2022年醫(yī)學(xué)專(zhuān)題-第三節(jié)昆蟲(chóng)的呼吸系統(tǒng)

第六章昆蟲(chóng)(kūnchóng)的呼吸系統(tǒng)昆蟲(chóng)的呼吸系統(tǒng)（respiratorysystem）是由外胚層內(nèi)陷形成的管狀氣管系統(tǒng)（trachealsystem）組成的。以氣管進(jìn)行呼吸是昆蟲(chóng)及其它許多節(jié)肢動(dòng)物的重要生理特征。昆蟲(chóng)的呼吸作用包括氧的吸入和二氧化碳的排除，以及(yǐjí)氧與基質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生能量的過(guò)程。前一過(guò)程是指蟲(chóng)體與外界進(jìn)行氣體交換的物理過(guò)程；后一過(guò)程是指代謝組織利用氧分解能源化合物產(chǎn)生能量的生物化學(xué)過(guò)程，又稱(chēng)細(xì)胞呼吸。第三篇昆蟲(chóng)(kūnchóng)的內(nèi)部解剖和生理第一頁(yè)，共二十二頁(yè)。第一節(jié)昆蟲(chóng)的呼吸(hūxī)方式體壁呼吸：如彈尾目。氣管鰓呼吸：如蜉蝣氣管鰓、蜻蜓直腸鰓。氣泡和氣膜呼吸：如龍虱。氣門(mén)(qìmén)和氣管呼吸：大多數(shù)陸棲昆蟲(chóng)。寄生性昆蟲(chóng)的呼吸：如小蜂、寄生蠅。由于昆蟲(chóng)體軀結(jié)構(gòu)和生活習(xí)性不同，其呼吸(hūxī)方式也就不同，但主要呼吸(hūxī)方式是氣管呼吸(hūxī)。常見(jiàn)的呼吸(hūxī)方式有：氣管鰓直腸呼吸鰓肛門(mén)水流氣管分支AB

Ａ.蜉蝣的氣管鰓Ｂ.蜻蜓的直腸鰓第六章昆蟲(chóng)的呼吸系統(tǒng)第二頁(yè)，共二十二頁(yè)。第二節(jié)氣管(qìguǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

從解剖學(xué)角度看，氣管系統(tǒng)由外向內(nèi)主要由由氣門(mén)、氣管、微氣管等組成。

氣門(mén)——?dú)夤茉谙x(chóng)體兩側(cè)體壁上的開(kāi)口。

氣管——分粗細(xì)(cūxì)不等的主氣管、支氣管。

氣囊——?dú)夤艿木植颗虼蟛糠帧?/p>

微氣管——?dú)夤芊种┒松烊虢M織的微細(xì)盲管。2.1氣管系統(tǒng)(xìtǒng)的組成

對(duì)占絕大多數(shù)昆蟲(chóng)種類(lèi)的陸生昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，其呼吸系統(tǒng)亦即氣管系統(tǒng)。第六章昆蟲(chóng)的呼吸系統(tǒng)第三頁(yè)，共二十二頁(yè)。2.2氣門(mén)第二節(jié)氣管(qìguǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能——?dú)忾T(mén)(qìmén)的分布【多氣門(mén)(qìmén)型】全氣門(mén)式——具10對(duì)有效氣門(mén)，在中、后胸上各1對(duì)，腹部第1～8節(jié)各1對(duì)。如蝗蟲(chóng)。

