Дыхательная система и газообмен

Принцип газообмена заключается в диффузии растворенных в жидкости газов по градиенту их концентрации. Растворимость кислороды в воде невелика. В среднем количество кислорода, растворенного в воде природных водоемов, колеблется в пределах 5-11 мл/л. Эволюция, связанная с прогрессивным наращиванием энергетики организма, привела к формированию у водных позвоночных активного типа дыхания с помощью специализированного жаберного аппарата.

У круглоротых в области глотки образуются семь пар жаберных мешков, которые у миног открываются во внешнюю среду.

У рыб устройство жаберного аппарата иное. У хрящевых рыб от жаберных дуг отходят межжаберные перегородки, наружные края которых образуют подобие клапанов, прикрывающих расположенную позади жаберную щель. Активное сжатие ротовой полости и глотки создает здесь повышенное давление, и вода выталкивается через жаберные щели наружу, омывая при этом жаберные лепестки, на поверхности которых и происходит газообмен с протекающей по капиллярам кровью.

У костных рыб появление жаберной крышки способствовало повышению эффективности дыхательных движений: формируется система нагнетательного (ротовая полость) и всасывающего (жаберная полость) насосов, что обеспечивает интенсивное продвижение воды сквозь жабры. В отличие от хрящевых у костных рыб межжаберные перегородки редуцированы или (у костистых) полностью отсутствуют, Жаберные лепестки у них прикреплены прямо к жаберным дугам и свободно свешиваются в жаберную полость.

Эффективность газообмена рыб определяется не только особенностями общего строения дыхательного аппарата, но и более тонкими морфофизиологическими приспособлениями. Микроструктура дыхательной поверхности жаберных лепестков представлена множеством вторичных жаберных пластинок, расположенных перпендикулярно плоскости лепестков, Благодаря этому общая площадь газообменного эпителия сильно увеличивается. Извлечение кислорода из воды усиливается противоположным направлением движения потока воды сквозь жаберные лепестки и тока крови в капиллярах, проходящих по вторичным жаберным пластинкам. Противоточная система обеспечивает наибольшую эффективность утилизации кислорода: некоторые виды костистых рыб способны извлекать до 85% растворенного в воде кислорода.