Respiración

Respiración en los seres vivos

Institución Educativa Departamental Serrezuela.

Ciencias naturales y educación ambiental: biología.Versión 1,0

Autor: José Luís García García

Año: 2012

Respiración

Organísmica Celular

Metabolismo celular y reacciones químicas

Intercambio de gases entre un individuo y su ambiente

Respiración celular

• Existen muchos tipos.

• Solo nos enfocaremos en la respiración celular aeróbica

• En hongos, plantas y animales

Respiración celular aeróbica

• Sistema metabólico.

• Opera a nivel celular.

• Produce energía quemando azucares.

Respiración celular aeróbica

• Requiere de oxígeno → liberar energía.

• Es el verdadero sistema para la nutrición

Respiración organísmica

• Suple de oxígeno a las células.

• Las células pueden realizar la respiración celular aeróbica

• Las células obtienen oxígeno por difusión simple.

• La mayoría de los seres vivos no tienen aparatos respiratorios

• Intercambio de gases entre un organismo y su medio ambiente.

• Los gases → oxígeno (entra) y dioxido de carbono (sale)

Factores que afectan la respiración:

1- Presión parcial de oxígeno2- El grosor y forma de los capilares3- El fluido de transporte de oxígeno4- El confinamiento5- La relación entre el área y el volumen

• Presión parcial de oxígeno:

El O2 se encuentra mezclado con otros gases o en agua.

Cuando una membrana semipermeable separa dos medios se genera la difusión simple.

• Grosor del capilar → difusión simple:

Requiere de membranas muy delgadas llamadas capilares.

• Forma del capilar → difusión simple

Los capilares son mas útiles cuando se pliegan.

Respiración organísmica• Sistema de capilares:

El sistema circulatorio hace parte del respiratorio al transportar el O2 al resto del cuerpo.

Respiración organísmica• Sistema de capilares:

Respiración organísmica• El fluido de transporte de

oxígeno:

Alto consumo de O2

TranportadorHemoglobina, hemocianina o hemolinfa

Respiración organísmica• El fluido de transporte de oxígeno:

Respiración organísmica• El confinamiento

Unos seres vivos están encerrados en corazas permeables a los gases

• El confinamiento

Otros no y requieren aberturas para que los gases fluyan.

Respiración organísmica• El confinamiento

• La relación entre el área y el volumen

Cuando mas grande es un ser vivo requiere de un mejor aparato respiratorio

• Aparato respiratorio hongos, y unicelulares.

La mayoría de los seres vivos no requieren de aparato respiratorio.

• Respiración hongos, y unicelulares: Por difusión directa, eso si no dependen de metabolismos anaeróbicos

• Respiración externa: desde el ambiente al interior del ser vivo → ventilación.

• Respiración interna: desde un capilar a un tejido en el interior del ser vivo → perfusión

Respiración externa e interna

Oxígeno en aire y en agua

• ¿Por qué los peces no pueden respirar el oxígeno atmosférico, pero si el que esta en solución?

• ¿Por que tienes que colocarle un oxigenador a la pecera?

Oxígeno en aire y en agua• El agua hace flotar los tejidos sin esfuerzo.

Oxígeno en aire y en agua• Los capilares funcionan solo si están expandidos.

Si no, colapsan.

Oxígeno en aire y en agua• En el aire los tejidos colapsan.• Requieren de un marco para no colapsar.

• La presión parcial de oxígeno en el agua aumenta si esta se encuentra en movimiento.

• En un estanque se requiere de un oxigenador artificial

• Aparato respiratorio en plantas

• Aparatos respiratorios en los animales

Aparato respiratorio en algas

• No tienen

• Producen O2

• Respiran por difusión simple de gases.

Aparato respiratorio en plantas• No se mueven → no consumen mucha energía.

• Solo requieren sistema de intercambio de gases → estómas

• También respiran enzimáticamente → plantas Camp C4.

Aparato respiratorio en plantas

• Las plantas producen su propio O2

• El gas absorbido es CO2

• El sistema C4 y Camp no requiere de estomas.

• El CO2 es capturado por una enzima llamada “fosfopiruvato carboxilasa” y llevado a los cloroplastos

Aparato respiratorio en plantas• Las plantas C4 y Camp son mas eficientes en

ambientes secos y muy cálidos

Aparato respiratorio en animales

Absorben O2

Emiten CO2

Son eventos simultáneos.

