Intercambio de gases en animales, respiración

Todas las imágenes han sido adaptadas de BIODIDAC y está protegidas por copyright su autor. Para obtener más imágenes de este phylum visita la sección de zoología de BIODIDAC

---

caracteres generales  respiración cutánea  respiración traqueal   pulmones en libro  respiración branquial  respiración pulmonar

---

 

Caracteres generales

• el oxígeno es necesario para poder consumir la energía de los alimentos
• existen dos procesos distintos aunque relacionados:
  • respiración celular: proceso oxidativo que se da en el interior de las células
  • respiración externa: intercambio de oxígeno y dióxido de carbono del animal con su medio (que es lo que se trata en lo que sigue debajo)
• los animales unicelulares obtienen todo el oxígeno que necesitan mediante difusión directa a través de la membrana celular
• el transporte desde los órganos de intercambio al resto de tejidos del cuerpo se hace mediante un sistema circulatorio interno y gracias a la presencia de moléculas como la hemoglobina
• la forma en la que un animal respira depende del medio en el que vive, así por ejemplo el agua contiene unos 9 ml de oxígeno por litro mientras que un litro de aire tiene 209 ml, ésto significa que los animales deben desarrollar mecanismos eficaces para obtener ese oxígeno dependiendo del medio
• es posible que los animales vivan cierto tiempo sin agua y sin comida, pero no sin oxígeno; ésto se debe a que no existen órganos para la acumulación de gas
• para todos los animales, independientemente del medio en el que vivan se cumple que:
  • el medio externo está separado del cuerpo en la región del intercambio de gases por una fina membrana
  • la membrana tiene que estar siempre húmeda debido a que los gases la atraviesan en disolución
  • los gases pasan la membrana por difusión, es decir, se utiliza el gradiente de concentración y ésto no provoca un gasto de energía

Tipos de respiración

• cutánea
  • el intercambio de gases ocurre a través de la pared del cuerpo
  • la pared del cuerpo debe estar por tanto siempre húmeda por lo que solo la tendrán animales que puedan permitirse esta condición
  • hay varios grupos de animales que tienen esta respiración
    • protozoos, obtienen el oxígeno por difusión a través de la membrana celular
    • poríferos, las esponjas obtienen el oxígeno para sus células a través de la difusión por el coanodermo
    • diblásticos (Cnidarios y Ctenóforos)
    • acelomados (platelmintos y otros, tenias, duelas, planarias): es el único mecanismo de respiración que tienen y además no poseen un sistema de transporte interno por lo que se hace por difusión. Los animales deben ser muy pequeños para que la difusión de los gases sea efectiva (menos de 1mm)
    • pseudocelomados (nematodos y otros) exclusivamente cutánea pero aquí ya aparece un sistema de transporte, en este caso el fluido del pseudoceloma
    • anélidos (oligoquetos como lombrices de tierra, hirudineos como las sanguijuelas, y los poliquetos), aunque algunos grupos también pueden presentar agallas. Aquí el fluido celomático es el que transporta el gas
    • crustáceos: algunos crustáceos pueden respirar a través de zonas finas de la cutícula, especialmente aquellos de pequeño tamaño. En los grandes predomina el sistema branquial
    • anfibios:
      • presentan estructuras específicas como el replegamiento de la membrana para aumentar la superficie.
      • En el caso de animales acuáticos son evaginaciones de la membranas hacia el exterior mientras que en los terrestres son invaginaciones de la membrana que ayudan a mantenerse húmeda.
      • desarrollan un sistema de ventilación que mueve continuamente el aire o agua que está en contacto con la estructura respiratoria. Suelen ser cilios o músculos
      • tienen un sistema de transporte interno para mover los gases
• traqueal
  • la tienen los artrópodos terrestres
  • hay dos estructuras diferentes que llevan a cabo este tipo de respiración
    • tráqueas:
      • sistema de tubos ramificados de varios diámetros que recorren todo el cuerpo
      • el tubo que va hacia el interior se llama tráquea y está impermeabilizado por una cutícula para evitar la pérdida de agua a través de tubo
      • los tubos que se ramifican se llama traqueolas, tienen una pared con membrana húmeda a través de la cual se hace el intercambio. Son muy numerosas y llegan a todas las células del cuerpo.
      • debido a que las traqueolas llegan a todas las células no es necesario un sistema interno de transporte de gases (por eso estos animales no tienen pigmentos respiratorios como la hemoglobina)
      • normalmente el animal tiene un espiráculo, que es la salida al exterior y hay musculatura que puede regular la entrada de gases

