1 Các kiểu hô hấp của động vật PHẦN MỞ ĐẦU Cơ thể có thể hoạt động bình thường khi được cung cấp đầy đủ năng lượng. Năng lượng của cơ thể phần lớn được cung cấp do quá trình ôxy hoá (hô hấp) các chất hữu cơ trong nội bộ tế bào của cơ thể tạo nên. Bởi vậy, hô hấp rất cần thiết cho các hoạt động khác nhau trong cơ thể các động vật. Quá trình hô hấp cần O 2 tự do trong không khí hoặc hoà tan trong nước. Sự tiến hoá của hệ hô hấp bắt đầu từ dạng đơn giản, thu nhận O 2 qua bề mặt cơ thể tiến tới có cơ quan chuyên hoá như mang (động vật ở nước) hoặc ống khí, phổi, túi khí (động vật ở cạn) và hoàn thiện dần động tác hô hấp giúp động vật ngày càng thích nghi với môi trường sống. PHẦN NỘI DUNG GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 2 Các kiểu hô hấp của động vật I. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA HỆ HÔ HẤP Trong quá trình phát triển chủng loại, hô hấp có hai hình thức phổ biến: + Hô hấp trực tiếp: nhận O 2 và thải khí CO 2 qua toàn bộ bề mặt cơ thể, như ở động vật nguyên sinh và động vật đa bào thấp. + Hô hấp gián tiếp: - Hô hấp bằng con đường kỵ khí, nhờ vào O 2 được giải phóng trong quá trình phân giải chất hữu cơ. Đặc trưng cơ bản của động vật cư trú trong môi trường thiếu ôxy (trong bùn, ký sinh trong ruột, sống trong môi trường bị thối rữa…). - Cơ thể tiếp nhận O 2 trong không khí và thải khí CO 2 ra ngoài qua cơ quan hô hấp, đây là hình thức đặc trưng của động vật đa bào. Cơ quan hô hấp phát triển dần từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp, đồng thời phụ thuộc và thích nghi với môi trường sống. Hình 1. Các kiểu trao đổi khí ở động vật (theo Raven) a) Khuyếch tán khí qua màng tế bào; b) Trao đổ khí qua da của ếch; c) Trao đổi khí qua mấu lồi da của Da gai; d) Trao đổi khí qua ống khí; e) Qua mang ở cá; f) Qua phổi ở động vật có vú GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 3 Các kiểu hô hấp của động vật Các động động vật nguyên sinh và động vật đa bào thấp hô hấp qua toàn bộ bề mặt cơ thể bằng con đường khuếch tán. Đối với những động vật này, tỷ lệ bề mặt cơ thể với thể tích khá lớn và tốc độ khuếch tán của các khí qua bề mặt cơ thể không phải là nhân tố hạn chế cường độ hô hấp. Ví dụ: các động vật thấp từ động vật nguyên sinh đến Giun tròn thì sự trao đổi khí thực hiện qua bề mặt cơ thể. Một số động vật này ký sinh trong môi trường không có hoặc có ít không khí thì quá trình dị hoá diễn ra theo kiểu lên men – ôxy hoá glycogen trong cơ thể để cung cấp năng lượng trong các hoạt động sống của nó. Chúng chưa có cơ quan hô hấp chuyên hoá. Tuy nhiên, ở các động vật đa bào cao, do chúng hoạt động nhiều, kích thước cơ thể lớn hơn, hô hấp qua bề mặt không đảm bảo, đòi hỏi phải hình thành cơ quan hô hấp là mang (động vật dưới nước) hoặc ống khí hay phổi (động vật trên cạn). Các cơ quan hô hấp này có nguồn gốc khác nhau, nhưng có nguyên tắc tổ chức giống nhau, song tuỳ mức độ phát triển mà có cấu tạo khác nhau về chi tiết. Nhìn chung, cơ quan hô hấp phải có thành mỏng để khuếch tán được dễ dàng và luôn luôn phải ẩm ướt để cho khí ở cả hai phía của màng được hoà tan trong nước. Ngoài ra còn cần có các thích khác để tạo điều kiện