Δομή και στοιχεία των αναπνευστικών συστημάτων των πτηνών

Το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών Είναι υπεύθυνη για την οξυγόνωση των ιστών και των οργάνων και για την αποβολή του διοξειδίου του άνθρακα από το σώμα του ίδιου. Οι αερόσακοι που βρίσκονται γύρω από τους πνεύμονες επιτρέπουν μια μονοκατευθυντική ροή αέρα μέσω των πνευμόνων, παρέχοντας περισσότερο οξυγόνο στο σώμα των πτηνών.

Η μονοκατευθυντική ροή του αέρα που μετακινείται στους πνεύμονες των πτηνών έχει υψηλή περιεκτικότητα οξυγόνου, υψηλότερη από αυτή που βρίσκεται στους πνεύμονες οποιουδήποτε θηλαστικού, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Η μονοκατευθυντική ροή εμποδίζει τα πουλιά να αναπνέουν τον «παλιό αέρα», δηλαδή τον αέρα που βρισκόταν πρόσφατα στους πνεύμονές τους (Brown, Brain, & Wang, 1997). 

Η δυνατότητα αποθήκευσης περισσότερου οξυγόνου στους πνεύμονες επιτρέπει στα πτηνά να οξυγονοποιούν καλύτερα το σώμα τους, διατηρώντας έτσι τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος κατά την πτήση. Στους πνεύμονες των πτηνών, το οξυγόνο διανέμεται από τα τριχοειδή αέρα στο αίμα και το διοξείδιο του άνθρακα περνά από το αίμα στα ίδια τριχοειδή αγγεία. Η ανταλλαγή αερίων είναι, με αυτή την έννοια, πολύ αποτελεσματική.

Το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών είναι αποτελεσματικό λόγω της χρήσης μιας λεπτής επιφάνειας μέσω της οποίας τα αέρια και η ροή του αίματος, που επιτρέπει τον μεγαλύτερο έλεγχο της θερμοκρασίας του σώματος. Η διάχυση του αέρα για ενδοθερμικούς σκοπούς είναι πιο αποτελεσματική στο βαθμό που η επιφάνεια μέσω της οποίας η ροή του αίματος και των αερίων είναι λεπτότερη (Maina, 2002).

Τα πουλιά έχουν σχετικά μικρούς πνεύμονες και μέγιστο εννέα σάκους αέρα που τους βοηθούν στη διαδικασία ανταλλαγής αερίων. Αυτό επιτρέπει στο αναπνευστικό σας σύστημα να είναι μοναδικό μεταξύ των σπονδυλωτών ζώων. 

Μπορεί επίσης να σας ενδιαφέρει το σύστημα αποβολής των πτηνών.

Διαδικασία αναπνοής των πτηνών

Η διαδικασία αναπνοής στα πτηνά απαιτεί δύο κύκλους (εισπνοή, εκπνοή, εισπνοή, εκπνοή) για τη μετακίνηση του αέρα μέσω ολόκληρου του αναπνευστικού συστήματος. Τα θηλαστικά, για παράδειγμα, χρειάζονται μόνο έναν κύκλο αναπνοής. (Foster & Smith, 2017).

Τα πουλιά μπορούν να αναπνεύσουν μέσω του στόματος ή των ρουθουνιών. Ο αέρας που εισέρχεται διαμέσου αυτών των ανοιγμάτων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εισπνοής διέρχεται από τον φάρυγγα και στη συνέχεια μέσω της τραχείας ή της αγωγού..

Η τραχεία είναι γενικά το ίδιο μήκος του λαιμού του πουλιού, ωστόσο, μερικά πουλιά όπως γερανοί έχουν εξαιρετικά μακρύ λαιμό και τραχεία βιδώνεται σε μία περιοχή γνωστή ως στέρνου καρίνα. Αυτή η κατάσταση δίνει στα πουλιά τη δυνατότητα να παράγουν ήχους με υψηλό συντονισμό.

