ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ Αναπνοή Τα αναπνευστικά αέρια Διάχυση Αναπνευστικά συστήματα Υδρόβια ασπόνδυλα Υδρόβια Σπονδυλωτά Ρύθμιση της αναπνοής στα υδρόβια.

Παρουσίαση με θέμα: "ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ Αναπνοή Τα αναπνευστικά αέρια Διάχυση Αναπνευστικά συστήματα Υδρόβια ασπόνδυλα Υδρόβια Σπονδυλωτά Ρύθμιση της αναπνοής στα υδρόβια."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΖΩΩΝ Αναπνοή Τα αναπνευστικά αέρια Διάχυση Αναπνευστικά συστήματα Υδρόβια ασπόνδυλα Υδρόβια Σπονδυλωτά Ρύθμιση της αναπνοής στα υδρόβια ασπόνδυλα Αναπνοή στον αέρα Ψάρια που αναπνέουν στον αέρα Συστήματα - μηχανισμοί Αναπνοή με πνεύμονες Ασπόνδυλα Έλεγχος Κατάδυση Επίδραση υψομέτρου Πατήστε Esc για να εγκαταλείψτε Διάλεξη: 19 η -21 η /7&11/4-2016 Ε. Δ. Βαλάκος

2 Αναπνευστικά αέρια Αναπνοή Το Ο 2 και το C Ο 2 είναι τα κύρια αέρια που συνδέονται με τη διαδικασία της αναπνοής Τρεις εξελικτικές τάσεις οδήγησαν στον σχηματισμό των αναπνευστικών περιοχών Υψηλός μεταβολισμός Περιορισμός της διαθέσιμης επιφάνειας για τη διαδικασία της αναπνοής Μετάβαση από το νερό στη ξηρά Η διαμόρφωση των αναπνευστικών επιφανειών ήταν το πρώτο βήμα …

3 Σύνθεση του αέρα Αναπνοή Το Οξυγόνο το Άζωτο και το Διοξείδιο του Άνθρακα συμμετέχουν κατά κύριο λόγο στη σημερινή σύνθεση του αέρα

4 Νόμοι των αερίων Αναπνοή Νόμος του Gay Lussac PV=n RK P= πίεση, n= αριθμός μορίων, R= παγκόσμια σταθερά αερίων Πίεση στην επιφάνεια της θάλασσας 101 kPa=1 atm=769 Torr=1032 bars Νόμος του Dalton Η μερική πίεση ενός αερίου είναι ανεξάρτητη της παρουσίας των άλλων αερίων και καθορίζεtai από το κλάσμα συμμετοχής του αεριου στο μίγμα και την συνολική πίεση pO 2 =FO 2 P b pCO 2 =FCO 2 P b pN 2 =FN 2 P b

5 Νόμοι των αερίων Αναπνοή Η πίεση του αέρα μεταβάλλεται με το υψόμετρο τη θερμοκρασία αλλά και την υγρασία του αέρα

6 Διαλυμένα αέρια στο νερό Αναπνοή Η μοριακή συγκέντρωση ενός αερίου στο νερό εκφράζεται από τον νόμο του Henry [A]= pAα Α [Α]= η μοριακή συγκέντρωση του αερίου Α moles/L, pA= η μερική πίεση του Α (kPa),α Α = ο συντελεστής διαλυτότητας του Α (moles/L kPa) C

7

8 Διάχυση Αναπνοή Διάχυση είναι η μεταφορά των αερίων από μία περιοχή στην άλλη εξαιτίας της τυχαίας θερμικής κίνησης V ’ = -(C 1 -C 2 ) DA/x V ’ = όγκος του αερίου που διαχέεται στην μονάδα του χρόνου (ml STP. Min -1 ), A= η επιφάνεια της ανταλλαγής (m 2 ), x= το πάχος της επιφάνειας της ανταλλαγής ( m), C 1 &C 2 =η συγκέντρωση του αερίου εκατέρωθέν της επιφάνειας αλλαγής,D= η σταθερά διάχυσης ( cm 2 sec -1 } ( Σταθερά του Fick) H D εξαρτάται απο την φύση του αερίου, τον διαλύτη και την θερμοκρασία.