cho chất dịch chảy thấm ướt các tế bào. Như vậy ở động vật bậc cao, giữa hệ trao đổi khí và hệ vận chuyển trong có mối tương quan chức năng rất mật thiết. Hai môi trường sống chính có tác động trực tiếp đến sự phát triển cơ quan hô hấp và chức năng hô hấp của động vật là môi trường nước và môi trường trên cạn (trong đó gồm cả trên không). Ở môi trường nước, cơ quan hô hấp quan trọng là mang, còn ở môi trường trên cạn là khí quản và phổi (có một vài nhóm động vật tuy sống dưới nước nhưng vẫn thở bằng khí quản và phổi như cá heo ). GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 4 Các kiểu hô hấp của động vật II. CẤU TẠO CƠ QUAN HÔ HẤP 1. Cơ quan hô hấp ở nước 1.1 Hô hấp bằng mang của nhóm động vật không xương sống a. Mang sách Mang sách bao gồm các tấm xếp chồng lên nhau như những trang sách ở dưới phần bụng, chỉ gặp ở một nhóm nhỏ chân khớp cổ ở biển ( sam, so). b. Mang lá đối Mỗi mang gồm có nhiều tấm mang hình tam giác xếp thành hai dãy. Dãy tấm mang trong hướng về phía chân và dãy tấm mang ngoài hướng về phía vạt áo. Giữa các tấm mang cùng dãy và giữa phần gốc và phần ngọn của từng tấm mang có các cầu nối. Tấm mang của mang chính thức bao giờ cũng có các cầu nối dọc giữa các tấm mang cùng dãy và cầu nối ngang giữa phần gốc và phần ngọn của mỗi tấm. Ngọn của tấm mang còn có phần dính vào gốc mang hình thành khoang gốc mang ít nhiều phân biệt với khoang áo. Mang lá đối là cơ quan hô hấp đặc trưng ở Thân mềm, cấu tạo cũng có sự sai khác ít nhiều giữa các lớp. Ngoài chức năng hô hấp, mang còn vận chuyển và cuốn thức ăn về miệng. GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 5 Các kiểu hô hấp của động vật Hình 2. Cấu tạo mang lá đối của Chân rìu. 1. Trục mang 2. Gốc mang; 3. Lá mang; 4 Động mạch. c. Mang da Mang da là các phần lồi của da có chứa một phần thể xoang ở trong, thường ở trên cực đối miệng hay ở hai bên rãnh ống nước. Dưỡng khí thấm qua thành mang vào dịch thể xoang. Dịch này trong suốt và chứa nhiều tế bào amip. GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 6 Các kiểu hô hấp của động vật Hình 3. Cấu tạo mang da ở sao biển. 1.2 Hô hấp bằng mang của động vật có xương sống a. Mang ngoài Mang ngoài đặc trưng của động vật có xương sống ở nước chỉ tồn tại ở giai đoạn ấu trùng của lưỡng cư, lưỡng cư có đuôi và một vài loài cá nước ngọt (cá phổi, cá mang tấm). Mang ngoài phát triển rất sớm ở giai đoạn phôi. Chúng sinh ra từ những chồi biểu bì nằm ở hai bên đầu của cung mang. Mỗi chồi kéo dài rồi phân nhánh dạng lông chim ở hai bên. Mỗi mang có nhiều mao mạch phát ra từ cung động mạch cùng bên. Lớp biểu bì bao phủ lúc đầu có nguồn gốc ngoài bì dần dần bị thay thế bởi lớp biểu bì nội bì mỏng có các sợi mang nhỏ. Các sợi mang nhỏ cử động nhờ sự co rút của các sợ cơ vì vậy mà mang tiếp xúc với nguồn nước nhiều hơn. b. Mang túi cá miệng tròn Mang trong đặc trưng cho các nhóm động vật có xương sống còn lại. Hầu hết ở giai đoạn phôi của động vật có xương sống nhô ra giữa các cung GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 7 Các kiểu hô hấp của động vật tạng của sọ tạng thành các túi nội bì gọi là túi hầu hay túi tạng. Các túi mở ra bên ngoài thành