Respiración

El aire a la altura del Mt. Everest es tan bajo en oxigeno que la mayoría de la gente
no podría sobrevivir sin mascaras de oxigeno.
Patos y Gansos que migran sobre altas montañas(6800 mts) tienen adaptaciones,
para que obtengan suficiente oxigeno (eficiencia en los pulmones, hemoglobina de
alta afinidad gran numero de capilares, mioglobina en musculo).
Humanos viviendo a altitudes elevadas como 6300 mts en el Himalaya o los Andes
donde hay bajas concentraciones de oxigeno tienen adaptaciones (bajos de
estatura, pulmones y corazón grandes mas hemoglobina y glóbulos rojos).
El intercambio de gases o respiración, es el suministro deO2 y la generación y
eliminación de CO2 entre un animal y su entorno.
Medio respiratorio
(aire o agua)
O2
CO2
Superficie
respiratoria
Nivel
organismo
Sistema circulatorio
Nivel celular
Moléculas
combustibles
Ricas en energía
De los alimentos
Respiración celular
ATP
El intercambio de gases
1)
involucra la respiración,
2)
el transporte de gases y
3)
el mantenimiento de las células de los tejidos
El intercambio de gases provee O2 para la
respiración celular y elimina como producto de
desecho, CO2.
O2
Respiracion
CO2
Pulmón
Involucrando el Sistema Respiratorio y Circulatorio.
Sistema
Circulatorio
El intercambio gaseoso presenta tres fases.
Transporte
de gases por
el sistema
Circulatorio
1. Respiración
•O2 es tomado (inhalado) por
los pulmones y pasa a los
vasos sanguíneos.
•CO2 pasa de las células de
los pulmones al
ambiente.(exhala) .
2. Transporte de gases por el
sistema circulatorio
•O2 se fija a la hemoglobina y
es transportado en la sangre
a los tejidos del cuerpo.
•CO2 es transportado desde
los tejidos hacia los
pulmones.
3. Células del cuerpo obtienen O2
de la sangre y liberan CO2 en la
sangre.
Mitocondria
Intercambio de gases
con células
del cuerpo
Capilar
O2
CO2
Celula
La forma en que un animal respira depende de la naturaleza del medio en que vive .
La tierra y el agua.
El aire (0,9%)contiene al menos 20 veces mas oxigeno que el agua (21%).Las
moléculas gaseosas difunden 10.000 veces mas rápidamente en el aire que en el
agua.
Los peces pueden gastar hasta un 20% de su energía para extraer el oxigeno del agua ,
en comparación con un mamífero que utiliza solo del 1 al 2% de su metabolismo basal
para respirar
Para que la difusión del O2 y del CO2 ocurra en superficies respiratorias de los
animales acuáticos y terrestres debe ser fina y húmeda
Superficie respiratoria: La parte de un animal donde el O2 se difunde hacia dentro
de este , y donde el CO2 se difunde hacia el entorno.
-Cubiertas por una sola capa de células vivas. Delgada.
-Los gases deben disolverse en agua antes que puedan difundirse hacia dentro o
fuera del cuerpo. Superficie Húmeda.
-Debe ser extensa como para tomar el O2 que se requiere para la célula y para
eliminar todo el CO2 de desecho. Extensa
-Irrigada por un gran numero de capilares sanguíneos, muy vascularizada
Los gases difunden directamente en organismos unicelulares
Sin embargo, la mayoría de los animales multicelulares requieren adaptaciones de
sistemas, para realizar intercambio de gas .
- Los anfibios y muchos otros animales (Protozoos, esponjas, cnidarios y
muchos gusanos) respiran a través de su piel .(RESPIRACION CUTANEA).
- Los insectos y otros artrópodos terrestres (ciempiés, milpiés y algunas
arañas) tienen un sistema traqueal extenso .(RESPIRACION TRAQUEAL).
- Los peces y la mayoría de los animales acuáticos ( estrellas de mar,
gusanos marinos , anfibios acuáticos, peces y artrópodos) utilizan
branquias que proporcionan una superficie respiratoria muy grande y un
intercambio a contracorriente. (RESPIRACION BRANQUIAL).
- La mayoría de los vertebrados terrestres lo hacen a través de los
pulmones Los mamíferos tienen una red numerosa de alvéolos
(proporcionan una superficie respiratoria grande ) .(RESPIRACION
PULMONAR).