9

10 Διάχυση Αναπνοή H σταθερά διάχυσης του Krogh Κ ( nmole/cm kPa sec) είναι μια άλλη μορφή της D. Επιτρέπει τον υπολογισμό της ροής σε μία κλίση πιέσεων παρά σε κλίση συγκεντρώσεων Κ=βD Το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται περισσότερο στο νερό από το Ο2 σε ισοδύναμη κλίση πίεσης γιατί είναι περισσότερο διαλυτό στο νερό αCO 2 / αO 2 = 251/10.6. Η D είναι αντιστρόφως της τετραγωνικής ρίζας του Μ.Β. του αερίου DCO 2 / DO 2 = √ 32/44.Οπότε ΚCO2/ ΚO2= (23.6).(0.85)= 20.1

11 Περιορισμοί στην διάχυση Αναπνοή Η διάχυση είναι δυνατόν να καλύψει τις ανάγκες των οργανισμών σε οξυγόνο μόνο όταν έχουν πολύ μικρό μέγεθος ( <1 mm). Η αύξηση του μεγέθους των οργανισμών είχε σαν αποτέλεσμα την ύπαρξη αναπνευστικών επιφανειών μεγάλου μεγέθους και μικρού πάχους ώστε τα αέρια να διαχέονται σύμφωνα με τους νόμους της διάχυσης

12 Αναπνευστικά συστήματα Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης των οργανισμών ένα πλήθος από μηχανισμούς και κατασκευές έχουν αναπτυχθεί για την αποτελεσματικότερη ανταλλαγή των αερίων μεταξύ των ζώων και του περιβάλλοντος μέσου Αναπνοή

13 Αναπνευστικά συστήματα Αναπνοή Στην ανταλλαγή των αερίων υπάρχουν 3 πρότυπα ανταλλαγής των αερίων με τα υγρά του σώματος. Οι ανταλλάκτες αντιρροής και σ ’ αυτή την περίπτωση παίζουν σημαντικό ρόλο. Στα πουλιά το σύστημα είναι πολύ ποιο πολύπλοκο και στηρίζεται στην δικτυωτή κυκλοφορία του αίματος μέσα στους πνεύμονες

14 Υδρόβια ασπόνδυλα Αναπνοή Οι σπόγγοι βασίζονται στην ανταλλαγή των αερίων είτε από την επιφάνεια του σώματος είτε από το τοίχωμα της πεπτικής οδού Οι Πλατυέμινθες έχουν δερμική αναπνοή διότι ευνοούνται από το πλατύ σώμα Οι περισσότεροι Δακτυλιοσκώληκες βασίζονται στην δερμική αναπνοή παρόλο που κάποιοι ολιγόχαιτοι και πολύχαιτοι έχουν βράγχια. Στους πολύχαιτους ένα καλό ανεπτυγμένο κυκλοφορικό σύστημα επιτρέπει την κυκλοφορία της αιμολέμφου στα βράγχια

15

16

17 Υδρόβια ασπόνδυλα Αναπνοή Τα μικρά καρκινοειδή χρησιμοποιούν την επιφάνεια του σώματος τους για την ανταλλαγή των αερίων αλλά τα μεγαλύτερα χρησιμοπoiούν διάφορα εξαρτήματα, συνήθως θωρακικά, σαν βράγχια. Αυτά τα βράχια μπορεί να είναι πλατιοί ή επιμήκεις σχηματισμοί με πολλές μεμβράνες Τα δεκάποδα έχουν μειωμένο αριθμό βραγχίων. Τα βραγχιά τους προστατεύονται από το κέλυφος, και σταθερή ροή του νερού πάνω στα βράγχια επιτυγχάνεται με ρυθμική κίνηση των Βραγχιοστεγιτών Η δομή των βραγχίων εξαρτάται από τον βιότοπο. Τα πιο χερσαία έχουν μειωμένη επιφάνεια βραγχίων

18

19 Υδρόβια ασπόνδυλα Αναπνοή Τα υδρόβια έντομα ή οι υδρόβιες αναπτυξιακές μορφές των εντόμων έχουν αναπτύξει τραχειακό σύστημα για υδρόβια αναπνοή Πολλές προνύμφες έχουν τραχειακά βράγχια για να αποσπούν το οξυγόνο από το νερό. Οι προνύμφες των εφημεροπτέρων έχουν τραχειακά βράγχια Σπειροειδή βράγχια έχουν αναπτυχθεί σε πολλά έντομα ή προνύμφες Μερικά έντομα έχουν σακκοειδή εξωτερικά βράγχια που γεμίζουν με αιμολέμφο

