При диханні повітря через дихальця проникає в головні трахейні стовбури і далі по розгалуженням трахей меншого діаметру досягає трахеол, через які і здійснюється віддача кисню тканинам і безпосередньо клітинам.
Більшість комах здійснюють дихальні рухи, що складаються з ритмічних стиснень і розширень черевця. Так, черевце бджоли вчасно таких рухів збільшується в довжину на 12%, а в ширину на 2,5%. Рухи черевця забезпечують механічну вентиляцію трахейной системи. При розширенні черевця тиск всередині повітряних мішків значно знижується, що веде до засмоктування повітря через дихальця. Обсяг повітря в повітряних мішках і трахейних стовбурах при інтенсивному диханні збільшується і зменшується на 1/3 їх загального обсягу. Ритм дихальних рухів, а отже, і інтенсивність трахейной вентиляції залежать від зовнішніх умов і стану бджоли. Так, спокійно сидить бджола робить 40 дихальних рухів в хвилину, яка повернулася з польоту - до 150. Найбільш інтенсивні дихальні рухи у бджоли під час польоту.
Встановлено, що вентиляція трахейной системи у бджоли носить спрямований характер - повітря входить в одні дихальця і виходить через інші. Повітря в тіло бджоли потрапляє через черевні дихальця в момент розслаблення черевця. При стисненні черевця повітря переганяється з черевця в груди. Черевні дихальця в цей момент закриті, а проподемальние відкриті. Відпрацьоване повітря виходить через проподемальние дихальця. При польоті повітря надходить в трахейні стовбури через черевні і перше грудне дихальця, а виходить через проподемальние.
Крім дихальних рухів, трахейна система вентилюється ще додатково рухами м'язів при польоті. Повітряні мішки в голові вентилюються за рахунок змін кров'яного тиску: при підвищенні його повітряні мішки стискаються, виштовхуючи повітря, при зниженні - роздуваються.
У бджіл при видиху повітряні мішки черевця спадаються, що створює хороші умови для відсмоктування повітря з трахей в мішки під час видиху. Тим самим повітряні мішки виконують роль резервуарів, в яких повітря при вдиху накопичується, а потім при видиху, головним чином під час фази стиснення, кілька просувається в трахеї.
З фазою стиснення пов'язана ритмічна робота дихальців, які відкриваються і закриваються синхронно із загальними дихальними рухами бджоли. Ритмічна робота дихальців і дихальні руху черевця регулюються як нервовим, так і хімічним шляхом. Підвищення концентрації СО2 в атмосфері призводить до відкривання дихальців на тривалий час. Нестача кисню також стимулює дихальні руху черевця бджоли.
За допомогою дихальних рухів при відкритих Дихальця повітря легко проникає в великі трахеї. Проникнення ж його в тонкі трахеї і трахеоли шляхом нагнітання неможливо внаслідок величезного капілярного опору. У цьому випадку відповідно до дифузійної теорії Крога (1920), транспортування О2 і СО2 по трахейной системі здійснюється завдяки процесам газової дифузії. Рушійна сила дифузії - різниця парціальних тисків газу в атмосфері і в кінцевих розгалужених трахеях. Парціальний тиск кисню вище в атмосфері і нижче в тканинах, які відчувають потребу в цьому газі. В результаті виникають дифузійні потоки кисню, спрямовані всередину тіла комахи.
Процес газообміну в найдрібніших трахеях і трахеолами встановлений і детально вивчений Уігглсуорсом (1930). Зазвичай кінчик трахеоли заповнений рідиною. Спостереження Уігглсуорса показали, що висота стовпчика цієї рідини визначається потребами тканин в кисні. Якщо м'язова тканина знаходиться в спокої, то стовпчик рідини в обслуговуючих м'яз трахеолами досить довгий. Якщо ж м'яз переходить в активний стан і починає скорочуватися, то стовпчик рідини коротшає, повітря проходить на його місце і постачання м'язових волокон киснем поліпшується у зв'язку з їх зростаючими потребами. Чим (більше недолік кисню, тим повніше звільняються трахеоли від рідини. Зміна величини стовпчика рідини в трахеолами - це саморегулюючий Процес, що забезпечує посилення доставки повітря до клітин при підвищеній потребі в кисні. Сили, що розвиваються при зміні рівня осмотичного тиску в рідинах, близькі до 10 атм, тобто того ж порядку, що і капілярні сили, які утримують воду в трахеолами.
Вентиляція трахейной системи забезпечує не тільки надходження в організм кисню, але і видалення з нього СО2. Це досягається як при дихальних рухах (шляхом видихання), так і за допомогою дифузії через шкіру. Останній спосіб має важливе значення з огляду на те що дифузія СО2 через тканини відбувається в 36 разів інтенсивніше, ніж кисню. Разом з тим велика частина СО2 видаляється через трахейну систему в газоподібному стані і до 25% його виводиться з організму дифузно.