De lo contrario se produce asfixia y/o envenenamiento de la sangre

• Esponjas• Cnidarios y algunos gusanos• Moluscos• Artrópodos• Vertebrados

Aparato respiratorio en esponjas

• NO requieren.

• Los coanocitos ayudan a la ventilación agitando sus flagelos.

• No existen perfusión → no tienen S. circulatorio

Aparato respiratorio en esponjas

Aparato respiratorio en cnidarios

Aparato respiratorio en cnidarios• Sus tejidos son muy

delgados.

• No requieren

• Los tentáculos ayudan a la ventilación

Aparato respiratorio en gusanos

• Platelmintos.

Son muy pequeñosNo requierenAlgunos son anaeróbicos

• Nemátodos.

Son muy pequeñosNo requieren

• Anélidos

Son muy pequeñosNo requieren

Aparato respiratorio en gusanos• Anélidos

Aparato respiratorio en moluscos

• Branquias (en agua)• Pulmón (en tierra)• Sistema circulatorio

abierto.

Aparato respiratorio en moluscos

Aparato respiratorio en artrópodos

• Los crustáceos respiran por branquias:

Internas o externas

Aparato respiratorio en artrópodos• También los quelicerados

marinos respiran por branquias

• Sistema de tráqueas

Tubos con aberturas que permiten la difusión de los gases

• Sistema circulatorio abierto.

• La cantidad de oxígeno no ha sido la misma.

• La edad de los grandes insectos se dio en la época de mayor contenido de oxígeno

Aparato respiratorio en vertebrados• Introducción• Respiración interna y externa• Órganos respiratorios• Branquias• Órganos cutáneos• Estructuras accesorias y bucales• Bolsas de gas

Aparato respiratorio en vertebrados

• Respiración interna y externa• Órganos respiratorios y su interacción con los

sistemas circulatorios

Introducciónrespiración en vertebrados

• Los vertebrados terrestres poseen sistemas especializados para la respiración externa e interna

Respiración interna y externa

• La respiración interna o perfusión es llevada a cabo por el aparato circulatorio

• Deberemos ver generalidades de los aparatos circulatorios de diferentes seres vivos

Órganos respiratorios: ventilatorios

• En esta parte nos enfocaremos en la ventilación: el intercambio de gases entre el ambiente y e ser vivo.

• Aunque los mas famosos son pulmones y branquias, existen otros

Branquias

• Cualquier sistema respiratorio posee un tejido con una gran cantidad de capilares que capturan oxígeno y liberan dióxido de carbono.

Branquias

• Las branquias son un tejido altamente vascularizado, con muchos capilares.

• Deben estar flotando y húmedas para poder funcionar.

• Para respirar oxigeno atmosférico los peces han desarrollado mecanismos alternativos

• Están soportadas por elementos del esqueleto, llamados arcos branquiales

Branquias

Branquias• Existen cuatro tipos de branquias:

– Branquias circulares– Branquias septadas– Branquias opercualres– Branquias externas

Branquias circulares

Branquias septadas

Branquias opercualres

Branquias externas

Órganos cutáneos y accesorios de respiración

• Descontando los pulmones, los peces han desarrollado una diversidad de estructuras que les permite obtener el oxigeno atmosférico

• Por lo general, son tejidos modificados para el intercambio de gases.

• La modificación requiere de un incremento en los capilares del tejido

Órganos cutáneos y accesorios de respiración

• Despojar la piel de su confinamiento, permite utilizarla como un órgano de respiración de aire.

Órganos respiratorios cutáneos

• La anguila europea puede respirar a través de la piel en un 30%

• Las larvas de la anguila de los pantanos de Asia (Monopterus albus) respiran exclusivamente por la piel

• Las salamandras adultas del genero Plethodontidae no tienen pulmones. Respiran 100% por la piel

• Las serpientes marinas pueden respirar un 30% a través de ciertas secciones de sus pieles

• Las tortugas que viven en zonas con inviernos fuertes, hibernan.

• En tal caso, pueden respirar totalmente por sus cloacas

• Los murciélagos emiten 12% de su CO2 de desecho por los capilares de las alas.