Εισπνοή

Κατά τη διάρκεια της πρώτης εισπνοής, ο αέρας περνά μέσα από τα ρουθούνια ή τα ρουθούνια που βρίσκονται στη διασταύρωση μεταξύ της κορυφής της κορυφής και της κεφαλής. Ο σαρκώδης ιστός που περιβάλλει τα ρουθούνια είναι γνωστός ως κερί σε μερικά πουλιά.

Ο αέρας στα πουλιά, όπως και στα θηλαστικά, κινείται μέσα από τα ρουθούνια, μέσα στη ρινική κοιλότητα και έπειτα στον λάρυγγα και την τραχεία..

Μόλις στην τραχεία, ο αέρας περνά μέσα από το σύριγγα (όργανο που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή ήχου σε πτηνά) και το ρεύμα του χωρίζεται σε δύο, όπως της τραχείας των πτηνών έχει δύο κανάλια.

Ο αέρας στη διαδικασία της αναπνοής των πουλιών, όχι άμεσα στους πνεύμονες, οι σάκοι πρώτη αέρα ροή κατευθύνεται, από την οποία περνούν στους πνεύμονες και για τη δεύτερη εισπνοή θα περάσει κρανιακή θύλακες αέρα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, όλοι οι αερόσακοι επεκτείνονται στο βαθμό που ο αέρας εισέρχεται στο σώμα του πουλιού.

Εκπνοή

Κατά τη διάρκεια της πρώτης εκπνοής, ο αέρας μετακινείται από τους οπίσθιους αερόσακους στους βρόγχους (ventrobronchi και dorsobronchi) και αργότερα στους πνεύμονες. Οι βρόγχοι χωρίζονται σε μικρούς τριχοειδείς κλάδους διαμέσου των οποίων ρέει το αίμα, σε αυτά τα εναέρια τριχοειδή αγγεία, όπου λαμβάνει χώρα η ανταλλαγή οξυγόνου με διοξείδιο του άνθρακα.

Στη δεύτερη εκπνοή, ο αέρας εγκαταλείπει τους αερόσακους μέσω της σύριγγας και στη συνέχεια στην τραχεία, τον λάρυγγα και τελικά στη ρινική κοιλότητα και έξω από τα ρουθούνια. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ο όγκος των σάκων μειώνεται στο βαθμό που ο αέρας φεύγει από το σώμα του πουλιού.

Δομή

Τα πουλιά έχουν λάρυγγα, εντούτοις και σε αντίθεση με τα θηλαστικά, δεν το χρησιμοποιούν για την παραγωγή ήχων. Υπάρχει ένα όργανο που ονομάζεται σύριγγα που είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία του "φωνητικού κουτιού" και επιτρέπει στα πουλιά να παράγουν εξαιρετικά ηχηρούς ήχους.

Από την άλλη πλευρά, τα πουλιά έχουν πνεύμονες, αλλά έχουν και αερόσακους. Ανάλογα με το είδος, το πουλί θα έχει επτά ή εννέα αερόσακους.

Τα πουλιά δεν έχουν διάφραγμα, οπότε ο αέρας μετατοπίζεται μέσα και έξω από το αναπνευστικό σύστημα μέσω αλλαγών στην πίεση των αερόσακων. Οι θωρακικοί μύες προκαλούν την πίεση του στέρνου προς τα έξω, δημιουργώντας μια αρνητική πίεση στους σάκους που επιτρέπει στον αέρα να εισέλθει στο αναπνευστικό σύστημα (Maina J. N., 2005).

Η διαδικασία εκπνοής δεν είναι παθητική, αλλά απαιτεί τη συστολή ορισμένων μυών για την αύξηση της πίεσης στους αερόσακους και την ώθηση του αέρα προς τα έξω. Καθώς το στέρνο πρέπει να κινηθεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αναπνοής, συνιστάται, όταν πιάζεται ένα πουλί, να μην ασκούνται εξωτερικές δυνάμεις που να εμποδίζουν την κίνηση του, καθώς το πουλί μπορεί να πνιγεί.

