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
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
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
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.
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
- 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.
RESPIRACIÓN 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.
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
- 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.
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
• 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.
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
• 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.
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
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
RESPIRACIÓN PULMONAR
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.
RESPIRACIÓN PULMONAR
En los mamíferos la inspiración
es un proceso activo por dilatación
de la caja torácica al contraerse los
músculos intercostales y el
diafragma.
RESPIRACIÓN PULMONAR
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.
RESPIRACIÓN PULMONAR
RESPIRACIÓN PULMONAR
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.
RESPIRACIÓN PULMONAR
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
RESPIRACIÓN INTERNA
© José Luis Sánchez Guillén
RESPIRACIÓN INTERNA
Ciclo de Krebs© José Luis Sánchez Guillén
RESPIRACIÓN INTERNA
© José Luis Sánchez Guillén
RESPIRACIÓN INTERNA
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