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呼吸系统

动物体与环境之间进行气体交换的器官系统。水栖动物主要的呼吸器官有鳃,陆栖动物主要是肺及呼吸道,后者包括鼻腔、咽、喉和气管等,鸟类还具有特殊的气囊。除主要进行呼吸作用外,喉还具有发声作用,气囊更具有多种功能(见肺)。无脊椎动物的呼吸器官低等水生无脊椎动物和营寄生生活的吸虫、绦虫、线虫等没有专门的呼吸器官,前者以体表及消化道内膜进行气体交换,后者营无氧呼吸。高等水生无脊椎动物专门的呼吸器官是鳃。一般陆生无脊椎动物的呼吸器官是气管系统。鳃有多种形式。如水栖寡毛类的鳃,常呈丝状或叶状,从身体前端或后端的体表伸出;软体动物的鳃位于外套腔内,不直接与外界接触,鳃轴两侧各有一排丝状或叶状的鳃片,上面密生纤毛,内含丰富的毛细血管,血液与外套腔内的水进行气体交换;高等甲壳类在附肢基部或其附近体壁形成鳃,鳃轴中有入鳃血管和出鳃血管,轴两侧的鳃丝中有丰富的毛细血管网,鳃位于鳃腔内,颚片不断摆动,水流从背部的后缘和足间进入鳃腔,从鳃腔前端流出,鳃内血液与水进行气体交换;海星类的皮鳃是体表薄膜状的小突起,内部中空与体腔相通,它和足的表面与水进行气体交换。气管系统昆虫的气管系统(图1)由身体两侧的表皮和外骨骼内陷

动物体与环境之间进行气体交换的器官系统。水栖动物主要的呼吸器官有鳃,陆栖动物主要是肺及呼吸道,后者包括鼻腔、咽、喉和气管等,鸟类还具有特殊的气囊。除主要进行呼吸作用外,喉还具有发声作用,气囊更具有多种功能(见)。

无脊椎动物的呼吸器官

低等水生无脊椎动物和营寄生生活的吸虫、绦虫、线虫等没有专门的呼吸器官,前者以体表及消化道内膜进行气体交换,后者营无氧呼吸。高等水生无脊椎动物专门的呼吸器官是鳃。一般陆生无脊椎动物的呼吸器官是气管系统。

有多种形式。如水栖寡毛类的鳃,常呈丝状或叶状,从身体前端或后端的体表伸出;软体动物的鳃位于外套腔内,不直接与外界接触,鳃轴两侧各有一排丝状或叶状的鳃片,上面密生纤毛,内含丰富的毛细血管,血液与外套腔内的水进行气体交换;高等甲壳类在附肢基部或其附近体壁形成鳃,鳃轴中有入鳃血管和出鳃血管,轴两侧的鳃丝中有丰富的毛细血管网,鳃位于鳃腔内,颚片不断摆动,水流从背部的后缘和足间进入鳃腔,从鳃腔前端流出,鳃内血液与水进行气体交换;海星类的皮鳃是体表薄膜状的小突起,内部中空与体腔相通,它和足的表面与水进行气体交换。

气管系统

昆虫的气管系统(图1)由身体两侧的表皮和外骨骼内陷形成,包括气门和气管。气门是气管的开口,控制空气的流入;气管由气门通入体内,在体壁形成左、右气管纵干,有横气管相连,由此向身体各部发出很多分支。气管愈分愈细,至微气管伸入掌状的管顶细胞,在胞体及胞突内再分支成更细的盲端微气管,抵达组织或细胞,在接触面上进行气体交换,气管壁的结构与体壁相同,但层次内外相反。内表面为角化表皮,以内褶或增厚形成的螺旋丝加固气管壁,防止气管塌陷。蝗虫和蜜蜂等飞翔力强的昆虫,在气管干上形成气囊,受肌肉舒缩的压力变化而促进通风。

图1 昆虫的气管系统

此外,陆生蜗牛的外套膜内壁密布血管网,如肺一样进行气体交换;蝎目和蛛形纲则有很多薄膜状鳃片重迭排列形成的书肺作为呼吸器官。

脊椎动物的呼吸器官

主要有鳃(水栖动物)、肺及呼吸道(陆栖动物)等。肺鱼和总鳍鱼的鳔还具有肺的功能。此外,尚有一些辅助呼吸器官。

由咽部侧壁发生。在胚胎期,咽侧壁内胚层形成成对的鳃囊向外侧伸展,其相应的外胚层内陷形成鳃沟,两者穿通形成鳃裂。前后鳃裂之间的实体为鳃间隔,内缘有软骨质的鳃弓支持。鳃间隔前后两侧发生无数鳃丝,排列组成鳃瓣,每一鳃丝两侧又生出许多细小的鳃小片,是进行气体交换的部位。圆口类的鳃丝密布于鳃囊内壁,每一鳃囊以内鳃孔与咽相通;以外鳃孔与体外相通。软骨鱼的鳃间隔发达,两侧着生鳃丝,鳃裂开口于体表,被鳃间隔和皮肤相延续形成的皮褶覆盖。硬骨鱼的鳃间隔退化或消失,鳃丝着生于鳃弓上;整个鳃外覆有宽广的鳃盖,形成鳃腔,并以弧形缝状的鳃盖裂开口于体表。鳃进行呼吸要有大量水流通过,水的吸入和排出主要依靠上下颌和鳃部肌肉的活动,一般是水流从口进入咽腔,经鳃部进行气体交换,再由鳃裂或鳃盖裂排出。