các khe gọi là khe tạng. Ở cá và cá miệng tròn, cấu trúc này cho phép dòng nước đi từ ngoài vào đến miệng rồi đến hầu. Cấu trúc này hoạt động như cơ quan hô hấp nhờ sự phát triển của các tấm mỏng có mạch máu ở trên thành túi tạo thành mang ngoài được nâng đỡ bởi các cung mang. Các túi mang của cá miệng tròn có một túi mở vào bên trong ống hô hấp là lỗ mang trong và một ống mỡ ra bên ngoài là lỗ mang ngoài. Thành túi có khoảng 20 nếp ngang gọi là các lá mang, mỗi lá mang loại có các lá mang nhỏ với nhiều mạch máu là nơi thực hiện sự trao đổi khí. Mỗi túi mang được bao quanh bởi một lớp cơ dọc là cho túi mang cử động hút nước vào hoặc tống nước ra. Giữa hai túi mang là một vách mang ngăn đôi. Các miệng tròn hiện tại có 10 đôi túi mang nhưng chỉ có 7 đôi túi mang mở ra ngoài. c. Mang vách của cá sụn Các tấm mang phát ra từ các túi mang ở giai đoạn phôi. Mỗi tấm mang có một xương cung mang, dây thần kinh và cung động mạch tương ứng. Khác với cá miệng tròn, tấm mang phát triển thành vách mang. Hai bên vách mang là hai hàng lá mang. Tùy theo sự hiện diện của cá hàng lá mang mà có thể có mang nguyên, mang nửa và mang thiếu. cá sụn hiện nay có 5 đôi cung mang phân đốt. Các tấm mang ( cá đuối và cá nhám) có 5 đôi cung mang mở ra ngoài bằng năm đôi khe mang trần (không có xương nắp mang). Mỗi cung mang có phần kéo dài ở giữa là vách mang được nâng đỡ bởi cá tia mang. Hai bên vách mang là cá lá mang sơ cấp tiếp tục phân thành các lá mang thứ cấp. vách mang có đầu mút lộ ra bên ngoài của động được là vun nắp mang ( flap GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 8 Các kiểu hô hấp của động vật valve). Một nửa cung mang này hợp với một nửa cung mang kế tiếp có túi mang ở giữa gọi là đơn vị hô hấp. Hình4. Cấu tạo vách mang cá sụn. d. Mang có xương nắp mang ở cá xương Người ta cho rằng mang cá xương có xương nắp mang bắt nguồn từ mang có vách mang, nhưng vách mang tiêu giảm chỉ còn lại các lá mang và lá mang ngắn. Các lá mang trở nên cử động tự do hơn. Ngoài ra có thêm cấu trúc mới là sụn mang và xương nắm mang có riềm da bao phủ bên ngoài các khe mang. Cá xương hiện nay có 4 đôi cung mang. Nắp mang cá xương có cấu tạo bằng xương hoặc bằng sụn. Nắp mang bảo vệ cho cung mang và lá mang. Nắp mang tham gia một phần trong cơ chế băm kép của hô hấp mang. Trên nắp mang có riềm da viền quanh có vai GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 9 Các kiểu hô hấp của động vật trò như van nắp mang ngăn không cho nước đi vào và qua cá khe mang khi hít vào. Khi cắt ngang, mang có dạng hình chữ V gồm các lá mang sơ cấp, các là mang thứ cấp và cung mang ( không có vách mang như cá mang tấm). Cơ mang co rút làm các lá mang và cung mang cử động linh hoạt làm cho dòng nước đi qua mang. Các mao mạch trong lá mang nhận máu đi vào từ các động mạch tới mang và đưa máu ra khỏi mang qua các động mach nhờ mang. Dòng máu chảy qua ngược chiều với dòng máu chảy trong mao mạch mang. Đặc điểm này tương tự với một hiện tượng trong vật lý gọi là “hiệu ứng ngược dòng” là tăng hiệu quả trao đổi khí qua mang. Hình 5. Cấu trúc mang cá xương 1.3. Cơ quan hô hấp khác a. Hô hấp qua da GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 