周氣門(mén)式——具9對(duì)有效氣門(mén)，即中胸1對(duì)，腹部第1～8節(jié)各1對(duì)。如鱗翅目幼蟲(chóng)。

半氣門(mén)式——具8對(duì)有效氣門(mén)，即中胸1對(duì)，腹部第1～7節(jié)各1對(duì)。如蕈蚊科幼蟲(chóng)。

第四頁(yè)，共二十二頁(yè)。第二節(jié)氣管系統(tǒng)(xìtǒng)的結(jié)構(gòu)與功能【寡氣門(mén)(qìmén)型】【無(wú)氣門(mén)(qìmén)型】?jī)啥藲忾T(mén)式——具2對(duì)有效氣門(mén)，分別位于前胸和第8腹節(jié)上。如蠅科幼蟲(chóng)。后氣門(mén)式——僅具1對(duì)有效氣門(mén)，位于腹部最末一個(gè)體節(jié)上。如蚊科幼蟲(chóng)。前氣門(mén)式——僅具1對(duì)有效氣門(mén)，位于前胸上。如蚊科的蛹。無(wú)有效氣門(mén)或雖有氣門(mén)但已封閉。如搖蚊科幼蟲(chóng)和部分營(yíng)內(nèi)寄生昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)。2.2氣門(mén)——?dú)忾T(mén)的分布第五頁(yè)，共二十二頁(yè)。氣門(mén)(qìmén)分布類(lèi)型圖解第二節(jié)氣管(qìguǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能1098765432ⅢⅡ1Ⅰ腹部

胸部頭部全氣門(mén)式兩端氣門(mén)式后氣門(mén)式前氣門(mén)式無(wú)氣門(mén)式有效氣門(mén)無(wú)效氣門(mén)2.2氣門(mén)——?dú)忾T(mén)(qìmén)的分布第六頁(yè)，共二十二頁(yè)。

結(jié)構(gòu):

唇瓣、垂葉和閉肌。

開(kāi)閉：閉肌收縮時(shí)，垂葉向下拉，兩唇瓣閉合，氣門(mén)(qìmén)關(guān)閉；閉肌松馳時(shí)，兩唇瓣張開(kāi)，氣門(mén)(qìmén)開(kāi)啟。第二節(jié)氣管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)與功能

結(jié)構(gòu)：篩板、閉弓、閉帶、閉桿、閉肌

和開(kāi)肌。

開(kāi)閉：閉肌收縮時(shí)，閉弓牽動(dòng)閉帶推向?qū)γ?，將氣管口關(guān)閉；閉肌松馳(sōnɡchí)時(shí)，由于閉弓的彈性或開(kāi)肌收縮，將閉帶拉回，而使氣管開(kāi)放?！?dú)忾T(mén)的構(gòu)造和類(lèi)型【外閉式氣門(mén)】【內(nèi)閉式氣門(mén)】2.2氣門(mén)第七頁(yè)，共二十二頁(yè)。

【組織結(jié)構(gòu)】

由外胚層內(nèi)陷形成，因而與體壁構(gòu)造相同、但層次相反。由外向內(nèi)由底膜、管壁細(xì)胞和內(nèi)膜組成。內(nèi)膜通常局部加厚形成螺旋絲，以增強(qiáng)(zēngqiáng)氣管的韌性。

【構(gòu)造特點(diǎn)】

相當(dāng)于體壁表皮層的內(nèi)膜脫皮時(shí)作為“蛻”脫掉；內(nèi)膜因無(wú)蠟質(zhì)層存在，因而是蟲(chóng)體失水的重要部位。

【功能】

氣體交換的通道；通風(fēng)作用。2.3氣管第二節(jié)氣管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)與功能——?dú)夤?qìguǎn)的組成及特點(diǎn)第八頁(yè)，共二十二頁(yè)。——?dú)夤?qìguǎn)的分布和排列第二節(jié)氣管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)與功能消化道背膈背血管背板背氣管內(nèi)臟氣管氣門(mén)氣管腹氣管氣門(mén)腹神經(jīng)索腹膈腹板背血管背縱干側(cè)縱干消化道內(nèi)臟縱干腹縱干腹神經(jīng)索背縱干側(cè)縱干氣門(mén)內(nèi)臟縱干腹縱干【縱向排列】連接所有氣門(mén)氣管的側(cè)縱氣管干，連接背氣管的背縱氣管干，連接腹氣管的腹縱氣管干，連接內(nèi)臟氣管的內(nèi)臟縱氣管干。【橫向分布】伸向背面的背氣管，伸向腹面的腹氣管，伸向中央的內(nèi)臟氣管。2.3氣管第九頁(yè)，共二十二頁(yè)。2.4微氣管和氣囊(qìnáng)第二節(jié)氣管系統(tǒng)(xìtǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