20 Υδρόβια ασπόνδυλα Αναπνοή Οι αναπνευστικές επιφάνειες των Εχινoδέρμων είναι εξωτερικοί σχηματισμοί του τοιχώματος του σώματος οι οποίες εκτείνονται μέσα στο νερό Μερικά Ολοθούρια έχουν εσωτερικά βράγχια Σε μερικούς αχινούς τα ραχιαία πόδια συμμετέχουν στην αναπνοή

21 Υδρόβια σπονδυλωτά Αναπνοή Αναπνοή μέσω του δέρματος Αρκετά ψάρια αμφίβια ανταλλάσσουν ένα σημαντικό ποσό αερίων μέσω του δέρματος Η κατανάλωση οξυγόνου μέσω του δέρματος είναι συνάρτηση του μεγέθους Πολλά αμφίβια αυξάνουν την επιφάνεια του σώματος με αναδιπλώσεις του δέρματος ή χρησιμοποιούν κινήσεις του σώματος μπρος-πίσω για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα της ανταλλαγής Μερικά σπονδυλωτά έχουν εξωτερικά νηματοειδή βράγχια. Επίσης η εμφάνιση αγγειακών “ τριχών ” στα πόδια και στα πλευρά κάποιων βατράχων βοηθούν στην δερμική αναπνοή

22

23 Υδρόβια σπονδυλωτά Αναπνοή Αναπνοή μεμβρανώδη βράγχια Στην πλειοψηφία των ψαριών η ανταλλαγή των αερίων γίνεται μέσω μεμβρανωδών βραγχίων Στους κυκλόστομους τα βράγχια βρίσκονται στους βραγχιακούς σάκκους οι οποίοι είναι επεκτάσεις του φάρυγγα Στα υπόλοιπα ψάρια η αναπνοή γίνεται μέσω των βραχιακών ελασματων των βραγχιακών φύλων. Η επιφάνεια των βραγχιακών ελλασμάτων είναι συνάρτηση του μεγέθους και της διαβίωσης των ζώων, ενώ η ανταλλαγή των αερίων γίνεται με ανταλλάκτη αντιρροής

24

25 Αναπνοή με μεμβρανώδη βράγχια Αναπνοή Ο αερισμός των βραγχίων γίνεται με τις αντλίες του στόματος και της βραγχιακής κοιλότητας Μερικά ψάρια όμως χρησιμοποιούν την ταχύτητα για να αερίσουν τα βράγχιά τους. Ετσι η ενέργεια των μυών που χρησιμοποιούνται για τον αερισμό μέσω των αντλιών του στόματος αντικαθίσταται από την ενέργεια των μυών που κινούν το σώμα. Ο παραπάνω τρόπος αερισμού χρησιμοποιείται όταν τα ψάρια κινούνται με μεγάλες ταχύτητες

26

27 Αναπνοή με μεμβρανώδη βράγχια Αναπνοή Αποδοτικότητα της εξαγωγής του Οξυγόνου Ε=100 (P i O 2 -P e O 2 )/ P i O 2 P i O 2 =πίεση στο ρεύμα εισόδου, P e O 2 =πίεση στο ρεύμα εξόδου Η αποδοτικότητα κυμαίνεται από 20%-60% και το εύρος τιμών είναι το ίδιο με τα ασπόνδυλα Αντίσταση των βραγχίων ( Εξίσωση Poiseuille) V w =2,1ΔPd 3 b/nl =ΔΡ/R Vw= η ροή (ml/sec) ΔP= κλίση πίεσης, d Πλάτος, b : ύψος, l: μήκος του σωλήνα, n= ιξώδες R=0.48nl /d 3 b

28 Αναπνοή με μεμβρανώδη βράγχια Αναπνοή Τα δραστήρια ψάρια αναμένεται να έχουν μεγαλύτερη αντίσταση από τα λιγότερο δραστήρια αλλά αυτό δεν συμβαίνει στην πραγματικότητα Ο ανατομικά και φυσιολογικά νεκρός χώρος των βραγχίων παίζει σημαντικό ρόλο στην ανταλλαγή των αερίων. Μείωση του φυσιολογικά νεκρού χώρου αυξάνει την αντίσταση των βραγχίων