肺与呼吸道

由胚胎期咽后端腹侧的内胚层分化发育而来。起先为一盲管,沿食管腹面向后延伸。以后前部演变为喉,中部形成气管,末端膨大分支形成左、右肺。水生有尾两栖类成体,保留三对外鳃,以鳃呼吸及皮肤呼吸为主,肺的结构非常简单(图2),一般为两个细长的囊,内壁平滑或稍显皱褶。以陆栖为主或水陆两栖的无尾类,以肺呼吸为主,皮肤呼吸为辅;肺呈椭圆形的薄壁盲囊,内壁形成许多复杂的漏斗状皱褶。蛙的呈蜂窝状,以增加与空气接触的面积。无尾两栖类的呼吸道极短,喉与气管分化不全,称喉气管室。有尾两栖类具有一定长度的气管。两栖类不具胸廓,以一种特殊的口咽运动进行吞气式呼吸。爬行类的肺虽呈囊状,但较两栖类的结构有很大发展。一般左右成对,有些种类为前后排列,或一侧不发达甚至退化,如某些蛇类,左肺大都退化或缺如;肺内表面由许多分叉的隔分成蜂窝状小室,与细支气管相连,使整个肺呈海绵状;避役肺的后端伸出一些薄壁的气囊,与鸟类的气囊相似。爬行类的喉多数不能发声,气管进一步加长,有不完全的软骨环支持,分支成左、右支气管入肺。爬行类已有胸廓,虽然有时也进行吞气式呼吸,但主要是利用肋骨的运动使胸腹腔扩大和缩小,进行吸气式呼吸。鸟类由于飞翔的原因,其新陈代谢率较高,耗氧量较大,因而肺的结构进一步复杂化(见鸟纲),左右肺呈海绵状,紧贴于胸廓背壁肋骨之间,体积不大,不分叶,弹性较小;支气管入肺后延伸分支为初级、次级和三级支气管,三级支气管及其周围的呼吸毛细管组成肺小叶,呼吸毛细管是进行气体交换的场所,在初级支气管和部分次级支气管的末端,向肺外膨出形成薄壁膜质的气囊,扩展于体内(见)。鸟类的喉不发达,无声带;气管很长有完整的半骨化的软骨环支持,有的气管盘绕在胸骨内面或下面如鹤、鹅等;在气管与左、右支气管交界处有鸣管,是鸟类特殊的发声器。鸟类在平时借肋间肌和腹肌的作用改变胸廓容量进行呼吸,飞翔时胸廓稳定,则依靠气囊辅助呼吸,呼吸方式为双重呼吸(见肺呼吸)。

哺乳动物的肺最为完善,气体交换率极高。肺体积大,几乎占据整个胸廓,呈海绵状,具有弹性。多数动物呈分叶状,鲸类、海牛类、长鼻类、奇蹄类和蹄兔类等不分叶。肺实质由一再分支的支气管树和具呼吸性的分支管泡状结构组成,肺泡为哺乳动物所特有,是进行气体交换的场所。喉具有哺乳类特有的会厌软骨,其表面被覆粘膜,两者构成会厌,呈叶片状,基部固定,尖端游离并向舌根翻转,当吞咽时,能将喉口关闭而防止食物误入喉内。喉腔内侧壁有一对粘膜褶,称声带,是喉的发声器官。鲸类的喉向前延伸入鼻咽部,当鼻孔喷水时,喉可吸入空气。除鲸类和海牛类的气管较短外,其他哺乳类的气管较长。哺乳动物的呼吸运动由肋骨的位移和膈的升降以改变胸腔的容积来实现。

图2 各种脊椎动物的肺

肺鱼的鳔与陆生脊椎动物的肺相似,也发生于咽后方腹侧壁。鳔内有许多小气室,并从气室伸出许多肺泡囊,像肺一样用以进行气体交换。

辅助呼吸器官

鲶鱼、弹涂鱼、肺鱼、黄鳝和两栖类等皮肤内有丰富的血管,能进行呼吸。黄鳝的咽腔、泥鳅的肠管、攀鲈的鳃上器以及水栖龟鳖类泄殖腔伸出的副膀胱(见泌尿系统)等均分布有丰富的毛细血管,也都是辅助呼吸器官。