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Biology, Seventh Edition
Solomon • Berg • Martin
Intercambio de gases
Capítulo 44
Dr. Robert J. Mayer
Copyright © 2005 Brooks/Cole — Thomson Learning
Biology, Seventh Edition
CHAPTER 44 Gas Exchange
• Respiración
• El intercambio de gases entre el
organismo y su ambiente
• Respiración organísmica (ventilación)
– Se lleva a cabo en los animales
– Se toma O2 y se libera CO2
• Respiración celular aeróbica
– Se lleva a cabo en las mitocondrias
– El O2 es necesario para que se pueda llevar a
cabo el ciclo de ácido cítrico
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Ventilación – el movimiento continuo de
agua o aire sobre una superficie
respiratoria
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Difusión simple
• Movimiento pasivo de moléculas de un área de donde hay
una mayor concentración de las mismas a un área de menor
concentración
• De esta forma es que ocurre el intercambio de gases en
organismos acuáticos pequeños tales como las esponjas,
cnidarios y lombrices planas
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Comparacion de el intercambio de gases en
agua y agua
– El aire contiene una mayor
concentración de oxígeno molecular que
el agua.
–El oxígeno se difunde mas rápidamente
a través del aire que de el agua
–Se necesita menos energía para mover
aire que agua sobre una superfice de
intercambio de gases
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Adaptaciones para el intercambio de gases
• Superficie corporal
– Los animales acuáticos pequeños intercambian gases
mediante la difusión y no requieren una estructura
especializada para llevar a cabo esta función
– Algunos invertebrados, incluyendo muchos anélidos, y
anfibios intercambian gases a través de la superficie
corporal
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Intercambio de gases a través de la
superficie corporal
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Adaptaciones para el intercambio de
gases cont.
• Sistema traqueal
–En los insectos y otros artrópodos el aire
entra a las traqueas por aperturas en la
region lateral del animal llamadas
espiráculos (spiracles)
–El sistema traqueal se ramifica y
extiende a todas las regiones del cuerpo
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Intercambio de gases a través de un
sistema traqueal
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Spiracle
Tracheal tube
Tracheal
tube
Tracheole
Epithelial cell
O2
Spiracle
CO2
100 µm
Muscle
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Adaptaciones para el intercambio de
gases
• Branquias
–Proyecciones humedas de la superficie
del cuerpo, presentes principalmente en
animales acuáticos.
–Sistema tipo “counter-current” que
maximiza la absorción de O2 y facilita el
que se libere CO2
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Intercambio de gases a través de las
branquias
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Gill arch
CO2
O2
Opercular chamber
Gill arch
Afferent
blood vessel
(low O2 concentration)
Blood vessels
Gill filaments
Efferent blood
vessel (rich in O2)
Countercurrent flow
Concurrent flow (does not occur)
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CHAPTER 44 Gas Exchange
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CHAPTER 44 Gas Exchange
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Adaptaciones para el intercambio de
gases
• Pulmones
–Los vertebrados terrestres poseen
pulmones y una forma de ventilarlos
–Son etructuras respiratorias que se
desarrollan como invaginaciones de la
superficie del cuerpo de la pared de una
cavidad corporal
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Intercambio de gases a través de
pulmones
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Pulmones
de
vertebrados
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Como funcionan los pulmones de las
aves
Parabronchi – thin walled tubes open
at both ends
Sistema mas eficiente de todos los vertebrados
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Sistema respiratorio de los mamíferos
• Consiste de pulmones y tractos respiratorios
• Los pulmones ocupan la cavidad pleural y
están cubiertos de la membrana pleural
• Secuencia del paso del aire:
– Fosas nasales, cavidad nasal, faringe, laringe,
traquea, bronquios, bronquiolos y alveolos
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CHAPTER 44 Gas Exchange
El sistema respiratorio humano
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Estructura de los alveolos
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Bronchiole
Capillary
Alveolus
Macrophage
Red blood cells
Capillaries
Alveolus
Epithelial cell of
the adjacent
alveolus
Alveolus
(cont’d next slide)
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Epithelial cell of
the wall of the
alveolus
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Mecanismo respiratorio del ser
humano
• Se expande el diafragma y la cavidad
toráxica
• Los centros respiratorios en la médula y
el pons regulan la respiración
–Stimulated by chemoreceptors
–Estimulación por quimioreceptrores
–An increase in hydrogen ions and low
oxygen concentration
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Mecanismo respiratorio
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CHAPTER 44 Gas Exchange
La cantidad de aire respirado puede ser
medida
• “Tidal volume” – la cantidad de aire que entra
y sale de los pulmones con cada respiración
normal
• Vital capacity – la cantidad máxima de aire
que una persona puede exhalar luego de
llenar los pulmones al máximo
• Capacidad residual – la cantidad de aire que
queda en los pulmones luego de que la
persona expira normalmente
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Factores que determinan la dirección
de la difusión
• Dalton’s law of partial pressures – en
una mezcla de gases la presión total de
la mezcla es la suma de las presiones
de los gases individuales
• Presión parcial – todos los gases
ejercen, independientemente de los
otros, la misma presión que ejercería si
estuviese solo
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Intercambio de gases en los pulmones
y en los tejidos
La respiración celular resulta en el
uso continuo de oxigeno y la
producción de dióxido de carbono
Aire inhalado : 20.9 % O2
Aire exhalado: 14 % O2
Aire exhalado contiene 100 X CO2 que
el aire inhalado
La ley de Fick’s – la cantidad de oxigeno
o dioxido de carbono que se difunde a
través de la membrana de un alveolo
depende de las diferencisas en presiones
parciales a ambos lados de la membrana y
de la superficie de area de la superficie
respiratoria
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Función de la hemoglobina en el transporte de oxígeno
• Pigmento respiratorios – moléculas que se unen
reversiblemente al oxigeno y estan presentes en la sangre de la mayor
parte de los vertebrados
Los vertebrados solamente poseen hemoglobina (tambien
presente en invertebrados)
En muchos animales la hemoglobina esta disuelta en el plasma o la
hemolinfa
• Casi todo el O2 en la sangre humana es transportado como
oxihemoglobina (HbO2)
(enlaces débiles entre la hemoglobina y el oxígeno)
• Miohemoglobina – pigmento respiratorio presente en los músculos
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• La hemoglobina transporta casi
99 % del oxígeno.