      

      

      corte transversal de un insecto mostrando el sistema traqueal

       

    • tráqueas branquiales
      • son típicas en larvas acuáticas de insectos
      • el sistema traqueal está dentro del cuerpo pero las tráqueas se prolongan hacia el exterior con numerosos repliegues membranales (parecido a las branquias)
      • cuando ocurre la metamorfosis la parte externa se pierde y queda solo el sistema traqueal

       

• pulmones en libro
  • lo presentan arañas y escorpiones (que además tienen traqueal)
  • consiste en una cámara que se abre al exterior por un orificio. En el interior hay membrana muy replegada dispuesta paralelamente (de ahí el nombre).
  • los pliegues dividen la cámara en dos lados, el externo en contacto en el aire y el interno en contacto con el líquido circulatorio

  

• branquial
  • son expansiones membranosas del cuerpo en contacto con el medio externo
  • son muy comunes en animales acuáticos pero también se encuentran en algunos grupos terrestres
  • hay dos tipos de branquias
    • branquias externas: en larvas de anfibios, penacho de piel muy plegado y en contacto con el agua
    • branquias internas: en peces y artrópodos
  • larvas de artrópodos, muchos artrópodos terrestres tienen larvas que viven en el agua y tienen para respirar agallas

   

  agallas en la ninfa de Damisela, mayfly y pupa de mosca negra

   

  • anélidos, los poliquetos y hiruineos presentan branquias que salen de los anillos del cuerpo (especialmente aquellos de vida parásita de animales marinos), aunque hay otros que sólo respiran por el tegumento. Los oligoquetos (lombrices de tierra no tienen branquias)

     agallas en un poliqueto

   

  • moluscos, además de la respiración por el tegumento algunos grupos tanto marinos como terrestres presentan branquias, como los bivalvos
  • crustáceos, aunque también pueden respirar por partes finas de la cutícula ésto es solo en especies de tamaño pequeño, las mayores desarrollan branquias que se disponen en posiciones muy variables y que también están cubiertas de una cutícula muy fina. En el caso de los decápodos los lados del caparazón encierran la cavidad branquial que se abre anterior y ventralmente. Una segunda maxila impulsa el agua sobre los filamentos branquiales al interior de la cavidad.

   
  en rosa las agallas dentro de la cavidad branquial de un crustáceo

  • vertebrados: 
    • Todos los cordados poseen en algún momento de su ciclo vital la FARINGE PERFORADA (faringotremia o hendiduras branquiales) que surgió en los procordados como un mecanismo de alimentación por filtración. El sistema funciona al introducir agua con partículas alimenticias, las cuales quedan adheridas a la pared de la faringe por secreciones mucosas, mientras que el agua vuelve a salir por las hendiduras faríngeas. Estas invaginaciones de la faringe concuerdan con evaginaciones del tubo digestivo de tal forma que pueden entrar en contacto. Al pasar los protovertebrados de un sistema de vida filtrador a otro depredador la faringe se modificó como un aparato de alimentación muscular, a través del cual se podía bombear agua expandiendo y contrayendo la cavidad. En los peces se ha heredado esta faringe perforada pero ya no se utiliza para alimentarse y los tabiques faríngeos se sitúan en las bránquias
  • peces cartilaginosos: todos tienen 5 hendiduras faríngeas y a cada lado hay un poro que es el espiráculo. En estos animales el agua entra por la boca y sale por el espiráculo mientras baña las branquias. El espiráculo es lateral en los tiburones y dorsal en las rayas (en estas el agua entra también por el espiráculo). El tabique faríngeo se llama arco branquial y posee dos hemimembranas

