Tema 8 . La utilización del alimento

Aparatos respiratorios y excretor

ENERGÍA

LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LOS NUTRIENTES

Alimentos

Nutrientes

Proporcionan

Obtención de energíaSe utilizan para

Mediante el catabolismo celular produce

Moléculas de

desechoCO2

H2

OResiduos nitrogenadosLos elimina

Aparato respiratorio

Aparato excretor

1.- LA RESPIRACIÓN

Los animales necesitamos energía para poder realizar todas nuestras actividades. Esta energía la obtenemos a partir de la oxidación de moléculas orgánicas en la respiración celular. Este proceso se realiza en las mitocondrias de nuestras células y necesita oxígeno para llevarse a cabo. A la vez, se desprende dióxido de carbono por la oxidación de esas moléculas orgánicas. Estos dos gases los intercambiamos con el medio que nos rodea.

El intercambio de estos gases entre el sistema circulatorio y el medio externo se produce por medio del sistema respiratorio en un proceso denominado respiración externa o fisiológica

El proceso de intercambio se produce a favor de gradiente es decir de donde está más concentrado hacia el lugar donde haya menos concentración

Para que el intercambio gaseoso sea eficaz es necesario que la superficie respiratoria cumpla las siguientes condiciones:

Las paredes del órgano donde se produce el intercambio de gases deben ser delgadas.

La superficie debe estar húmeda, ya que el agua facilita la difusión.

La zona adyacente debe estar muy irrigada, es decir, con mucho líquido del medio interno del animal, de forma que los gases puedan ser captados o expulsados rápidamente

Se necesita un mecanismo de ventilación que renueve el intercambio de gases

.

LA RESPIRACIÓN EN ANIMALES

Intercambio de gases

Superficies respiratorias

Se produce en

Están revestidas internamente por capilares sanguíneos

Se encuentran húmedas CO2 y O2 difunden tras disolverse en agua

Su paredes son muy finas y favorecen la difusión

Debido a estas características

2.-TIPOS DE SISTEMAS DE RESPIRACIÓN

En los animales se dan distintos sistemas de respiración. Estos sistemas presentan distintos grados de complejidad, dependiendo del tipo de animal, de sus necesidades energéticas

Los animales diblásticos, como las esponjas, o las medusas, no desarrollan estructura respiratoria alguna, debido a que son animales sencillos, que realizan el intercambio de gases de todas sus células con el medio acuático que las rodea.

En animales triblásticos aumenta el número de capas celulares y aumentan los problemas para realizar el intercambio de gases con todas las células del cuerpo. Por ello, es necesaria la presencia de un sistema respiratorio que capture el oxígeno suficiente para todas las células del cuerpo, recoja el dióxido de carbono liberado y se expulse fuera del animal.

Los tipos de sistemas respiratorios que podemos encontrar entre los distintos animales son la respiración cutánea, branquial, traqueal y pulmonar

Sistemas respiratorios

En poríferos, cnidarios y

platelmintosO2 y CO2 se intercambian por difusión. No tienen estructuras

especializadas

Resto de animales

Respiración cutánea

Respiración traqueal

Respiración branquial

Respiración pulmonar

3.- Respiración cutánea

Encontramos este sistema respiratorio en animales como los anélidos, algunos moluscos, y anfibios; incluso, en ciertos equinodermos. En moluscos y anfibios es necesario complementar su función con otros sistemas respiratorios

En general los animales con este tipo de respiración son de pequeño tamaño, con una superficie externa relativamente grande con relación a su volumen (forma esférica o aplanada) y con necesidades de oxígeno bajas , ya que su actividad metabólica es reducida

La estructura respiratoria es la superficie corporal. La piel es la encargada de realizar el intercambio gaseoso. Para ello, la piel debe ser muy fina, estar húmeda y muy irrigada por el medio interno del animal.

4.- RESPIRACIÓN BRANQUIAL Las branquias son características de animales acuáticos,como algunos anélidos, moluscos, crustáceos, equinodermos y peces. Las branquias son proyecciones de la superficie externa del cuerpo o de la capa interna del intestino hacia el exterior del animal, Hay dos tipos de branquias: externas e internas. Las primeras evolutivamente son más primitivas.

Las branquias externas tienen la ventaja de que su simple movimiento moviliza el agua, pero pueden ser fácilmente dañadas por los agentes externos y entorpecen la locomoción.

