Download respiración branquial

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)
MEDIO AÉREO
• Difusión rápida de oxígeno
• Abundancia de oxígeno (< 21%)
• Escasez de oxígeno (< 1 cm3/100 cm3)
• La humedad favorece la difusión de
gases
• El dióxido de carbono se disuelve
mejor en agua que en aire
• No requiere estructuras especializadas
• 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.
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
RESPIRACIÓN CUTÁNEA
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 FARÍNGEA


• Vídeo 1

• Vídeo 2
• Vídeo 3

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 BRANQUIAL
•
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
MEDIO AÉREO
• Son más primitivas
• Más evolucionadas
•Carecen de protección: pueden
dañarse
•Están protegidas en el interior del
cuerpo
• Dificultan el desplazamiento
• No dificultan la movilidad
• Suelen ser vistosas y llamativas,
debido a la vascularización
• Son más crípticas
• No necesitan de un sistema especial
de ventilación.
• Requiere un sistema especializado de
ventilación: cilios branquiales (bivalvos),
sifones (cefalópodos), apéndices
móviles unidos a las branquias
(crustáceos), opérculo (peces óseos)
•En algunos moluscos, larvas acuáticas
de insectos y anfibios
RESPIRACIÓN BRANQUIAL
-
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.
Disposición de las branquias y
circulación del agua en un molusco
bivalvo
músculo
abductor
agua
agua
cavidad
paleal
branquias
pie
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
• 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.
Disposición de las branquias y circulación del agua en peces
agua
Agua
espiráculo
Agua
cavidad
bucal
faringe
faringe
branquias
branquias
opérculo
Peces cartilaginosos
Peces óseos
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 TRAQUEAL
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.
tráquea ventral
Estos conductos se ramifican hasta que las
traqueólas contactan con las células, no se
necesita
un
traqueas comisurales
sistema
de
transporte.
espiráculos
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
tráquea dorsal
traquéolas
RESPIRACIÓN PULMONAR
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.
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.
RESPIRACIÓN INTERNA
El metabolismo: el ATP
El ATP actúa como “moneda
energética” en las reacciones
metabólicas:
 Cuando
se rompe, libera energía que es
utilizada en lascatabolismo
reacciones anabólicas
A-B
A + B
(endergónicas)
Alta energía
Baja energía
 Cuando
se produce, capta energía
procedente
ADP + de
Pi las reacciones
ATP +H2catabólicas
O
(exergónicas)
C-D
C + D
anabolismo
RESPIRACIÓN INTERNA
Las coenzimas transportadoras de
H en el metabolismo (NAD/FAD)
Siendo la mayor parte de las reacciones
metabólicas procesos de oxidación-reducción,
se liberan o captan electrones/hidrógenos. Las
coenzimas transportadoras de H movilizan
reducido
oxidado
estos electrones CATABOLISMO
A-B
A + B
oxidado
reducido
NAD+/FAD
NADH + H+/FADH2
C-D
C + D
ANABOLISMO
RESPIRACIÓN INTERNA
© José Luis Sánchez Guillén
RESPIRACIÓN INTERNA
© José Luis Sánchez Guillén
Ciclo de Krebs
RESPIRACIÓN INTERNA
© José Luis Sánchez Guillén
RESUMEN
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