την απομάκρυνση των ουσιών από τα κύτταρα, παίζοντας έτσι το ρόλο του υγρού που κυκλοφορεί στο κυκλοφορικό σύστημα (αιμολέμφος)

4 Πλατυέλμυνθες: απουσία κυκλοφορικού πεπλατυσμένο σώμα Σπογγοκοίλωμα Σε κάθε περίπτωση, οι μυϊκές συσπάσεις του σώματος βοηθούν την κίνηση τροφής και νερού Σπόγγοι: οι πόροι ανοιγο-κλείνουν ρυθμίζοντας τη ροή του νερού, ώστε αυτό να παραμένει αρκετη ώρα στο σπογγοκοίλωμα και να εμπλουτίζει με τροφή και οξυγόνο τα κύτταρα μέσω διάχυσης ~ 22,5lt νερού/μέρα! Τα κύτταρα που δεν έρχονται σε άμεση επαφή, απέχουν λίγα μόλις χιλιοστά από το σπογγοκοίλωμα. Κνιδόζωα: ανταλλαγή αερίων μέσω της πολύ λεπτής επιδερμίδας και μέσω της γαστραγγειακής κοιλότητας.

5 Η ύπαρξη ενός εξειδικευμένου κυκλοφορικού συστήματος απαλλάσσει τους πολυκύτταρους οργανισμούς από την εξάρτηση από το εξωτερικό υγρό στοιχείο και από την αργή διαδικασία της διάχυσης, επιταχύνοντας την ανταλλαγή ουσιών με το περιβάλλον. Αυτό γίνεται με την ύπαρξη ενός εσωτερικού συστήματος που περιέχει εξωκυτταρικό υγρό. Για να υπάρχει κυκλοφορικό σύστημα, χρειάζονται τρία βασικά στοιχεία: 1. Ένα υγρό που να ρέει (αίμα, αιμολέμφος) 2. Ένα όργανο άντλησης (π.χ. καρδιά) 3. Ένα σύστημα μεταφοράς (π.χ. αγγεία) Ανοιχτό κυκλοφορικό σύστημα: αρθρόποδα, τα περισσότερα μαλάκια και μερικά ακόμα ασπόνδυλα. Κλειστό κυκλοφορικό σύστημα: δακτυλιοσκώληκες, μερικά μαλάκια (κεφαλόποδα), εχινόδερμα, σπονδυλωτά. Η βασική διαφορά τους είναι ότι στο ανοιχτό κυκλοφορικό: 1. Το αίμα δεν διαχωρίζεται από τη λέμφο (αιμολέμφος) 2. Το σύστημα μεταφοράς είναι στην ουσία ένας σωλήνας με ανοιχτές άκρες. Σε κάποιο σημείο του ο σωλήνας αυτός παχύνεται («καρδιά») και με τη συστολή αυτής, η αιμολέμφος διοχετεύεται σε μεγάλες κοιλότητες, τα αιμόκοιλα. Από αυτά τρέφονται οι ιστοί.

6 Ανοιχτό κυκλοφορικό σύστημα Η καρδιά είναι ένας σωλήνας που εκτείνεται σε όλο το μήκος του ζώου. Το αίμα διοχετεύται στα αιμόκοιλα, τρέφει τους ιστούς και επιστρέφει στην καρδιά μέσω οπών που ονομάζονται ostia. Αυτές εμποδίζουν την παλινδρόμηση της αιμολέμφου. αιμόκοιλο Στα αρθρόποδα η ανταλλαγή αερίων δεν γίνεται μέσω της κυκλοφορίας αλλά από ξεχωριστό σύστημα αεραγωγών. Έτσι η αιμολέμφος παρέχει μόνο θρεπτικά και ορμόνες. Στα Δίθυρα μαλάκια η καρδιά περιλαμβάνει δύο κόλπους και μία κοιλία και περιβάλλεται από μία περικαρδιακή κοιλότητα. Το αίμα περιέχει μια χρωστική την αιμοκυανίνη, που παίζει το ρόλο της αιμοσφαιρίνης, αλλά είναι γαλάζιου χρώματος.

