Вопрос: Когда вода омывает жабры рыб, она всегда движется в одном направлении. Кровь в жаберных капиллярах течет в противоположном направлении и движется навстречу омывающей жабры воде. Как вы думаете, зачем нужна такая противоточная система? Приведите другие примеры, где тоже используется принцип противотока.
Категория: школьный раздел
Ответы:
Противоточная система в жабрах рыб повышает эффективность извлечения кислорода из
воды. Направление движения потока воды сквозь жаберные капилляры и ток крови в капиллярах противоположны. Это способствует тому, что на протяжении всей жаберной пластинки сохраняется градиент концентрации кислорода (и углекислого газа) в крови и воде. Благодаря этому процесс диффузии идет непрерывно, и отходящая от жабры кровь имеет почти тот же уровень насыщения кислородом, что и поступающая в жабры вода.

Схема противотока воды и крови в жабрах костистых рыб.
У костных рыб жабры состоят из многочисленных жаберных лепестков, прикрепленных к жаберным дугам. От каждой жаберной дуги отходят два ряда жаберных лепестков. Кончики лепестков, сидящих на соседних дугах, соприкасаются, заставляя воду течь между лепестками. На каждом жаберном лепестке располагаются ряды плотно уложенных плоских жаберных пластинок. Газообмен осуществляется в этих пластинках по мере того, как вода протекает между ними в одном направлении, а кровь по кровеносным капиллярам - в другом.
Этот принцип противотока имеет важное значение. Когда кровь уже готова покинуть жаберную пластинку, она встречает воду, из которой кислород еще не извлекался. Таким образом, кровь опять поглощает кислород из воды, в которой содержание О2 еще не понизилось.
По мере прохождения между жаберными пластинками вода встречает кровь со все более и более низким содержанием кислорода, и поэтому она будет все время отдавать и отдавать кислород.
Таким образом, кровеносные капилляры жаберных пластинок извлекают кислород из воды по всей длине, и вода, пройдя через жабры, может потерять до 85% исходного количества О2. Это очень высокая эффективность утилизации кислорода (например, у млекопитающих, кровь извлекает лишь около четверти кислорода, поступающего в легкие).

Принцип противотока встречается в ряде других физиологических процессов у разных животных:
•     при газообмене в легких птиц (поток воздуха в легких и движение крови в кровеносных капиллярах). Кровь по легочным капиллярам двигается в направлении, противоположном направлению движения воздуха. Венозная кровь встречает те порции воздуха, которые уже прошли легкие и отдали большую часть кислорода. Но кислорода в этом воздухе все еще больше, чем в венозной крови, и этот кислород поступает в кровь. Кровь, прошедшая почти все легкие и обогатившаяся кислородом, встречает самый свежий воздух, который содержит максимум кислорода, и кровь опять поглощает дополнительный кислород.
•     при образовании мочи в почках млекопитающих (нисходящая и восходящая ветви петли Генле, восходящая ветвь петли Генле и собирательная трубочка). Противоточная система обеспечивает процессы осмотического концентрирования мочи в почках млекопитающих.
•     в конечностях арктических птиц и млекопитающих (венозная и артериальная кровь). У некоторых арктических животных холодная венозная кровь, оттекающая от погружённых в снег или холодную воду конечностей, нагревается артериальной кровью, поступающей к ним. Таким образом, в общую кровеносную систему поступает венозная кровь, имеющая почти такую же температуру, как и кровь в сердце, а в конечности — охлаждённая артериальная кровь, что снижает потерю тепла и поддерживает температурный баланс тела.
•     в мышцах акул и тунцов (вены и артерии, расположенные по бокам тела). Противоток позволяет удерживать тепло, подогревая холодную артериальную кровь за счёт венозной, разогретой работой мышц.
•     в плавательном пузыре рыб (накопление и удержание газов с помощью «чудесной сети» капилляров).
•     в системе плацентарного кровообращения.