• Pero solo toman un 1% de su oxígeno por los capilares de las alas

Órganos respiratorios accesorios

• Hoplosternum, es un pez gato tropical que ha modificado la pared del tracto gastrointestinal para respirar aire atmosférico

• Las anguilas eléctricas pueden realizar el intercambio de gases por la boca

Bolsas de gas

• Una bolsa de gas es un órgano que encierra a un capilar en un medio acuoso interno, el mas famoso es el pulmón, pero existen otros, la vejiga natatoria y los sacos aéreos

• Vejigas natatorias• Pulmones en peces• Pulmones en vertebrados terrestres• El sistema ventilatorio humano• Los sacos aéreos y el sistema ventilatorio de

las aves y los dinosaurios

Bolsas de gas

Vejigas natatorias

Son los sacos aéreos mas antiguos.

Es una bolsa de gas conectada por un ducto ventilatorio al esófago.

Muy común en los peses óseos y en sus parientes, los vertebrados terrestres

Funciona como un flotador que controla la altura del pez en sentido vertical.

Vejigas natatorias

Vejigas natatoriasLa bolsa de gas obtiene su oxígeno por dos formas

Vejigas natatorias1- Por ingestión directa desde el esófago

Vejigas natatorias2- Por deposición del oxígeno desde los capilares del epitelio de la bolsa a la cavidad «pulmón inverso»

Vejigas natatorias• Si se acopla la forma (1) con la forma (2) de

manera invertida se obtiene la función de un pulmón.

Vejigas natatorias• Diferencias entre las

vejigas natatorias y los pulmones:

– Las vejigas natatorias generalmente son dorsales y los pulmones son ventrales.

Vejigas natatorias

• Diferencias entre las vejigas natatorias y los pulmones:

– Existe variación intermedia entre la posición dorsal y la posición ventral

Vejigas natatorias- Las vejigas natatorias son

únicas, mientras que muchos pulmones se generan en parejas.

- Sin embargo, muchos pulmones también están solos, como en algunos peces dipnoi

Vejigas natatorias• Similitudes entre las vejigas natatorias y los

pulmones– Estructura similar, desarrollo embrionario similar.

Vejigas natatorias- Reversiones evolutivas y/o función simultánea entre vejiga natatoria y pulmón.

Bolsas de gas

Pulmones en peces

• Los pulmones capturan oxigeno a través de un tubo respiratorio o laringe que se conecta al canal alimenticio o faringe a través de la tráquea

Aun no se sabe cual de las funciones de la bolsa de gas fue la mas primitiva:

1. Órgano de flotación (vejiga natatoria)

2. Órgano ventilatorio (pulmón)

Pulmones en peces

• Se conocen varias especies de peces pulmonados: Los polypteriformes y los dipnoi

Pulmones en peces

• Lo mas relacionados con los vertebrados terrestres y con los humanos son los Dipnoi, de los cuales solo quedan tres especies:

Pulmones en peces

• Entre los Dipnoi tenemos a: Neoceratodus forsteri de Australia

Pulmones en peces• El segundo Dipnoi es: Protopterus annectens de

Africa

• El tercer Dipnoi es: Lepidosiren paradoxa de América

Pulmones en peces• Lepidosiren paradoxa es

interesante, pues sus larvas (alevinos) poseen branquias externas

Pulmones en peces

Los fósiles de los peces pulmonados son muy comunes durante el periodo devónico: 417-354 millones de años antes del presente

Pulmones en peces

• Dipterus

Pulmones en peces• Eusthenopteron

Pulmones en peces

• Panderictis

Pulmones en peces

• Tiktaalik

Bolsas de gas

Pulmones en vertebrados terrestres

Se encuentran generalmente en la zona ventral del animal.

Generalmente hay dos pulmones en el individuo

• Los pulmones están conectados al corazón por un circuito circulatorio independiente de la circulación mayor

En algunos animales, la tráquea puede proyectarse hacia el exterior de la boca para comer y respirar al mismo tiempo

Pulmones en vertebrados terrestresAlgunos vertebrados como las serpientes, solo poseen un pulmón

Otros vertebrados como las salamandras no tienen pulmones

Embriológicamente se forman a partir de elongaciones de la pared del esófago igual que las vejigas natatorias

Bolsas de gas

El sistema ventilatorio humano

• Su estructura es la misma que en la mayoría de los vertebrados terrestres

El aire ingresa por la cavidad nasal en los animales con paladar secundario

O por la cavidad bucal en los animales con paladar primario

Al llegar a la faringe, el aire es desviado hacia la laringe gracias a que la glotis permanece abierta.

