2. Objetivos.
Saber:
• Por qué los animales necesitan energía y cómo la
producen en las células
• Por qué los animales requieren oxígeno y por qué
necesitan 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
3. 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
4. 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.
5. 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.
6. Energía y respiración
En general la reacción se puede resumir con esta ecuación:
Alimento (glucosa) + Oxígeno = CO2 + H2O + energía
7. 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.
8. 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.
9. Intercambio de gases a través de la piel
Ser humano
Murciélago
O2
Iguana verde
CO2
Tortuga de oreja roja
Boa constrictora
Salamandra sin pulmones
Rana toro adulta
Rana toro larva
Salamandra acuática
Anguila europea
Lenguado
Pez dorado
Trucha Marrón
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
10. 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.
11. 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.
13. 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.
14. 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.
15. Ventilación
• La ventilación de los pulmones, branquias u otras
membranas respiratorias (intercambio de gases) puede
ser:
– Activa, o
– Pasiva.
16. 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).
17. 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.
18. 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
19. 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).
20. 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.
21. 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.
22. Respiración en los peces
• 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.
23. Respiración en los peces
• 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.
24. Respiración en los peces
• Las laminillas secundarias tienen una rica vascularización
sanguínea 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.
25. Respiración en los peces
• 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.
26. 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.
27. Respiración en los anfibios
• 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.
28. Respiración en los anfibios
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.
29. Respiración en los anfibios
• 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).
30. 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.
31. Respiración en los reptiles
• 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.
32. Respiración en los reptiles
• 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.
33. 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 está
compuesto por 23 niveles de ramificaciones de las vías
aéreas.
• La tráquea se ramifica en dos bronquios fuente que
ingresan a cada pulmón.
34. Respiración en los mamíferos
• 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.
35. Respiración en los mamíferos
• 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 aéreas
conductivas.
36. Respiración en los mamíferos
• 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.
37. Respiración en los mamíferos
• 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.
38. Respiración en los mamíferos
• 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.
39. Respiración en los mamíferos
• 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.
40. Respiración en los mamíferos
• 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.
41. 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).
42. Respiración en aves
• 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.
43. Respiración en aves
• 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.
45. Respiración en aves
• 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.
46. Respiración en aves
• 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.