10 Các kiểu hô hấp của động vật Lưỡng cư là những động vật Có xương sống đầu tiên chuyển từ môi trường nước lên cạn nên mang các đặc điểm của các động vật Có xương sống ở cạn nhưng chưa hoàn chỉnh và những đặc điểm của động vật sống ở nước. Chúng thực hiện hô hấp bằng da, phổi (ở con trưởng thành) và bằng mang (đối với ấu trùng), do đó xương nắp mang tiêu giảm hoàn toàn. Da của lưỡng cư có nhiều mao mạch, da tiết chất nhầy nên luôn ẩm ướt. Da và cơ chỉ dính với nhau một số chỗ nên tạo nhiều khoảng trống, đó là các túi bạch huyết có vai trò hô hấp rất quan trọng của Lưỡng cư. Khả năng hô hấp bằng da của lưỡng cư hoàn toàn phụ thuộc vào bề mặt da và số lượng mạch máu nằm trong đó. Do đó nhiều loài lưỡng cư vào mùa sinh sản do yêu cầu dinh dưỡng cao, nên đã phát triển ở trên lưng một cái mào da như ở kỳ giông có mào hoặc phát triển ở hai bên sườn và đùi những nếp da mỏng chứa nhiều mạch máu nhỏ góp phần làm tăng diện tích hô hấp qua da. Ở một số loài cá xương, hô hấp qua da do lớp biểu bì và lớp bì có nhiều mạch máu. Ví dụ như lươn, chạch, cá thóc lóc (Periophthalmus) b. Bóng hơi Nhiều loài cá vây tay có bóng hơi là một túi lẻ dài nằm ở mặt lưng ống tiêu hóa. Đôi khi túi này có một ống ăn thông với ống tiêu hóa. Bóng hơi chúa đầy khí lấy từ ống tiêu hóa hặc từ máu. Nếu cơ quan này dóng vai trò như một cơ quan thủy tỉnh thì gọi là bóng hơi. Trong trường hợp thành bóng hơi có các mao mạch trao đổi khí khi đó là bóng hơi hô hấp. GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà [...]... hô hấp phụ, da, ruột,… Các nhóm động vật cấu tạo cơ quan hô hấp của phù hợp với môi trường của mình và chúng có cử động linh hoạt để dạt hiệu quả hô hấp cao nhất Chiều hướng tiến hóa hệ hô hấp của động vật theo hướng hoàn thiện về cấu tạo và chuyên hóa về chức năng Sự tiến hóa của hệ hô hấp bắt đầu từ sự hô hấp bằng mang ở các loài thích nghi với đời sống dưới nước đến việc hình thành nên cơ quan hô. .. gia vào động tác hô hấp Tuy nhiên ở lưỡng cư hiện đại việc hô hấp không chỉ phụ thuộc vào xương sườn mà còn cử động của cổ họng để đưa khí vào phổi Sự thông khí hổi ở lưỡng cư là hiện tượng hít thở áp suất dương, là phình phổi lên nhờ áp lực của dòng khí GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 21 Các kiểu hô hấp của động vật Hình 15 Động tác hô hấp của ếch (C Hickman et al., 2006) Hô hấp phổi... nang e Phổi của chim Phổi của chim có cấu tạo hoàn toàn dạng ống, không có các phế nang và phế bào Chúng bao gồm phổi và các túi khí GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 18 Các kiểu hô hấp của động vật Hình 13 Cấu cơ quan hô hấp của chim Giống như thú phổi chim có gắn liền với khí quản và hô hấp bằng cơ chế bơm hô hấp Tuy nhiên, có một số khác khác nhỏ Đó là ở chim không có các túi tổ ong... khe họng đồng thời với các cử động này Phần phía sau phổi không có túi tổ ong (không làm nhiệm vụ trao đổi khí) có vai trò trong trường hợp rắn đang nuốt mồi lớn Lúc đó phần hô hấp GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 16 Các kiểu hô hấp của động vật ở phía trước không thể bơm khí được nên phần sau này sẽ thực hiện vai trò hô hấp d Phổi của thú