Descripción sistema respiratorio en peces

1. Consumo de oxígeno
•Intercambio de oxígeno a contracorriente en las branquias.
•La hemoglobina se une al oxígeno.
•Pez que respira aire
•La vejiga natatoria proporciona flotabilidad al pez.
•Consumo de oxígeno y temperatura.

2. Intercambio de oxígeno a contracorriente en las branquias.
• Los peces han desarrollado un sistema respiratorio eficiente para poder absorber oxígeno del
agua que fluye por las branquias. El oxígeno es poco soluble en agua, por lo que el contenido de
oxígeno en el agua es aproximadamente 30 veces menor que en el aire. El agua también es 800
veces más pesada que el aire y, por lo tanto, los peces tienen un flujo de agua unidireccional a
través de sus branquias, a diferencia de los mamíferos que respiran aire dentro y fuera de sus
pulmones. En la mayoría de los peces óseos, el agua es succionada hacia la boca y más allá de las
branquias mediante contracciones de los músculos de la faringe y movimientos de la cubierta
branquial protectora (Figura 1A). Esta ventilación activa de las branquias, el llamado bombeo
branquial o bucal, permite al pez absorber oxígeno cuando está parado. Los peces cartilaginosos
carecen de cubiertas branquiales y, por lo tanto, dependen de nadar con la boca parcialmente
abierta para que el agua fluya sobre las branquias (Figura 1B). Los peces óseos también utilizan esta
ventilación del marco cuando aumenta su velocidad de nado y así ahorran energía al transferir el
trabajo muscular de la boca y la garganta a los músculos de la natación. El atún sólo utiliza
ventilación mecánica, aunque tiene cubiertas branquiales como otros peces óseos.

3. Figura 1. Los peces se ventilan transportando agua a través de las branquias, la
denominada ventilación bucal (A) o transportando las branquias a través del
agua en la ventilación de ariete (B). Figura 1A de Bjørg M. Nordskar. Figura 1B de
Chen et al. (2021). Licencia: CC BY 3.0 Escritura . Traducido al noruego.

4. • A cada lado de la cabeza del pez hay cuatro arcos branquiales que sostienen dos filas de
filamentos branquiales (Figura 2A). Los filamentos están cubiertos de pliegues o laminillas
muy ajustadas, de modo que el oxígeno se absorbe en una gran superficie. El corazón
bombea sangre pobre en oxígeno a los arcos branquiales, donde los vasos sanguíneos se
ramifican en los filamentos branquiales y forman una red capilar en las finas laminillas. La
difusión de oxígeno del agua a la sangre es lenta porque los gases se difunden
aproximadamente diez mil veces más lentamente en el agua que en el aire. Por tanto, existe
una corta distancia entre el agua que fluye entre las laminillas y la sangre en los capilares.
Los estudios de varias especies de peces muestran que una distancia de aproximadamente
40 µm entre las laminillas parece ser óptima para un intercambio eficiente de oxígeno,
mientras que una distancia menor aumentará la resistencia y reducirá el flujo de agua
(Figura 2A). La difusión de oxígeno también depende de que la concentración de oxígeno
sea mayor en el agua que pasa por las laminillas que el nivel en los capilares sanguíneos.
Esto se logra cuando el flujo de agua va en dirección opuesta al flujo de sangre, de modo
que el oxígeno se difundirá desde el agua a la sangre a lo largo de un gradiente (Figura 2B).

5. • Figura 2 . A) El agua se
absorbe a través de la boca para
crear un flujo de agua que pasa
por las branquias B) En cada
arco branquial hay muchos
filamentos con laminillas en
forma de placas C) El agua fluye
a través de las laminillas en
dirección opuesta al flujo
sanguíneo en las laminillas muy
ajustadas en los filamentos
branquiales .

7. Aquí puedes ver cómo
el intercambio de gases
se basa en el principio
de contraflujo, donde la
sangre y el agua se
mueven en diferentes
direcciones a través de
las branquias. Este
intercambio a
contracorriente
significa que las
branquias pueden
absorber hasta el 80%
del oxígeno del agua
que pasa. Si el flujo de
sangre y agua hubiera
ido en la misma
dirección, se habría
absorbido como
máximo el 50% del
oxígeno del agua.

8. • El embrión de pez está protegido por una cáscara de huevo con canales porosos a través de
los cuales pueden pasar pequeñas moléculas. Aunque el oxígeno se difunde a través de los
poros, la cáscara del huevo reduce el suministro de oxígeno. Esto puede afectar el desarrollo del
embrión en condiciones con poco oxígeno en el agua. En las larvas de peces recién nacidas, las
branquias son muy pequeñas y están poco desarrolladas y reciben oxígeno principalmente a
través de la piel. A medida que la superficie de las branquias se hace más grande, la proporción
de oxígeno absorbido por las branquias aumenta gradualmente y constituye aproximadamente
el 80% del consumo total de oxígeno en las larvas de salmón con 0,5 gramos.