7 Κλειστό κυκλοφορικό σύστημα Το βασικό μειονέκτημα του ανοιχτού συστήματος είναι ότι με το πέρασμα της αιμολέμφου από τα μεγάλα αιμόκοιλα, λιμνάζει κι έτσι επιβραδύνεται πολύ η μετακίνησή της Το πρόβλημα αυτό αντιμετωπίστηκε με το διαχωρισμό του ρέοντος υγρού (αίμα) από το θρεπτικό εξωκυττάριο υγρό (λέμφος). Το αίμα κυκλοφορεί πλέον κατά μήκος ενός κλειστού αγωγού συστήματος. Τα πρώτα ζώα που εμφάνισαν κλειστό κυκλοφορικό σύστημα στην εξέλιξη των οργανισμών είναι οι γεωσκώληκες. νωτιαίο αγγείο πλευρικά αγγεία/ τριχοειδή Οι γεωσκώληκες έχουν αιμοσφαιρίνη, όπως και το αίμα των σπονδυλωτών, που όμως δεν βρίσκεται μέσα στα ερυθρά αιμοσφαίρια, αλλά διαλυμένη στο πλάσμα του αίματος Το κυκλοφορικό σύστημα όλων των σπονδυλωτών είναι σε γενικές γραμμές όμοιο και αποτελείται από: καρδιά αίμα / αιμοφόρα αγγεία λέμφος / λεμφικά αγγεία (ξεχωριστό σύστημα) 5 καρδιές κοιλιακό αγγείο συμπληρωματικά όργανα (θύμος, σπλήνας, αμυγδαλές)

8 Το κλειστό κυκλοφορικό πλεονεκτεί του ανοιχτού γιατί: Το αίμα μπορεί να κυκλοφορεί ταχύτερα μέσα στα αγγεία συγκριτικά με τους μεσοκυττάριους χώρους αποτελεσματικότερη μεταφορά ουσιών Όντας κλειστό, το σύστημα αγγείων μπορεί να ρυθμίζει επιλεκτικά την πίεσή του και να διοχετεύει το αίμα ανάλογα με τις τοπικές ανάγκες του οργανισμού Τα αγγεία μπορούν να συγκρατούν μεγάλα μόρια που μεταφέρουν θρεπτικά και ορμόνες και να τα ελευθερώνουν επιλεκτικά στα κύτταρα - στόχους Συνολικά εξασφαλίζει ταχύτερους μεταβολικούς ρυθμούς σε σχέση με το ανοιχτό κυκλοφορικό σύστημα

9 Το κυκλοφορικό σύστημα των σπονδυλωτών εξυπηρετεί μια σειρά από λειτουργίες: Μεταφορά ουσιών από το πεπτικό και από τα όργανα αποθήκευσης προς τα κύτταρα στόχους Μεταφορά του Ο 2 από τα αναπνευστικά όργανα προς όλο το σώμα Μεταφορά των μεταβολικών αποβλήτων προς τα όργανα απέκκρισης Μεταφορά των ορμονών από τους ενδοκρινείς αδένες προς τους ιστούς στόχους Προστασία του οργανισμού από λοιμώξεις που προκαλούν οι μικροργανισμοί Κατανομή της μεταβολικής θερμοκρασίας στο σώμα των ομοιόθερμων ζώων Διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας στα ομοιόθερμα ζώα

10 Η εξέλιξη της καρδιάς στα σπονδυλωτά Α. Ψάρια δίχωρη καρδιά βράγχια κοιλία κόλπος φλέβες Καρδιά απλής κυκλοφορίας αορτή τριχοειδή αγγεία Μία εγκόλπωση του εντέρου διαμορφώνεται σαν «πνεύμονας» που καταπίνει αέρα μαζί με την τροφή ή από τα ρουθούνια του και προσλαμβάνει οξυγόνο μέσω τριχοειδών. Το αίμα που περνάει από εκεί οξυγονώνεται και γυρνάει στην καρδιά. Αυτό είναι το πρώτο εξελικτικό βήμα προς το διαχωρισμό της καρδιάς σε 3 μέρη και της κυκλοφορίας σε συστημική και πνευμονική! Τα ψάρια έχουν χαμηλό μεταβολικό ρυθμό επειδή το αίμα που φτάνει στα όργανα έχει πολύ χαμηλή πίεση, έχοντας περάσει προηγουμένως από πολύ λεπτά τριχοειδή στα βράγχια. Ψάρια που ζουν σε ανοξικά περιβάλλοντα (περιοδική ξηρασία ή μικρή συγκέντρωση οξυγόνου) έχουν πρόβλημα στην οξυγόνωσή τους μέσω των βραγχίων. πνευμονόψαρο (Δίπνευστοι)

