INTERCAMBIO GASEOSO Y EXCRECIÓN

Autor: Claudio Jones

1. LA RESPIRACIÓN EN LOS ANIMALES

• Para llevar a cabo la función de nutrición es indispensable el O2, así mismo es necesario eliminar el CO2 que se produce en las células.

1. LA RESPIRACIÓN EN LOS ANIMALES

• La respiración en los animales comprende:– La ventilación pulmonar: proceso mecánico por el que

el órgano respiratorio toma O2 del medio y expulsa CO2.

– Intercambio gaseoso: se produce mediante difusión entre el órgano respiratorio y la sangre. Por ello los órganos respiratorios están muy vascularizados y húmedos.

– Respiración celular: proceso bioquímico que tiene lugar en las células, que reciben de la sangre el O2 necesario.

1.1. TIPOS DE APARATOS RESPIRATORIOS

A. ORGANISMOS SIN APARATO RESPIRATORIO.

• Poríferos y Cnidarios• No poseen aparato circulatorio y, por tanto, intercambian

O2 y CO2 directamente del medio.

B. PIEL Y CUTÍCULAS

• Lombriz, anfibios y algunos moluscos.• En animales terrestres la piel y cutículas respiratorias

deben mantenerse húmedas, lo que consiguen con secreciones mucosas.

1.1. TIPOS DE APARATOS RESPIRATORIOS

A. BRANQUIAS• En animales

acuáticos.• Pueden ser:

• Externas: similares a plumas. Son poco frecuentes: en larvas acuáticas de insectos y anfibios y anfibios.

• Internas: en peces , artrópodos y moluscos acuáticos

Larva de tritón pigmeo

BRANQUIAS INTERNAS

Arcos branquiales: situados entre la cavidad bucal y los opérculos (cuatro a cada lado). Cada arco branquial está dividido en cientos de filamentos branquiales, y éstos se dividen a su vez en lamelas.

El agua baña las branquias fluyendo

de manera unidireccional

entrando por la boca y saliendo por las aberturas laterales

BRANQUIAS INTERNAS

BRANQUIAS INTERNAS

Las sangre también fluye de manera unidireccional, pero lo hace en sentido contrario a la circulación del agua (Opérculo→Boca). A este sistema se le llama intercambio a contracorriente.

1.1. TIPOS DE APARATOS RESPIRATORIOS

A. TRÁQUEAS• En insectos y arácnidos

SISTEMA TRAQUEAL. Consiste en una serie de tubos, las tráqueas, que se dividen en tubos más pequeños : las traqueolas. Las traqueolas están llenas de un líquido: líquido traqueolar, donde ocurre el intercambio gaseoso. El aire penetra en el sistema traqueal a través de unos orificios los espiráculos que actúan a modo de válvulas. La ventilación pulmonar ocurre gracias a los movimientos del abdomen y movimientos alares.

Diario de la Ciencia

Un artículo científico presentado en octubre de 2006, en la conferencia de fisiología de Virginia Bay, en Estados Unidos, ha demostrado que si en nuestra atmósfera hubiese mayores concentraciones de oxígeno, podrían volver a existir insectos gigantes como los que poblaron la Tierra durante el último periodo Paleozoico.

El artículo explica que los insectos no utilizan sangre para transportar oxígeno, sino que lo ingresan a través de unos orificios en sus cuerpos, por los que también expelen dióxido de carbono. Estos orificios tienen conexión con unos tubos interconectados y ramificados, llamados tráqueas, que transportan el oxígeno a todas las áreas de su cuerpo. En un insecto de gran tamaño, los tubos traqueales son

Un equipo de científicos afirma que podrían existir insectos gigantes, si hubiera más oxígeno en la atmósfera

Un grupo de científicos ha presentado evidencias de que los insectos paleozoicos eran sustancialmente más grandes que los actuales porque tenían un suministro más rico de oxígeno.

muy largos, muy anchos y muy numerosos, resolviendo las demandas adicionales de oxígeno de su cuerpo.

