Вентиляция трахейной системы

У многих мелких или малоподвижных насекомых потребности в кислороде удовлетворяются только за счёт диффузии газов; однако этого оказывается недостаточно для активных бегающих или летающих насекомых с высоким уровнем метаболизма, которым требуются большие количества энергии.

Насекомое, находящееся в полете, нуждается в значительно большем притоке кислорода и одновременно в более интенсивном удалении CO₂ и воды, нежели насекомое в состоянии покоя. Трахейная система должна быть высоко реактивной и доставлять огромные количества кислорода к летательным мышцам. В этой ситуации диффузия дополняется механической вентиляцией трахейной системы, что обеспечивается двумя основными приспособлениями.

1. Тенидии трахей обеспечивают гибкость трубочек, заполненных воздухом, и они растягиваются и сокращаются в продольном направлении подобно мехам аккордеона. При сокращении объем их уменьшается на 30%.
2. Некоторые участки трахей имеют в поперечном сечении форму эллипса, а не окружности и почти лишены тенидий. Эллиптические участки могут уплощаться при увеличении давления крови вокруг них или при сгибании трахеи. Часто в отдельных участках трахей образуются воздушные мешки, имеющие вид растянутых больших камер и напоминающие эллиптические трахейные структуры отсутствием или малым числом тенидиев. Эти мешки легко сжимаются и раздуваются (рис. 5.17; 5.18, Б), и работа их сходна с работой воздуходувных мехов.
   

Трахеи и воздушные мешки функционируют подобно лёгким позвоночных животных. Дыхательные движения насекомого вызывают попеременное наполнение и опорожнение этих органов. Когда тело насекомого сжимается, аккордеоноподобные участки также сжимаются и увеличение давления крови приводит к сжатию эллиптических участков трахей и воздушных мешков. Эти два процесса приводят к выходу воздуха, содержащего углекислый газ, из трахей через дыхальца наружу. Когда тело расслабляется, воздушные камеры расширяются благодаря их эластичности и наполняются воздухом из окружающей среды.

В результате такой вентиляции (рис. 5.18, А) трахейные стволы и воздушные мешки наполняются воздухом, сходным по составу с атмосферным. Непосредственно к тканям воздух доставляется с помощью диффузии через трахейные веточки, отходящие от воздушных мешков или трахейных стволов.

5.17 Трахейная система с воздушными мешками в брюшке рабочей пчелы
Дорсальные трахеи и воздушные мешки удалены.

5.18. Схема, иллюстрирующая отношение между диффузией и вентиляцией
А. Система, использующая только диффузию. Б. Система, в которой диффузия дополняется вентиляцией. 1 — стенка тела, 2 — дыхальце; 3 — трахеи; 4 — ткани; 5 — воздушный мешок.