11 Β. Αμφίβια τρίχωρη καρδιά (δύο κόλποι, μία κοιλία) Το αίμα κυκλοφορεί μερικώς οξυγονωμένο στη συστημική κυκλοφορία Ωστόσο, λόγω της διπλής κυκλοφορίας, το αίμα που φτάνει στους ιστούς έχει υψηλότερη πίεση ξεκινώντας από την καρδιά και όχι από τους πνεύμονες κι έτσι αποφεύγεται το πρόβλημα που αντιμετωπίζουν τα ψάρια Τα αμφίβια όταν είναι κάτω από το νερό κάνουν δερματική αναπνοή για να ενισχύσουν την πρόσληψη οξυγόνου στους ιστούς τους Δεξιός κόλπος πνεύμονας Πνευμονική κυκλοφορία Αριστερός κόλπος κοιλία Συστημική κυκλοφορία αορτή

12 Γ. Ερπετά τρίχωρη καρδιά (δύο κόλποι, μία κοιλία) πνεύμονας Δ. αορτή Α. κόλπος Α. αορτή Δ.κόλπος κοιλία Κροκόδειλοι πλήρης διαχωρισμός κοιλίας σε δύο χώρους Διάφραγμα Τα ερπετά εμφανίζουν τεράστιο εύρος μεταβολικών αναγκών. Υπάρχουν σαύρες & φίδια που μπορεί να κινούνται ταχύτατα, ή να μην κινούνται καθόλου για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Υπάρχουν επίσης ερπετά που κολυμπούν και μένουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα κάτω από το νερό χωρίς αναπνοή. Πώς; Οταν το ζώο σταματά να αναπνέει, τα αγγεία της πνευμονικής κυκλοφορίας συστέλλονται, αυξάνεται η πίεση από εκεί και το αίμα δρομολογείται και από τα δύο τμήματα της κοιλίας προς τη συστημική κυκλοφορία μέσω της δεξιάς και αριστερής αορτής. Όταν οι κροκόδειλοι αναπνέουν, η πίεση στην πνευμονική κυκλοφορία είναι χαμηλή κι έτσι το αίμα πηγαίνει προς την πνευμονική κυκλοφορία. Οι δύο αορτές γεμίζουν με αίμα από την αριστερή κοιλία. Όταν δεν αναπνέουν:

13 Δ. Πτηνά/Θηλαστικά τετράχωρη καρδιά (δύο κόλποι, δύο κοιλίες) [~ σχέση πτηνών κροκοδείλων!] Οξυγονωμένο και μη-οξυγονωμένο αίμα δεν αναμιγνύονται. Αρα το αίμα φτάνει στη συστημική κυκλοφορία με μέγιστη συγκέντρωση Ο 2. Επιτυγχάνεται μέγιστη απόδοση των πνευμόνων γιατί σε αυτούς φτάνει αίμα με ελάχιστη συγκέντρωση σε Ο 2 και μέγιστη σε CO 2. Οι δύο κυκλοφορίες (συστημική-πνευμονική) μπορούν να λειτουργούν με διαφορετικές πιέσεις: Οι αυξημένες ανάγκες σε Ο 2 οδηγούν σε εκτεταμένα δίκτυα τριχοειδών και άρα απαιτείται υψηλή πίεση στη συστημική κυκλοφορία Η πνευμονική κυκλοφορία δεν έχει τόσο μεγάλη ανάγκη υψηλής πίεσης

14 Άνθρωπος Από την αριστερή κοιλία το καθαρό αίμα διανέμεται στη συστημική κυκλοφορία μέσω της αορτής που είναι η μεγαλύτερη αρτηρία του σώματος. Διακλαδώσεις αυτής είναι η καρωτίδα, η ηπατική αρτηρία, η πυλαία, η νεφρική κλπ Αορτή αρτηρίες - τριχοειδή Φλεβοειδή φλέβες άνω & κάτω κοίλη φλέβα Ανω κοίλη φλέβα Οι κολποκοιλιακές βαλβίδες κάνουν τη ροή του αίματος Κάτω κοίλη φλέβα Οι μηνοειδείς βαλβίδες ελέγχουν τη ροή του αίματος από τις κοιλίες: ΔΚ:πνευμονική & ΑΚ:αορτική.