Sin embargo, los resultados del estudio han demostrado que el nivel actual de oxígeno en nuestra atmósfera limita el crecimiento de los insectos, debido a que el aumento en

el tamaño traqueal alcanza un punto crítico en la abertura. Alexander Kaiser, autor principal del artículo, ha declarado que, hace 300 millones de años, la concentración de oxígeno en la atmósfera era un 14 % más alta que la actual. Esto implicaría que los insectos antiguos necesitaban menores cantidades de aire para

resolver sus demandas de oxígeno y, por tanto, esta abertura no limitaría el tamaño de los insectos.El diámetro traqueal podía ser más angosto y todavía suministrarle suficiente oxígeno. En consecuencia, en el Paleozoico, laslibélulas tenían hasta 75 centímetros de envergadura.

1.1. TIPOS DE APARATOS RESPIRATORIOS

A. LOS PULMONES– Son cavidades internas muy vascularizadas en las

que se realizan:• La ventilación pulmonar con la atmósfera: captación de O2

y expulsión de CO2.• El intercambio gaseoso con la sangre por difusión.

– Hay dos tipos de pulmones:• Pulmones de difusión: Lo presentan gasterópodos,

escorpiones y arañas. La ventilación pulmonar ocurre de forma pasiva.

• Pulmones de ventilación: En peces pulmonados, reptiles, anfibios, aves y mamíferos, en los que la ventilación pulmonar consta de dos actos: inspiración y espiración.

E. LOS PULMONES

E.1. ANFIBIOS Y REPTILES

• Los pulmones de anfibios son dos sacos de paredes muy delgadas y elásticas, con pliegues internos poco desarrollados.

• Los anfibios completan la respiración pulmonar con la respiración a través de la piel.

• El mecanismo de respiración se llama bomba de presión.

Aparatos respiratorios: anfibios

Pulmón con pared lisa

Una curiosidad• Rana punta de flecha: Es el anfibio más venenoso de

toda la Tierra. Esta rana exuda su veneno; es tan potente que puede matar, con todo su veneno, a 1500 personas. Se llama “rana punta de flecha” porque los nativos mojaban la punta de una flecha con su veneno a la hora de cazar para matar al animal rápidamente. También es llamada Rana del Dardo Dorado.

E.1. ANFIBIOS Y REPTILES

• En los reptiles los pulmones son dos sacos con una tabicación interna más desarrollada. Desembocan en los bronquios, que tienen también mayor nº de repliegues.

Pulmón tabicado

E.2. AVES

Pulmones

Sacos aéreos

El flujo de aire es unidireccional y a contracorriente con la sangre. EL mecanismo de respiración se llama BOMBA DE SUBCIÓN: la ventilación pulmonar ocurre

por la comprensión de los sacos aéreos por los músculos de las alas.

Los bronquios se subdividen en unas estructuras muy finas llamadas parabronquios, que se localizan en el interior de la masa pulmonar, en donde se verifica el intercambio gaseoso con la sangre. Unas grandes expansiones, los sacos aéreos fuerzan al aire a circular por los parabronquios.

E.3. MAMÍFEROS

Los pulmones tienen forman cónica y descansan sobre el diafragma.

El aire pasa por: fosas nasales. faringe, laringe, tráquea y bronquios hasta llegar a los pulmones.

El intercambio gaseoso se realiza en los alveolos pulmonares, que están envueltos por una tupida red de capilares.

E.3. MAMÍFEROS• Los movimientos respiratorios llevan el

aire hasta los alvéolos pulmonares, en los que se produce un intercambio de gases con la sangre de los capilares. El aire que entra en el alvéolo tiene un alto contenido de oxígeno y poco dióxido de carbono, al contrario que la sangre que llega a los alvéolos. De este modo, el oxígeno del aire pasa del alvéolo a la sangre y el dióxido de carbono de la sangre pasa al alvéolo, que es expulsado en la espiración.