Propias de algunos anélidos marinos, muchos crustaceos y larvas acuáticas de insectos y anfibios

Las branquias internas, las poseen gran número de moluscos, algunos crustáceos y peces , están situadas en el interior del animal

El intercambio gaseosos se realiza mediante un mecanismo llamado intercambio contracorriente; el agua circula por las laminillas branquiales en dirección contraria a como lo hace la sangre por el interior de los capilares. A medida que la sangre se desplaza poe le capilar capta cada vez más oxígeno que también se encuentra en mayor proporción porque el agua está comenzando a entrar

Es necesario un sistema de ventilación de la superficie de intercambio Este tipo de ventilación depende del tipo de animal:

En peces cartilaginosos: el agua penetra por unos orificios laterales llamados espiráculos y sale a través de las cinco hendiduras branquiales que se hallan situadas a ambos lados de la cabeza. Necesitan moverse de manera continua para que el agua circule a través de las branquias

En peces óseos las branquias se hallan cubiertas por una placa denominada opérculo. Cada branquia está formada por muchos filamentos, con numerosas laminillas branquiales que hacen que la superficie de intercambio sea muy grande

La ventilación se consigue gracias a los movimientos del opérculo, el agua rica en oxígeno entra por la boca, circula por las branquias y sale por las hendiduras branquiales

5.- RESPIRACIÓN TRAQUEAL

Las traqueas son invaginaciones tubulares de la pared corporal reforzadas por un revestimiento de quitina.

Los tubos se abren al exterior a través de unos orificios que se pueden cerrar mediante espiráculos

Las tráqueas se van ramificando y disminuyendo de diámetro, hasta que contactan directamente con las células, donde se realiza el intercambio gaseoso por difusión.

.

Los insectos, miriápodos y, en menor medida, en los arácnidos utilizan un sistema de tubos, llamados tráqueas, que conectan las células de todo el cuerpo con el aire del exterior del animal. Por tanto no necesitan sistema circulatorio

La zona final del sistema traqueal está formada por finísimos tubos denominados traqueolas que poseen una membrana muy fina, carecen de revestimiento quitinoso y llenas de líquidos. Están en contacto directo con las células y a través de ellas se realiza el intercambio de gases

la ventilación se consigue mediante movimientos de las paredes corporales o de los propios tubos corporales. Los insectos voladores desarrollan unos pequeños sacos elásticos que se expanden y se contraen gracias a los movimientos del cuerpo

6.- RESPIRACIÓN PULMONAR

Los pulmones son invaginaciones de las superficies respiratorias rodeadas de capilares sanguíneos. Son bolsas de finas paredes, que sirven para realizar el intercambio gaseoso, para lo que se conectan con el exterior mediante una serie de conductos.

Según se asciende en la escala animal, los pulmones van incrementando su superficie interna,

En anfibios, el interior es casi liso, sin repliegues, por lo que la superficie de intercambio gaseoso es demasiado reducida. Esto implica la necesidad de otros sistemas respiratorios para satisfacer las necesidades de oxígeno de estos animales

En reptiles, los pulmones presentan repliegues, con lo que la superficie de intercambio de gases aumenta respecto a los anfibios.

En aves los pulmones presentan en su pared varias extensiones en forma de bolsa llamados sacos aéreos, que llegan a todas las partes del cuerpo y actúan como fuelles que llevan aire al sistema respiratorio

En mamíferos los pulmones presentan numeroso y diminutos sacos aéreos rodeados de un gran número de capilares. Estos sacos se denomina alvéolos

RESPIRACIÓN PULMONAR

RESPIRACIÓN PULMONAR

ANFIBIOS REPTILES

AVES MAMÍFEROS

sacos aéreos

Adaptaciones en la evolución de los pulmones

Se incrementa la superficie de intercambio

1

Se adquieren mecanismos de ventilación

2

Aparece la circulación completa3

La ventilación pulmonar. Consiste en :

La inspiración, o entrada de aire a los pulmones. Este mecanismo es diferente en distintos grupos de vertebrados:

en anfibios es una deglución, como si se tragaran el aire.

En aves por la compresión de los sacos aéreos por los músculos de las alas.

En mamíferos, el aire entra activamente en los pulmones al dilatarse la caja torácica

La espiración, o salida de aire, se realiza pasivamente

RESPIRACIÓN PULMONAR

RESPIRACIÓN PULMONAR: Ventilación en mamíferos

ESPIRACIÓNINSPIRACIÓN

Los músculos intercostales se contraen y la

caja torácica se dilata.

Los músculos se relajan y la

caja torácica se comprime.

El aire entra por las vías

respiratorias.

El aire sale por las vías

respiratorias.

El diafragma se contrae y aplana

7.-SIGNIFICADO BIOLOGICA DE LA EXCRECIÓN

Cuando hablamos de excreción, siempre pensamos en la eliminación de productos de desecho. Esta sin embargo, es sólo una de sus funciones.La excreción es además, un sistema regulador del medio interno, es decir, determina la cantidad de agua y de sales que hay en el organismo en cada momento, y expulsa el exceso de ellas de modo que se mantenga constante la composición química y el volumen del medio interno (homeostasis). Así es como los organismos vivos aseguran su supervivencia frente a las variaciones ambientales.