15 Καρδιακός κύκλος (0,8 sec) 4 διαμερίσματα με ανεξάρτητη δράση αλλά απόλυτο συγχρονισμό Αυτοματία: η καρδιά δημιουργεί δυναμικά δράσης μέσω ειδικών κυττάρων (βηματοδότες) χωρίς την επέμβαση των νευρώνων ή των ορμονών Φλεβόκομβος: ομάδα κυττάρων στα τοιχώματα του Δ. κόλπου που δημιουργεί το αρχικό δυναμικό δράσης. Μεταφορά μέσω των εμβόλιμων δίσκων και στον Α. κόλπο Κολποκοιλιακός κόμβος: μεταφορά δυναμικού δράσης από τους κόλπους στις κοιλίες με 0,1 sec καθυστέρηση. Δεμάτιο His (δεξιά κοιλία προς αριστερή). Η καθυστέρηση των δυναμικών δράσης εξασφαλίζει ότι οι κόλποι θα αδειάσουν τελείως πριν αρχίσει η σύσπαση των κοιλιών Η συστολή των κόλπων οδηγεί στη συστολή των κοιλιών και την εξώθηση του αίματος Η διαστολή συνίσταται στη φάση χαλάρωσης και πλήρωσης της καρδιάς με αίμα Το ΗΚΓ μετράει την ηλεκτρική διέγερση της καρδιάς που περνάει από την καρδιά προς τα εξωκυττάρια υγρά και από αυτά στο δέρμα Συστολική πίεση Διαστολική πίεση

16 Αρτηριακή πίεση Καρδιακή παροχή: όγκος αίματος που περνάει από μία κοιλία σε μία συστολή (= όγκος παλμού) x συχνότητα συστολής Ετσι, σε φυσιολογική κατάσταση η καρδιακή παροχή είναι περίπου: 70ml x 72 συστολές/min = 5lt/min. Αυτό μπορεί να φτάσει τα λίτρα σε άσκηση ή στρες Η πίεση του αίματος εξαρτάται από: 1. την καρδιακή παροχή και 2. την αντίσταση που βρίσκει στις αρτηρίες Υπέρταση υπόταση Όταν μετράμε την πίεση: π.χ. 120 (mmhg)/80(mmhg) Πίεση συστολής κοιλίας Πίεση διαστολής κοιλίας Όταν το αίμα φτάνει στο δεξιό κόλπο είναι πολύ χαμηλής πίεσης ~10 (mmhg)

17 Λεμφικό σύστημα Δίκτυο από αγγεία κατά μήκος όλου του σώματος και αδένων που συνεργάζονται για τη μεταφορά και το καθάρισμα του μεσοκυττάριου υγρού που επιστρέφει από την περιφέρεια προς την καρδιά Όλα τα κύτταρα βρίσκονται βυθισμένα σε ένα θρεπτικό υγρό, το διάμεσο ή μεσοκυττάριο υγρό. Αυτό προέρχεται από τη διήθηση του αίματος προς τους μεσοκυττάριους χώρους μέσω των τριχοειδών αγγείων Το μεσοκυττάριο υγρό αποτελείται από ό,τι και το πλάσμα του αίματος εκτός των ερυθρών αιμοσφαιρίων και των αιμοπεταλίων. Έχει χαμηλότερη συγκέντρωση πρωτεϊνών σε σχέση με το πλάσμα επειδή αυτές δεν μπορούν να περάσουν από τα στενά τριχοειδή και αποτελείται από α/ο, σάκχαρα, γλυκόζη, άλατα, οξυγόνο. Κάθε μέρα 4 lt μεσοκυττάριου υγρού διηθείται έξω από τα τριχοειδή και επιστρέφει στην κυκλοφορία του αίματος μέσω του λεμφικού συστήματος. Το υγρό αυτό αποτελεί τη λέμφο. Τα λεμφικά τριχοειδή έχουν μεγάλους πόρους ώστε να επιτρέπουν σε μεγάλα μόρια να τα διαπερνούν. Αυτά προοδευτικά συγκλίνουν και παχαίνουν για να δώσουν τα λεμφαγγεία. Από τη μεριά των ιστών είναι τυφλά.