La ventilación pulmonar en mamíferos

¿Qué pulmones pertenecen a un fumador?

2. EL INTECAMBIO DE GASES EN PLANTAS

2.1. Utilización de gases por las plantas.

Considerando la fotosíntesis y la respiración celular, el balance neto es favorable para la fotosíntesis: las plantas producen más oxígeno del que consumen y consumen más CO2 del que producen.

Además, las plantas eliminan el exceso de agua en forma de vapor mediante la transpiración.

2. EL INTECAMBIO DE GASES EN PLANTAS

El CO2 necesario para la formación de compuestos orgánicos es absorbido a través de los estomas que se encuentran principalmente en la epidermis que recubre el envés de las hojas. El dióxido de carbono difunde hacia las células donde se va a utilizar en la fotosíntesis, y el oxígeno que se desprende en dicho proceso también es liberado a través de los estomas por el mismo mecanismo de difusión simple.

2.2. Estructuras que llevan a cabo el intercambio

2.2. Estructuras que llevan a cabo el intercambio

• Los estomas están formados por dos células estomáticas oclusivas (células guardianas) que mediante cambios de turgencia controlan la apertura o cierre del orificio del estoma:– Cuando están turgentes

se abre – Cuando están flácidas se

cierra controlando así la salida y entrada de oxígeno, dióxido de carbono y vapor de agua.

2.2. Estructuras que llevan a cabo el intercambio

• La apertura o cierre de los estomas está determinado por la concentración de potasio, por la luz, por la concentración de dióxido de carbono, por la acción de las hormonas, por la temperatura y por la humedad del suelo.

2.2. Estructuras que llevan a cabo el intercambio

• Lenticelas: Son porciones de la peridermis con ordenación celular floja, a través de la cuáles también se produce el intercambio gaseoso. Pueden encontrarse en ramas jóvenes, en raíces y en algunos frutos como la manzana.

3. LA EXCRECIÓN3.1. Homeostasis y excreción.

• Homeostasis: conjunto de mecanismos por los que un organismo mantiene constantes las propiedades y composición del medio interno. La excreción es uno de los mecanismos indispensables de la homeostasis.

• Excreción: eliminación de las sustancias tóxicas o innecesarias generadas por las células.

3.1. Homeostasis y excreción.

• La excreción comprende tres procesos:– Excreción de deshechos metabólicos.– Regulación de la concentración de iones.

– Mantenimiento del balance hídrico.

3.2. Productos de excreción animal

Eliminan amoniaco (NH3), que aunque es muy tóxico se diluye con rapidez

en el agua.

Peces óseos

Animales amoniotélicos

Derivados nitrogenados

Larvas de anfibios

Moluscos

Anélidos acuáticos

Excretan ácido úrico que se forma en el hígado a partir

de amoniaco y otras sustancias nitrogenadas.

Animales uricotélicos

Eliminan urea, que se forma en el hígado a partir de restos nitrogenados de aminoácidos y dióxido de carbono.

Animales ureotélicos

Insectos

Aves

Reptiles

Peces cartilaginosos

Anfibios

Mamíferos

3.2. Productos de excreción animal

3.2. Productos de excreción animal

3.3. Formación del producto de excreción

• En los animales con aparato excretor, la formación del producto de excreción (orina) abarca tres procesos:– Filtración de la sangre u otros líquidos del

cuerpo.– Reabsorción de sustancias útlies.– Secreción de sustancias de deshecho que se

incorporan a la orina.

3.4. Órganos de excreción en invertebrados

• Cnidarios y esponjas eliminan directamente al medio acuoso los residuos del metabolismo.

• Los platelmintos: protonefridios.

• Los ánelidos y moluscos: metanefridios.