29

30 Ρύθμιση της αναπνοής στους υδρόβιους οργανισμούς Τα αναπνευστικά συστήματα έχουν ένα σύστημα βηματοδοτών νευρώνων που προκαλούν τον βασικό αναπνευστικό κύκλο. Αυτό το σύστημα είτε βρίσκεται στο κεντρικό νευρικό σύστημα είτε στην περιφέρεια. Ένα σύστημα υποδοχέων “ αντιλαμβάνεται ” τις αλλαγές στο οξυγόνο είτε στο εισερχόμενο νερό είτε στο αίμα Η ρυθμική κίνηση των βλεφαρίδων ή των μαστιγίων είναι έμφυτη και αυτόματη. Ελεγχόμενη πολλές φορές νευρικά ή ορμονικά Στα ζώα που απαιτείται μυϊκή κίνηση υπάρχει πιο πολύπλοκο σύστημα ελέγχου. Είτε αυτό βρίσκεται στην νευρική χορδή ( Arenicola- Δακτυλιοσκώληκες) είτε στα υποφαρυγγικά γάγγλια ( Δεκάποδα) Αναπνοή

31 Ρύθμιση της αναπνοής στους υδρόβιους οργανισμούς Αναπνοή Στα σπονδυλωτά το κέντρο βρίσκεται στον προμήκη ή στο στέλεχος ενώ οι υποδοχείς στη στοματική ή βραγχιακή κοιλότητα, στις αρτηρίες ή φλέβες Διάφορα ερεθίσματα όπως μηχανικές εντάσεις, ωσμωτικές αλλαγές. χημικά ερεθίσματα,επηρεάζουν τον αναπνευστικό ρυθμό. Η θερμοκρασία έχει δύο σπουδαίες επιδράσεις στον αναπνευστικό ρυθμό. Αύξηση της θερμοκρασίας μειώνει το διαθέσιμο οξυγόνο του νερού αλλά αυξάνει τον μεταβολικό ρυθμό. Και τα δύο αυξάνουν τις αναπνευστικές απαιτήσεις. Η αύξηση της θερμοκρασίας του εγκεφάλου επηρεάζει επίσης τον αναπνευστικό ρυθμό

32

33 Αναπνοή στον αέρα Αναπνοή Η αναπνοή στον αέρα είναι πιο αποδοτική εξαιτίας των διαφορών στις ιδιότητες του από το νερό

34 Ψάρια που αναπνέουν αέρα Αναπνοή Πολλά ψάρια έχουν τη δυνατότητα να αναπνέουν αέρα όταν βρεθούν σε υποξικές συνθήκες Διάφορες αγγειώδεις επιφάνειες στη στοματική κοιλότητα, στον φάρυγγα βοηθούν στην αναπνοή

35 Ψάρια που αναπνέουν αέρα Αναπνοή

36 Ψάρια που αναπνέουν αέρα Αναπνοή Πνεύμονες - νυκτική κύστη Τα δύο όργανα προέρχονται από εκπτυχώσεις του πεπτικού σωλήνα Η νυκτική κύστη στην πλειοψηφία των περιπτώσεων κείται ραχιαία του πεπτικού σωλήνα ενώ οι πνεύμονες κοιλιακά. Η νυκτική κύστη είναι απλή οι πνεύμονες είναι διπλοί Φυλογενετικά ούτε πνεύμονες ούτε νυκτική κύστη υπάρχει στα άγναθα, στα ελασματοβράγχια και στους πλακόδερμους εκτός από την απολιθωμένη μορφή Bothriolepis του Δεβονίου. Η παρουσία 2 ασκοειδών σχηματισμών που έμοιαζαν με πνεύμονες που συνδεόταν με τον πεπτικό σωλήνα έδωσε μία ένδειξη για την προέλευση των πνευμό

37

38 Ψάρια που αναπνέουν αέρα Αναπνοή Η χρησιμοποίηση της νυκτικής κύστης σαν αναπνευστικό όργανο γίνεται κύρια σε περιόδους ανοξίας

39 Ψάρια που αναπνέουν αέρα Αναπνοή Στους Δίπνοους ένα μέρος της ανταλλαγής των αερίων γίνεται από τους πνεύμονες Η συμμετοχή των πνευμόνων στην ανταλλαγή των αερίων μπορεί να φτάσει μέχρι και 50% σε μερικά είδη ενώ σε κάποια είδη ( Αυστραλίας) είναι αμελητέα

40 Αναπνοή στον αέρα Αναπνοή Η μετάβαση στη ξηρά είχε σαν αποτέλεσμα την προσαρμογή του αναπνευστικού συστήματος στις νέες απαιτήσεις

