Транспорт веществ в организме

Способы транспорта веществ у организмов

Организму для поддержания своей жизнедеятельности постоянно нужны приток питательных веществ, удаление образовавшихся отходов, а также кислород для дыхания. У одноклеточных организмов доставка и удаление веществ (их транспорт) осуществляется главным образом в результате движения цитоплазмы. У многоклеточных для выполнения этой функции в процессе эволюции сформировалась специализированная жидкостная система транспорта веществ — сосудистая система. По сосудам вещества перемещаются с жидкостями: кровью, тканевой жидкостью, лимфой — у животных и растительным соком — у растений.

Транспорт веществ — это процесс переноса необходимых веществ по организму к клеткам и внутрь клеток, а также удаление отработанных веществ.

Следует заметить, что у многих мелких беспозвоночных животных (например, у медуз, гидры, коралловых полипов, губок, коловраток и плоских червей) сосудистой системы нет. Строение их тела достаточно простое, и транспорт веществ внутри организма обеспечивается диффузией и теми потоками тканевых жидкостей, которые возникают при движении тела. У более сложных организмов транспорт веществ осуществляет главным образом кровеносная система.

Компоненты транспортной системы у животных

Основными структурными компонентами транспорта являются: кровеносная система, ее крупные и мелкие сосуды (артерии, вены, капилляры), мускульный насос — сердце, лимфатическая система и «жидкая ткань» - кровь, лимфа и тканевая жидкость.

Сердце обеспечивает ток крови к жабрам или легким и к различным тканям.

Сосуды, несущие кровь от сердца к тканям тела, - артерии, а возвращающие кровь в сердце — вены; мелкие сосуды, соединяющие артерии и вены, - капилляры; сосуды, способствующие оттоку жидкости от тканей, - лимфатические сосуды. Артерии имеют более толстые стенки, у них больше, чем у вен, мышечных волокон и эластичных волокон соединительной ткани.

Капилляры — мельчайшие сосуды, имеющие диаметр (около 7 мкм у человека), достаточный лишь для прохождения одного эритроцита. Они могут сжиматься и пропускать очень малый ток крови, могут и вовсе закрываться. Капилляры располагаются между клетками большинства тканей тела. В тканях капилляры соединяют артериальные и венозные сосуды (через артериолы и венулы). Из капилляров кровь возвращается в сердце через вены.

Участок капиллярной сети в плавательной перепонке лапы лягушки: 1 — капилляр; 2 — артериола; 3 — венула; 4 — соединение между артериолами и венулами (анастомоз)

По сети капилляров — самых мелких сосудов — через их стенки осуществляется обмен с тканевой жидкостью, омывающей клетки организма. Мелкие молекулы и ионы свободно проходят сквозь стенки капилляров, поэтому здесь идет активная диффузия — из крови переходят наружу кислород и питательные вещества, а из тканей поступают двуокись углерода и конечные продукты обмена.

Капилляры — важнейшая часть сердечно-сосудистой системы, так как именно они обеспечивают обмен газами и питательными веществами между кровью и тканями. Остальные сосуды выполняют лишь транспортную функцию.

Лимфатическая транспортная система

По лимфатическим сосудам, не сообщаясь с артериями, тканевая жидкость может возвращаться в кровяное русло. Помимо сосудов, в лимфатической системе имеются узлы, встречающиеся в разных частях тела, но всегда расположенные по ходу лимфатических сосудов.

Сосудистая система — это транспортный путь, по которому питательные вещества доставляются во все части тела организма и удаляются продукты обмена. А непосредственную доставку и удаление веществ осуществляют тканевая жидкость, кровь и лимфа (у животных), растворы минеральных и органических веществ (у высших растений).

Тканевая жидкость содержится в межклетниках и околоклеточных пространствах тканей и органов позвоночных. Вместе с кровью и лимфой она составляет внутреннюю среду организма. Из тканевой жидкости клетки получают питательные вещества и в нее отдают продукты обмена. Объем этой жидкости в организме достаточно велик, например, у человека он составляет в среднем 26,5 % общей массы тела. Оттекая от органов в лимфатические сосуды, тканевая жидкость превращается в лимфу.

Кровь — циркулирующая в кровеносной системе всех позвоночных и многих беспозвоночных животных «жидкая ткань» внутренней среды, являющаяся одной из форм соединительной ткани. Она состоит из клеток и частиц мезенхимного происхождения (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов) — форменных элементов, погруженных в жидкое межклеточное вещество — плазму.

Постоянный перенос кислорода и углекислого газа — одна из важнейших функций крови.

Красный цвет крови придает белок — пигмент гемоглобин, содержащийся в эритроцитах (у позвоночных животных) или в гемолимфе (у большинства беспозвоночных). Гемоглобин содержит четыре атома железа, каждый из которых способен связывать молекулу кислорода. Кроме того, гемоглобин связывает значительное количество двуокиси углерода и переносит ее в легкие, откуда она удаляется с выдыхаемым воздухом.

У позвоночных животных и у человека циркулирующая кровь нигде не соприкасается с тканевой жидкостью и клетками, удаленными от сосудов, хотя плазма может свободно проникать через стенки сосуда. Такая кровеносная система называется замкнутой. У некоторых беспозвоночных животных (членистоногих, многих моллюсков и асцидий) кровеносная система является незамкнутой: у них из артерий кровь поступает в ткани и смешивается с тканевой жидкостью, а затем попадает в вены и сердце.

У некоторых организмов с незамкнутой кровеносной системой функцию крови выполняет гемолимфа, которая осуществляет транспорт O2, CO2, питательных веществ и продуктов выделения. Гемолимфа — обычно бесцветная или зеленоватая жидкость, циркулирующая в сосудах и межклеточных полостях тела. В гемолимфе содержатся различные клеточные элементы, а также дыхательные пигменты — гемоцианины и гемоглобины. Эти пигменты находятся в растворенном состоянии. Гемоцианин, как и гемоглобин, также осуществляет транспорт кислорода благодаря присутствию в своей в своей молекуле атома меди, но имеет более низкую кислородную емкость, чем гемоглобин.

Плазма — жидкая часть крови, содержащая растворенные минеральные и органические вещества — аминокислоты, белки, жиры, углеводы (глюкозу). По солевому составу она практически идентична тканевой жидкости. Специфические белки плазмы — это альбумины, глобулины и фибриноген. Основная функция альбуминов — удержание воды в плазме за счет осмоса. Глобулины определяют иммунные свойства организма, связывая чужеродные для него вещества. Фибриноген является важным фактором свертывания крови — защитной реакцией, предохраняющей организм от кровопотерь. Помимо фибриногена в этом процессе принимают участие и некоторые белки-глобулины.

Лимфа — бесцветная непрозрачная жидкость с увеличенным содержанием эмульгированного жира. По щелочной реакции (pH 7,4-9) и по составу солей лимфа очень близка к крови, но в ней меньше белков и свертывается она заметно медленнее крови. Основные функции лимфы — трофическая (перенос питательных веществ, преимущественно жиров) и защитная (в лимфу легко проникают яды и бактериальные токсины, нейтрализующиеся затем в лимфатических узлах).

Движение крови, происходящее благодаря координированной работе органов кровообращения — сердца и кровеносных сосудов, определяет ее транспортную функцию, обеспечивающую обмен веществами между организмом и внешней средой.