微氣管是由氣管頂端(dǐngduān)的掌狀細(xì)胞發(fā)出的原生質(zhì)絲（直徑1微米以下）形成的盲管。微氣管的通透性很強(qiáng)，可深入到組織內(nèi)或細(xì)胞表面（象手指按壓氣球一樣），直接與代謝組織進(jìn)行氣體交換。

深入到肌肉中的微氣管肌肉支氣管端細(xì)胞液體柱部分空氣柱部分支氣管——微氣管第十頁(yè)，共二十二頁(yè)。第二節(jié)氣管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)與功能

氣囊是氣管或支氣管局部膨大形成的囊狀構(gòu)造。質(zhì)薄而軟;無(wú)明顯的螺旋絲，可以借血壓的變化或體軀的伸縮而脹縮。主要(zhǔyào)功能是增加氣管內(nèi)的通風(fēng)作用;增加浮力;促進(jìn)血液循環(huán)。在飛翔力強(qiáng)的昆蟲(chóng)中氣囊尤為發(fā)達(dá)。蜜蜂工蜂體內(nèi)發(fā)達(dá)的氣囊——?dú)饽?qìnáng)2.4微氣管和氣囊第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)。第三節(jié)氣管(qìguǎn)系統(tǒng)的呼吸機(jī)制

氣體交換包括大氣與氣管間、微氣管與代謝組織間的擴(kuò)散作用、氣管和氣囊(qìnáng)的通風(fēng)作用和氣門(mén)開(kāi)閉的調(diào)控作用。３.1氣體(qìtǐ)擴(kuò)散機(jī)制擴(kuò)散作用的部位：大氣氣管微氣管呼吸組織擴(kuò)散作用的機(jī)制：氣體分壓差：O2管外＞管內(nèi)CO2管外＜管內(nèi)

滲透壓：微氣管的通透性及管內(nèi)液體與組織液滲透壓的變化第六章昆蟲(chóng)的呼吸系統(tǒng)第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)。昆蟲(chóng)在劇烈運(yùn)動(dòng)（如飛翔活動(dòng)）時(shí)，體內(nèi)的代謝活動(dòng)也十分(shífēn)旺盛，這時(shí)單靠擴(kuò)散作用不能滿足氧的供應(yīng)，因此必須借助氣囊的通風(fēng)作用來(lái)提高換氣運(yùn)動(dòng)的效率。體軀的伸縮、血壓的變化等，都會(huì)引起氣囊的脹縮。第三節(jié)氣管系統(tǒng)的呼吸機(jī)制(jīzhì)和控制

氣門(mén)的開(kāi)閉起著調(diào)節(jié)氣體流量的作用。昆蟲(chóng)在不同活動(dòng)狀態(tài)下，氣門(mén)開(kāi)啟與否以及開(kāi)啟程度、開(kāi)放時(shí)間是不同的。通常情況下，許多昆蟲(chóng)多數(shù)體節(jié)上的氣門(mén)是關(guān)閉(guānbì)的，以減少體內(nèi)水分的散失；只有當(dāng)劇烈活動(dòng)時(shí)才將氣門(mén)打開(kāi)。３.２氣管通風(fēng)機(jī)制３.３氣門(mén)控制機(jī)制第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)。

昆蟲(chóng)在靜息狀態(tài)下，微氣管末端充滿液體，進(jìn)入氣管內(nèi)的氣體只能到達(dá)液面，而不能進(jìn)入微氣管的末端。當(dāng)組織活動(dòng)（如肌肉收縮）時(shí)，由于代謝產(chǎn)物（如乳酸）增多，因而提高了微氣管周?chē)后w的滲透壓，促使微氣管內(nèi)的液體向外滲透，氣管內(nèi)的氣體之到達(dá)微氣管的末端，進(jìn)而(jìnér)擴(kuò)散到呼吸代謝組織。代謝產(chǎn)物被氧化分解后，血液的滲透壓恢復(fù)，微氣管末端又重新充滿液體。CO2的排除與O2的吸入一樣，也是靠擴(kuò)散作用。因大氣中CO2分壓比蟲(chóng)體內(nèi)低，所以CO2除通過(guò)氣管系統(tǒng)排除外，還可通過(guò)體壁擴(kuò)散到體外。第三節(jié)氣管(qìguǎn)系統(tǒng)的呼吸機(jī)制和控制３.４氣體交換(jiāohuàn)過(guò)程第十四頁(yè)，共二十二頁(yè)。第四節(jié)呼吸(hūxī)代謝和能量供應(yīng)