Cấu tạo cơ quan hô hấp của thú đồng nhất và... chuyển liên tục đi qua phổi Động tác hô hấp của chim được thực hiện nhờ cử động của xương sương và xương ức Cử động này làm thay đổi thể tích lồng ngực từ đó tác động đến các túi khí 7 Thú Hoạt động hô hấp của thú thực hiện bởi cử động của cơ hoành và cơ gian sườn Sư cử động của các cơ quan này làm tay đổi thể tích lồng ngực từ đó làm thay đổi áp suất trong phổi Hình 17 hô hấp áp suất âm Khi hít vào,... NGHI CỦA CƠ QUAN HÔ HẤP GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 25 Các kiểu hô hấp của động vật Hệ hô hấp tồn tại dưới hai dạng chủ yếu là mang và phổi thích nghi với việc hô hấp giữa môi trường nước và không khí Sự biến đổi chủ yếu trong cấu trúc cơ quan hô hấp diễn ra trong quá trình tiến hóa của động vật rất phù hợp với việc trao đổi khí giữa cơ thể với môi trường Hệ hô hấp thực hiện việc... lưng của phần bụng ( một số cánh cứng ở nước) Hình 7 Cấu tạo cơ quan hô hấp của công trùng (theo theo Hickman) GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 12 Các kiểu hô hấp của động vật Với các sâu bọ hoạt động mạnh (ong, một số loài bướm,…) một phần ống khí có thể chuyển thành buồng dự trử khí và trao đổi khí được tăng cường nhờ hoạt động của cơ khi bay 2.2 Phổi của động vật không xương sống Không... quan hô hấp tiến bộ hơn là phổi thích nghi hoàn toàn với đời sống trên cạn Bước tiến hóa của hệ hô hấp của các loài động vật có mối quan hệ biện chứng với sự tiến hóa của các hệ cơ quan khác trong cơ thể (như tuần hoàn, tiêu hóa, vận động ) GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 28 Các kiểu hô hấp của động vật TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 2 Ngô Đắc Chứng Giáo trình giải phẩu so sánh động vật có xương... ở hầu để duy trì hoạt động khi lặn dưới nước Nói chung, ở đa số các loài rùa khác, cử động hô hấp được thực hiện một phần nhờ yếm tiêu giảm khiến thành cơ thể cử động, một số khác do cử động của chi, hoặc cơ hoành GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 23 Các kiểu hô hấp của động vật 6 Chim Sự trao đổi khí thực hiện trên các ống khí còn các túi khí làm nhiệm vụ như các bơm khí để đẩy khí... lại các túi khí phía sau và phần còn lại đi qua phổi đẩy phần khí đã sữ dụng còn lại của chu kỳ trước vào các túi khí phía trước (túi ngực trước và túi gian đòn) + Lần thở ra thứ hai: không khí trong các túi khí trước đi ra ngoài cùng với không khí từ phổi đã được thay thế bởi không khí từ các túi phía sau GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 24 Các kiểu hô hấp của động vật Kiểu hô hấp . ở cá; f) Qua phổi ở động vật có vú GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 3 Các kiểu hô hấp của động vật Các động động vật nguyên sinh và động vật đa bào thấp hô hấp qua toàn bộ bề. Phạn Thị Việt Hà 6 Các kiểu hô hấp của động vật Hình 3. Cấu tạo mang da ở sao biển. 1.2 Hô hấp bằng mang của động vật có xương sống a. Mang ngoài Mang ngoài đặc trưng của động vật có xương sống. cho các nhóm động vật có xương sống còn lại. Hầu hết ở giai đoạn phôi của động vật có xương sống nhô ra giữa các cung GVHD: PGS.TS Ngô Đắc chứng HVTH: Phạn Thị Việt Hà 7 Các kiểu hô hấp của động