18 Λεμφικό σύστημα Παύση του λεμφικού = θάνατος μέσα σε 24 hrs Δύο αθροιστικοί πόροι, ο θωρακικός αριστερά και ο λεμφατικός δεξιά διοχετεύουν το περιεχόμενό τους σε δύο υποκλείδιες φλέβες και τελικά στον δεξιό κόλπο Οι λεμφαδένες (σπλήνας, θύμος, αμυγδαλές) περιέχουν εκατομμύρια λεμφοκύτταρα, εξειδικευμένα στην καταπολέμηση των μολύνσεων. Στο πέρασμά της η λέμφος από αυτούς φιλτράρεται και απομακρύνεται κάθε ξένη ουσία. Έτσι το υγρό αυτό φτάνει καθαρό πίσω στο αίμα Όταν έχουμε μόλυνση οι λεμφαδένες φουσκώνουν και τα λεμφοκύτταρα πολλαπλασιάζονται. Δυσλειτουργία του λεμφικού = οίδημα (συγκέντρωση λεμφικού υγρού) Θύμος αδένας Σπλήνας Λεμφικά τριχοειδή Λεμφαγγεία

19 Το λεμφικό από το αγγειακό σύστημα διαφέρουν στα εξής: Το λεμφικό σύστημα αποτελείται από τριχοειδή με μεγάλους πόρους που επιτρέπουν το πέρασμα μεγάλων πρωτεϊνών, ακόμα και ολόκληρων κυττάρων από τους μεσοκυττάριους χώρους, σε αντίθεση με τα τριχοειδή των αγγείων που δεν επιτρέπουν το πέρασμα μεγάλων μορίων Τα τριχοειδή του λεμφικού είναι τυφλά από τη μεριά των ιστών. Κατ αυτή την έννοια αποτελούν ένα ανοιχτό σύστημα και όχι κλειστό, γιατί μόνο τραβούν συστατικά του μεσοκυττάριου χώρου και τα επιστρέφουν στην καρδιά, όπου αναλαμβάνουν τα αγγεία να τα αναδιανείμουν. Η ταχύτητα ροής της λέμφου (100ml/min) είναι κατά πολύ μικρότερη αυτής του πλάσματος (5 lt/min).

20 Αναπνευστικό Σύστημα Αναπνοή είναι η διαδικασία πρόσληψης Ο 2 από το εξωτερικό περιβάλλον στον οργανισμό και αποβολής CO 2 (διάκριση από κυτταρική αναπνοή που γίνεται για την αποδέσμευση ενέργειας στο κύτταρο) Η ποσότητα Ο 2 που χρειάζεται ένας οργανισμός εξαρτάται από τα ιδιαίτερα βιολογικά του χαρακτηριστικά και από τη δραστηριότητά του Η πρόσληψη Ο 2 βρίσκεται πάντα κάτω από νευρικό έλεγχο Υπάρχει θετική συσχέτιση της μερικής πίεσης ενός αερίου (Ο 2 /CO 2 ) και της συγκέντρωσής του σε ένα υγρό (π.χ. το εξωκυττάριο υγρό ή το αίμα) Η διαλυτότητα του Ο 2 στα υγρά είναι πολύ χαμηλότερη σε σχέση με τον αέρα. Εξαιτίας αυτής της ιδιότητας απαιτούνται ουσίες με υψηλή συγγένεια πρόσδεσης Ο 2 στο αίμα που μπορούν να το δεσμεύουν και να το μεταφέρουν σε μεγάλες συγκεντρώσεις (αιμοσφαιρίνη, αιμοκυανίνη, μυοσφαιρίνη) Η διάχυση του Ο 2 στα υγρά είναι πολύ αργή. Τα εκτεταμένα δίκτυα των κυκλοφορικών συστημάτων στους πολύπλοκους πολυκύτταρους οργανισμούς επιλύουν αυτό το πρόβλημα. Η θερμοκρασία επηρεάζει επίσης τη διαλυτότητα και τη διάχυση του Ο 2. Αύξηση της θερμοκρασίας μειώνει το ρυθμό διάχυσης και τη διαλυτότητα του Ο 2 στο νερό και τα κύτταρα.

