Fv 7 respiratorio parte 1

Capítulo 7.Fisiología Respiratoria

Objetivos.Saber:

• Por qué los animales necesitan energía y cómo la producen en las células

• Por qué los animales requieren oxígeno y por quénecesitan eliminar el dióxido de carbono

• Qué significa el término “intercambio gaseoso”

• La estructura de los alveolos y cómo el oxígeno y el dióxido de carbono pasan a través de sus paredes

Objetivos.

• Cómo el oxígeno y el dióxido de carbono son transportados en la sangre

• La ruta que sigue el aire en el sistema respiratorio

• Los movimientos de las costillas y el diafragma durante la inspiración

• Cómo se controla la frecuencia respiratoria y cómo ayuda ésta a mantener el equilibrio ácido-básico de la sangre

Sistema respiratorio

• Los animales requieren de un suministro de energía para sobrevivir.

• Esta energía se necesita para construir moléculas como proteínas y glucógeno, formar las estructuras de la célula, transportar sustancias químicas a través de membranas y alrededor de células, contraer músculos, transmitir impulsos nerviosos y mantener la temperatura del cuerpo.

Sistema respiratorio

• Los animales obtienen su energía de moléculas de los alimentos.

• La glucosa es con frecuencia la principal fuente de energía (carbohidratos), pero ésta también puede provenir de grasas y proteínas.

• La energía se produce por procesos bioquímicos conocidos como respiración celular, la cual se lleva a cabo en la mitocondria en el interior de las células vivas.

Energía y respiración

En general la reacción se puede resumir con esta ecuación:

Alimento (glucosa) + Oxígeno = CO2 + H2O + energía

Respiración

• Como puede observarse en la ecuación anterior, las células necesitan un aporte de oxígeno y glucosa.

• El dióxido de carbono, que es un producto de desecho, debe ser eliminado pues es tóxico para la célula.

• El sistema digestivo provee al organismo de glucosa.

• Los dos gases: oxígeno y dióxido de carbono están involucrados en la respiración celular.

• Estos gases son transportados en la sangre hacia y desde los tejidos en donde son requeridos o producidos.

Órganos Respiratorios

• Muchos animales tienen órganos respiratorios específicos y fáciles de identificar.

• Los pulmones de los mamíferos y las branquias de los atunes son sus órganos respiratorios, porque el resto de la superficie corporal (la piel) es casi impermeable a los gases.

• Los pulmones no son los únicos órganos respiratorios. En algunas especies, como las ranas, la piel también cumple una función respiratoria.

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Trucha Marrón

Pez dorado

Lenguado

Anguila europea

Salamandra acuática

Rana toro larva

Rana toro adulta

Salamandra sin pulmones

Boa constrictora

Tortuga de oreja roja

Iguana verde

Murciélago

Ser humano

O2 CO2

Intercambio de gases a través de la piel

Órganos respiratorios

• Las estructuras del cuerpo especializadas de la respiración externa tienen membranas respiratorias de intercambio de gases que poseen invaginaciones o evaginaciones que aumentan la superficie de la membrana.

• Aunque hay excepciones, la respiración en el agua suele realizarse a través de branquias, mientras que la respiración en el aire suele depender de los pulmones.

Órganos respiratorios

• Las estructuras del cuerpo especializadas de la respiración externa tienen membranas respiratorias de intercambio de gases que poseen invaginaciones o evaginaciones que aumentan la superficie de la membrana.

• Las branquias son estructuras respiratorias que salen del cuerpo y están rodeadas por el medio ambiente.

• Los pulmones son estructuras respiratorias invaginadas dentro del cuerpo que contienen el medio ambiente.

Branquias externas Branquias internas

Pulmones

Branquias

• Las branquias pueden ser externas o internas.

• Las branquias externas se encuentran sobre la superficie del cuerpo y se proyectan sobre el medio ambiente.

• Las branquias internas se ubican dentro de una cavidad corporal superficial.

• Esa localización externa permite el flujo de las corrientes de agua sobre las branquias, mientras que una localización interna implica que el animal utilice energía de su metabolismo para ventilarlas.

Branquias

• La ubicación interna tiene ventajas:

– Las estructuras que las rodean las protegen físicamente

– Pueden canalizar el flujo de agua aumentando la eficiencia y controlando la respiración.

Ventilación

• La ventilación de los pulmones, branquias u otras membranas respiratorias (intercambio de gases) puede ser:

– Activa, o

– Pasiva.

Ventilación Activa

• La ventilación activa se da si el animal produce las corrientes (de aire o agua) que fluyen desde y hacia sus membranas respiratorias.

• Esto lo hace por medio de succión o de presión positiva que requiere energía metabólica (contracción de músculos).

Ventilación pasiva

• La ventilación es pasiva si las corrientes de aire o agua del medio ambiente inducen el flujo desde y hacia las membranas de manera directa o indirecta.

Ventajas de la ventilación activa

• A pesar de que la ventilación activa utiliza la energía del animal, es más controlable y potente que la pasiva.

