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咽喉通道雙重生理功能,呼吸道與消化道共融的奧秘解析

咽喉通道雙重生理功能,呼吸道與消化道共融的奧秘解析"/

呼吸道和消化道在咽喉部共用一個通道,即咽部,這一結(jié)構(gòu)設(shè)計在生理上有以下意義:
1. "節(jié)省空間":咽部共用一個通道可以節(jié)省人體內(nèi)部的空間,使得身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為緊湊,有利于生物體在進(jìn)化過程中適應(yīng)更小的生存空間。
2. "食物和空氣的分離":盡管咽部是食物和空氣的共同通道,但人體有復(fù)雜的生理機(jī)制來區(qū)分食物和空氣的路徑。當(dāng)吞咽時,會通過咽部肌肉的協(xié)調(diào)作用,使食物進(jìn)入食道,而空氣則進(jìn)入氣管。這種機(jī)制保證了食物和空氣的分離,防止食物誤入氣管引起窒息。
3. "減少能量消耗":共用一個通道減少了人體需要維持多個通道所需的能量和資源,有助于提高生存效率。
4. "進(jìn)化優(yōu)勢":在進(jìn)化過程中,這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得動物能夠更有效地利用資源,有助于生存和繁衍。
5. "共同保護(hù)":咽部是食物和空氣的共同通道,因此,對咽部的保護(hù)可以同時保護(hù)食物和空氣的通道,減少疾病的風(fēng)險。
總之,呼吸道和消化道在咽喉部共用一個通道的設(shè)計,是自然界長期進(jìn)化過程中形成的,它既體現(xiàn)了生物體的適應(yīng)性,也反映了生物體在進(jìn)化過程中對資源利用的優(yōu)化。

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臨床上因為吞咽動作不協(xié)調(diào)或者胃食管反流問題導(dǎo)致慢性咳嗽、肺炎、間質(zhì)纖維化甚至支氣管哮喘的情況非常常見,不禁令人疑惑,呼吸道和消化道的入口和中后段都是各自獨立的,卻唯獨在咽喉部共用通道,從而成為上述疾病發(fā)生的解剖基礎(chǔ),那這一“共用通道”有什么積極的生理意義嗎?

順著時間線講,最初動物沒有消化道,更不需要呼吸道,就是把食物包進(jìn)去,消化完再吐出來,比如水母、水螅、海葵這些。

反正那時候動物小的多,細(xì)胞可以直接從海水里獲取氧氣,用不著專門呼吸。后來為了方便,演化出了一個肛門,嘴里吃進(jìn)去,消化道消化完,肛門排出去,比如昆蟲幼蟲、蚯蚓,都是這樣,前面吃后面拉,便有了消化道。

脊椎動物的祖先,是濾食的古蟲,古蟲的生活方式就是張著大嘴在海里游,廣撒網(wǎng),喝的水多了,總能吃飽。但是不能指望整個消化道從喝過的水中過濾食物,水那么多,一直竄稀誰受得了,于是它們演化出了一個結(jié)構(gòu),如下圖所示,鰓孔紅圈部分就是鰓孔。

在澄江發(fā)現(xiàn)這類動物的郝詒純院士,用母校中國地質(zhì)大學(xué)的簡稱給這類動物命名

鰓孔起初的作用,就是排除海水,截留下大塊的有機(jī)物顆粒,如下圖:

這個結(jié)構(gòu),不僅可以過濾海水,還可以吸收海水里的氧氣。后來古蟲動物的后代脊索動物,因為運(yùn)動能力提高和體型增大,耗氧量大大增加,原本體細(xì)胞直接從海水中獲取氧氣的方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用,于是開始利用鰓孔周圍的毛細(xì)血管,從海水中吸收氧氣,再由循環(huán)系統(tǒng)送到全身,最后鰓孔成了魚類的鰓,后來的魚類開始改濾食為捕食以后,鰓的主要作用就從過濾海水留下食物,變成過濾海水留下氧氣。所以其實一開始,“口”就是同時負(fù)責(zé)氧氣和食物的攝入。

再后來,硬骨魚類,為了控制上浮下潛的需要,讓一部分消化道形成另一個可收縮的空腔,就是魚鰾。魚鰾廣布毛細(xì)血管,可以獲取空氣中的氧氣,于是,在魚類登陸后,逐漸強(qiáng)化魚鰾的氣體交換作用,逐漸變成了肺。我們知道有一種魚叫肺魚,可以長時間在陸地上生存,肺魚的魚鰾呼吸作用比較強(qiáng)大。

DNA測序證明,我們正是肺魚的親戚,所有陸地脊椎動物都屬于肺魚四足形綱。而大量的科普文章以及古脊椎所的古動物館陳列里,都依然有此說法:腔棘魚類是陸生脊椎動物的祖先。

DNA技術(shù)出現(xiàn)后,很多原有的形態(tài)學(xué)和化石研究確定的分類都被打破,腔棘魚只是其中一個,其它著名的包括鰭腳類被算進(jìn)熊超科;烏龜?shù)臒o孔類取消,被并入主龍形類;鯨目和偶蹄目合并。但是,今天的肺魚已經(jīng)沒有祖先那些原始形態(tài)了。

腔棘魚碩大的肉鰭更有助于大家理解魚類登陸

鼻子,則是一個很年輕的器官,魚類有鼻孔,但是沒有我們哺乳動物的鼻子。

魚類在水下生活,鼻子自然不是用來呼吸空氣的,而是嗅覺感受器,直接在口腔上開了個孔,通過流過的水感知水里的一些信息素。魚類在逐漸演化成兩棲動物的時候,這倆孔就理所當(dāng)然的被用來呼吸。