21 Οργανισμοί μονοκύτταροι (πρώτιστα) ή πολυκύτταροι των οποίων τα σωματικά τοιχώματα είναι λεπτά (ύδρα) ή/και το σχήμα του σώματός τους είναι πεπλατυσμένο (πλανάρια, εχινόδερμα), χρησιμοποιούν όλο το σώμα τους ως αναπνευστικό όργανο. Σε αυτά η διάχυση λειτουργεί αποτελεσματικά για την οξυγόνωση κυττάρων που δεν έρχονται σε άμεση επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον που παρέχει το Ο 2. Τα μεγαλύτερα ζώα με μεγαλύτερες απαιτήσεις σε πρόσληψη και μεταφορά Ο 2, χρειάζονται εξειδικευμένα αναπνευστικά όργανα: βράγχια, τραχείες, πνεύμονες Στη βάση τους όλα τα παραπάνω μοιράζονται κοινά χαρακτηριστικά: Εξωτερικά βράγχια Πνεύμονες [Σαλαμάνδρες, γυρίνοι] Εσωτερικά βράγχια Τραχείες [μαλάκια, καρκινοειδή, ψάρια] μεγάλες επιφάνειες ανταλλαγής αερίων, πλούσια αιμάτωση, λεπτά τοιχώματα, άμεση ή έμμεση επαφή με το περιβάλλον [σπονδυλωτά] [αρθρόποδα]

22 Οι τραχείες των αρθροπόδων αεροφόροι σάκκοι τραχείες Στα αρθρόποδα το αναπνευστικό δεν συνδέεται με το κυκλοφορικό! Γιατί;;;; στίγματα Η πρόσληψη του οξυγόνου γίνεται από ένα σύστημα αγωγών που ξεκινούν από τα στίγματα στην κοιλιά, οδηγούν στις τραχείες, στους αεροφόρους σάκκους και στα τραχειόλια που εισχωρούν βαθειά σε όλους τους ιστούς. Από αυτά γίνεται η ανταλλαγή των αερίων μέσω ενός υγρού μέσου. Τα αρθρόποδα δεν διαθέτουν αιμοσφαιρίνη/αιμοκυανίνη ή ανάλογη πρωτεΐνη που να δεσμεύει το Ο 2!

23 Τα αρθρόποδα που καταδύονται δημιουργούν μία αδιάβροχη φούσκα με αέρα και αναπνέουν μέσα σε αυτήν. Όταν η PO 2 αρχίζει να γίνεται χαμηλότερη από του νερού, Ο 2 περνάει από το νερό στη φούσκα και συμπληρώνει τις ανάγκες του ζώου κάτω από το νερό. Argyroneta aquatica

24 4 βραγχιακά τόξα [βραγχιακό επικάλυμμα] νερό βραγχιακά νήματα Το αναπνευστικό των ψαριών Η ανατομική διάταξη των βραγχιακών ελασμάτων και των αγγείων τους επιτρέπουν τη μέγιστη απόδοση πρόσληψης οξυγόνου. Αν η ροή αίματος νερού ήταν της ίδιας διεύθυνσης, θα είχαμε μόνο το 10% της πρόσληψης Ο 2. βραγχιακά ελάσματα

25 Οι πνεύμονες Αεροφόροι θάλαμοι με πολλές διακλαδώσεις και επιφάνειες ανταλλαγής αερίων που βρίσκονται στο θώρακα των σπονδυλωτών Η επιφάνεια και η πολυπλοκότητα της δομής τους αυξάνει όσο αυξάνουν οι μεταβολικές ανάγκες του ζώου Τα αμφίβια έχουν τους πιο απλούς πνεύμονες ενώ τα θηλαστικά και τα πουλιά τους πιο ογκώδεις και διακλαδισμένους (επιφάνεια ανταλλαγής 40φ. περισσότερη από τη συνολική επιφάνεια του δέρματος!) Η αναπνοή στον αέρα μέσω των πνευμόνων πλεονεκτεί έναντι της αναπνοής μέσω βραγχίων στο νερό επειδή το Ο 2 που υπάρχει στον αέρα είναι πολύ περισσότερο από αυτό του νερού κι έτσι η κατανάλωση ενέργειας για την αναπνοή με πνεύμονες είναι πολύ χαμηλότερη σε σχέση με την αναπνοή με βράγχια. Αμφίβια: Αναπνοή θετικής πίεσης Οι πνεύμονες αποτελούν προέκταση του εντέρου. Ο όγκος τους είναι πολύ μικρότερος από αυτόν των θηλαστικών. Ο αέρας περνάει από τα ρουθούνια στο στόμα και προχωράει μέσω του φάρυγγα (και όχι του λάρυγγα) προς δύο σάκους με αναδιπλώσεις. Μέσα στο φάρυγγα αυξάνει η πίεσή του επειδή κλείνουν στόμα και ρουθούνια κι έτσι εξωθείται προς τους πνεύμονες μέσω μίας γλωττίδας. Ο αέρας φεύγει τελικά από το στόμα. Έτσι επιτυγχάνεται η ανταλλαγή των αερίων λόγω αυξημένης (θετικής) πίεσης σε σχέση με την ατμοσφαιρική.