呼吸代謝(dàixiè)是動(dòng)物通過(guò)對(duì)能源物質(zhì)的氧化，為肌體提供生命活動(dòng)所需能量的過(guò)程。這些能量一部分作為熱能散失，另一部分以高能磷酸化合物（ATP）的形式貯存起來(lái)。以后當(dāng)高能化合物分解時(shí)，把貯存的能量釋放出來(lái)，供生命活動(dòng)使用。能源物質(zhì)合成(héchéng)代謝分解代謝食物中的營(yíng)養(yǎng)脂肪體貯存分解能量熱能散失生命活動(dòng)第六章昆蟲(chóng)的呼吸系統(tǒng)第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)。４.１能源物質(zhì)(wùzhì)及其代謝第四節(jié)呼吸代謝(dàixiè)和能量供應(yīng)

生物用以氧化產(chǎn)生能量的化合物稱(chēng)為能源物質(zhì)。這些物質(zhì)主要包括碳水化合物、脂肪和氨基酸。不同昆蟲(chóng)、昆蟲(chóng)的不同組織，以及不同生理狀態(tài)下的昆蟲(chóng)，常利用不同的能源物質(zhì)。如蜜蜂和麗蠅主要利用糖，蝗蟲(chóng)和蛾類(lèi)飛行中主要利用脂肪，馬鈴薯葉甲等(jiǎděnɡ)以脯氨酸作為飛行時(shí)的燃料化合物。

昆蟲(chóng)在呼吸代謝活動(dòng)中，自體內(nèi)釋放出的二氧化碳與所消耗的氧的體積之比（CO2／O2），稱(chēng)為呼吸系數(shù)或呼吸商（respiratoryquotient，RQ）。呼吸系數(shù)?？煞从炒x物的性質(zhì)，如葡萄糖、蛋白質(zhì)、脂肪完全被氧化后，呼吸系數(shù)的理論值分別為RQ＝1、RQ＝0.8、RQ＝0.7。而昆蟲(chóng)的呼吸代謝率（呼吸強(qiáng)度）是指單位體重在單位時(shí)間內(nèi)的耗氧量（cm3O2/g體重/h

）。

第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)。第四節(jié)呼吸(hūxī)代謝和能量供應(yīng)——脂肪酸的代謝(dàixiè)

脂肪酸作為能源物質(zhì)時(shí)，一般先活化成脂酰ＣＯＡ，再轉(zhuǎn)入線粒體，經(jīng)?－氧化生成乙酰ＣＯＡ后，進(jìn)入三羧酸循環(huán)?！被岬拇x

昆蟲(chóng)一般不利用氨基酸作為能源物質(zhì)。蟲(chóng)體內(nèi)的氨基酸主要通過(guò)轉(zhuǎn)氨作用生成各種酮酸，為三羧酸(suōsuān)循環(huán)提供代謝中間體，啟動(dòng)丙酮酸的徹底氧化。——碳水化合物的代謝

正常情況下，昆蟲(chóng)體內(nèi)消耗的主要是糖類(lèi)。碳水化合物的氧化代謝包括在細(xì)胞質(zhì)中的糖酵解和在線粒體中的三羧酸循環(huán)。４.１能源物質(zhì)及其代謝第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)。第四節(jié)呼吸代謝(dàixiè)和能量供應(yīng)４.2呼吸代謝(dàixiè)的能量供應(yīng)和轉(zhuǎn)移

