Российские ученые открыли новый вид амеб — переносчиков бактерий, вызывающих пневмонию — Поиск
10.08.2022
Ученые нашли новый вид амеб — Balamuthia spinosa. Доказано, что они выступают переносчиком бактерий Legionella pneumophila, которые вызывают у людей опасное инфекционное заболевание — легионеллез (разновидность пневмонии). Исследование проведено сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Института цитологии (ИНЦ) РАН и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ).
Амебы — одноклеточные организмы размером от 20 до 700 микрометров. Они населяют различные среды обитания — воду, почву, поверхности деревьев, камней и других субстратов. Некоторые виды амеб патогенны (болезнетворны) для человека и животных.
«Род Balamuthia до недавнего времени включал всего один вид амеб, представители которого способны вызывать опасное заболевание — гранулематозный амебный энцефалит — у человека и животных. Новый вид амеб — Balamuthia spinosa — был обнаружен специалистами СПбГУ в донных отложениях из мелководных бухт Зунда, одного из проливов, соединяющих Балтийское и Северное моря.
При исследовании генома нового вида специалистами нашего научного коллектива было обнаружено, что он, вероятно, является переносчиком бактерии, вызывающей так называемую «болезнь легионеров» — вид тяжелой пневмонии, которой подвержены в основном люди с ослабленным иммунитетом», — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории цитологии одноклеточных организмов ИНЦ РАН Елена Насонова.
Речь идет о легионеллезе — остром инфекционном заболевании, которое вызывают бактерии рода Legionella.
Образцы природного материала, содержащие амеб, были получены в экспедиции в Европе. Фауну амеб побережья Зунда исследователи из СПбГУ совместно с зарубежными коллегами изучали с середины 1990-х годов. В образцах, отобранных в 2017 году, были обнаружены амебы, названные Balamuthia spinosa. Их не удалось вырастить в лабораторной культуре, так что исследователям пришлось иметь дело лишь с одиночными клетками. Первым делом их описали и документировали при помощи современных методов световой микроскопии.
Из одиночных клеток была выделена ДНК Balamuthia spinosa для дальнейшего секвенирования (расшифровки последовательностей) генов. Для этого ученые провели полногеномную амплификацию — многократное копирование всей имеющейся в пробе ДНК для увеличения ее количества до уровня, пригодного для дальнейшего анализа. Затем полученный материал был передан в ресурсные центры Научного парка СПбГУ, где с помощью массированного параллельного секвенирования ученые определили последовательность составляющих геном амебы нуклеотидов.
В ходе анализа большого массива данных научный коллектив определил систематическую принадлежность генетического материала и подтвердил, что обнаружен новый вид амеб. Однако, помимо генома амебы, специалисты ИНЦ РАН нашли в исследуемых образцах фрагменты геномов бактерий, среди которых одной из самых обильно представленных оказалась легионелла.
Существует вероятность, что Balamuthia spinosa попыталась «съесть» легионелл, но по какой-то причине не смогла их переварить.
Поэтому последние остались существовать внутри амебы в качестве так называемых «эндобионтов» — организмов, обитающих внутри других живых организмов. В подобном виде клетки амеб могут носить в себе живых бактерий много лет и потом высвобождать их в окружающую среду. Этим и опасна для человека подобная форма сосуществования амеб и бактерий.
Эндобионты широко распространены среди амеб, поэтому, изучая геном амеб, исследователи одновременно исследуют метагеном — совокупный геном амебы и всех ее эндобионтов.
«Тот факт, что мы обнаружили фрагмент генома легионеллы в составе генетического материала, полученного от амебы, конечно, не означает, что сегодня эти амебы несут какие-то социально значимые угрозы. Однако существует необходимость изучать Balamuthia spinosa и другие виды амеб, которые могут представлять собой «резервуары» для переноса возбудителей инфекций, чтобы мы могли понимать механизмы и масштабы их возможного распространения», — поясняет Елена Насонова.
Сейчас ученые продолжают расшифровку и обработку полученного генетического материала.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Parasitology Research и поддержаны грантами Российского научного фонда № 19-74-20136 и № 20-14-00195.