El sistema traqueal de insectos proporciona intercambio directo entre el aire
y las células de cuerpo
Ventajas a intercambiar los gases respirando el aire
El aire contiene una alta concentración de O2
El aire es más ligero y más fácil de moverse que el agua
Mayor problema con aire de respiración: pérdida de agua a ventilar por la
evaporación
INSECTOS
Sistemas traqueales en insectos Transporte el O2 directamente a las células a
través de una red de tubos finamente ramificados a través del cuerpo
en pequeños insectos, difusión es suficiente intercambiar los gases
Los insectos grandes pueden ventilar el sistema traqueal con los movimientos
rítmicos del cuerpo En muchos insectos, la contracción y la relajación de los
músculos del vuelo bombean aire a través del sistema traqueal
Air sacs
Tracheae
Body
cell
Air
sac
Tracheole
Spiracle
Trachea
Air
Body wall
Tracheoles Mitochondria Myofibrils
2.5 µm
Las branquias son las extensiones especializadas del tejido que proyectan en el
agua Las branquias externas no son incluidas dentro de las estructuras de cuerpo Encontrado en peces y anfibios no maduros –
Dos desventajas principales - Debe ser movido constantemente para asegurar el
contacto con el agua dulce oxígeno-rica - Se dañan fácilmente
Branquias EXTERNAS
Branquias
Papulas dermicas
Coelom
Penachos branquiales
branquia
Tube foot
Estrella de mar
Gusano marino
Branquias
Crayfish
Branquias
Ostra
Las branquias son los órganos respiratorios mas eficientes para el intercambio
de gas en ambientes acuáticos.
Las branquias son las extensiones de la superficie del cuerpo que absorben el
O2 disuelto en agua.
•Se encuentran en peces y muchos invertebrados
•La ventilación aumenta el flujo del agua circundante sobre la superficie
respiratoria.
•Entendiéndose por ventilación a cualquier mecanismo que incremente el
contacto entre el agua o el aire circundante y la superficie respiratoria(branquias
o pulmones).
•El arreglo de los capilares en una branquia de los peces realiza intercambio del
gas la sangre fluye en una dirección opuesta a la corriente de agua.
• Intercambio a contracorriente Las transferencias algo de un líquido que se
mueve en una dirección a otro líquido que se mueve en la dirección opuesta
permiten a branquias quitar más el de 80% del O2 en el agua que fluye más allá
de él
Las branquias son las extensiones especializadas del tejido
que proyectan en el agua
Hay cuatro arcos branquiales en cada lado de la cabeza de un
pez - Cada uno se compone de dos filas de filamentos
branquiales, que consisten en laminillas - Dentro de cada
laminilla, flujos de sangre se enfrenta a la dirección del
movimiento del agua - Flujo a contracorriente - Maximiza la
oxigenación de la sangre
Oxygen-poor
blood
Oxygen-rich
blood
Gill
arch
Gill
arch
Water
flow
Lamella
Blood
vessel
Operculum
Gill
filaments
Water flow
O2
over lamellae
showing % O2 Blood flow
through capillaries
in lamellae
showing % O2
Countercurrent exchange
Las branquias de peces óseos están situadas entre (bucal o boca) la cavidad
bucal y las cavidades operculares - estos dos sistemas de cavidades
funcionan como las bombas que alternativamente se amplían - Agua móvil en
la boca, a través de las branquias, y fuera de los peces con opérculo o
cubierta abierto de la branquia
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•Los vertebrados terrestres tienen pulmones.
• Los anfibios tienen pequeños pulmones y confían en gran parte en la difusión de
gases a través de superficies del cuerpo.
• La mayoría de los reptiles ,aves y los mamíferos confían exclusivamente en los
pulmones.
•El tamaño y la complejidad de pulmones se correlacionan con tasa metabólica
•El sistema circulatorio debe transportar los gases entre los pulmones y el resto
del cuerpo
Camino del aire en mamíferos:
Inhalado a través de las ventanas de la nariz Pasos a través de la faringe y de la
laringe (cuerdas vocales incluido), la tráquea, los bronquios, y los bronquiolos.