9. La hemoglobina se une y transporta oxígeno.
El oxígeno de la sangre está unido a la hemoglobina en los glóbulos rojos, que se transportan a los
órganos del cuerpo y suministran oxígeno a las células (Figura 3). El suministro de oxígeno
aumenta cuando el pez está activo a medida que aumenta la circulación sanguínea, mientras que
la producción de CO 2 conduce a una mayor concentración de iones H + en la sangre (CO 2 + H 2 O -
> H + + HCO3 – ). Un pH más bajo debilita la unión del oxígeno a la hemoglobina, por lo que el
oxígeno se libera más fácilmente. Durante las arduas migraciones de desove del salmón, el
suministro de oxígeno a los músculos nadadores y al corazón aumenta significativamente porque
la enzima anhidrasa carbónica aumenta el nivel de H + y reduce el pH en los glóbulos rojos. Sin
embargo, esta enzima no está disponible cuando la sangre pasa a través de las branquias, por lo
que se capta oxígeno y se une a la hemoglobina a niveles normales de pH en la sangre. La mayoría
de las especies de peces también tienen varias variantes de hemoglobina con diferente
sensibilidad a los cambios de pH y temperatura, lo que garantiza un suministro suficiente de
oxígeno en situaciones de estrés y con temperaturas crecientes del agua.

10. Figura 3 : Los glóbulos rojos contienen hemoglobina que une el oxígeno en la
sangre. Cada molécula de hemoglobina tiene cuatro grupos hemo que contienen
hierro, cada uno de los cuales se une a una molécula de oxígeno (O 2 ). El oxígeno
se transporta a los órganos del cuerpo y se libera de la hemoglobina

11. Los dracos antárticos comprenden 16 especies, todas las cuales carecen de hemoglobina y, por
tanto, su sangre es incolora. Además, carecen de glóbulos rojos o solo tienen unos pocos, por lo
que la sangre permanece fluida en el agua helada (Figura 5). El oxígeno se absorbe
principalmente en las branquias, pero también en la piel rica en sangre y que carece de
escamas. En el draco rayado, el oxígeno se disuelve en la sangre, que contiene sólo el 10% de la
cantidad de oxígeno en otros peces antárticos con hemoglobina. Los martines pescadores
tienen un gran volumen de sangre y sus grandes corazones pueden bombear hasta cinco veces
más sangre que otras especies. Estas adaptaciones aseguran el suministro de oxígeno necesario
para mantener el bajo metabolismo en el agua helada. Tanto los peces antárticos como los
árticos también se adaptan a temperaturas cercanas al punto de congelación al producir
proteínas anticongelantes que evitan que se formen cristales de hielo en el cuerpo y causen
daño celular

12. Figura 4. El
draco rayado
antártico
carece de
hemoglobina y,
por tanto, el
oxígeno se
disuelve en su
sangre fina e
incolora. El
corazón grande
bombea
grandes
cantidades de
oxígeno
suficiente a los
órganos del
cuerpo.

13. Pez que respira aire
Alrededor de 450 especies de peces tienen la capacidad de absorber oxígeno del aire a través de la
piel o con sus vejigas natatorias o sacos de aire ricos en sangre en la boca, el estómago y los
intestinos. Los peces laberínticos tragan aire en una cámara de aire donde el órgano laberíntico
plegado absorbe oxígeno de forma muy similar a como lo hacen los pulmones (Figura 6A). Las
branquias están parcialmente reducidas en muchos peces que respiran aire, y las llamadas especies
de peces obligadas se ahogarán sin acceso al aire, mientras que las especies facultativas dependen
menos del oxígeno del aire para sobrevivir. La mayoría de los que respiran aire viven en regiones
tropicales donde los lagos a menudo se quedan sin oxígeno y se secan. Pero varias especies están
muy extendidas en las regiones templadas, y al norte del Círculo Polar Ártico vive el pez negro de
Alaska, que respira aire facultativamente y depende de los agujeros del hielo para poder tragar aire
(Figura 6B).

14. Figura 5. A. El órgano laberíntico (L) del pez laberíntico tiene una superficie
grande con vasos sanguíneos delgados que absorben oxígeno en la
cámara de aire. Gill (G). B. El pez negro de Alaska es la única especie de
pez que respira aire en las aguas del Ártico. Figura 6A de Erica Nuralam y
Muhammad Ja'far Luthfi (2019). y Licencia: CC BY NC SA 4.0 Escritura Figura
6B de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU.