На фото: баламутия под микроскопом
Минобрнауки РФ
Амеба в катафалке | Dagpravda.ru
Но у нас, повторяю, исключительный случай. Он происходил несколько лет назад, но сегодня востребован ассоциативно или дежавю, как хотите. Сейчас всё поймёте.
Значит, так. В ЗАГС брачующиеся Константин Богомолов и Ксения Собчак прибыли, возлежа на катафалке. Погребальное такое шикарное авто. Здесь были самые близкие люди молодых. Мама невесты Людмила Нарусова (та самая), родители жениха – кинокритик Юрий Богомолов с супругой Ольгой. Трудно было не заметить дизайнера Андрея Бартенева в сумасшедшем, как выразился светский обозреватель, наряде. Судя по всему, что-то гейское.
Сатанинское венчание происходило в православном храме. Корону во время церемонии над головой луноликой Ксении (некоторые мои коллеги, описывая нашу фигурантку, прибегают к ипподромной терминологии, но я против) держал душка Андрюша Малахов…
Кого-то стошнило? Всё, перехожу ко второй парадигме.
Только задамся вопросом: кто-нибудь может мне назвать что-нибудь хорошее из сделанного этой суетливой дамой для России, для её народа?
Прославленный режиссер, актёр, а для меня лично самое главное – автор потрясающей авторской ТВ-программы «Бесогон» Никита Михалков недавно серьёзно захворал. Огромное количество россиян, поклонников уникального таланта Никиты Сергеевича, не без волнения следили за состоянием его здоровья.
Из своего катафалка поглядывала, оказывается, на медицинскую сводку из реанимационного отделения больницы и Ксения Собчак. Когда человек живьём возлежит на катафалке, то какие у него могут быть мыслишки? То-то и оно: о скором убытии в далёкие края, где и в самом деле могут находиться обители душ под названием «рай» и «ад».
Ксения Анатольевна, надо полагать, этими параметрами и была одержима в то время, как автор «Бесогона» боролся за свою жизнь, которая теперь уже принадлежала не только ему одному, но и миллионам россиян, жаждущих побыстрее завершить процесс изгнания из страны и из неокрепших юных и молодых умов лукавых и коварных бесов.
Да, именно так и обстоят дела. Именно поэтому уже в этом году появятся новые школьные программы.
И что же подглядела из своего катафалка наша лучезарная дива (никаких лошадей!) относительно медицинского прогноза пациента Михалкова? «Вся система выстроена сейчас под Никиту Сергеевича, во всех сферах – близкие ему люди. Его уход будет, как смерть Сталина»… И т. д. и т. п. Один пользователь сетей так отозвался на «некролог» от Собчак: «Язык, как помело, а мозгов – как у амёбы…».
«Вся система выстроена сейчас под Михалкова…». Бог ты мой, если бы это было так! Если бы так, то в той же школе, которую мы выше упомянули, историю Отечества не изучали бы по Соросу, где про Сталинградскую битву почти ничего не сказано, о чём упомянул даже Президент Владимир Путин.
Если бы это было так, то на российском телевидении не процветали бы халтура и безвкусие, не преобладали бы идиотские шоу, рассчитанные на дебилов, не крутили бы фильмы на уровне интеллекта той же амёбы, а «Триколор», которым мы вынуждены пользоваться, не был бы насквозь нафарширован киноподелками и платной порнографией, помеченными грифом «Страна производства – США», если бы…
Если бы Ксения Собчак вообще сгинула со всеми киркоровыми, ахеджаковыми, пугачёвыми, макаревичами, малаховыми и прочими всеядными деятелями псевдокультуры из Интернета и из СМИ вообще, то на многострадальной Руси, на огромной территории, заселённой добрыми и прекрасными этносами, называемой Российской Федерацией, можно было бы дышать полной грудью, не опасаясь зловредного вируса, носящего в себе ген предательства и измены Отечеству.
Аминь!
А вы, достойнейший и мудрейший бесогон Никита Сергеевич, непременно выздоравливайте. Тоже – аминь от всего дагестанского народа!
20.1 Системы газообмена – концепции биологии – 1-е канадское издание
Глава 20. Дыхательная система
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Описывать прохождение воздуха из внешней среды в легкие
- Объясните, как легкие защищены от твердых частиц
Основной функцией дыхательной системы является доставка кислорода к клеткам тканей организма и удаление углекислого газа, продукта клеточных отходов. Основными структурами дыхательной системы человека являются носовая полость, трахея и легкие.