能源物質(zhì)分解產(chǎn)生的能量，除少部分作為熱量散發(fā)外，多以化學(xué)能貯存與高能磷酸化合物中，并在需要時(shí)，以適宜的形式為機(jī)體提供各種能量。如物質(zhì)代謝中底物的活化、酶的激活、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)碾x子泵、肌肉的機(jī)械運(yùn)動(dòng)等，大多是利用ATP的磷酸化過(guò)程。昆蟲(chóng)肌肉中的ATP最初是由能源物質(zhì)氧化代謝產(chǎn)生的，能源物質(zhì)（如糖原）可少量存在于肌肉細(xì)胞。因此，飛行肌中的能源物質(zhì)只能支持短期飛行，長(zhǎng)期飛行所需的能源主要由血淋巴、脂肪體和腸壁細(xì)胞等以海藻糖、甘油二酯和氨基酸的形式運(yùn)輸供應(yīng)(gōngyìng)。血淋巴中可貯存一定的氨基酸和海藻糖；腸壁細(xì)胞可貯存一定的糖原，并能吸收轉(zhuǎn)移各種能源物質(zhì)；脂肪體是物質(zhì)代謝的重要場(chǎng)所，可將各種單糖、氨基酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖，以合成海藻糖維持血淋巴中血糖的含量，也可合成糖原，或通過(guò)代謝轉(zhuǎn)換合成甘油三酯進(jìn)行貯存。當(dāng)肌肉劇烈活動(dòng)時(shí)，貯存的糖原和甘油三酯可迅速轉(zhuǎn)化成海藻糖和甘油二酯，并釋放到血淋巴中，以滿足昆蟲(chóng)活動(dòng)所需。第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)。４.2殺蟲(chóng)劑與呼吸(hūxī)代謝的關(guān)系第四節(jié)呼吸(hūxī)代謝和能量供應(yīng)呼吸代謝是有機(jī)體生命活動(dòng)能量的源泉，阻斷呼吸代謝和能量供應(yīng)，常會(huì)導(dǎo)致機(jī)體迅速死亡。因此，在動(dòng)物毒劑中，以作用于神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)毒劑和作用于呼吸系統(tǒng)的呼吸毒劑的致死速度最快。在呼吸毒劑中，有的能阻斷能源物質(zhì)的氧化代謝，有的能阻止呼吸鏈電子傳遞，有的直接阻斷偶聯(lián)磷酸化，使電子傳遞過(guò)程中釋放的能量不能生成(shēnɡchénɡ)ATP。此外，一些礦物油制劑可封閉昆蟲(chóng)的氣門(mén)，通過(guò)阻斷氣體交換來(lái)殺死害蟲(chóng)。第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)。——影響呼吸商如有機(jī)磷和除蟲(chóng)菊酯類(lèi)神經(jīng)毒劑，昆蟲(chóng)中毒初期吸O2量增加，RQ→小；麻痹階段吸O2量劇減，RQ→大。——抑制呼吸酶如溴甲烷、氯化苦等熏蒸劑以及氫化物等細(xì)胞毒劑，導(dǎo)致呼吸代謝率降低而死亡。——堵塞氣門(mén)油乳劑和黏著展布劑，可利用昆蟲(chóng)的親脂性表皮堵塞氣門(mén)，使昆蟲(chóng)窒息而死。

——環(huán)境溫度和氣體的組成與濃度(nóngdù)

提高環(huán)境溫度或二氧化碳濃度，可使昆蟲(chóng)呼吸加劇，更有利于熏蒸劑藥效的發(fā)揮。第四節(jié)呼吸代謝和能量(néngliàng)供應(yīng)４.2殺蟲(chóng)劑與呼吸代謝(dàixiè)的關(guān)系第二十頁(yè)，共二十二頁(yè)。本章重點(diǎn)(zhòngdiǎn)及復(fù)習(xí)思考題

根據(jù)有效氣門(mén)數(shù)，昆蟲(chóng)的氣門(mén)形式有哪些？簡(jiǎn)述氣管在昆蟲(chóng)體內(nèi)的分布特點(diǎn)。昆蟲(chóng)為何要控制(kòngzhì)氣門(mén)關(guān)閉，如何控制(kòngzhì)？空氣如何進(jìn)入氣管？在微氣管末端氣體交換是怎樣進(jìn)行的？生活在水中的昆蟲(chóng)如何獲得氧氣？什么是呼吸商（RQ）和呼吸代謝率？溫度和CO2對(duì)昆蟲(chóng)的呼吸有何影響？如何在