魚類和兩棲類,都是有鼻孔但是沒有鼻子,鼻孔是直接在口腔里開了個洞,兩棲類的呼吸比起我們成熟的純陸生脊椎動物,有很大不同。

以青蛙為例,我們今天吸氣,靠的是胸腔伸縮,直接在肺部制造負(fù)壓呼吸新鮮空氣,但青蛙不是。青蛙靠的是口腔伸縮,制造負(fù)壓從鼻子吸氣,然后鼻孔關(guān)閉,咽部收縮,把空氣壓到肺里。因為青蛙張嘴就不能鼓氣,所以,只能它靠鼻子吸氣,不怎么靠嘴巴直接呼吸。

對于后來完全脫離水的陸地動物來說,就很不方便了,而且咀嚼食物時,有可能堵住鼻子。后來完全陸生的脊椎動物,就長出了次生腭,把口腔和鼻腔隔開。

紅圈里就是次生腭

所以雖然鼻子看上去是個專用的呼吸道器官,但是實際上,鼻腔曾是口腔的一部分,即便是今天,鼻腔和口腔還是相連,所以鼻子真的能吃面條。其實吸鼻涕大家都干過,小時候某次玩瓜子的時候恰好感冒,玩著玩著把瓜子塞鼻孔里了,然后一吸,把瓜子和鼻涕一塊吸到了嘴里……從此打開了新世界的大門。

呼吸道和食道公用咽腔,那也是沒辦法的事,幾億年來這本來就是一根管子,鼻子和肺才是后來加裝的東西。

導(dǎo)致偶爾嗆住的問題,其實很大程度上跟原始設(shè)計也沒關(guān)系,原本,分隔呼吸道和食道的會厭軟骨是足夠靈敏的,很少會嗆到。

我們看蛙類的骨架,會發(fā)現(xiàn)蛙是沒有脖子的,嘴巴又大又寬,所以咽部的會厭軟骨,直接在肩胛骨的下方,控制會厭軟骨的神經(jīng),也就接在了最近的脊柱附近,接近心臟的位置。

二疊紀(jì)的引螈,一樣是一張大嘴,喉嚨長到了肩膀后

后來,脊椎動物開始縮小口腔和咽腔,開始長脖子了!但是神經(jīng)既然已經(jīng)接在下面了,自然也不能隨便調(diào)整,只能越來越長,繞到心臟附近再回來,加上心肺胃這些器官越來越強(qiáng)大,遠(yuǎn)不是以前那樣一段變大的消化道,變大的血管那么簡單,這就讓會厭軟骨神經(jīng)擠在一堆重要神經(jīng)里,靈敏性大大降低。

同樣是二疊紀(jì)時的安蒂歐獸,喉嚨比起兩棲類,就大大的靠前了

各種動物體內(nèi)都有數(shù)不清的原始設(shè)計無法改變,比如脊椎動物的視網(wǎng)膜是反的。進(jìn)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是萬能的,“意義”和“合理性”都是有限度的。

【補(bǔ)充說明】

1.關(guān)于鼻孔。起初魚類的鼻孔并不通口腔,而應(yīng)該是和軟骨魚類(鯊魚、鰩魚)一樣,一個鼻孔進(jìn)水一個鼻孔出水,從而做到分辨水中的信息。通口腔是后來的一些偶然導(dǎo)致硬骨魚類的鼻孔通了口腔。

魚類的分類是這樣的:首先分成硬骨魚和軟骨魚兩大類,軟骨魚就是鯊魚鰩魚這種,硬骨魚分成肉鰭魚和輻鰭魚,肉鰭魚就是鰭比較強(qiáng)壯的魚,現(xiàn)在只有少數(shù)肺魚和腔棘魚等還是我們常規(guī)意義上的魚,大部分肉鰭魚類都已經(jīng)長出了四條腿在陸地上了,而輻鰭魚的魚鰭,由輕巧的輻狀骨骼支撐,絕大多數(shù)魚類都屬于輻鰭魚,是脊椎動物門第一大綱。

2.關(guān)于肺和鰾。有人說,應(yīng)該是先有肺后有鰾。有些原始硬骨魚的鰓不夠發(fā)達(dá),從而利用消化道上的毛細(xì)血管輔助吸收氧氣,后來有一段消化道膨脹(消化道經(jīng)常膨脹特化,反芻動物愣是膨脹出好幾個胃來)形成肺。再后來,硬骨魚的兩個分支,輻鰭魚和肉鰭魚。肉鰭魚選擇強(qiáng)化肺,大部分登陸。而選擇水生的輻鰭魚(我們現(xiàn)在看到的絕大多數(shù)魚,除了軟骨魚類,都是輻鰭魚,魚鰭里沒有骨頭)則選擇強(qiáng)化鰓,而肺成了控制上浮下沉的魚鰾。但是軟骨魚類,一開始就沒有肺,所以就沒有魚鰾。

較原始的輻鰭魚、多鰭魚,是沒有鰾有肺的。而現(xiàn)存的肉鰭魚,也就是上文提到的腔棘魚,因為在深海“茍延殘喘”,肺直接退化了,只在幼年才有,長大后就退化沒了,更沒有鰾。

3.關(guān)于“會厭軟骨神經(jīng)”。真名叫喉反神經(jīng),而且喉反神經(jīng)的不合理之處不是單純口腔咽腔縮小,脖子伸長那么簡單,而是因為“排線”時穿過了主動脈弓內(nèi)側(cè),被主動脈弓拉長。

作者:山月刀嵐月刀(知乎用戶)

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來源:新華號 新知問答

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