15. La vejiga natatoria proporciona flotabilidad al pez.
La vejiga natatoria es una bolsa llena de aire del tracto intestinal y funciona como pulmón en los
peces pulmonados. La mayoría de los peces de agua dulce y marinos utilizan la vejiga natatoria para
mantenerse en equilibrio con la masa de agua. El pescado tiene una densidad de aproximadamente
1,08 g/cm 3 y, por tanto, es más pesado que el agua dulce y el agua salada, que tienen densidades de
1,00 y 1,025 g/cm 3 respectivamente . Sin una vejiga natatoria llena de gas, el pez se hundirá si no nada
activamente hacia la superficie. La platija que habita en el fondo no necesita vejiga natatoria y, por lo
tanto, se regenera en la fase embrionaria. Cuando la vejiga natatoria se llena de gas, la densidad del
pez se reduce para que gane flotabilidad. Los peces están en equilibrio con las masas de agua cuando
la densidad es la misma. Cuando el pez tiene la llamada flotabilidad neutra, el volumen de la vejiga
natatoria es del 7% en un pez de agua dulce y del 5% en un pez de agua salada. El pez se vuelve más
pesado cuando se sumerge porque la vejiga natatoria llena de gas se comprime por la presión de las
masas de agua, que aumenta en 1 presión atmosférica (ATM) por cada diez metros. Por lo tanto, para
mantener una flotabilidad neutra, los peces deben mantener constante el volumen de la vejiga
natatoria aumentando la presión del gas cuando se sumergen y, a la inversa, reducir la presión en la
vejiga natatoria hacia la superficie. En los peces con la vejiga natatoria abierta hasta la faringe, el
llenado y vaciado de gas se produce de forma más sencilla que en los peces con la vejiga natatoria
cerrada (Figura 7)

16. Figura 6. Los peces con vejiga natatoria pueden mantener la misma densidad que el
agua, de modo que ni flota ni se hunde. A. Los peces fisostomos tienen una vejiga
natatoria abierta conectada a la faringe a través de las vías respiratorias. B. Los peces
fisoclastos carecen de esta vía respiratoria y, por lo tanto, tienen una vejiga natatoria
cerrada

17. A diferencia de los peces fisostomados, las especies de fisoclastos como el bacalao y la anguila tienen
una vejiga natatoria cerrada que se llena con oxígeno de la sangre en la red capilar llamada rete
mirabile en la pared de la vejiga natatoria (Figuras 7B y 8). La glándula gaseosa de la vejiga natatoria
forma ácido láctico y CO 2 , de modo que el pH desciende en los capilares sanguíneos. Así, el oxígeno
se libera de la hemoglobina y la presión de oxígeno en la sangre aumenta bruscamente debido al
intercambio contracorriente en la rete mirabile . Esto hace que el oxígeno se difunda hacia la vejiga
natatoria y puede crear una presión de hasta 100 ATM en las anguilas. Los cristales de guanina en la
pared de la vejiga evitan la fuga de oxígeno. El llenado gradual de oxígeno de la vejiga natatoria es un
proceso que requiere mucho tiempo, por lo que especies como el bacalao y la anguila no tienen una
flotabilidad neutra continua en sus migraciones verticales diarias hasta una profundidad de varios
cientos de metros. Por el contrario, el pez puede reducir relativamente rápido la presión en la vejiga
natatoria cuando se mueve hacia arriba en las masas de agua liberando oxígeno a la sangre a través
de una válvula llamada óvalo. En los peces capturados, la vejiga natatoria estalla o los órganos salen
expulsados ​​si la presión en la vejiga natatoria no se reduce cuando el pez se saca rápidamente a la
superficie desde grandes profundidades.

18. Figura 7. Los peces fisoclastos llenan la vejiga natatoria cerrada con oxígeno de la sangre que
circula a través de una red capilar llamada rete mirabile en la glándula gaseosa. La glándula
gaseosa reduce el pH en la red capilar, lo que libera oxígeno de la hemoglobina. Esto crea una alta
presión de oxígeno que llena la vejiga natatoria. Cuando el pez nada hacia la superficie, la vejiga
natatoria se vacía gracias al oxígeno que escapa a través del óvalo. Por Bjørg M. Nordskar (2024).

19. Consumo de oxígeno y temperatura.
Todos los procesos fisiológicos en los peces ocurren más rápido cuando aumenta la
temperatura, por lo que el consumo de oxígeno aumentará gradualmente cuando el agua se
caliente. Midiendo el consumo de oxígeno de los peces en reposo a dos temperaturas diferentes,
se puede calcular el coeficiente de respiración (Q 10 ), que indica cuánto aumenta el consumo de
oxígeno cuando la temperatura aumenta 10°C. Este valor de Q 10 varía en diferentes especies y
suele estar entre 2 y 3 (Figura 9). Si Q 10 =2, el consumo de oxígeno se duplica cuando la
temperatura aumenta 10°C, mientras que Q 10 =3 significa que el consumo se triplica con un
aumento de 10°C. El consumo de oxígeno aumenta aún más cuando el pez ha comido y durante
la actividad de natación o el estrés. Dado que la solubilidad de los gases en el agua disminuye al
aumentar la temperatura, puede producirse una falta de oxígeno en los peces de piscifactoría en
los días calurosos de verano, y especialmente durante la manipulación y otras situaciones
estresantes.

20. Figura 8a El consumo
de oxígeno aumenta
cuando aumenta la
temperatura. La
figura muestra el
metabolismo en
reposo de diferentes
animales de sangre
caliente. Por Folco
Giomi y Hans-Otto
Pörtner (2013).
Licencia: CC BY
3.0 Traducido al
noruego.

21. Figura 8b El
coeficiente de
respiración
Q 10 expresa
cuánto aumenta
el consumo de
oxígeno durante
el reposo cuando
la temperatura
aumenta 10°C.