Все аэробные организмы нуждаются в кислороде для осуществления своих метаболических функций. На эволюционном древе разные организмы изобрели разные способы получения кислорода из окружающей атмосферы. Среда, в которой живет животное, во многом определяет его дыхание.
Сложность дыхательной системы коррелирует с размером организма. По мере увеличения размера животного расстояния диффузии увеличиваются, а отношение площади поверхности к объему падает. У одноклеточных организмов диффузии через клеточную мембрану достаточно для снабжения клетки кислородом (рис. 20.2). Диффузия — это медленный, пассивный транспортный процесс. Для того чтобы диффузия была возможным средством обеспечения клетки кислородом, скорость поглощения кислорода должна соответствовать скорости диффузии через мембрану. Другими словами, если бы клетка была очень большой или толстой, диффузия не смогла бы достаточно быстро доставлять кислород внутрь клетки. Поэтому зависимость от диффузии как средства получения кислорода и удаления углекислого газа остается возможной только для мелких организмов или организмов с сильно уплощенным телом, как у многих плоских червей (Platyhelminthes). У более крупных организмов должны были развиться специализированные дыхательные ткани, такие как жабры, легкие и дыхательные пути, сопровождаемые сложной системой кровообращения, для транспортировки кислорода по всему телу.
Прямая диффузия
Для небольших многоклеточных организмов диффузии через внешнюю мембрану достаточно для удовлетворения их потребностей в кислороде. Газообмен путем прямой диффузии через поверхностные мембраны эффективен для организмов диаметром менее 1 мм. У простейших организмов, таких как книдарии и плоские черви, каждая клетка тела близка к внешней среде. Их клетки поддерживаются влажными, а газы быстро диффундируют за счет прямой диффузии. Плоские черви — это маленькие, буквально плоские черви, которые «дышат» за счет диффузии через внешнюю мембрану (рис. 20.3). Плоская форма этих организмов увеличивает площадь поверхности для диффузии, гарантируя, что каждая клетка в организме находится близко к поверхности внешней мембраны и имеет доступ к кислороду.
Если бы у плоского червя было цилиндрическое тело, то клетки в центре не могли бы получать кислород.
Кожа и жабры
Дождевые черви и земноводные используют свою кожу (покровы) в качестве органа дыхания. Густая сеть капилляров лежит непосредственно под кожей и способствует газообмену между внешней средой и кровеносной системой. Поверхность дыхательных путей должна быть влажной, чтобы газы растворялись и диффундировали через клеточные мембраны.
Организмы, живущие в воде, нуждаются в получении кислорода из воды. Кислород растворяется в воде, но в меньшей концентрации, чем в атмосфере. В атмосфере примерно 21 процент кислорода. В воде концентрация кислорода намного меньше. Рыбы и многие другие водные организмы развили жабры для поглощения растворенного кислорода из воды (рис. 20.4). Жабры представляют собой тонкие тканевые нити, сильно разветвленные и складчатые.
Когда вода проходит через жабры, растворенный в воде кислород быстро диффундирует через жабры в кровоток. Затем система кровообращения может переносить насыщенную кислородом кровь к другим частям тела. У животных, которые содержат целомическую жидкость вместо крови, кислород диффундирует через поверхности жабр в целомическую жидкость. Жабры есть у моллюсков, кольчатых червей и ракообразных.
У этого обыкновенного карпа, как и у многих других водных организмов, есть жабры, которые позволяют ему получать кислород из воды. (кредит: “Guitardude012″/Wikimedia Commons)
Складчатые поверхности жабр обеспечивают большую площадь поверхности, чтобы гарантировать, что рыба получает достаточное количество кислорода. Диффузия — это процесс, при котором вещество перемещается из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. В этом случае через жабры циркулирует кровь с низкой концентрацией молекул кислорода.
Концентрация молекул кислорода в воде выше, чем концентрация молекул кислорода в жабрах. В результате молекулы кислорода диффундируют из воды (высокая концентрация) в кровь (низкая концентрация), как показано на рис. 20.5. Точно так же молекулы углекислого газа в крови диффундируют из крови (высокая концентрация) в воду (низкая концентрация).
