Longen
De lucht in een vogellong stroomt steeds in één richting
Vliegen is een zeer arbeidsintensieve bezigheid die een goed hart- en longensysteem vereist om de vliegspieren van brandstof en zuurstof te voorzien en om geen zuurstofgebrek te hebben op grote hoogte (mensen hebben bijvoorbeeld wel last van een zuurstofgebrek als zij hoog klimmen).
De stijve vogellongen werken beduidend efficiënter dan zoogdierlongen omdat de lucht er, door gebruik van flexibele buffers in de vorm van luchtzakken, en een aparte van kleppen voorziene in- en uitgang, altijd in één richting door stroomt, en er niet in- en weer uitgepompt wordt.
Er is geen vermenging van zuurstofarme (oud) en (nieuwe) zuurstofrijke lucht. Hun longen bestaan inwendig uit een groot aantal buisvormige parabronchi, waar de gasuitwisseling plaatsvindt.
De bloedstroom loopt daarbij tegengesteld aan de luchtstroom wat de uitwisseling bevordert. Vogels zijn in het bezit van voorste en achterste luchtzakken, waar de lucht via een tweedelige cyclus doorheen stroomt.
De ademhaling gebeurt in twee cycli. Tijdens de eerste cyclus wordt de ingeademde lucht in de achterste luchtzakken gezogen en bij de uitademing verder geperst over de parabronchi in de longen.
Tijdens de tweede cyclus wordt de lucht uit de parabronchi in de voorste luchtzakken gezogen en uitgeademd via de trachea. Er zijn sterke aanwijzingen dat deze eigenschap zich al bij de dinosauriërs (in het bijzonder de Avetheropoda) ontwikkeld heeft.
Om spieren genoeg kracht te laten leveren om een vogel te kunnen laten vliegen, hebben de spiercellen enorm veel zuurstof nodig .
Het ademhalingsstelsel van vogels is dan ook in veel opzichten verschillend van dat van andere dieren.
Bij de meeste dieren, ook bij de mens, gaat de lucht langs dezelfde weg de longen binnen als waarlangs ze de longen verlaat, wat ervoor zorgt dat nooit al de lucht in de longen ververst wordt.
Doordat er altijd een restje `oude’ lucht achterblijft, is deze vorm van ademhaling niet echt efficiënt.. Vogels hebben echter een ademhalingsstelsel ontwikkeld waarbij de lucht een andere weg volgt bij het binnengaan in de longen dan bij het buitengaan, met als gevolg dat bijna alle lucht ververst wordt.
Zo komt het dat er op hoogten waar zoogdieren van vogelformaat niet meer voldoende kunnen ademhalen, nog vogels kunnen vliegen.
Vogels ademen lucht in langs neusgaten die zich aan de bovenkant van de snavelbasis bevinden.
De neusgaten geven uit op een complexe structuur die de neuskamer wordt genoemd.
Deze bestaat uit een kronkelende gang, die langs de wanden bekleed is met een epitheellaag die zorgt voor zuivering en opwarming van de ingeademde lucht.
Ook de reukzintuigen bevinden zich in de epitheelcellen, hoewel het reukzintuig bij vogels zeer zwak ontwikkeld is. Dankzij de talrijke kronkelingen is het contactoppervlak tussen lucht en epitheelcellen heel groot.
De vogellongen werken in lichte mate anders dan die van mensen en andere zoogdieren : ze zijn compacter en sponziger dan die van de mens. In plaats van longblaasjes (alveolen) waarover bloedvaatjes verspreid zitten, bestaat een vogellong vooral uit fijne kanaaltjes (capillaren), die verstrengeld zijn met bloedvaatjes en waardoor de lucht in tegenstroom met de bloedstroom vloeit.
Dit capillarensysteem zorgt voor een meer efficiënte opname van zuurstof.
Eén van de bekendste elementen die uniek zijn in het ademhalingsstelsel van vogels, zijn ongetwijfeld de luchtzakken.
Dit zijn uitbreidingen van de longen. Het zijn zakjes met een uiterst dunne wand die tot in de beenderen van de vleugels en de poten doordringen (zie ook: Het skelet). Zulke beenderen noemt men pneumatische beenderen. De functie van deze luchtzakken is drievoudig: ze maken een continue luchtstroom doorheen de longen mogelijk, ze zorgen voor warmteafgifte tijdens zware inspanningen (vogels hebben geen zweetklieren) en ze beschermen de delicate ingewanden door als stootkussen te fungeren.
Het aantal luchtzakken varieert, maar de meeste vogels hebben er negen. Eveneens vooraan in het lichaam bevinden zich de twee voorste thoracale luchtzakken. Achter de longen zit een paar achterste thoracale zakken.
De twee abdominale luchtzakken bevinden zich in de onderbuik.
Ze beschermen de ingewanden en brengen lucht tot in de pneumatische beenderen van de poten en de heup.
Ten slotte hebben de meeste vogels nog een enkele interclaviculaire luchtzak. Deze bevindt zich tussen de sleutelbeenderen en loopt door in de pneumatische vleugelbeenderen, het borstbeen en de syrinx, het geluidsorgaan van vogels: de interclaviculaire luchtzak oefent druk uit op de syrinx zodat er geluid geproduceerd wordt.
Een volume lucht heeft twee volledige ademhalingscycli nodig om de hele weg door heen het ademhalingsstelsel af te leggen.
Tijdens de eerste inhalatie wordt de lucht doorheen de neuskamers geleid en komt ze in de voorste luchtzakken terecht.
In deze luchtzakken vindt nog geen gasuitwisseling plaats. Bij de exhalatie van de eerste cyclus wordt de ingeademde lucht van de voorste luchtzakken naar de longen geleid, waar via het capillarensysteem zuurstof wordt opgenomen in het bloed en koolstofdioxide (CO2) wordt afgegeven aan de lucht.
Hierbij is de eerste ademcyclus ten einde en volgt de tweede inhalatie: de lucht wordt van de longen naar de achterste luchtzakken gevoerd. Ook hier vindt geen gasuitwisseling meer plaats.
Bij de tweede exhalatie verlaat de CO2-rijke lucht dan uiteindelijk het vogellichaam. De voortbeweging van de opeenvolgende volumes lucht overlapt dus: dat wat de tweede ademhalingscyclus is voor een luchtvolume, is de eerste cyclus voor het daaropvolgende volume lucht.
Snelle ademhaling tijdens inspanning op grote hoogte, waar weinig zuurstof aanwezig is, maakt dat er veel koolstofdioxide wordt verloren.
Dit zorgt ervoor dat de zuurtegraad van het bloed (normaal ongeveer 7,3 tot 7,4) stijgt, wat de bloedvaten doet samentrekken zodat er aanzienlijk minder zuurstof naar de hersenen kan vervoerd worden.
Hyperventilatie, flauwvallen en soms zelfs dood zijn hiervan het gevolg. Het bloed van vogels die op grote hoogten vliegen, heeft soms echter een zuurtegraad 8, zonder dat ze daar hinder van ondervinden.
De reden voor dit fenomeen is nog onbekend.