Se puede decir, que la excreción llevada a cabo por los aparatos excretores implica varios procesos:

La excreción de los productos de desecho del metabolismo celular

La osmorregulación o regulación de la presión osmótica y la ionorregulación o regulación de los iones del medio

8.- PRODUCTOS DE DESECHO EN LOS ANIMALESSe clasifican en dos grandes grupos:a) productos no nitrogenados: fundamentalmente dióxido de carbono que se elimina en las superficies respiratorias y agua que se elimina en la respiración , a través del sudor o a través del aparato excretorb) productos nitrogenados: La expulsión de nitrógeno puede realizarse mediante distintas formas moleculares, como son el amoniaco, urea o el ácido úrico

La expulsión en forma de amoniaco implica la necesidad de capturar abundante cantidad de agua de manera constante, puesto que el amoniaco debe ser expulsado inmediatamente ( muy tóxico) y disuelto en agua. Si esto no fuera así, el animal moriría. Por ello, los animales que expulsan amoniaco como producto de desecho nitrogenado son animales que viven en agua, como los peces osteictios. Este tipo de animales reciben el nombre de amoniotélicos.

Los tiburones y las rayas, anfibios en fase adulta, tortugas y mamíferos expulsan urea como producto nitrogenado de desecho. Estos animales reciben el nombre de ureotélicos. La urea se forma cuando los radicales amina se unen al carbono. Esta sustancia, pese a ser tóxica, puede ser almacenada en el interior del animal siempre que esté disuelta en abundante agua.

Animales que necesitan restringir la pérdida de agua, como insectos o reptiles, o que no pueden acumular grandes cantidades de agua debido a su modo de vida, como las aves, expulsan ácido úrico como sustancia nitrogenada de desecho. Estos animales reciben el nombre de uricotélicos. Esta sustancia se expulsa en forma sólida y no produce pérdida de agua.No es tóxica y permite su acumulación sin producir daños al animal

9.- APARATOS EXCRETORES EN INVERTEBRADOS

Los animales diblásticos eliminan las sustancias nitrogenadas por difusión. Este sistema también es seguido por animales triblásticos simples. Sin embargo, es más habitual la presencia de estructuras específicas que cumplen esa función. Podemos encontrar protonefridios, metanefridios, tubos de Malpighi, glándulas verdes, glándulas coxales

Protonefridios

Son típicos de los Platelmintos y de otros animales sin celoma, son órganos excretores que constan de una serie de túbulos muy ramificados cuyos extremos internos terminan en una célula , célula flamígera provista de varios cilios o solenocitos con varios fagelos que se dirigen hacia la luz del túbulo. Las sustancias de desecho atraviesan las células flamígeras, penetran en los túbulos y son empujadas por el batido rítmico de los flagelos saliendo al exterior por los poros excretores.

Metanefridios

Aparecen en Anélidos y moluscos. Son estructuras abiertas por los dos extremos. Uno se abre a la cavidad celómica tiene forma de embudo ciliado y se llama nefrostoma, el otro extremo se abre al exterior por un poro, el nefridioporo.

El líquido que está en el celoma y que contiene los productos de desecho es recogido por los cilios del nefrostoma por un proceso de filtración, pasa a los túbulos, donde se reabsorben las sustancias que son útiles, los desechos salen al exterior por el nefridioporo.

Tubos de Malpighi o Malpigio

Aparecen en los insectos. Son tubos delgados, cerrados por el extremo que se encuentra en la cavidad corporal y abiertos por el otro extremo al tubo digestivo, entre el intestino medio y el intestino posterior. De esta forma, se vierten al exterior los productos de desecho, junto con los alimentos sin digerir.

En la pared de los tubos se produce una secreción de K+ por transporte activo desde la hemolinfa, por lo que pasan también moléculas de pequeño tamaño y agua. Cuando estas sustancias llegan al intestino posterior, se produce la reabsorción de agua y sustancias aprovechables, y el resto se elimina

Glándulas verdes (o antenales)

Aparecen en crustáceos. Se encuentran situadas debajo de las antenas. Están formadas por un saco ciego que recoge los compuestos tóxicos, un largo tubo que termina en la vejiga, que es una zona ensanchada donde se acumulan las sustancias nitrogenadas, que se expulsan a través del nefridioporo.

Glándulas coxales

Son estructuras similares a las glándulas verdes de crustáceos, que aparecen en arácnidos. Se encuentran al lado de las coxas, que son los primeros artejos de las patas.