• La ventilación activa puede ser:

– Unidireccional

– Bidireccional (corriente)

– No direccional

Dirección de la Ventilación

• Unidireccional: el aire o el agua se bombea sobre la membrana respiratoria en una sola dirección.

• Bidireccional: el aire o agua se transporta hacia la membrana respiratoria y se aleja de ella a través de la misma vía (mamíferos).

• No direccional: el aire o agua fluyen a través de la membrana respiratoria en muchas direcciones (animales con branquias externas).

Respiración Dual

• Se denomina respiradores duales o bimodales a los animales que pueden respirar tanto en el aire como en el agua.

Por ejemplo: ciertos anfibios, y peces que respiran en el aire.

• Con frecuencia los respiradores duales tiene dos estructuras respiratorias diferentes: tanto pulmones como branquias.

Respiración en los peces

• Muchos peces al nacer respiran por difusión a través de toda su superficie corporal.

• Estos estadios iniciales de respiración por difusión pueden tener mucha importancia desde el punto de vista ecológico y evolutivo.

• A medida que el pez crece, su cuerpo aumenta de espesor y la difusión se vuelve insuficiente. Al mismo tiempo se van desarrollando las branquias y el aparato circulatorio necesarios para el transporte de gases por el cuerpo.


• La cavidad bical de los peces se comunica con el medio ambiente a través de:

– La boca– Aberturas faríngeas laterales o “hendiduras branquiales”

• Las branquias de los peces adultos se desarrollan en estas aberturas laterales.


• El opérculo es una estructura en forma de colgajo protector externo que cubre las branquias a cada lado de la cabeza.

• El aparato bronquial está formado por cuatro arcos bronquiales (dorso-ventrales).

• Cada arco bronquial posee dos hileras de filamentos branquiales (superficies superior e inferior).

• Cada filamento posee una serie de pliegues denominados laminillas secundarias.


• Las laminillas secundarias tienen una rica vascularizaciónsanguínea y tienen paredes delgadas. Es aquí donde se lleva a cabo el intercambio respiratorio de gases.

• El agua fluye a través de los orificios de las branquias desde la cavidad bucal hacia la opercular. La sangre fluye en dirección contraria.

• Por lo tanto el intercambio gaseoso se produce a contracorriente.


• La respiración branquial es propia de los animales acuáticos.

• Mientras que en los moluscos y en los crustáceos la respiración se lleva a cabo por medio de branquias internas, los anélidos marinos y los equinodermos respiran a través de branquias externas.

Respiración en los anfibios

• De todos los vertebrados, los anfibios poseen la combinación de la respiración en el agua y en el aire.

• Las branquias de las larvas de los anfibios (renacuajos) son diferentes a las branquias de los peces adultos.

• Se desarrollan como evaginaciones del epitelio de la región faríngea y se proyectan desde la pared del cuerpo hacia el agua.

• En todas las larvas de anfibios las branquias son externas.


• Las branquias de los anfibios suelen perderse con la metamorfosis, pero en algunas especies (ejem. salamandras acuáticas) permanecen externas durante toda su vida.

• En la mayoría de los anfibios se desarrolla un par de pulmones a partir de la pared ventral de la faringe alrededor del momento de la metamorfosis.

• Los pulmones de muchos anfibios adultos son sacos simples vascularizados, que pueden presentar pliegues para aumentar su superficie.


Ejemplo: Los pulmones de ranas y sapos tienen paredes internas más elaboradas, con pliegues y tabiques que le dan una apariencia de panal de abeja.

• Los anfibios llenan sus pulmones gracias al desarrollo de una presión bucofaríngea.

• El aire ingresa en la cavidad bucal a través de las fosas nasales o de la boca.


• Una característica importante de la fisiología respiratoria de los anfibios es la manera en que se lleva a acabo el intercambio gaseoso.

• Este depende de los distintos sitios disponibles:– Branquias– Pulmones– Piel

• E igualmente dependerá del estado de madurez del anfibio y del gas en cuestión (O2 o CO2).

Respiración en los reptiles

• En la mayoría de los reptiles los pulmones absorben casi todo el oxígeno y eliminan casi todo el dióxido de carbono.

• La piel de los reptiles por lo general es menos permeable que la de los anfibios, protegiéndolos así de la deshidratación por evaporación.

• El tipo más simple de pulmón en los reptiles (ejem. iguanas y serpientes) se asemeja al pulmón de los anfibios porque es un saco con una cavidad central abierta.


• Las paredes de los pulmones poseen una distribución en forma de panal de abeja con compartimentos vascularizados que aumenta su superficie.

• El aire fluye dentro y fuera de la cavidad central y el intercambio de gases se realiza en las profundidades de las celdas por difusión.

• En los reptiles los pulmones se llenan de aire sobretodo por succión, más que por presión bucal.


• Como la succión se produce por la acción de músculos torácicos, abdominales y bucales, esta evolución del proceso de ventilación por succión sustituyó a la boca de una de sus funciones más primitivas.

Respiración en los mamíferos

• Los mamíferos y las aves poseen los pulmones más desarrollados del reino animal.