• El plasma carga mucho menos
oxígeno
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• “Oxygen-carrying capacity”
Cantidad máxima de O2 que puede ser
transportada por la hemoglobina
• Oxygen content
Cantidad de O2 unido a la hemoglobina
• Percent oxygen saturation
Razón de contenido de O2 al “O2
carrying capacity”
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• “Oxygen-hemoglobin dissociation curve”
• Muestra que a medida que la
concentración de O2 aumenta, hay un
aumento progresivo en la hemoglobina
que se combina con el O2
• Bohr effect
• La oxihemoglobina se disocia mas
rapidamente cuando la concentración
de CO2 aumenta y el pH baja
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Curva de disociacion de Oxígeno y
hemoglobina
CO2
Dioxido de
carbono
+
H 2O
Agua
->
H2CO3
Ácido carbónico
H+ + HCO3-
->
Ión de
hidrógeno
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Ión de
bicarbonato
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Transporte de dióxido de carbono
• 1. 10 % es transportado disuelto en el
plasma
• 2. 30 % es transportado en RBC’s
combinado con la hemoglobina
• 3. 60 % es transportado como iones de
bicarbonato en el plasma
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Transporte de dióxido
de carbono
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Acidosis respiratoria
• El dióxido de carbono se produce mas rápido
de lo que se elimina por los pulmones
• Cualquier condición que interfiera
con la remoción de CO2 del cuerpo
va a causar acidosis en la sangre
por la acumulación de ácido
carbonico = depresion del
funcionamiento del sistema
nervioso
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Quimioreceptores en la médula cerebral y en las
paredes son sensitivos a cambios en la
concentración de CO2, O2 y de iones de H+
• Estos sensores son bien sensitivos a cambios en los
niveles de CO2
• Los sensores son bien sensitivos a cambios en ph
causados por cambios en la concentración de CO2
• No son tan sensitivos a los niveles de O2
• Solamente si los niveles de O2 disminuyen
drásticamente es que los quimiosensores en
las paredes de la aorta y carótida son estimuladas
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• Hiperventilación
• Reduce la concentración de CO2 en el aire alveolar y
en la sangre
• Una cierta cantidad de CO2 es necesaria para
mantener la presión sanguinea suficientemente alta
para poder estar alerta
• Decompresión en los buzos
• Una disminución rapida en presión barométrica
puede causar lo que se conoce como la enfermedad
de decompresión
• Los mamíferos marinos tienen altas concentraciones
de mioglobina en la sangre
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CHAPTER 44 Gas Exchange
Características que le permiten a los mamíferos
marinos permanecer mucho tiempo bajo el agua
(a veces mas de una hora!!!)
1. Cuerpo hidrodinámico
2. Dependen de oxigeno en sus pulmones
durante la sumergida
3. Exhalan antes de sumergirse – disminuye la
flotación además reducen la probabilidad de
sufrir daños por descompresión
4. Se comprimen los pulmones al descender
5. Dos veces el volumen de sangre que un
mamífero terrestre
6. Altas concentraciones de mioglobina
7. El vaso guarda muchos RBCs que son
liberados al sumergirse el animal
8. “gliding” reduce energía
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CHAPTER 44 Gas Exchange
• “Diving reflex” –
– Cuando el mamífero marino llega al limite fisiológico de lo
que puede tolerar bajo el agua
– Disminuye el metabolismo por 20 %
– Bradycardia (baja el pulso)
– Redistribución de la sangre a órganos que necesitan mas
oxigeno para sobrevivir
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