41 Αναπνοή στον αέρα Αναπνοή Ενα μεγάλο μέρος της ανταλλαγής των αερίων στα ζώα της στεριάς γίνεται μέσω του δέρματος Η συμμετοχή του δέρματος στην ανταλλαγή των αερίων είναι μεγαλύτερη στις χαμηλότερες θερμοκρασίες. Η πυκνότητα των τριχοειδών στην πλάτη είναι σε πολλά αμφίβια υψηλή

42

43 Αναπνοή με πνεύμονες Αναπνοή Τα τετράποδα έχουν αεριζόμενους πνεύμονες που όσο πάμε προς τα ανώτερα τετράποδα γίνονται ποιό πολύπλοκοι και η αεριζόμενη επιφάνεια σε σχέση με το μέγεθος του σώματος αυξάνεται

44 Αναπνοή με πνεύμονες Αναπνοή Αμφίβια Τα αμφίβια αερίζουν τους πνεύμονές τους με θετική πίεση που αναπτύσσουν στην στοματική τους κοιλότητα

45 Αναπνοή με πνεύμονες Αναπνοή Ερπετά Στα πρωτόγονα ερπετά οι πνεύμονες μοιάζουν με αυτούς των αμφιβίων ενώ στα σύγχρονα είναι πιό διαμερισματοποιημένοι και έχουν τη μορφή σπόγγου. Το πίσω μέρος των πνευμόνων είναι λιγότερο διαμερισματοποιημένο Τα ερπετά αερίζουν τους πνεύμονες τους με αρνητική πνευμονική πίεση

46 Αναπνοή με πνεύμονες Αναπνοή Θηλαστικά Ο πνεύμονας των θηλαστικών είναι πολύ πιο διαμεριαματοποιημένος σε σχέση με τα ερπετά και οι αεραγωγοί διακλαδίζονται συνεχώς σχηματίζοντας τους χώρους ανταλλαγής των αερίων τις κυψελίδες. Ο αερισμός των πνευμόνων επιτυγχάνεται με την κίνηση του διαφράγματος και των μεσοπλεύριων μυών

47 Αναπνοή με πνεύμονες Αναπνοή Πτηνά Ο πνεύμονας των πουλιών είναι ο πιο εξειδικευμένος μορφολογικά και φυσιολογικά ανάμεσα στα σπονδυλωτά Το σύστημα αυτό συνδέεται με την πτήση; Νυχτερίδες Αύξηση της κατανάλωσης οξυγόνου μέσω της πτήσης; Μεταβολικός ρυθμός ίδιος με θηλαστικά Ελάττωση του βάρους; Όχι απόλυτα Διαφορετικοί όγκοι Διαφορετικός τρόπος κυκλοφορίας του αέρα

48 Πτηνά Αναπνοή Ο ρόλος των αεροφόρων σάκων δεν φαίνεται να σχετίζεται με την ανταλλαγή των αερίων. Απόφραξη της σύνδεσης των κοιλιακών σάκων με το υπόλοιπο αναπνευστικό σύστημα και διοχέτευση και εισπνοή μονοξειδίου του άνθρακα δεν είχε κανένα επιβαρυντικό αποτέλεσμα στο πτηνά Η κυκλοφορία του αέρα μέσω του αναπνευστικού συστήματος μπορεί να καταγραφεί αν παρακολουθήσουμε την πορεία του εισπνεόμενου αέρα που έχει όμως διαφορετική σύνθεση Η ανταλλαγή των αερίων μεταξύ αέρα και πνεύμονα στα πτηνά φαίνεται να γίνεται με τέτοιο σύστημα αντιρροής που επιτυγχάνει τη μέγιστη απορρόφηση του οξυγόνου

49

50 Αναπνοή στον αέρα Αναπνοή Ασπόνδυλα Στα χερσαία ασπόνδυλα της ξηράς υπάρχει μια τάση για απώλεια των βραγχίων και αντικατάσταση με πνεύμονες διάχυσης ή με τραχείες

