Fisiología animal La respiración. Son los procesos de intercambio gaseoso necesarios en cualquier...

Fisiología animal

La respiración

Son los procesos de intercambio gaseoso necesarios en cualquier ser vivo:Para aportar el oxígeno necesario a las

mitocondrias para que puedan metabolizar los nutrientes y obtener energía de ellos.

Para eliminar el dióxido de carbono, subproducto del proceso anterior.

Consta de dos procesos secuenciales:Respiración externa (ventilación):

Intercambio de gases entre el organismo y el medio.

Respiración interna: proceso catabólico de obtención de energía por oxidación de compuestos orgánicos

Respiración externa

Varía según las características del medio:

MEDIO ACUÁTICO

• Difusión lenta del oxígeno (se disuelve mal en agua)

• Escasez de oxígeno (< 1 cm3/100 cm3)

MEDIO AÉREO

• Requiere proteger de la desecación las membranas respiratorias y mantenerlas húmedas

• Difícil eliminación del CO2

• Requiere estructuras que permitan la ventilación y conducción de gases.

• Difusión rápida de oxígeno

• Abundancia de oxígeno (< 21%)

• La humedad favorece la difusión de gases

• El dióxido de carbono se disuelve mejor en agua que en aire

• No requiere estructuras especializadas

Mecanismos de captación de gases Medio acuático:

Difusión (animales simples) Branquial

Intermedios: cutánea, mixta Medio terrestre:

Tráqueas (insectos)Pulmones

INCORPORACIÓN DE NUTRIENTES GASEOSOS

- Esponjas y Celéntereos Sin estructuras especializadas difusión entre el agua y

las células. Simples pocas capas de células

Anélidos, Artrópodos, larvas acuáticas y anfibios (Animales de ambientes

húmedos o acuáticos). Respiración cutánea. Piel fina, permeable, húmeda por lo

tanto tiene secreciones mucosas y recorrida por numerosos capilares. Gran

proporción de superficie en contacto con el exterior y actividad metabólica baja y no

pueden tener coberturas protectoras.

RESPIRACIÓN CUTÁNEA

Los pulmones de los anfibios son ineficaces y han de complementar la respiración pulmonar con la cutánea.

Cuanto más fría es la temperatura mayor es la importancia de la respiración cutánea: A 5 ºC, 2/3 de la respiración de

anfibios adultos se realiza a través de la piel. Esto explica la capacidad de los anfibios para hibernar en el fondo de los lagos o charcas sin tener que subir a la superficie a coger aire.

Al aumentar la temperatura, aumenta el metabolismo y las necesidades de oxígeno del animal, por lo que los pulmones adquirirán mayor importancia en estas circunstancias: a 25 ºC, 2/3 del oxígeno respirado se capta por los pulmones.

RESPIRACIÓN CUTÁNEA

Los anfibios llenan los pulmones por compresión orofaríngea (boca y faringe) -el animal traga el aire: el aire entra en la cavidad oral a través de los orificios nasales o por la boca, descendiendo el suelo de la cavidad. Entonces el animal sube el suelo, con la boca y los orificios nasales cerrados por válvulas. De este modo, el aumento de la presión hace que el aire entre en los pulmones.

Mientras el aire permanece en la cavidad pulmonar, el anfibio abre los orificios nasales y realiza un bombeo orofaríngeo subiendo y bajando el suelo de la cavidad oral. Esto permite que haya una renovación de aire en la cavidad bucal, almacenando este aire oxigenado en una depresión del suelo de la boca.

Es entonces cuando abre la glotis y saca el aire de la cavidad pulmonar. A continuación hace pasar el aire oxigenado acumulado en la depresión hacia los pulmones, procediendo a un nuevo paso de intercambio gaseoso.

El bombeo orofaríngeo consigue aumentar la cantidad de oxígeno del aire respirado y permite también la respiración en la cavidad bucal a través de la piel (aunque ésta es de menor relevancia).

RESPIRACIÓN FARÍNGEA

• Vídeo 1

• Vídeo 2

• Vídeo 3

• En animales acuáticos: anélidos, moluscos,

equinodermos, larvas de anfibios y peces.

• Son evaginaciones de la superficie corporal muy

vascularizadas que aumentan mucho la superficie

de intercambio.

• Al localizarse en una parte del cuerpo el resto del

cuerpo se puede proteger (escamas, piel, valvas,

etc.)

• Pueden ser externas o internas

RESPIRACIÓN BRANQUIAL

¿Branquias externas o internas?

BRANQUIAS EXTERNAS

• Son más primitivas

•Carecen de protección: pueden dañarse

• Dificultan el desplazamiento

• Suelen ser vistosas y llamativas, debido a la vascularización

MEDIO AÉREO

• Requiere un sistema especializado de ventilación: cilios branquiales (bivalvos), sifones (cefalópodos), apéndices móviles unidos a las branquias (crustáceos), opérculo (peces óseos)

• Más evolucionadas

•Están protegidas en el interior del cuerpo

• No dificultan la movilidad

• Son más crípticas

• No necesitan de un sistema especial de ventilación.

•En algunos moluscos, larvas acuáticas de insectos y anfibios


Disposición de las branquias y circulación del agua en un molusco bivalvo

agua

agua

branquias

cavidad paleal

músculo abductor

pie

- Los bivalvos mueven mediante cilios el agua para que circule por la cavidad

paleal a la vez que filtran el agua para conseguir los alimentos.


- Los cefalópodos hacen circular el agua mediante sifones que en algunos casos

les sirve para desplazarse.