Por ejemplo: El sistema pulmonar del ser humano estácompuesto por 23 niveles de ramificaciones de las vías aéreas.

• La tráquea se ramifica en dos bronquios fuente que ingresan a cada pulmón.


• Posteriormente cada bronquio fuente se ramifica como las “ramas de un árbol” dentro del pulmón originando bronquios secundarios con diámetros decrecientes llamados bronquiolos.

• Los bronquiolos terminales desembocan en conductos alveolares y sacos alveolares.

• Las paredes de los sacos alveolares presentan numerosas evaginaciones semiesféricas llamadas alvéolos.


• Existen alrededor de 300 millones de alvéolos de tamaño variable en el pulmón de un ser humano.

• En conjunto los alvéolos constituyen una superficie total de intercambio gaseoso de entre 120 y 140 m2.

• La tráquea, los bronquios y los bronquiolos (excepto los terminales) no participan mucho en el intercambio respiratorio de los gases.

• A estas vías se les considera como vías aéreasconductivas.


• Estas vías aéreas conductivas están cubiertas por un epitelio relativamente grueso y no recibe una irrigación abundante.

• El intercambio respiratorio de gases se lleva a cabo en las vías aéreas respiratorias de los pulmones.

• Las vías aéreas respiratorias están compuestas por los bronquiolos respiratorios (las últimas dos o tres ramas de los bronquiolos), los conductos alveolares y los sacos alveolares.


• Las paredes de las vías respiratorias están formadas por una sola capa de células epiteliales (delgadas y planas), las cuales reciben una abundante irrigación sanguínea por capilares.

• Los alvéolos son la mayor superficie respiratoria de intercambio de gases.

• En ellos la sangre y el aire sólo están separados por dos delicados epitelios: el epitelio alveolar y el epitelio capilar, y una membrana basal entre ellos.


• El gas en los alvéolos, que es el gas que se produce del intercambio respiratorio de gases con la sangre, tiene una composición diferente a la del aire atmosférico.

• Los alvéolos constituyen los extremos ciegos de las vías aéreas y nunca se vacían por completo.

• La proporción exacta de los gases que predominan en los alvéolos dependen de la frecuencia con que se introduce aire fresco a los pulmones y de la tasa de intercambio de gases con la sangre.


• A diferencia de otros vertebrados, los mamíferos poseen un diafragma verdadero.

• El diafragma es una capa de tejido muscular y conectivo que separa completamente las cavidades torácica y abdominal.

• El movimiento del diafragma aumenta el volumen de la cavidad torácica contribuyendo así a la expansión de los pulmones y al ingreso de aire por succión.


• Los músculos intercostales (internos y externos) que se encuentran en sentido oblicuo entre cada par de costillas adyacentes son igualmente importantes en el proceso de ventilación.

• La contracción de los músculos intercostales externos rota las costillas hacia delante y afuera para expandir la cavidad torácica.

• Los filamentos de los músculos intercostales internos se cruzan con los de los externos y al contraerse rotan las costillas hacia atrás y adentro, disminuyendo el volumen de la cavidad torácica.

Respiración en aves

• Los pulmones de la aves tienen estructuras diferentes de los pulmones de los demás vertebrados.

• La tráquea de las aves se bifurca para originar los dos bronquios fuente que ingresan a los pulmones y aquí“finalizan las similitudes” entre mamíferos y aves.

• El bronquio fuente que ingresa a cada pulmón lo atraviesa en su totalidad y recibe el nombre de mesobronquio.

• El mesobronquio genera dos grupos de ramificaciones llamadas bronquios secundarios (anterior y posterior).


• Los bronquios secundarios (anterior y posterior) están conectados entre sí por tubos pequeños denominados bronquios terciarios o parabronquios.

• Cada parabronquio emite una gran cantidad de proyecciones en toda su longitud que se denominan capilares aéreos.

• Estos capilares están rodeados por una gran cantidad de capilares sanguíneos y es el lugar en donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso.


• Los sacos aéreos del ave forman parte del sistema respiratorio.

• Se localizan fuera de los pulmones y ocupan un espacio considerable de las cavidades torácica y abdominal.

• En general, hay 9 sacos aéreos que se dividen en dos grupos: anteriores y posteriores.


• Sacos aéreos anteriores:– 2 sacos cervicales– 2 sacos torácicos anteriores– 1 saco interclavicular

• Sacos aéreos posteriores:– 2 sacos abdominales– 2 sacos torácicos posteriores


• Los sacos aéreos anteriores se conectan con varios bronquios secundarios anteriores.

• Los sacos aéreos posteriores se conectan con las porciones posteriores de los mesobronquios.

• Los sacos aéreos son estructuras de paredes delgadas y poca vascularización.

• Los sacos aéreos no desempeñan un papel importante en el intercambio gaseoso entre el aire y la sangre.


• Los pulmones de las aves son estructuras compactas y rígidas y su volumen sufre cambios mínimos durante el ciclo respiratorio.

• Por el contrario, los sacos aéreos se expanden y contraen de manera notable durante el proceso de ventilación.

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