  

  • peces óseos:
    • están constituidas por finos filamentos cubiertos por una delgada membrana epidérmica que está plegada repetidamente en lamelas aplanadas y ricamente provistas de vasos sanguíneos
    • las branquias están localizadas en el interior de la cavidad faríngea y cubiertas por una placa ósea móvil que proporciona una excelente protección y además posibilita un sistema de bombeo para mover el agua a través de la boca y branquias hacia el exterior por el opérculo
    • el primer tabique faríngeo, el más próximo a la boca se convierte en un opérculo que protege las branquias, tras pasar el agua por las branquias sale por el opérculo
    • el flujo de agua en los peces es unidireccional

    

• pulmonar
  • los pulmones son bolsas membranosas que se encuentran en el interior del cuerpo
  • durante el desarrollo embrionario el sistema pulmonar está conectado con el tubo digestivo
  • suelen ser pares pero dependiendo del animal es posible que solo haya uno como en las serpientes
  • un inconveniente del intercambio gaseoso por pulmones es que el aire debe entrar y salir por el mismo camino, a diferencia de las branquias de los peces, por ejemplo, en los que el agua circula en un solo sentido
  • en anfibios, reptiles y mamíferos:
    • flujo de aire bidireccional
    • entre un ciclo de inspiración y expiración suele queda un 30 % del aire residual
    • los anfibios tienen un pulmón poco eficaz con poca superficie pulmonar. Presentan pulmones cuya forma varía desde unos sacos simples de paredes lisas (salamandras) hasta los de sapos y ranas que están divididos en varias cámaras. Tienen una serie de cámaras que se llaman FALVEOLOS. Introducen el aire en los pulmones por presión positiva lo que les diferencia de aves, mamíferos y reptiles que lo hacen por presión negativa. También tienen respiración cutánea por lo que la pulmonar es complementaria

      

    pulmón de una rana (izq) y de una salamandra (der)

     

    • en reptiles los pulmones están divididos en numerosos sacos aéreos interconectados, la superficie total de intercambio gaseoso está muy aumentanda respecto a los amfibios

         

    pulmón de un reptil

     

    • en mamíferos: las vías respiratorias son la tráquea que se bifurca en dos bronquios cada uno hacia un pulmón. Estos se siguen bifurcando en bronquiolos y termina en los alveolos (en el resto de animales se llaman faveolos), que son sacos ciegos y es donde se produce el intercambio. Entre un mámifero y un anfibio de igual tamaño el primero tiene 10 veces más superficie pulmonar

    

    • en aves: 
      • poseen los sacos aéreos que son grandes bolsas llenas de aire y conectadas con los pulmones. 
      • Estos sacos están entre las vísceras del animal e incluso se prolongan por dentro de los huesos
      • La pared de los sacos no está vascularizada por lo que no es ahí donde se produce el intercambio, éste sólo se da en los pulmones. 
      • El pulmón no tiene ni alveolos ni faveolos sino una serie de tubos paralelos entre sí llamados PARABRONQUIOS. 
      • La eficacia es mucho mayor que en el resto de animales debido  a que el flujo de aire es unidireccional y no queda un volumen de aire residual. Cada ciclo consta de dos inhalaciones y dos expiraciones
      • Los sacos aéreos están conectados a los pulmones de tal forma que quizá el 75% del aire inspirado pasa de largo por éstos y fluye directamente hacia los sacos posteriores. que sirven como reservorio de aire fresco. Al expirar este aire fresco de los sacos posteriores es canalizado por los pulmones y recogido en los sacos aéreos anteriores. De éstos fluye directamente al exterior. La ventaja de tal disposición es que por los pulmones siempre está pasando aire oxigenado, tanto en la expiración como e la inspiración.
    • Los peces gastan un 20% de energía en respirar mientras que aves y mamíferos solo el 2 %

 

Disposición de los sacos aéreos en un ave (arriba) y pulmones de un amfibio (abajo)