- Los crustáceos mueven el agua mediante un apéndice a través de la cavidad

branquial.


Disposición de las branquias y circulación del agua en peces

Peces cartilaginososPeces cartilaginosos Peces óseosPeces óseos

Agua Agua

agua

espiráculofaringe

branquias

cavidad bucal

faringe

branquias

opérculo

• Los condrictios tiene unos orificios laterales espiráculo por donde entra el agua y

sale por 5 hendiduras branquiales.

• Los teleósteos tiene cuatro pares de branquias sobre arcos branquiales en la

pared de la faringe el agua entra por la boda y pasa gracias a los músculos

faríngeos y sale cuando el opérculo se abre.


- El intercambio de gases en las branquias entre el agua y el fluido interno se

realiza mediante un sistema de contracorriente de forma que se garantiza que

siempre exista un gradiente entre ambos medios.


• La vejiga natatoria es un saco membranoso en forma de saco, lleno de gases

(oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono) y que tiene como principal función la

regulación de la flotabilidad del pez: cuando se deshincha, el pez desciende, y

cuando se infla, el pez asciende.

• El pez puede vaciar o llenar de gas su vejiga, a partir de los gases disueltos en la

sangre. Además, en ciertos peces (cipriniformes: carpas, v.g.) la vejiga natatoria

tiene un conducto que la comunica con el esófago, el conducto pneumocístico.

Esto le permite un ajuste adicional en la flotabilidad al permitir salir aire a través

del tracto digestivo.


• En estos peces, la vejiga natatoria está

relacionada con el sistema auditivo mediante

una cadena de huesecillos: el aparato de

Weber.

• La vejiga natatoria, llena de gas, capta las

vibraciones de las ondas sonoras que se

producen en el agua. Las vibraciones son

transmitidas al oído a través de esa cadena de

huesecillos.

• Alteraciones de la vejiga natatoria dificultan la

maniobrabilidad y el equilibrio de los peces.


ESTRUCTURAS ESPECIALIZADAS PARA LA RESPIRACIÓN EN EL MEDIO TERRESTRE

Insectos y Artrópodos terrestres. son

invaginaciones del tegumento que comunican

con el exterior por medio de los estigmas o

espiráculos.

Estos conductos se ramifican hasta que las

traqueólas contactan con las células, no se

necesita un sistema de transporte. La

ventilación se realiza mediante movimientos

musculares que abren y cierran los espiráculos.

Pero el volumen que ocupa es muy grande y no

permite el desarrollo de otros órganos como el

esqueleto interno

traqueas comisurales

tráquea ventral

tráquea dorsal

espiráculos

traquéolas

RESPIRACIÓN TRAQUEAL

Vertebrados y Gasterópodos.

Invaginaciones de la faringe muy

vascularizadas. De difusión si no

tienen sistema de ventilación. La

superficie de los pulmones aumenta a

lo largo de la escala evolutiva y

también su eficacia.

Los sacos aéreos de las aves

permiten la circulación unidireccional

del aire y evita la existencia de un

volumen de aire residual.

RESPIRACIÓN PULMONAR

Pez pulmonado


Ventilación pulmonar. Consiste en la

inspiración y la espiración.

En los anfibios estos movimientos se

realizan mediante la deglución, en las

aves con una caja torácica se realiza

gracias al movimientos de los músculos

de las alas que comprimen a los sacos

aéreos.


En los mamíferos la inspiración

es un proceso activo por dilatación

de la caja torácica al contraerse los

músculos intercostales y el

diafragma.


Los pulmones están recubierto por las pleuras con un liquido entre ellas para

evitar el rozamiento.

Al entrar y salir el aire por la misma vía siempre queda un volumen de aires

residual y el intercambio nunca están efectivo como si se realizase directamente

con la atmósfera.


El intercambio de gases en los pulmones. Se produce debido al gradiente

existente por la diferencia de presión parcial de oxígeno y de dióxido de carbono

entre la sangre y el aire del interior de los alvéolos.


El control de la respiración se

realiza mediante un control

nervioso de los músculo que

interviene en la ventilación como

mediante un control debido a los

receptores de los gases en

sangre que transmiten el

mensaje a los centros

respiratorios del encéfalo.

El ATP actúa como “moneda energética” en las reacciones metabólicas: Cuando se rompe, libera energía que es utilizada

en las reacciones anabólicas (endergónicas)Cuando se produce, capta energía procedente de

las reacciones catabólicas (exergónicas)

El metabolismo: el ATP

A-B A + B

C + DC-D

catabolismo

anabolismo

ADP + Pi ATP +H2O

Alta energía Baja energía

RESPIRACIÓN INTERNA

Las coenzimas transportadoras de H en el metabolismo (NAD/FAD)

A-B A + B

C + DC-D

Siendo la mayor parte de las reacciones metabólicas procesos de oxidación-reducción, se liberan o captan electrones/hidrógenos. Las coenzimas transportadoras de H movilizan estos electrones

CATABOLISMO

ANABOLISMO

NAD+/FAD NADH + H+/FADH2

reducido

reducido

oxidado

oxidado


Tendencias evolutivas en la respiración

Paso de la difusión simple a la aparición de membranas respiratorias complejas.

Aumento de la superficie respiratoria Mecanismos de humectación/aislamiento de la

membrana respiratoria Aparición de estructuras/procesos de ventilación

que renuevan los gases en las cercanías de la membrana respiratoria.

Desarrollo de sistemas de transporte de oxígeno/dióxidode carbono

RESUMEN

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