26 Πτηνά πρόβλημα διαθεσιμότητας αέρα πλούσιου σε Ο 2 όταν πετούν πολύ ψηλά Αιμοφόρα τριχοειδή 9 ή περισσότεροι αεροφόροι σάκοι Αεροφόροι σάκοι Αεροφόρα τριχοειδή Συνεχής ροή αέρα στους πνεύμονες Κατά την πτήση 20πλασιάζεται ο ρυθμός αναπνοής!

27 Θηλαστικά Σε αντίθεση με τα αμφίβια, στα θηλαστικά οι πνεύμονες γεμίζουν με αέρα λόγω της αναπνοής αρνητικής πίεσης. Δηλαδή ο αέρας τραβιέται αντί να σπρώχνεται προς τους πνεύμονες επειδή ο όγκος της θωρακικής κοιλότητας αυξάνει κατά την εισπνοή. Οι πνεύμονες ακολουθούν την αύξηση του όγκου της θωρακικής κοιλότητας επειδή συνδέονται με αυτήν μέσω του υπεζωκοτικού υγρού και του πνευμονικού υπεζωκότα (εξωτερική μεμβράνη του πνεύμονα). Κίνηση σε τρεις διευθύνσεις Η θωρακική κοιλότητα απομονώνεται από την κοιλιακή χώρα μέσω ενός λείου μυός, του διαφράγματος. Η αναπνοή ελέγχεται αυτόματα από το κέντρο της αναπνοής στον προμήκη μυελό Η διέγερση του κέντρου προκαλείται από την αύξηση της συγκέντρωσης του CO 2 στο αίμα και στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό και όχι από τη μείωση του Ο 2! Ο ρυθμός της αναπνοής αυξάνεται ως απόκριση της μείωσης του ph στις απολήξεις των νευρώνων λόγω της αύξησης της [CO 2 ] (δηλ. του H 2 CO 3 )

28 βρόγχοι βρογχιόλια Στα θηλαστικά ο αέρας μεταφέρεται από την τραχεία στους βρόγχους μέσω του λάρυγγα, σε αντίθεση με τα αμφίβια στα οποία ο αέρας περνάει από το στόμα στο φάρυγγα υψελίδες Γιατί το αναπνευστικό είναι τόσο στενά συνδεδεμένο με το πεπτικό σύστημα (σύνδεση λάρυγγαφάρυγγα);

29 Μεγάλα υψόμετρα Χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση, άρα δραστικός περιορισμός της διαθεσιμότητας Ο 2 & χαμηλές θερμοκρασίες. Στα μ. πάνω από το επίπεδο της θάλασσας η διαθεσιμότητα Ο 2 είναι κατά 1/3 μικρότερη! Διαθέτουν περισσότερη αιμογλοβίνη και με μεγαλύτερη ικανότητα δέσμευσης και απόδοσης οξυγόνου από την ατμόσφαιρα και προς τους ιστούς Έχουν μεγαλύτερους πνεύμονες και πιο αποδοτικούς Πιο έντονη κυκλοφορία του αίματος στον εγκέφαλο και τους μυς και λιγότερο έντονη στην επιφάνεια και τα εσωτερικά όργανα Περισσότερη μυοσφαιρίνη Αλλαγή της δραστηριότητας ορισμένων ενζύμων Αναερόβια γλυκόλυση