Трахеальные системы
Дыхание насекомого не зависит от его кровеносной системы; следовательно, кровь не играет прямой роли в транспорте кислорода. Насекомые обладают узкоспециализированным типом дыхательной системы, называемой трахеальной системой, которая состоит из сети маленьких трубочек, доставляющих кислород ко всему телу. Трахеальная система является наиболее прямой и эффективной дыхательной системой у активных животных. Трубки в системе трахеи сделаны из полимерного материала, называемого хитином.
Тела насекомых имеют отверстия, называемые дыхальцами, вдоль грудной клетки и брюшка. Эти отверстия соединяются с трубчатой сетью, позволяя кислороду проходить в тело (рис. 20.6) и регулируя диффузию CO 2 и водяного пара. Воздух входит и выходит из трахейной системы через дыхальца. Некоторые насекомые могут вентилировать трахейную систему движениями тела.
Рисунок 20.6. Насекомые осуществляют дыхание через трахейную систему.Системы млекопитающих
У млекопитающих легочная вентиляция осуществляется посредством вдоха (дыхания). Во время вдоха воздух поступает в тело через носовую полость , расположенную непосредственно внутри носа (рис. 20.7). При прохождении через носовую полость воздух нагревается до температуры тела и увлажняется. Дыхательные пути покрыты слизью, чтобы изолировать ткани от прямого контакта с воздухом. Слизь с высоким содержанием воды. Когда воздух пересекает эти поверхности слизистых оболочек, он собирает воду.
Какое из следующих утверждений о дыхательной системе млекопитающих неверно?
- Когда мы вдыхаем, воздух проходит из глотки в трахею.
- Бронхиолы разветвляются на бронхи.
- Альвеолярные ходы соединяются с альвеолярными мешочками.
- Газообмен между легкими и кровью происходит в альвеолах.
Из носовой полости воздух проходит через глотку (глотку) и гортань (голосовой ящик), по мере своего продвижения к трахее (рис. 20.7). Основная функция трахеи — направлять вдыхаемый воздух в легкие, а выдыхаемый обратно из организма. Трахея человека представляет собой цилиндр длиной от 10 до 12 см и диаметром 2 см, который расположен перед пищеводом и простирается от гортани в грудную полость, где в средней части грудной клетки делится на два главных бронха. Он состоит из неполных колец гиалинового хряща и гладких мышц (рис. 20.8). Трахея выстлана бокаловидными клетками, вырабатывающими слизь, и реснитчатым эпителием. Реснички продвигают инородные частицы, попавшие в слизь, к глотке. Хрящ обеспечивает прочность и поддержку трахеи, чтобы держать проход открытым. Гладкая мускулатура может сокращаться, уменьшая диаметр трахеи, в результате чего выдыхаемый воздух с большой силой устремляется вверх из легких. Форсированный выдох помогает удалить слизь при кашле.
Трахея и бронхи состоят из неполных хрящевых колец. (кредит: модификация работы Gray’s Anatomy)
Легкие: Бронхи и альвеолы
Конец трахеи раздваивается (делится) на правое и левое легкое. Легкие не идентичны. Правое легкое больше и состоит из трех долей, тогда как меньшее левое легкое состоит из двух долей (рис. 20.9). Мускулистая диафрагма, облегчающая дыхание, находится ниже (ниже) легких и отмечает конец грудной полости.
Рисунок 20.9. В легких трахея разветвляется на правый и левый бронхи. Правое легкое состоит из трех долей и больше. Чтобы вместить сердце, левое легкое меньше и состоит только из двух долей. В легких воздух отводится во все более мелкие проходы или бронхи . Воздух поступает в легкие через два первичных (главных) бронха (единственное число: бронх).
Каждый бронх делится на вторичные бронхи, затем на третичные бронхи, которые, в свою очередь, делятся, образуя все меньший и меньший диаметр бронхиолы по мере их расщепления и распространения по легкому. Как и трахея, бронхи состоят из хрящей и гладких мышц. В бронхиолах хрящи замещаются эластическими волокнами. Бронхи иннервируются нервами как парасимпатической, так и симпатической нервной системы, которые контролируют сокращение мышц (парасимпатическая) или расслабление (симпатическая) в бронхах и бронхиолах, в зависимости от сигналов нервной системы. У человека бронхиолы диаметром менее 0,5 мм являются респираторные бронхиолы . У них нет хрящей, и поэтому они полагаются на вдыхаемый воздух, чтобы поддерживать свою форму. По мере уменьшения диаметра проходов увеличивается относительное количество гладких мышц.
