Dýchací systém ptáků je jedinečný. U ptáků jdou vzdušné proudy pouze jedním směrem, což není charakteristické pro ostatní obratlovce. Jak se můžete nadechnout a vydechnout jednou průdušnicí? Řešením je úžasná kombinace jedinečných anatomických vlastností a manipulace s atmosférickým prouděním. Vlastnosti dýchacího systému ptáků určují složité mechanismy vzduchových vaků. Nejsou přítomny u savců.
Dýchací systém ptáků: diagram
Proces u okřídlených zvířat je poněkud odlišný než u savců. Kromě plic mají také vzdušné vaky. V závislosti na druhu může dýchací systém ptáků zahrnovat sedm nebo devět těchto laloků, které mají přístup k pažní a stehenní kosti, obratlům a dokonce i lebce. Kvůli chybějící bránici dochází k pohybu vzduchu změnou tlaku ve vzduchových vacích pomocí prsních svalů. To vytváří podtlak v lopatkách a tlačí vzduch do dýchacího systému. Takové akce nejsou pasivní. Vyžadují určité svalové kontrakce ke zvýšení tlaku na vzduchové vaky a vytlačení vzduchu.
Struktura dýchacího systému ptáků zahrnuje zvednutí hrudní kosti během procesu. Péřové plíce se neroztahují ani nestahují jako orgány savců. U zvířat probíhá výměna kyslíku a oxidu uhličitého v mikroskopických váčcích zvaných alveoly. U okřídlených příbuzných probíhá výměna plynů ve stěnách mikroskopických trubic zvaných vzduchové kapiláry. Dýchací orgány ptáků pracují efektivněji než dýchací orgány savců. Jsou schopny nést více kyslíku s každým nádechem. Ve srovnání se zvířaty podobné hmotnosti je dýchání pomalejší.
Jak ptáci dýchají?
Ptáci mají tři různé sady dýchacích orgánů. Jedná se o přední vzduchové vaky, plíce a zadní vzduchové vaky. Během prvního nádechu prochází kyslík nosními dírkami na spojnici mezi vrcholem zobáku a hlavou. Zde se zahřívá, zvlhčuje a filtruje. Masitá tkáň, která je obklopuje, se u některých druhů nazývá cere. Proud se poté přesune do nosní dutiny. Vdechovaný vzduch putuje dále dolů do průdušnice neboli průdušnice, která se rozděluje na dvě průdušky. Poté se rozvětvují do mnoha cest v každé plíci.
Většina tkáně tohoto orgánu je asi 1800 malých sousedních terciárních průdušek. Vedou k drobným vzduchovým kapilárám, které se proplétají s krevními cévami, kde dochází k výměně plynů. Proud vzduchu nejde přímo do plic. Místo toho následuje do kaudálních vaků. Malé množství prochází ocasními formacemi přes průdušky,které se zase dělí na menší kapiláry v průměru. Když se pták nadechne podruhé, kyslík se přesune do lebečních vzduchových vaků a zpět ven přes píštěl do průdušnice přes hrtan. A nakonec přes nosní dutinu a ven z nosních dírek.
Komplexní systém
Dýchací systém ptáků se skládá ze spárovaných plic. Obsahují na povrchu statické struktury pro výměnu plynů. Pouze vzduchové vaky se roztahují a smršťují a nutí kyslík pohybovat se nehybnými plícemi. Vdechovaný vzduch zůstává v systému po dva kompletní cykly, než se zcela spotřebuje. Která část dýchacího systému ptáka je zodpovědná za výměnu plynů? Tuto důležitou roli hrají plíce. Zde vyčerpaný vzduch začíná opouštět tělo průdušnicí. Během prvního nádechu procházejí odpadní plyny do předních vzduchových vaků.
Nemohou okamžitě opustit tělo, protože během druhého dechu se čerstvý vzduch znovu dostane do zadních vaků a plic. Poté při druhém výdechu vytéká první proud ven tracheou a čerstvý kyslík ze zadních vaků se dostává do orgánů k výměně plynů. Struktura dýchacího systému ptáků má strukturu, která umožňuje vytvořit jednosměrný (jednostranný) příliv čerstvého vzduchu nad povrch probíhající výměny plynů v plicích. Navíc tam tento proud prochází jak při nádechu, tak při výdechu. Výsledkem je, že výměna kyslíku a oxidu uhličitého probíhá nepřetržitě.
