禽類呼吸系統,将氧氣從空氣中輸送到身體組織中,同時去除多餘的二氧化碳。此外,呼吸系統在體溫調節(維持正常體溫)中,起着重要的作用(尤其是夏季通過呼吸蒸發降溫)。
但是,禽類呼吸系統與哺乳動物系統(比如我們人類)有一些基本的區别。
家禽與哺乳動物的不同
哺乳動物的肺,由幾百萬個稱為肺泡的小氣球組成,它們随着動物的呼吸而膨脹和收縮。衆多的小管和肺泡使肺呈海綿狀。
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▲ 哺乳動物的肺
在哺乳動物中,空氣流動是雙向的,空氣進入和排出肺部的通道的是公用的。結果,進入哺乳動物肺部的“新”空氣,與“老”空氣有一段是混合在一起的。
▲ 哺乳動物的肺
但是,家禽的肺不是彈性的——它們在家禽呼吸時并不會變大。禽類呼吸系統不同于哺乳動物,氣囊在呼吸中起重要作用(但不直接參與氣體交換)。
▲ 禽類的氣管和肺
由于氣囊的存在,它僅允許空氣通過肺部單向流動。單向流動,意味着每次流經肺部的空氣,都是最新鮮的,具有更高的氧含量。
所以無論是吸氣還是呼氣,都有新鮮空氣通過肺,稱為“雙重呼吸”。單向的空氣流動,可以讓更多的氧氣擴散到血液中去。
家禽特殊的氣囊
禽類所特有的、伸出肺外、分布于内髒間的膨大的膜質囊,叫做氣囊。有的氣囊還通入肌肉間、皮膚下面和骨腔内。
氣囊壁很薄,不易分清,如果從家禽的喉門插入玻管,吹入氣體,或由喉門注入有色的膠液,待膠液凝固後再觀察,則甚為明顯。
▲ 鴨的肺系統乳膠注射(藍色)模型
突出顯示了整個身體的氣囊
氣囊一共有9個( 4對 1個),其中與中支氣管直接相通的稱後氣囊(包括腹氣囊和後胸氣囊),其餘的與次級支氣管相連的,稱前氣囊(包括頸氣囊、鎖間氣囊和前胸氣囊)。
除鎖間氣囊為單個者外,其餘皆成對存在。氣囊壁很薄,血管很少。所以它們在氣體交換中不起直接作用。相反,它們充當“風箱”,主要給肺通氣。
雞的祖先需要飛翔。而飛翔時,由于胸肌處于緊張狀态,肋骨和胸骨固定不動,因此也就不能用哺乳動物的方式進行呼吸,而是随翼的扇動,依靠氣囊的收縮和擴張來完成。
▲ 白色部分是雞的氣囊
氣囊的出現和雙重呼吸,是雞的祖先對飛翔生活的重要适應。
你可能知道禽類有中空的骨頭(你甚至可以在吃雞的時候看到它們),但你可能沒有考慮過這些空間是如何工作的。家禽的空氣囊甚至延伸到骨頭中。
▲ 禽類中空的長骨
随着家禽的成長,它的空氣囊會形成一個生長和管子系統,它侵入家禽的骨頭對其充氣,使其形成空洞。
前空氣囊與家禽體前部的中空骨相連,後氣囊與家禽體背部的中空骨相連。這種骨骼化的骨骼系統為禽類提供了一個既輕盈又結實的骨骼。這減輕了家禽祖先的體重,使其更容易飛行。
▲ 氣囊連接家禽的椎骨的位置
其實,家禽的氣囊結構是從它們的恐龍祖先繼承而來的。氣腔龍,除了在脊椎骨上,還在叉骨、腸骨和腹肋等骨骼上有氣囊存在的證據,顯示出它具有和家禽非常接近的氣囊系統。
由于家禽的氣囊血管很少,壁很薄,所以血液中的免疫細胞,抗體以及藥物,很難達到氣囊的表面。
▲ 氣囊炎導緻的包心包肝
所以當空氣環境較差,或者有病原體感染時,由于氣囊分布于内髒之間,甚至連接骨骼内的空腔。經常很容易出現氣囊炎,嚴重時,導緻全身感染。比如,解剖時候,常見的包心(心包炎)包肝(肝周炎),很有可能就是氣囊炎引起的。
氣血屏障
禽類,氣體擴散的血氣屏障是非常薄的,因此禽類氣體交換非常有效。這很重要,因為氣體擴散穿過這個屏障與它的厚度成反比。在陸生脊椎動物中,禽類和鳥類的血氣屏障是最薄的。
▲ 不同物種的氣血屏障厚度
在禽類中,血氣屏障的厚度是不同的,小體型的家禽通常比大的家禽有更薄的血氣屏障。
▲ 真菌通過呼吸系統
彌漫性感染内髒各器官表面
但是,和氣囊一樣,氣血屏障越薄,其抵抗病原體侵入的能力也就越差。
空氣如何通過肺和氣囊
家禽的氣囊,一共有9個,那麼我們給他們編個号。
1 -頸部氣囊
2 -前胸氣囊
3 -尾胸氣囊
4 -腹氣囊
注意:鎖間氣囊較小,對呼吸過程意義不大,這裡對其忽略
▲ 前面兩對氣囊與肺部前面相連
後面兩對氣囊與肺部後面相連
▲ 吸氣時空氣的流動
吸氣時,所有氣囊都會膨脹,體積變大。新鮮的空氣進入後部氣囊(3,4),也進入肺部。同時,‘新’空氣通過肺部完成交換,變成‘舊’空氣,‘舊’空氣通過副支氣管進入前部氣囊(1,2)。請注意,因為肺部始終有空氣存在,所以整個過程是同時且連續發生的。
▲ 呼氣時空氣的流動
呼氣時,氣囊體積減小,後氣囊(3,4)儲存的‘新’空氣進入肺部,變成‘舊’空氣,同時與前氣囊(1,2)儲存的‘舊’空氣彙合,一同通過氣管離開身體。整個過程也是同時且連續發生的。
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