Терминальные бронхиолы подразделяются на микроскопические ответвления, называемые респираторными бронхиолами. Дыхательные бронхиолы подразделяются на несколько альвеолярных ходов.
Альвеолярные ходы окружают многочисленные альвеолы и альвеолярные мешочки. Альвеолярные мешочки напоминают гроздья винограда, привязанные к концам бронхиол (рис. 20.10). В ацинарной области альвеолярных ходов прикрепляются к концу каждой бронхиолы. В конце каждого протока находится примерно 100 альвеолярных мешочков, каждый из которых содержит от 20 до 30 альвеол диаметром от 200 до 300 микрон. Газообмен происходит только в альвеолах. Альвеолы состоят из тонкостенных паренхиматозных клеток, обычно толщиной в одну клетку, которые выглядят как крошечные пузырьки внутри мешочков. Альвеолы находятся в непосредственном контакте с капиллярами (толщиной в одну клетку) кровеносной системы. Такой тесный контакт гарантирует, что кислород будет диффундировать из альвеол в кровь и распределяться по клеткам организма. Кроме того, углекислый газ, произведенный клетками в качестве продукта жизнедеятельности, будет диффундировать из крови в альвеолы для выдыхания.
Анатомическое расположение капилляров и альвеол подчеркивает структурно-функциональную взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем. Поскольку в каждом альвеолярном мешочке так много альвеол (~ 300 миллионов на легкое) и так много мешочков в конце каждого альвеолярного протока, легкие имеют губчатую консистенцию. Эта организация производит очень большую площадь поверхности, которая доступна для газообмена. Площадь поверхности альвеол в легких составляет примерно 75 м 9 .0103 2 . Эта большая площадь поверхности в сочетании с тонкостенной природой альвеолярных паренхиматозных клеток позволяет газам легко диффундировать через клетки.
Терминальные бронхиолы соединены дыхательными бронхиолами с альвеолярными ходами и альвеолярными мешочками. Каждый альвеолярный мешок содержит от 20 до 30 шаровидных альвеол и имеет вид грозди винограда. Воздух поступает в предсердия альвеолярного мешка, затем циркулирует в альвеолах, где происходит газообмен с капиллярами. Слизистые железы выделяют слизь в дыхательные пути, сохраняя их влажными и эластичными.
(кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал)Концепция в действии
Посмотрите следующее видео, чтобы ознакомиться с дыхательной системой.
Защитные механизмы
Воздух, которым дышат организмы, содержит твердые частицы , такие как пыль, грязь, вирусные частицы и бактерии, которые могут повредить легкие или вызвать аллергические иммунные реакции. Дыхательная система содержит несколько защитных механизмов, позволяющих избежать проблем или повреждения тканей. В носовой полости волосы и слизь задерживают мелкие частицы, вирусы, бактерии, пыль и грязь, препятствуя их проникновению.
Если частицы действительно выходят за пределы носа или попадают через рот, бронхи и бронхиолы легких также содержат несколько защитных устройств. Легкие производят слизь — липкое вещество, состоящее из муцина , сложного гликопротеина, а также солей и воды, — которое улавливает твердые частицы. Бронхи и бронхиолы содержат реснички, небольшие волосовидные выросты, выстилающие стенки бронхов и бронхиол (рис.
20.11). Эти реснички бьются в унисон и перемещают слизь и частицы из бронхов и бронхиол обратно в горло, где они проглатываются и выводятся через пищевод.
У человека, например, смола и другие вещества в сигаретном дыме разрушают или парализуют реснички, что затрудняет удаление частиц. Кроме того, курение заставляет легкие вырабатывать больше слизи, которую поврежденные реснички не в состоянии перемещать. Это вызывает постоянный кашель, поскольку легкие пытаются избавиться от твердых частиц, и делает курильщиков более восприимчивыми к респираторным заболеваниям.