51 Ασπόνδυλα Αναπνοή Στους δακτυλιοσκώληκες της ξηράς η αναπνοή γίνεται μέσω του δέρματος. Σε πολλές περιπτώσεις εξειδικευμένες περιοχές του σώματος είναι υπεύθυνες για την ανταλλαγή των αερίων Η δυνατότητα αναπνοής στον αέρα αναπτύχθηκε τουλάχιστον δύο φορές στα γαστερόποδα. Μία στα προσωβράγχια και μία στα πνευμονοφόρα Στα πρώτα η ανταλλαγή των αερίων γίνεται μέσω της επιφάνειας του μανδύα. Στα πνευμονοφόρα ο πνεύμονας δημιουργείται από συγχώνευση της μανδυακής κοιλότητας με το πίσω μέρος του ζώου ενώ η εισπνοή του αέρα γίνεται μέσω του πνευμονοστόματος Το αναπνευστικό σύστημα των ονυχοφόρων μοιάζει με αυτό των αρθροπόδων

52 Ασπόνδυλα Αναπνοή Στους δακτυλιοσκώληκες της ξηράς η αναπνοή γίνεται μέσω του δέρματος. Σε πολλές περιπτώσεις εξειδικευμένες περιοχές του σώματος είναι υπεύθυνες για την ανταλλαγή των αερίων Η δυνατότητα αναπνοής στον αέρα αναπτύχθηκε τουλάχιστον δύο φορές στα γαστερόποδα. Μία στα προσωβράγχια και μία στα πνευμονοφόρα Στα πρώτα η ανταλλαγή των αερίων γίνεται μέσω της επιφάνειας του μανδύα. Στα πνευμονοφόρα ο πνεύμονας δημιουργείται από συγχώνευση της μανδυακής κοιλότητας με το πίσω μέρος του ζώου ενώ η εισπνοή του αέρα γίνεται μέσω του πνευμονοστόματος Το αναπνευστικό σύστημα των ονυχοφόρων μοιάζει με αυτό των αρθροπόδων

53 Ασπόνδυλα Αναπνοή Πολλά ημιυδρόβια καρκινοειδή διατηρούν ελασματοειδή βράγχια για αναπνοή Το νερό διατηρείται στην βραγχιακή κοιλότητα και τα ελάσματα διατηρούνται στη θέση τους με χιτινώδη υποστηρίγματα Σε πολλά είδη ημιχερσοβίων καβουριών τα βράγχια υποπλάσονται αλλά η βραγχιακή κοιλότητα καλύπτεται με ένα αγγειώδες επικάλυμμα Σε μερικά είδη καβουριών στα πόδια αναπτύσσονται ειδικές περιοχές για την ανταλλαγή των αερίων Σε πολλά είδη χερσαίων ισοπόδων αναπτύσσονται εγκολπώσεις στα πλεοπόδια με πολλούς σωλήνες που μοιάζουν με τραχείες

54

55 Ασπόνδυλα Αναπνοή Τα Ξιφόουρα αναπνέουν με φυλλοειδή βράγχια. Τα υπόλοιπα χηλικεραιωτά αναπνέουν είτε μέσω φυλλοειδών πνευμόνων ( τα πιο πρωτόγονα) είτε μέσω τραχειών Μερικά είδη διατηρούν και τους δύο τύπους ανταλλαγής αερίων. Οι σκορπιοί αναπνέουν μόνο με πνεύμονες. Οι ψευδοσκορπιοί, τα γαλεώδη και τα ακάρεα αναπνέουν με τραχείες. Οι αράχνες έχουν και τους δύο τρόπους. Μερικά είδη έχουν 0-2 ζευγάρια πνευμόνων, μερικά έχουν κοσκινοειδείς τραχείες και μερικά σωληνοειδείς τρα Οι φυλλοειδείς πνεύμονες πρέπει να προήλθαν από τα φυλλοειδή βράγχια. Ενώ οι τραχείες προήλθαν από τους πνεύμονες

56

57 Ασπόνδυλα Αναπνοή Εντομα- Μυριάποδα Αναπνοή με τραχείες Ουσιαστικά το τραχειακό σύστημα των περισσοτέρων εντόμων είναι μια σειρά από διακλαδιζόμενους σωλήνες δια μέσω των οποίων τα αέρια της αναπνοής διαχέονται από τον αέρα στα κύτταρα μέσω των τραχειολίων που καταλήγουν σ ’ αυτά Βασικό μειονέκτημα του συστήματος είναι ο περιορισμός του μεγέθους του ζώου Τα στίγματα των εντόμων έχουν την δυνατότητα να ανοιγοκλείνουν “ εκουσίως ” επιτρέποντας αφενός την ανταλλαγή των αερίων και αφετέρου την ελάττωση των απωλειών νερού. Η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα είναι ο παράγοντας που καθορίζει το άνοιγμα και το κλείσιμο των στιγμάτων