Los bronquiolos terminan en los racimos de alvéolos minúsculos, donde ocurre el
intercambio del gas
Los anfibios utilizan un mecanismo de
presión positiva para introducir el aire en
sus pulmones.
El resto de los vertebrados, utilizan presión
negativa.
Epitelio alveolar
Membrana basal
Endotelio capilar
Saco alveolar
Los pulmones de mamíferos se componen de millones de alvéolos (los sitios del intercambio del
gas) - El aire inhalado pasa a través de la laringe, de la glotis y de la tráquea - Se bifurca los
bronquios derecho e izquierdo, que entran en cada pulmón y se ramifican en tubos cada vez mas
de pequeño diámetro, dando finas ramas denominadas bronquiolos – las ramificaciones finales
desembocan en los sacos alveolares compuestos por muchos alveolos semiesféricos, Rodeados
Branch
por un extenso red capilar
from
Branch
from
pulmonary
vein
(oxygen-rich
blood)
pulmonary
artery
(oxygen-poor
blood)
Terminal
bronchiole
Nasal
cavity
Pharynx
Alveoli
Larynx
Left
lung
Esophagus
Trachea
Right
lung
Bronchus
Bronchiole
Diaphragm
Heart
SEM
Colorized SEM
Tissue cell
Exhaled air
Inhaled air
160 0.2
O2 CO2
Alveolar spaces
120 27
O2 CO2
CO2 produced
Interstitial
fluid
CO2
Blood plasma
within capillary
CO2
CO2 transport
from tissues
104 40
Alveolar
epithelial
cells
Blood
entering
alveolar
capillaries
40
45
O2 CO2
O2 CO2
CO2
O2
Alveolar
capillaries
of lung
Pulmonary
arteries
Blood
leaving
alveolar
capillaries
104 40
Capillary
wall
CO2
H2 O
Red
H2CO3
blood
Hb
cell Carbonic acid
Hemoglobin
picks up
CO2 and H+
O2 CO2
Pulmonary
veins
–
HCO3 +
Bicarbonate
H+
HCO3–
To lungs
CO2 transport
to lungs
HCO3–
Systemic
veins
Heart
Systemic
arteries
Tissue
capillaries
Blood
entering
tissue
capillaries
Blood
leaving
tissue
capillaries
HCO3– +
H2CO3
H+
Hb
H2 O
CO2
40
45
O2 CO2
CO2
O2
100 40
O2 CO2
CO2
Tissue
cells
CO2
< 40 > 45
O2 CO2
Intercambio del gas
en los tubos
capilares de la
sangre de los
pulmones y
circulación
sistémica.
CO2
Alveolar space in lung
Hemoglobin
releases
CO2 and H+
Como resultado de
intercambio del gas
en los pulmones,
las arterias
sistémicas llevan
sangre oxigenada
con una
concentración
relativamente con
poco carbono del
dióxido. Después de
que el oxígeno se
descargue a los
tejidos, la sangre en
las venas
sistémicas tiene un
contenido en
oxígeno bajado y
una concentración
creciente del
dióxido de carbono.
AVES
La estructura del sistema respiratorio en aves es compleja y difiere de
mamíferos y reptiles. La tráquea se bifurca y da dos bronquios primarios que
entran en los dos pulmones, estos bronquios primarios pasan por el pulmón
denominándose mesobronquios, de los mesobronquios surgen los bronquios
secundarios anteriores y posteriores los cuales están conectados por gran
numero de tubitos de 1mm que se llaman bronquios terciarios o
parabronquio.
A lo largo del parabronquio es donde se produce la mayor parte del
intercambio gaseoso.
Los pulmones de pájaros conduce el
aire a través de los recipientes de
aire muy minúsculos llamados
parabronquios - flujo unidireccional.
los sacos aéreos, cuando están
hinchados durante la inhalación,
admiten el aire - Cuando están
comprimidos durante la exhalación,
empujan el aire en y a través de
pulmones
Aves
Air
Air
Anterior
air sacs
Trachea
Posterior
air sacs
Lungs
Lungs
Air tubes
(parabronchi)
in lung
INHALATION
Air sacs fill
EXHALATION
Air sacs empty;
lungs fill
En las aves, no hay volumen residual, así
que las concentraciones de oxígeno del
pulmón son más altos en pájaros que en
seres humanos
1 mm