Рисунок 20.11.Бронхи и бронхиолы содержат реснички, которые помогают удалять слизь и другие частицы из легких. (кредит: Луиза Ховард, модификация работы Dartmouth Electron Microscope Facility)
Резюме
Дыхательные системы животных предназначены для облегчения газообмена. У млекопитающих воздух согревается и увлажняется в носовой полости. Затем воздух проходит вниз по глотке, через трахею и в легкие.
В легких воздух проходит через разветвленные бронхи, достигая дыхательных бронхиол, в которых находится первый участок газообмена. Дыхательные бронхиолы открываются в альвеолярные ходы, альвеолярные мешочки и альвеолы. Поскольку в легких так много альвеол и альвеолярных мешочков, площадь поверхности для газообмена очень велика. Существует несколько защитных механизмов для предотвращения повреждения или заражения. К ним относятся волосы и слизь в полости носа, которые задерживают пыль, грязь и другие твердые частицы, прежде чем они попадут в организм. В легких частицы захватываются слоем слизи и транспортируются через реснички к пищеводному отверстию в верхней части трахеи для проглатывания.
Упражнения
- Какое из следующих утверждений о дыхательной системе млекопитающих неверно?
- Когда мы вдыхаем, воздух проходит из глотки в трахею.
- Бронхиолы разветвляются на бронхи.
- Альвеолярные ходы соединяются с альвеолярными мешочками.
- Газообмен между легкими и кровью происходит в альвеолах.
- Дыхательная система ________.
- обеспечивает ткани организма кислородом
- обеспечивает ткани организма кислородом и углекислым газом
- устанавливает, сколько вдохов делается в минуту
- обеспечивает организм углекислым газом
- Прогревается и увлажняется воздух в носовых ходах. Это помогает ________.
- предотвратить инфекцию
- уменьшить чувствительность при дыхании
- предотвратить повреждение легких
- все вышеперечисленное
- В каком порядке движется поток воздуха при вдохе?
- полость носа, трахея, гортань, бронхи, бронхиолы, альвеолы
- полость носа, гортань, трахея, бронхи, бронхиолы, альвеолы
- полость носа, гортань, трахея, бронхиолы, бронхи, альвеолы
- полость носа, трахея, гортань, бронхи, бронхиолы, альвеолы
- Опишите функцию этих терминов и укажите, где они расположены: главный бронх, трахея, альвеолы и ацинус.
- Как структура альвеол обеспечивает максимальный газообмен?
Ответы
- Б
- А
- С
- Б
- Главный бронх — это канал в легком, который направляет воздух в дыхательные пути, где происходит газообмен. Главный бронх прикрепляет легкие к самому концу трахеи, где он раздваивается. Трахея представляет собой хрящевую структуру, простирающуюся от глотки до главных бронхов. Он служит для направления воздуха в легкие. Альвеолы являются местами газообмена; они расположены в терминальных отделах легкого и прикрепляются к дыхательным бронхиолам. Ацинус — это структура в легком, где происходит газообмен.
- Мешкообразная структура альвеол увеличивает площадь их поверхности. Кроме того, альвеолы состоят из тонкостенных паренхиматозных клеток. Эти особенности позволяют газам легко диффундировать через клетки.