58 Εντομα - Μυριάποδα Αναπνοή Η ασυνεχής αναπνοή που αναπτύσσουν μερικά έντομα που εξαπλώνονται σε ξηρές περιοχές ελαττώνει τις απώλειες νερού Η οξυγόνωση των μυών γίνεται ανάλογα με τον ρόλο τους

59 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΑΠΝΟΗΣ ΣΤΑ ΧΕΡΣΑΙΑ ΖΩΑ Αναπνοή Στα χερσαία ζώα το CO 2 είναι ο κύριος διεγέρτης της αναπνοής Το αναπνευστικό κέντρο βρίσκεται στον προμήκη μυελό. Το αναπνευστικό κέντρο λαμβάνει μηνύματα από πολλούς κεντρικούς και περιφερειακούς νευρώνες αλλά είναι βασικά υπεύθυνο για τον αναπνευστικό ρυθμό. Υπάρχουν δύο ομάδες νευρώνων της εισπνοής και της εκπνοής. Οι πρώτοι είναι πιο κεντρικοί. Οι νευρώνες της εισπνοής νευρώνουν τους εισπνευστικούς μύες. Οι νευρώνες των δύο ομάδων έχουν αντίθετη δράση μεταξύ τους. Δύο άλλα κέντρα είναι το απνευστικό ( διεγείρει τους εισπνευστικούς νευρώνες) και το πνευμοταξικό (διεγείρει τους εκπνευστικούς νευρώνες). Πολλά άλλα κέντρα επηρεάζουν την δράση του αναπνευστικού κέντρου πχ, ο υποθάλαμος

60 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΑΠΝΟΗΣ ΣΤΑ ΧΕΡΣΑΙΑ ΖΩΑ Αναπνοή Στα ψάρια που αναπνέουν με πνεύμονες η υπερκαπνία ή η υποξια έχουν διαφορετικά αποτελέσματα ανάλογα αν συμβαίνει στον αέρα ή στο νερό Οι υποδοχείς του CO2 βρίσκονται στην κρανιακή κοιλότητα ενώ οι υποδοχείς του οξυγόνου στις προσαγωγές βραγχιακές αρτηρίες. Τα αμφίβια έχουν αορτικούς χημειοϋποδοχείς υπεύθυνους για υπερκαπνία και υποξία αλά δεν έχουν υποδοχείς CO2 στους πνεύμονες. Σε μερικά αμφίβια και τα δύο αέρια μπορεί να είναι υπεύθυνα για την αναπνοή

61

62 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΑΠΝΟΗΣ ΣΤΑ ΧΕΡΣΑΙΑ ΖΩΑ Αναπνοή Τα ερπετά δεν έχουν αορτικούς και καροτιδικούς υποδοχείς αλλά έχουν υποδοχείς στην αναπνευστική οδό. Ανάλογα με τα είδη και τα δύο αέρια ενεργοποιούν τη ρύθμιση της αναπνοής Ο αερισμός στα πτηνά φαίνεται να διεγείρεται από την υπερκαπνία. Υπάρχουν καροτιδικοί και αορτικοί υποδοχείς και υποδοχείς CO2 στην αναπνευστική οδό που διεγείρονται σε χαμηλές πιέσεις

63 Αναπνοή Στα θηλαστικά υπάρχουν δύο ειδών χημειοϋποδοχείς 1.Περιφερειακοί καροτιδικοί και αορτικοί και 2.Κεντρικοί που βρίσκονται νωτιαία του Α.Κ. κοντά στην 4η κοιλία. Οι περιφερειακοί ανταποκρίνονται σε αλλαγές του CO2, O2, pH. Ενώ οι κεντρικοί στο pH του ΕΓΥ και του O2. Ο αερισμός των πνευμόνων ρυθμίζεται στα θηλαστικά με την αλληλεπίδραση των παραπάνω υποδοχέων με το CO2 να είναι ο κύριος διεγέρτης

64 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΑΠΝΟΗΣ ΣΤΑ ΧΕΡΣΑΙΑ ΖΩΑ Αναπνοή Στα χερσαία καβούρια το CO2 είναι ο κύριος διεγέρτης της αναπνοής Τα έντομα έχουν ποιο πολύπλοκο σύστημα. Τα γάγγλια της κοιλιακής νευρικής χορδής παίζουν σημαντικό ρόλο. Η συγχρονισμένη δραστηριότητα των νεύρων συγχρονίζει το άνοιγμα των στιγμάτων