Luego la laringe se segmenta y se denomina tráquea

En pulmones pareados (dos pulmones), la tráquea se divide en dos conductos llamados bronquios

Al ingresar en el pulmón, los bronquios se ramifican sucesivamente formando los bronquiolos

Los bronquiolos mas pequeños terminan en regiones sin salida llamadas alveolos.

El sistema ventilatorio humanoLos alveolos tienen epitelios muy delgados, conectados a capilares sanguíneos.

Allí ocurre el intercambio de gases externo (proceso de ventilación)

Bolsas de gas

Los sacos aéreos y el sistema ventilatorio de las aves y los dinosaurios

Los sacos aéreos son estructuras accesorias que permiten a las aves respirar de manera continua durante el vuelo.

En las aves modernas, por lo general son 9 sacos aéreos sin contar los pulmones:

1. Saco cervical X 22. Saco interclavicular X 13. Sacos torácicos anteriores X24. Sacos torácicos posteriores X25. Sacos abdominales X2

Los tubos de los sacos aéreos atraviesan los huesos y conectan bolsas en varias posiciones del animal

Los huesos atravesados por los conductos de los sacos aéreos muestran patrones específicos para la aves

Los dinosaurios terópodos depredadores también poseen el mismo patrón

Los ceratosaurios del genero Majungatholus son los dinosaurios mas lejanos a las aves que presentan evidencia de sacos aéreos

Herrerasauridae

Coelophysoidea

Ceratosaurus

Abellisauroidea

Spinosauridae

Allosauridae

Ornithomimidae

Tyrannosauridae

Oviraptorisauria

Dromeosauridae

Troodontidae

Avialae

Por lo anterior, se postula que los dinosaurios terópodos depredadores respiraban de forma similar a las aves, aunque no para volar

Si no para correr.

Respiración interna y externa

• Respiración externa → ventilación → branquias, pulmones, piel entre otros.

• Respiración interna → perfusión → intercambio de gases entre el sistema circutalorio y los tejidos internos del animal.

Órganos respiratorios y su interacción con los sistemas circulatorios

Si bien, los sistemas ventilatorios (pulmones, branquias, piel o tejidos accesorios) permiten al animal captar oxigeno, este debe llegar a los tejidos, y de esto se encarga el sistema circulatorio

Dependiendo del modo en que se captura oxigeno «del tipo de órgano ventilatorio» tenemos diferentes tipos de circuitos sanguíneos

El circuito sanguíneo conecta a la respiración externa (órganos ventilatorios) con la respiración interna (red de capilares sistémicos)

Clave de dibujo:Branquias:

Clave de dibujo:Capilares sistémicos:

Clave de dibujo:Órgano respiratorio accesorio:

• Circuito circulatorio de los peces estrictamente acuáticos.

• Circuitos respiratorios de los peces que respiran oxigeno atmosférico.

• Circuitos circulatorios de las vejigas natatorias sistémicas

• Circuitos circulatorios de los pulmones

Circuito circulatorio de los peces estrictamente acuáticos.

Circuitos respiratorios de los peces que respiran oxigeno atmosférico.

Los peces que poseen sistemas accesorios de respiración fuera de las branquias, tienen desviaciones en sus sistemas circulatorios que conectan a sistemas de capilares secundarios para el intercambio de gases.

Peces con la capacidad se sobrevivir fuera del agua por periodos prolongados de tiempo

1- De la faringe o mucosa opercular.

2- Peces que respiran literalmente por la boca, branquias adaptadas a la respiración atmosférica o por el opérculo.

3- Respiración atmosférica derivada del tracto gastrointestinal

1- De la faringe o mucosa opercular.Género: Monopterus

Género: Ophiocephalus o cabezas de serpiente

Los peces cabeza de serpiente son famosos por ser especies invasoras en los Estados Unidos,

Porque pueden caminar entre estanques e invadir otras zonas

Género: Electrophurus o anguila eléctrica

Género: Clarias o Pez gato caminante.

Puede permanecer en tierra por días y es una especie invasora

3- Respiración atmosférica derivada del tracto gastrointestinal

Circuitos circulatorios de las vejigas natatorias sistémicas

Circuitos circulatorios de los pulmones

• Pulmones en peces• Pulmones en vertebrados terrestres

Pulmones en peces

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