• Los insectos: túbulos de Malpighi

• Crustáceos: glándulas verdes

Poro excretor

Núcleo

Flagelos

Célula flamígera

A. PROTONEFRIDIOS

Los protonefridios están constituídos por una red de tubos en cuyos extremos se localizan las células flamígeras

B. METANEFRIDIOS

Nefridioporo

Metanefridio

En cada segmento del animal hay una par de metanefridios, que comienzan por una estructura en forma de embudo que continúa por una largo y sinuoso tubo en el segmento siguiente. Finalmente, el tubo termina en un poro excretor por el que se vierte la orina. Hay dos poros excretores por anillo.

C. TÚBULOS DE MALPIGHI

Ano

Extremo ciego

Intestino

Túbulos de Malpighi

Son un conjunto de tubos ciegos conectados al aparato digestivo. El ácido úrico pasa por transporte activo desde el celoma hasta el interior de los túbulos, mientras que el agua pasa por difusión simple. De los túbulos la orina en formación pasa al intestino, donde se reabsorbe agua y precipita el ácido úrico, el cual se elimina por el ano en forma de deshecho sólido.

D. GLANDULAS VERDES

Aparecen en crustáceos. Se encuentran situadas debajo de las antenas. Están formadas por un saco que recoge los compuestos tóxicos y 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.

3.5. La excreción en vertebrados.(Mamíferos)

En vertebrados los principales órganos excretores son los riñones.

En mamíferos tienen forma de habichuela. Por la parte media de su concavidad penetran las arterias renales y salen las venas renales y los uréteres. Estos últimos desembocan en la vejiga, encargada de acumular la orina, que saldrá al exterior a través de la uretra.

A. PARTES DEL RIÑÓNEn cada riñon distinguimos:• La corteza: Presenta un

aspecto granuloso a simple vista. Está formado por los túbulos contorneados y los corpúsculos de las nefronas.

• La médula: es la zona más interna del riñón. Está formada por unas estructuras piramidales denominadas pirámides renales o de Malpighi, de aspecto fibroso, que están constituidas por los túbulos colectores y las asas de Henle de las nefronas.Los túbulos colectores desembocan en los cálices, y éstos en la pelvis renal.

B. LA NEFRONASon las unidades funcionales del

riñón.Están formadas por un corpúsculorenal y un túbulo renal.• El corpúsculo renal

(corpúsculo de Malpighi) se compone de una agrupación de capilares denominada glomérulo y de la cápsula de Bowman, que forma como una copa que rodea al glomérulo.

• El túbulo renal comienza en la cápsula de Bowman y en él pueden distinguirse tres zonas: túbulo contorneado proximal, asa de Henle (en forma de U) y túbulo contorneado distal. Éste último desemboca en un túbulo colector, común a varias nefronas.

B. LA NEFRONA

C. FORMACIÓN DE LA ORINA

La formación de la orina comprende tres procesos:• Filtración: es un proceso no selectivo por el que la

mayor parte de los componentes del plasma pasan del capilar glomerular a la cápsula de Bowman, impulsados por la presión existente en los capilares glomerulares.

• Reabsorción: la mayoría de las sustancias que se han filtrado en el glomérulo son útiles por lo que son reabsorbidos por difusión y transporte activo y vuelven a la sangre en los capilares peritubulares.

• Secreción: Las sustancias de desecho que no han podido ser filtradas y que quedan por lo tanto en la sangre son transportadas activamente desde los capilares peritubulares hacia el túbulo renal.

4. LA EXCRECIÓN EN LAS PLANTAS

El metabolismo de las plantas es mucho menos activo y,además, las sustancias nitrogenadas son recicladas yreutilizadas en las planta. No obstante, en las plantas se

dan las siguientes actividades excretoras:

• Caída de las hojas

• Producción de aceites esenciales: látex, resinas

• Acumulación de algunas sutancias en forma de cristales, como el oxalato cálcico.