Specyficzne oddychanie u ptaków wyróżnia skrzydlaki spośród zwierząt. Historia ptaków sięga zamierzchłych czasów. Przeszły one drogę ewolucyjną w ostatnim okresie ery mezozoicznej. Przy czym zachowały prymitywne cechy dinozaurów. Na skutek ewolucji posiadają zdolność latania i wyjątkowe cechy budowy dróg oddechowych.
Specyficzne oddychanie u ptaków i morfologia ich układu oddechowego wykazuje duże różnice w stosunku do wykształconego u ssaków. Ptaki należą do typu strunowców i są gromadą bardzo zróżnicowanych kręgowców, pod względem rozmiarów ciała. Masa ich wynosi od 1,8 grama u małego koliberka hawańskiego, do 160 kilogramów u strusia afrykańskiego.
Aparat oddechowy ptaków
Specyficzne oddychanie u ptaków spowodowane jest budową aparatu oddechowego i jego zasadami funkcjonowania. Współcześnie sklasyfikowano 40 rzędów ptaków, wywodzących się z podgromady ptaków nowoczesnych. Brak jest u nich mięśniowej przegrody, a w jej miejscu znajduje się bierna przegroda pozioma.
W skład układu oddechowego wchodzą:
- Jama nosowa, która umiejscowiona jest w górnej części dzioba. W każdej połowie jamy nosowej występują trzy małżowiny chrząstkowe.
- Krtań przednia, która utworzona jest z chrząstek nalewkowych, pierścieniowych i przednio-piersiowych.
- Tchawica,która zbudowana jest z całkowicie zamkniętych i zmineralizowanych chrząstek tchawiczych. Ich liczba w zależności od gatunku ptaka wynosi w granicach 100-400.
- Krtań tylna nazywana jest też głosową. Jest rozszerzeniem końcowego odcinka tchawicy i pni oskrzelowych. Zbudowana jest z chrząstek tchawiczych i chrząstek oskrzelowych krtani.
- Płuca, które są małe i nierozciągliwe o zabarwieniu jasnoróżowym, ale za to solidnie ukrwione. Z tego względu są bardzo wydajne pod względem zadaniowym. Płuca przytwierdzone są do grzbietowej powierzchni klatki piersiowej. Narząd ten utrzymuje tlen podczas wdechu i wydechu dzięki obecności worków powietrznych. Ptakom wodnym umożliwia to dłuższe przebywanie pod wodą i nurkowanie.
- Oskrzela i oskrzeliki, któreprzechodzą przez tkankę płucną czyli stare i nowe płuco i docierają do worków powietrznych. Oskrzele główne wnika do płuca dobrzusznie. Oskrzela wtórne dzielą się na dogrzbietowe i dobrzuszne. Połączone są one przyoskrzelami, które stanowią część oddechową miąższa płucnego.
- Worki powietrzne, które są niezbędnymi tworami do prawidłowej czynności płuc.
Czynności worków powietrznych
Specyficzne oddychanie u ptaków regulują worki powietrzne, do których prowadzi część oskrzeli. Worki powietrzne chronią organy wewnętrzne przed przechłodzeniem. Poza tym obniżają masę ciała ptaków. Worki powietrzne to błoniasta struktura. Liczba ich wynosi 9, w tym 4 parzyste i jeden nieparzysty obojczykowy.
Worki parzyste podzielone są na:
- szyjne,
- piersiowe doczaszkowe,
- piersiowe doogonowe,
- brzuszne.
Worki powietrzne zapewniają nieprzerwany przepływ przez płuca bogatego w tlen powietrza podczas wdechu i wydechu. Pozwala to na ponad 90% wysycenie hemoglobiny tlenem. Worki powietrzne stanowią większą część układu oddechowego.
Przykładowo u kury o masie ciała 3 kg, objętość układu oddechowego wynosi 300 ml. Z tego na płuca przypada zaledwie 40 ml. Kura ma 9 worków powietrznych, a u ptaków z rodziny wróblowatych jest ich 7. Częstotliwość oddychania wróblowatych wynosi w granicach 50-100 oddechów na minutę. W wyższej temperaturze może wzrosnąć do 300/min.
Funkcjonowanie układu oddechowego
Specyficzne oddychanie u ptaków jest bardzo ciekawym zjawiskiem. Narządy oddechowe tych zwierząt uczestniczą w wymianie gazowej, termoregulacji i procesie wydawania dźwięków. Rozdział wentylacji i wymiany powietrza pozwala na ciągły przepływ powietrza w sposób odmienny niż u ssaków.
Ptaki potrafią pobrać objętościowo 10 razy więcej tlenu w powietrzu niż ssaki. Ruchy oddechowe są wynikiem mięśni międzyżebrowych i mięśni brzusznych. Istnieje 6 mięśni wdechowych i 9 mięśni wydechowych. Podczas wdechu żebra poruszają się w kierunku bocznym, a mostek w dół.
Specyficzne oddychanie u ptaków pozwala na świetną wentylację płuc. W stanie spoczynku wdech następuje na skutek skurczu mięśni międzyżebrowych zewnętrznych i mięśni mostka. Powoduje to oddalenie się mostka od kręgosłupa, w wyniku czego dochodzi do zassania powietrza do układu oddechowego przez nozdrza.
Następnie przepływa ono przez płuca i za pośrednictwem oskrzeli dociera do worków powietrznych. Podczas wydechu żebra unoszą się do góry. Następuje zmniejszenie rozmiaru klatki piersiowej, co powoduje wydostanie się powietrza z worków powietrznych z powrotem przez płuca. Ciśnienie cząsteczkowe tlenu w workach powietrznych jest wysokie.
Natomiast ciśnienie cząsteczkowe dwutlenku węgla (CO2) niskie. Zapewnia to skuteczną wymianę gazową w czasie wdechu i wydechu. Wymiana gazowa u ptaków w przeciwieństwie do ssaków nie zachodzi w pęcherzykach płucnych, ale w kapilarach powietrznych. Kapilary krwionośne i powietrzne stanowią około 50% całkowitej masy płuc.
Szybszemu lotowi towarzyszy efektywniejsza wentylacja płuc. Pokrywa ona zapotrzebowanie na tlen pracujących mięśni, które poruszają sprawnie skrzydłami. Maksymalnemu wychyleniu skrzydeł ku górze odpowiada największy przepływ powietrz w czasie wdechu.
Natomiast maksymalnemu wychyleniu skrzydeł ku dołowi odpowiada największy przepływ powietrza w czasie wydechu. Oznacza to, że wentylacja płuc ulega znacznemu zwiększeniu podczas ptasiego lotu. Ptaki posiadają jednokierunkowy przepływ powietrza i pozbawione są rozprężalności płuc.
Podsumowując specyficzne oddychanie u ptaków polepsza ich komfort życia. Organizm ptaków na drodze ewolucji uległ przekształceniu. Ptaki wyewoluowały z gromady gadów. Z tego względu posiadają wiele cech anatomicznych wspólnych dla obu gromad kręgowców. Takim przykładem jest obecność dzioba, łusek na nogach czy jednej kostki słuchowej.