При порівнянні будови дихальної і кровоносної систем відзначається взаємна негативна зв'язок між ними: кровоносна система медоносної бджоли розвинена слабо і за винятком аорти ніяких кровоносних судин не має, навпаки, трахейна дихальна система сильно розвинена, найдрібніші розгалуження її проникають в найвіддаленіші частини тіла. Така відмінність у будові дихальної і кровоносної систем визначається їх функціями: кровоносна система в основному розносить по тілу поживні речовини і виводить продукти розпаду, а дихальна система виконує функцію газообміну, доводить до клітин тіла кисень, забезпечуючи тим самим процес окислення, і видаляє з тіла продукти окислення - СО2.
Біохімічно дихання являє собою окисний процес, що йде за рахунок кисню повітря і супроводжується виділенням СО2. В процесі окислення беруть участь окислювальні ферменти оксидази. Він супроводжується поступовим розпадом білків, жирів або вуглеводів і виділенням енергії. Звільняється при цьому, йде на підтримку життєдіяльності організму. Цим визначається фізіологічна необхідність дихання.
Так як при диханні поглинаються і виділяються речовини газоподібні, процес дихання називається також газообменом, що є одним з ланок загального обміну речовин. У розумінні обмінних процесів, що відбуваються в організмі. велике значення має дихальний коефіцієнт - відношення кількості виділеного СО2 до кількості поглиненого кисню. Обчислення дихального коефіцієнта дозволяє встановити, які речовини використовуються для окислення під час дихання бджоли. При повному окисленні вуглеводів він дорівнює 1, білків - 0,78-0,82, жирів - 0,7.
Дихальний коефіцієнт у бджіл залежить і від їх віку. У молодих бджіл, вигодовують личинок і посилено споживають білковий корм - пилок, дихальний коефіцієнт 0,7. У льотних бджіл, що харчуються головним чином цукром, в стані спокою і при нетривалому польоті дихальний коефіцієнт дорівнює 1. У зимовий період, до (та бджоли використовують для харчування переважно мед, дихальний коефіцієнт дорівнює 0,94.
На величину дихального коефіцієнта впливає температура навколишнього середовища. Максимальної величини він досягає при 17 ° С, мінімальної - при 32 ° С.
Потреба бджіл у кисні змінюється в залежності від їх стану, від температури і вологості зовнішнього повітря, кількості бджіл у родині, стану їх гнізда та ін.
У окремо взятих бджіл поза гніздом сім'ї споживання кисню зростає з підвищенням зовнішньої температури. Як правило, підвищення температури на 10 ° С збільшує інтенсивність дихання комахи і споживання кисню в 2-3 рази.
Серед інших зовнішніх факторів, що впливають на газообмін і споживання кисню, слід сказати про вологості. В умовах зниженої вологості, коли виникає загроза швидкого випаровування води з організму, комахи часто закривають дихальця. Це призводить до зниження інтенсивності дихання.
Споживання бджолами кисню різко підвищується зі зміною їх активності. Так, у летить бджоли поглинання кисню збільшується в 500 разів і більше в порівнянні з повним спокоєм.
Професор В. В. Алпатов (1930) встановив, що за 1 хв бджола, яка перебувала в посудині, споживає таку кількість кисню, мм 3:
Потреба бджолиної сім'ї в кисні складається з потреби самих бджіл і їх розплоду, що знаходиться в різних стадіях розвитку. Вчені встановили, що в нормальному стані для сім'ї бджіл (разом з розплодом) потрібно в активний літній період близько 20 л повітря в годину (на 1 кг бджіл), а взимку - лише близько 4 л.
Особливо велика потреба бджолиної сім'ї в кисні під / час виконання інтенсивних робіт по вирощуванню розплоду, виділення воску і будівництва стільників, переробки нектару в мед.
При низьких температурах зовнішнього повітря бджоли ущільнюються на стільниках і формують клуб. В таких умовах бджоли не можуть інтенсивно забезпечуватися киснем, що виробило у них здатність нормального існування при підвищених концентраціях СО2.
На інтенсивність обміну речовин і споживання кисню величезний вплив справляє стан бджолиної сім'ї. Занепокоєння бджіл, викликане будь-яким чинником, різко підвищує обмін речовин. Так само підвищується обмін речовин при приміщенні бджіл в умови, до яких вони не пристосувалися в процесі еволюції. Так, закриття льотка в вулику в теплу пору року викликає різке занепокоєння, підвищення температури і навіть загибель бджіл. Тому при недостатній вентиляції вулика під час перевезення сімей при високих температурах бджоли легко "запарюються" - стають мокрими і гинуть.
Нова конструкція вулика дозволяє отримувати мед "з крана" і не турбувати бджіл