Глоссарий
- альвеолярный ход
- проток, идущий от терминальной бронхиолы к альвеолярному мешку
- альвеолярный мешок
- структура, состоящая из двух или более альвеол, имеющих общее отверстие
- альвеолярная вентиляция
- сколько воздуха в альвеолах
- альвеола
- (множественное число: альвеолы) (также воздушный мешок) терминальная область легкого, где происходит газообмен
- бронхиола
- дыхательные пути, идущие от главных третичных бронхов к альвеолярному мешку
- бронх
- (множественное число: бронхи) меньшая ветвь хрящевой ткани, отходящая от трахеи; воздух направляется через бронхи в область, где происходит газообмен в альвеолах
- диафрагма
- куполообразная скелетная мышца, расположенная под легкими и отделяющая грудную полость от брюшной полости
- гортань
- голосовой аппарат, короткий проход, соединяющий глотку и трахею
- муцин
- сложный гликопротеин обнаружен в слизи
- слизь
- клейкая белоксодержащая жидкость, выделяемая в легких, которая улавливает твердые частицы, подлежащие удалению из организма
- полость носа
- открытие дыхательной системы во внешнюю среду
- твердые частицы
- мелкие частицы, такие как пыль, грязь, вирусные частицы и бактерии, находящиеся в воздухе
- зев горловина
- ; трубка, которая начинается во внутренних ноздрях и частично проходит вниз по шее, где открывается в пищевод и гортань
- главный бронх
- (также главный бронх) область дыхательных путей в легком, которая прикрепляется к трахее и разветвляется на каждое легкое, где разветвляется на вторичные бронхи
- респираторная бронхиола
- терминальная часть бронхиального дерева, которая прикрепляется к терминальным бронхиолам и альвеолярным ходам, альвеолярным мешочкам и альвеолам
- респираторный дистресс-синдром
- болезнь, возникающая из-за недостаточного количества сурфактанта
- респираторный коэффициент (RQ)
- отношение производства углекислого газа к каждой потребленной молекуле кислорода
- частота дыхания
- количество вдохов в минуту
- терминальная бронхиола
- область бронхиолы, которая прикрепляется к респираторным бронхиолам
- трахея
- хрящевая трубка, транспортирующая воздух из гортани в главный бронх
Дыхательная система | Спросите у биолога
показать/скрыть слова, которые нужно знать
Артериальное давление: физическое давление крови во всех сосудах и пространстве в вашей системе кровообращения.
…подробнее
Диффузия: движение молекул или других веществ в результате естественного движения….подробнее
Нить: тонкий кусок предмета или волокна.
Жгутик: часть клетки, имеющая форму хлыста и обнаруженная у некоторых типов клеток, помогающая клеткам двигаться. Множественное число — жгутики….подробнее
Жабры: орган дыхания (дыхания), поглощающий кислород из воды.
Метаболизм: что делают живые существа, чтобы остаться в живых. Это включает в себя прием пищи, питье, дыхание и избавление от отходов… подробнее
Парциальное давление: давление одного из газов в газовой смеси….подробнее
Дыхание: поглощение клетками кислорода и выделение углекислого газа в процессе производства энергии….подробнее
Дыхательные системы
Когда мы плаваем или плывем по воде, воздух, которым мы дышим, важен для поддержания нас на плаву и сохранения жизни.
Изображение Марко Де Ваала.
Вы плывете в озеро и переворачиваетесь на спину. Ваши ноги погружаются в воду, и вы чувствуете, что начинаете тонуть, поэтому набираете в легкие большой вдох и задерживаете его. Вы плаваете. Воздух, которым вы дышите в озере, не просто держит вас на плаву. Он поддерживает работу всех ваших клеток и поможет вам доплыть до берега.
Каждому животному нужен кислород 1 . Кислород используется в определенных частях клеток для преобразования молекул пищи в наших клетках в энергию, которую они могут использовать. Без этой энергии наши клетки (и мы сами) погибли бы. Наши клетки также производят отходы, когда они работают. Эти отходы должны быть удалены из клеток и тела, чтобы оставаться здоровым. Все животные разделяют эти потребности в кислороде и удалении отходов, но существует огромное разнообразие стратегий для удовлетворения этих потребностей.
Основы дыхания
Большинство рыб вентилируют свои жабры, открывая и закрывая рот. Нажмите, чтобы увеличить изображение этой рыбы-лягушки.
Прежде чем мы углубимся в эти особенности, давайте разберемся с некоторыми терминами. То, что мы называем дыханием, движением воздуха в легкие и из них, ученые и врачи называют вентиляцией. Вентиляция — это прохождение жидкости (например, воздуха или воды) по поверхностям, способным поглощать кислород (называемым дыхательными поверхностями).
Для этого мы вдыхаем и выдыхаем воздух, но некоторые насекомые качают свои тела, чтобы втягивать воздух, а губки могут иметь специальные клетки с хвостами (жгутиками), чтобы пресная вода двигалась по их клеткам. Некоторые рыбы используют мышцы и структуры головы для движения воды через жабры, в то время как другие плавают с открытым ртом, чтобы добиться того же эффекта. Эти движения тела, направленные на то, чтобы воздух или вода соприкасались с дыхательными поверхностями, называются дыханием, вентиляцией или внешним дыханием.