10.- PROCESO DE EXCRECIÓN EN VERTEBRADOS

En todos ellos se han de realizar tres tipos de procesos:

la filtración: Que es el paso de los líquidos del cuerpo, por difusión, al interior de los tubos excretores. Es una orina inicial, que lleva además de sustancias de desecho, otras muchas moléculas necesarias para el organismo, que volverán al medio interno de los organismos gracias al proceso de :

la reabsorción: que se realiza a lo largo de los tubos excretores, cuyas celulas extraerán de esta orina inicial grandes cantidades de agua y sustancias útiles para el organismo, devolviéndolas a los liquidos corporales.

la secreción, opera en sentido contrario y transfiere materiales de los líquidos corporales a los tubos excretores, fundamentalmente iones, como el K +. El líquido obtenido es la orina final, que será expulsada al exterior. Del total del filtrado glomerular se elimina solamente alrededor del 1%, con una concentración cuatro veces mayor que la del principio.

LA EXCRECIÓN EN ANIMALES

El proceso de formación de la orina se desarrolla en tres etapas:

FILTRACIÓN GLOMERULA

R

REABSORCIÓN SECRECIÓNGLOMÉRULO

CÁPSULA

TUBO COLECTOR

TUBO DE LA NEFRONA

Se filtran hacia el interior de la cápsula: agua, sales minerales, glucosa, aminoácidos, vitaminas, urea, ácido úrico y proteinas de bajo peso molecular.

Recupera las sustancias aprovechables que se han filtrado en la cápsula de Bowman, y pasan a los capilares.

Algunas sustancias pasan desde los capilares al interior de la nefrona para mantener la concentración de algunos iones.

CAPILAR

Los órganos encargados de llevar a cabo estas funciones son los riñones. Son órganos pares, formados por túbulos renales. Existen tres tipos de estructuras filtradoras:

Pronefros

Son estructuras que aparecen en los embriones de vertebrados. Están constituidos por gran cantidad de nefrostomas que se unen a un tubo mayor, denominado uréter. Los nefrostomas recogen líquido filtrado de un glomérulo, formado por capilares.

Mesonefros

Aparecen en peces y anfibios en la fase adulta y en embriones de reptiles, aves y mamíferos. El riñón está constituido por un gran número de túbulos que, en su zona inicial, en contacto con el sistema circulatorio, poseen un tramo ensanchado denominado cápsula de Bowman.

Cerca de esta cápsula aparece un nefrostoma atrofiado. La cápsula de Bowman absorbe el líquido que se filtra de los capilares del glomérulo. Los anfibios, como otros animales, utilizan, además de sus estructuras renales, glándulas de la piel para expulsar sustancias tóxicas.

MetanefrosAparece en reptiles, aves y mamíferos. El riñón está constituido por unos túbulos denominados nefronas. Las nefronas son tubos que se dividen en las siguientes partes:

Cápsula de Bowman: es una zona inicial ensanchada, que recoge el líquido que se filtra de los capilares del glomérulo.Túbulo contorneado proximal: zona tortuosa donde se produce la reabsorción de sustancias disueltas en el líquido filtrado y que son necesarias para el organismo, por lo que pasan de nuevo a la sangre

Asa de Henle: es un tramo estrecho y curvado, donde se concentra el líquido que circula por la nefrona. Está rodeado de vasos sanguíneos.

Túbulo contorneado distal: es otra zona tortuosa, donde continúa la reabsorción de sustancias y aumenta la concentración del líquido circulante. Desemboca en el túbulo colector.

11.- ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL RIÑÓN

En mamíferos aparecen dos riñones situados en la zona lumbar.

En un corte longitudinal del órgano , desde el interior al exterior, encontramos:

La corteza, que es una zona de color rojo, donde se encuentran los glomérulos, las cápsulas de Bowman y los túbulos contorneados proximales de las nefronas.

La médula renal, que es una zona de color claro, donde se observan estructuras triangulares, llamadas pirámides de Malpigio. Ahí se ubican las asas de Henle y parte de los túbulos contorneados distales de las nefronas.

La pelvis renal, que es una zona donde desembocan los túbulos colectores, que se reúnen en el ureter.

Funcionamiento del riñón

En la zona renal encontramos dos grandes vasos sanguíneos, la arteria renal y la vena renal. La arteria renal lleva al riñón sangre con sustancias tóxicas, nitrogenadas, que son retiradas de la circulación en los glomérulos, saliendo a la nefrona. La vena renal recoge la sangre limpia de esas sustancias tóxicas y retorna al corazón.

De los riñones salen dos tubos llamados uréteres. Éstos recogen la orina formada en el riñón y la llevan a la vejiga urinaria. Cuando la vejiga urinaria se llena se abren los esfínteres y la orina sale al exterior por la uretra, a través del poro urinario.