Αερόσακοι

Τα πουλιά έχουν πολύ "κενό χώρο" μέσα τους, που τους επιτρέπει να μπορούν να πετάξουν. Αυτός ο κενός χώρος καταλαμβάνεται από αερόσακους που φουσκώνουν και ξεφουσκώνουν κατά τη διαδικασία αναπνοής του πουλιού.

Όταν ένα πουλί φουσκώνει το στήθος του, δεν είναι οι πνεύμονες που δουλεύουν αλλά οι αερόσακοι. Οι πνεύμονες των πτηνών είναι στατικές, οι αερόσακοι είναι αυτοί που κινούνται για να αντλούν αέρα σε ένα πολύπλοκο βρογχικό σύστημα στους πνεύμονες.

Οι αερόσακοι επιτρέπουν μια μονοκατευθυντική ροή αέρα μέσω των πνευμόνων. Αυτό σημαίνει ότι ο αέρας που φτάνει στους πνεύμονες είναι ως επί το πλείστον "καθαρός αέρας" με υψηλότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο.

Το σύστημα αυτό είναι αντίθετο προς τα θηλαστικά, η ροή του αέρα είναι αμφίδρομη και μέσα και έξω από τους πνεύμονες σε σύντομο χρονικό διάστημα, γεγονός που καθιστά τον αέρα ποτέ να είναι δροσερός και πάντα να αναμιχθούν με ήδη ήταν αναπνεομένων (Wilson , 2010).

Τα πουλιά έχουν τουλάχιστον εννέα σάκους αέρα που τους επιτρέπουν να μεταφέρουν οξυγόνο στους ιστούς του σώματος και να απομακρύνουν το υπόλοιπο διοξείδιο του άνθρακα. Εξυπηρετούν επίσης τον ρόλο της ρύθμισης της θερμοκρασίας του σώματος κατά τη φάση της πτήσης.

Οι εννέα αερόσακοι των πτηνών μπορούν να περιγραφούν ως εξής:

• Ένας μεσοκυκλικός αερόσακος
• Δύο αυχένα αέρα
• Δύο πρόσθιοι θωρακικοί αερόσακοι
• Δύο οπίσθιοι θωρακικοί αερόσακοι
• Δύο κοιλιακοί αερόσακοι

Η λειτουργία αυτών των εννέα σάκων μπορεί να χωριστεί σε πρόσθιους σάκους (διακλαδικό, τραχηλικό και πρόσθιο θωρακικό) και οπίσθιους σάκους (οπίσθιο θωρακικό και κοιλιακό).

Όλοι οι σάκοι έχουν πολύ λεπτά τοιχώματα με μερικά τριχοειδή αγγεία, επομένως δεν παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία ανταλλαγής αερίων. Ωστόσο, το καθήκον του είναι να κρατήσει τους πνεύμονες αεριζόμενοι όπου πραγματοποιείται η ανταλλαγή αερίων.

Τραχεία

Η τραχεία των πουλιών είναι 2,7 φορές μεγαλύτερη και 1,29 φορές ευρύτερη από αυτή των θηλαστικών παρόμοιου μεγέθους. Το έργο της τραχείας των πουλιών είναι το ίδιο με αυτό των θηλαστικών, συνίσταται στην αντίσταση στη ροή του αέρα. Ωστόσο, στα πουλιά ο όγκος του αέρα που πρέπει να αντέχει η τραχεία είναι 4,5 φορές μεγαλύτερος από τον όγκο του αέρα που υπάρχει στην τραχεία των θηλαστικών..

Τα πτηνά αντισταθμίζουν τον ευρύ κενό χώρο της τραχείας με σχετικά μεγαλύτερο όγκο και έναν χαμηλότερο αναπνευστικό ρυθμό, περίπου το ένα τρίτο των θηλαστικών. Αυτοί οι δύο παράγοντες συμβάλλουν σε μικρότερη επίδραση του όγκου αέρα στην τραχεία (Jacob, 2015).

Η τραχεία διακλαδίζεται ή διαιρείται σε δύο κύριους βρόγχους στο syrinx. Η σύριγγα είναι ένα όργανο που βρίσκεται μόνο στα πτηνά, αφού σε θηλαστικά παράγονται ήχοι στον λάρυγγα.