Газообмен, с другой стороны, представляет собой фактическое прохождение кислорода из жидкости через дыхательные поверхности в тело. Это сложный процесс, который включает в себя давление (как кровяное давление, так и количество кислорода, присутствующего в крови, называемое парциальным давлением), движение и молекулярное притяжение. Наконец, как только кислород попадает в клетки, они используют его для расщепления молекул, таких как глюкоза, и высвобождения энергии. Это то, что ученые и врачи называют дыханием. Итак, человек вентилирует, но истинное дыхание есть только у клетки.
Мертвые без диффузии
Черви дышат через кожу, используя диффузию. Нажмите, чтобы увеличить.
В то время как сложность дыхательных систем у всех животных различна, одна вещь остается неизменной. Диффузия кислорода (и углекислого газа в виде отходов) через дыхательные поверхности происходит у всех этих животных. Иногда кислород находится в воздухе, иногда в воде. Иногда жидкость (воздух) проходит по поверхности легких, иногда жидкость (вода) проходит по жабрам или другим тканям. Давайте начнем с самой простой системы и рассмотрим несколько вариантов дыхания.
Некоторые животные поглощают кислород только за счет пассивного движения воздуха, называемого диффузией. Мелкие животные с низким метаболизмом, такие как зоопланктон, тихоходки и черви, могут получать весь необходимый им кислород за счет диффузии. Однако по мере увеличения размера или активности увеличиваются потребности в кислороде и удалении отходов.
Рыбы не могут получать достаточное количество кислорода только за счет диффузии, но у них нет легких. У них есть жабры, которые поглощают кислород прямо из воды. И жабры, и легкие являются дыхательными поверхностями, где кислород может втягиваться из воды или воздуха в кровь, а углекислый газ может выбрасываться из крови в воду или воздух. Тем не менее, рыбам необходимо проветривать свои жабры, чтобы получать достаточное количество кислорода и удалять достаточно отходов. У некоторых беспозвоночных, таких как крабы, также есть жабры.
Жабры рыб имеют наборы маленьких пальцевидных выступов, которые увеличивают площадь их поверхности. Нажмите, чтобы узнать больше.
Чем больше доступная площадь поверхности, тем больше кислорода может быть поглощено. Лучший способ увеличить площадь поверхности — сделать что-то очень тонким и многократно сложенным, чтобы вы могли уместить больше поверхности в маленьком пространстве. Жабры устроены таким образом, с множеством тонких складчатых нитей для увеличения площади поверхности.
Основы легких
Более крупные животные с низким метаболизмом имеют довольно простые легкие или жабры. У пауков и некоторых беспозвоночных есть так называемые «книжные легкие». Книжные легкие получили свое название из-за того, что они выглядят как открытая книга с отдельными страницами. Воздух заполняет эти пространства, и кислород может диффундировать в ткань легких. По сути, это жабры, которые получают кислород из воздуха.
Жабы и другие амфибии и рептилии имеют простые мешковидные легкие. Нажмите, чтобы узнать больше.
У рептилий и земноводных есть легкие, которые иногда называют мешковатыми легкими (именно так они и звучат). Они вентилируют свои легкие, двигая ребрами и другими мышцами, но им не нужно дышать очень часто, так как у них низкая потребность в энергии.
Роскошные легкие эндотермов
Поскольку животным нужно больше энергии, им нужно больше кислорода. У них также есть больше отходов, от которых им нужно избавиться. Простые мешковые или книжные легкие не доставят достаточно кислорода и не удалят достаточно отходов для большинства эндотермов.
Взгляд на внутреннюю ткань легких млекопитающего. Нажмите, чтобы узнать больше.
Легкие млекопитающих очень сложны, с множеством маленьких, очень тонких карманов, которые создают большую площадь поверхности для поглощения кислорода. Легкие млекопитающих внутри выглядят почти как тонкая губка. Площадь поверхности легких человека примерно равна площади теннисного корта!
Самые сложные легкие есть у некоторых из самых продуктивных организмов — у птиц. Птицы имеют специальные воздушные мешки и направленный поток через циркулярную систему легких.