65 65 Αναπνευστικές χρωστικές Πρόβλημα: Η μεταφορά οξυγόνου Λύση; Διαλυμένο σε υγρό (αίμα) Πραγματική Λύση: Χρωστικές του αίματος Αιμοσφαιρίνες Μεγάλη ικανότητα μεταφοράς

66 66 Καμπύλη Κορεσμού Παράγοντες που επηρεάζουν Θερμοκρασία Σύνδεση με μεταβολικό ρυθμό; Με αιματοκρίτη σε κρύες θάλασσες; pH & CO 2 Καθολική μετατόπιση προς τα δεξιά. Φαινόμενα Bohr & Root Νυκτική κύστη: Ο απίθανος «φυσικός»

67 67

68 Κατάδυση Αναπνοή Πολλά ερπετά, πτηνά και θηλαστικά έχουν τη δυνατότητα να καταδύονται

69 Κατάδυση Αναπνοή Η υδροστατική πίεση αυξάνεται 1 atm ανά 10 m Το ποσό των αερίων που είναι διαλυμένα στα υγρά του σώματος αυξάνεται Προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι δύτες και οι «δύτες» ζώα Διαθεσιμότητα οξυγόνου Αλλά και.. Ασθένεια των ΔυτώνΤοξικότητα οξυγόνου Νάρκωση από τα διαλυμένα αέρια Υψηλή πίεση

70 Κατάδυση Αναπνοή 600 m 60 min 1134 m 120 min 2250 m 1000 m 40 m

71 Ασθένεια των Δυτών ( Caisson, αεροεμβολισμός) Αναπνοή Αυξημένη διαλυτότητα του αζώτου στα υγρά και το λίπος του σώματος Συμπίεση πνευμόνων στα Θηλαστικά Αποβολή του αζώτου από το δέρμα και παράκαμψη των πνευμόνων στα φίδια

72 Άλλες παρενέργειες Αναπνοή Τοξικότητα οξυγόνου Για τον άνθρωπο μείωση του παρεχόμενου οξυγόνου Φαινόμενα Νάρκωσης Για τον άνθρωπο αλλαγή του μείγματος Τι γίνεται με τα ζώα και γιατί;

73 Εξασφάλιση οξυγόνου Τα ζώα έχουν πολλές λύσεις για να εξασφαλίζουν οξυγόνο Αναπνοή

74 Αποθήκευση οξυγόνου Αναπνοή Αύξηση του όγκου των πνευμόνων; Άλλες πηγές Ποσό οξυγόνου στο αίμα Φέρουσα χωρητικότητα Αυξημένα ερυθρά αιμοσφαίρια Μυοσφαιρίνη αυξημένη Αλλά για τη φώκια το αποθηκευμένο οξυγόνου αρκεί μόνο για 5 min

75 Αλλαγές στο κυκλοφορικό Πτώση του καρδιακού ρυθμού ( αντανακλαστικό κατάδυσης) Φώκιες, φάλαινες, ιπποπόταμος …αλλά και θαλάσσια φίδια, αλιγάτορα και …. ψάρια Αλλαγές στην αιμάτωση των οργάνων Αναερόβιος μεταβολισμός Δερματική πρωκτική(;) αναπνοή Πτώση του μεταβολικού ρυθμού Στα θαλάσσια φίδια το 1/3 του οξυγόνου και το 90% του διοξειδίου του άνθρακα μέσω του δέρματος Αναπνοή

76 Κατάδυση στα έντομα Αναπνοή Κατάδυση με «παροχή» αέρα

77 Επίδραση του υψόμετρου Αναπνοή Το υψόμετρο επηρεάζει σημαντικά τη φυσιολογία των ζώων λόγω της αλλαγής της μερικής πίεσης Όλα τα ζώα έχουν περιορισμούς στην υψομετρική τους κατανομή Ο εγκλιματισμός παίζει σημαντικό ρόλο Αλλαγές στον ρυθμό αναπνοής, αύξηση της δράσης της ερυθροποιητίνης κ.λ.π. Ανθρωποι που ζούν σε υψόμετρο έχουν πιο πυκνές κυψελίδες, και αγγεία τα οποία δημιουργούνται κατά την αναπτυξή τους. Μεγαλύτερες καρδιακές κοιλίες και περισσότερα μιτοχόνδρια στους μύς Καμπύλη κορεσμού στο λάμα

78