Η κύρια είσοδος στους πνεύμονες είναι μέσω των βρόγχων και είναι γνωστή ως mesobronchium. Το mesobronchium χωρίζεται σε μικρότερους σωλήνες που ονομάζονται dorsobronchials που με τη σειρά τους οδηγούν στα μικρότερα parabronchi.

Τα parabronchi περιέχουν εκατοντάδες μικρά κλαδιά και τριχοειδή αγγεία που περιβάλλουν ένα άφθονο δίκτυο τριχοειδών αγγείων. Η αέρια ανταλλαγή μεταξύ των πνευμόνων και του αίματος λαμβάνει χώρα μέσα σε αυτά τα τριχοειδή αγγεία.

Πνεύμονες

Η δομή των πνευμόνων των πτηνών μπορεί να ποικίλλει ελαφρώς, ανάλογα με τις διακλαδώσεις του parabronchi. Τα περισσότερα πτηνά έχουν ένα ζεύγος parabronchi, που αποτελείται από έναν "παλαιό" πνεύμονα (παλαιοπλημωμένος) και έναν "νέο" πνεύμονα (νεοπλημωμένος).

Ωστόσο, μερικά πουλιά δεν έχουν το νεοπλημνικό parabronchium, όπως συμβαίνει με τους πιγκουίνους και μερικές φυλές πάπιων.

Τα τραγούδια που τραγουδούν, όπως τα καναρίνια και τα χελιδόνια πουλιά, έχουν αναπτύξει νεοπλημνικό παραμπρονύμιο, όπου συμβαίνει το 15% ή 20% της ανταλλαγής αερίων. Από την άλλη πλευρά, η ροή αέρα σε αυτό το parabronchium είναι αμφίδρομη, ενώ στο παλαιοπλημμικό parabronchium είναι μονοκατευθυντική (Team, 2016).

Στην περίπτωση των πτηνών, οι πνεύμονες δεν επεκτείνουν ή σύμβαση, όπως κάνουν στα θηλαστικά, για να μην συμβεί ανταλλαγή αερίων στις κυψελίδες, αλλά σε τριχοειδή αέρα και θύλακες αέρα υπεύθυνοι για τον αερισμό των πνευμόνων.

Αναφορές

1. Brown, R.E., Brain, J.D., & Wang, Ν. (1997). Το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών: ένα μοναδικό μοντέλο για μελέτες αναπνευστικής τοξικότητας και για την παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα. Environ Health Perspect, 188-200.
2. Foster, D., & Smith. (2017). Τμήμα Κτηνιατρικών και Υδατικών Υπηρεσιών. Ανακτήθηκε από το αναπνευστικό σύστημα των πτηνών: Ανατομία και λειτουργία: peteducation.com.
3. Jacob, J. (5 Μαΐου 2015). Επέκταση. Ανακτήθηκε από το Αναπνευστικό Σύστημα Πτηνών: articles.extension.org ...
4. Maina, J. Ν. (2002). Εξέλιξη των πτηνών και τον εξαιρετικά αποδοτικό παράπλευρο πνεύμονα. Στο J. Ν. Maina, Functional Morphology of the Vertebrate Respiratory System (σελίδα 113). Νέα Χάμσαϊρ: Επιστημονική Εκδότρια Inc.
5. Maina, J. Ν. (2005). Το Σύστημα Πουλιών του Lung-Air Sac: Ανάπτυξη, Δομή και Λειτουργία. Johanesburg: Springer.
6. Team, Α. Ν. (9 Ιουλίου 2016). Ρωτήστε τη φύση. Ανακτήθηκε από Το αναπνευστικό σύστημα των πουλιών διευκολύνει την αποτελεσματική ανταλλαγή διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου μέσω συνεχούς ροής αέρος και αερόσακτρων: asknature.org.
7. Wilson, Ρ. (Ιούλιος 2010). Currymbin Valley Vet Services. Ανακτήθηκε από το What Are Air Sacs;: currumbinvetservices.com.au.