Účinnost systému
Vlastnosti dýchacího systému ptáků vám umožňují získat množství kyslíku potřebné pro buňky těla. Velkou výhodou je jednosměrnost a struktura průdušek. Zde mají vzduchové kapiláry větší celkový povrch než např. u savců. Čím vyšší je toto číslo, tím více kyslíku a oxidu uhličitého může cirkulovat v krvi a tkáních, což zajišťuje efektivnější dýchání.
Struktura a anatomie vzduchových vaků
Pták má několik sad vzduchových nádrží, včetně kaudální ventrální a kaudální hrudní. Složení lebeční zahrnuje krční, klavikulární a kraniální hrudní vaky. K jejich smršťování nebo roztahování dochází, když se změní část těla, ve které jsou umístěny. Velikost dutiny je řízena pohybem svalů. Největší nádoba na vzduch se nachází uvnitř stěny pobřišnice a obklopuje orgány v ní umístěné. V aktivním stavu, například během letu, potřebuje pták více kyslíku. Schopnost stahovat a rozšiřovat tělesné dutiny umožňuje nejen rychle prohnat více vzduchu plícemi, ale také odlehčit váhu opeřeného tvora.
Během letu rychlý pohyb křídel vytváří atmosférické proudění, které plní vzduchové vaky. Břišní svaly jsou z velké části zodpovědné za proces v klidu. Dýchací systém ptáků se strukturálně i funkčně liší od systému savců. Ptáci mají plíce - malé, kompaktní houbovité struktury vytvořené mezi žebry na obou stranách páteře v hrudní dutině. Husté tkáně těchto okřídlených orgánů váží stejně jako tkáně savců stejné tělesné hmotnosti, ale zabírají pouze polovinu objemu. Zdraví jedinci mívají světle růžové plíce.
Zpěv
Funkce dýchacího systému ptáků se neomezují pouze na dýchání a okysličování tělesných buněk. Patří sem také zpěv, jehož prostřednictvím dochází ke komunikaci mezi jednotlivci. Pískání je zvuk produkovaný vokálním orgánem umístěným na základně výšky průdušnice. Stejně jako u hrtanu savců je produkován vibrací vzduchu proudícího orgánem. Tato zvláštní vlastnost umožňuje některým druhům ptáků produkovat extrémně složité vokalizace až po napodobování lidské řeči. Některé druhy písní mohou produkovat mnoho různých zvuků.
Fáze dechových cyklů
Vdechovaný vzduch prochází dvěma dýchacími cykly. Celkově se skládají ze čtyř stupňů. Série několika vzájemně souvisejících kroků maximalizuje kontakt čerstvého vzduchu s dýchacím povrchem plic. Postup je následující:
- Většina vzduchu vdechovaného během prvního kroku prochází primárními průduškami do zadních vzduchových laloků.
- Vdechovaný kyslík se přesouvá ze zadních vaků do plic. Zde probíhá výměna plynu.
- Až se pták příště nadechne, nasycenýproud kyslíku se přesouvá z plic do předních nádrží.
- Druhý výdech vytlačí vzduch obohacený oxidem uhličitým z předních vaků přes průdušky a průdušnici zpět do atmosféry.
Vysoká spotřeba kyslíku
Vzhledem k vysoké rychlosti metabolismu potřebného k letu je vždy vysoká potřeba kyslíku. Když podrobně zvážíme, jaký druh dýchacího systému mají ptáci, můžeme dojít k závěru: vlastnosti jeho zařízení docela pomáhají uspokojit tuto potřebu. Přestože ptáci mají plíce, většinou se spoléhají na ventilaci vzduchových vaků, které tvoří 15 % jejich celkového objemu těla. Jejich stěny zároveň nemají dobré prokrvení, proto nehrají přímou roli při výměně plynů. Fungují jako prostředníci při pohybu vzduchu dýchacím systémem.
Okřídlené nemají bránici. Proto namísto pravidelné expanze a kontrakce dýchacích orgánů, jak je pozorováno u savců, je aktivní fází u ptáků výdech, který vyžaduje svalovou kontrakci. Existují různé teorie o tom, jak ptáci dýchají. Mnoho vědců tento proces stále studuje. Strukturní rysy dýchacího systému ptáků a savců se ne vždy shodují. Tyto rozdíly umožňují našim okřídleným bratřím potřebné úpravy pro létání a zpěv. Je to také nezbytná adaptace k udržení vysoké rychlosti metabolismu pro všechny létající tvory.
