Fisiología animal La respiración.

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1 Fisiología animal La respiración

2 Son los procesos de intercambio gaseoso necesarios en cualquier ser vivo:
Para aportar el oxígeno necesario a las mitocondrias para que puedan metabolizar los nutrientes y obtener energía de ellos. Para eliminar el dióxido de carbono, subproducto del proceso anterior.

3 Consta de dos procesos secuenciales:
Respiración externa (ventilación): Intercambio de gases entre el organismo y el medio. Respiración interna: proceso catabólico de obtención de energía por oxidación de compuestos orgánicos

4 Respiración externa Varía según las características del medio:
MEDIO ACUÁTICO MEDIO AÉREO Difusión lenta del oxígeno (se disuelve mal en agua) Escasez de oxígeno (< 1 cm3/100 cm3) Difusión rápida de oxígeno Abundancia de oxígeno (< 21%) La humedad favorece la difusión de gases El dióxido de carbono se disuelve mejor en agua que en aire No requiere estructuras especializadas Requiere proteger de la desecación las membranas respiratorias y mantenerlas húmedas Difícil eliminación del CO2 Requiere estructuras que permitan la ventilación y conducción de gases.

5 Mecanismos de captación de gases
Medio acuático: Difusión (animales simples) Branquial Intermedios: cutánea, mixta Medio terrestre: Tráqueas (insectos) Pulmones

6 INCORPORACIÓN DE NUTRIENTES GASEOSOS
-       Esponjas y Celéntereos Sin estructuras especializadas difusión entre el agua y las células. Simples pocas capas de células

7 RESPIRACIÓN CUTÁNEA Anélidos, Artrópodos, larvas acuáticas y anfibios (Animales de ambientes húmedos o acuáticos). Respiración cutánea. Piel fina, permeable, húmeda por lo tanto tiene secreciones mucosas y recorrida por numerosos capilares. Gran proporción de superficie en contacto con el exterior y actividad metabólica baja y no pueden tener coberturas protectoras.

8 RESPIRACIÓN CUTÁNEA Los pulmones de los anfibios son ineficaces y han de complementar la respiración pulmonar con la cutánea. Cuanto más fría es la temperatura mayor es la importancia de la respiración cutánea: A 5 ºC, 2/3 de la respiración de anfibios adultos se realiza a través de la piel. Esto explica la capacidad de los anfibios para hibernar en el fondo de los lagos o charcas sin tener que subir a la superficie a coger aire. Al aumentar la temperatura, aumenta el metabolismo y las necesidades de oxígeno del animal, por lo que los pulmones adquirirán mayor importancia en estas circunstancias: a 25 ºC, 2/3 del oxígeno respirado se capta por los pulmones.

9 Vídeo 1 Vídeo 2 Vídeo 3 RESPIRACIÓN FARÍNGEA
Los anfibios llenan los pulmones por compresión orofaríngea (boca y faringe) -el animal traga el aire: el aire entra en la cavidad oral a través de los orificios nasales o por la boca, descendiendo el suelo de la cavidad. Entonces el animal sube el suelo, con la boca y los orificios nasales cerrados por válvulas. De este modo, el aumento de la presión hace que el aire entre en los pulmones. Mientras el aire permanece en la cavidad pulmonar, el anfibio abre los orificios nasales y realiza un bombeo orofaríngeo subiendo y bajando el suelo de la cavidad oral. Esto permite que haya una renovación de aire en la cavidad bucal, almacenando este aire oxigenado en una depresión del suelo de la boca. Es entonces cuando abre la glotis y saca el aire de la cavidad pulmonar. A continuación hace pasar el aire oxigenado acumulado en la depresión hacia los pulmones, procediendo a un nuevo paso de intercambio gaseoso. El bombeo orofaríngeo consigue aumentar la cantidad de oxígeno del aire respirado y permite también la respiración en la cavidad bucal a través de la piel (aunque ésta es de menor relevancia). Vídeo 1 Vídeo 2 Vídeo 3

10 Pueden ser externas o internas
RESPIRACIÓN BRANQUIAL  En animales acuáticos: anélidos, moluscos, equinodermos, larvas de anfibios y peces. Son evaginaciones de la superficie corporal muy vascularizadas que aumentan mucho la superficie de intercambio. Al localizarse en una parte del cuerpo el resto del cuerpo se puede proteger (escamas, piel, valvas, etc.) Pueden ser externas o internas

11 RESPIRACIÓN BRANQUIAL

12 ¿Branquias externas o internas?
RESPIRACIÓN BRANQUIAL ¿Branquias externas o internas? BRANQUIAS EXTERNAS MEDIO AÉREO Son más primitivas Carecen de protección: pueden dañarse Dificultan el desplazamiento Suelen ser vistosas y llamativas, debido a la vascularización Más evolucionadas Están protegidas en el interior del cuerpo No dificultan la movilidad Son más crípticas No necesitan de un sistema especial de ventilación. Requiere un sistema especializado de ventilación: cilios branquiales (bivalvos), sifones (cefalópodos), apéndices móviles unidos a las branquias (crustáceos), opérculo (peces óseos) En algunos moluscos, larvas acuáticas de insectos y anfibios

13 RESPIRACIÓN BRANQUIAL
-     Los bivalvos mueven mediante cilios el agua para que circule por la cavidad paleal a la vez que filtran el agua para conseguir los alimentos. Disposición de las branquias y circulación del agua en un molusco bivalvo agua músculo abductor agua cavidad paleal branquias pie

14 RESPIRACIÓN BRANQUIAL

15 RESPIRACIÓN BRANQUIAL
-     Los cefalópodos hacen circular el agua mediante sifones que en algunos casos les sirve para desplazarse. -     Los crustáceos mueven el agua mediante un apéndice a través de la cavidad branquial.

16 RESPIRACIÓN BRANQUIAL
 Los condrictios tiene unos orificios laterales espiráculo por donde entra el agua y sale por 5 hendiduras branquiales. Los teleósteos tiene cuatro pares de branquias sobre arcos branquiales en la pared de la faringe el agua entra por la boda y pasa gracias a los músculos faríngeos y sale cuando el opérculo se abre. Disposición de las branquias y circulación del agua en peces agua Agua cavidad bucal espiráculo faringe faringe branquias branquias opérculo Peces cartilaginosos Peces óseos

17 RESPIRACIÓN BRANQUIAL
-     El intercambio de gases en las branquias entre el agua y el fluido interno se realiza mediante un sistema de contracorriente de forma que se garantiza que siempre exista un gradiente entre ambos medios.

18 RESPIRACIÓN BRANQUIAL
La vejiga natatoria es un saco membranoso en forma de saco, lleno de gases (oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono) y que tiene como principal función la regulación de la flotabilidad del pez: cuando se deshincha, el pez desciende, y cuando se infla, el pez asciende. El pez puede vaciar o llenar de gas su vejiga, a partir de los gases disueltos en la sangre. Además, en ciertos peces (cipriniformes: carpas, v.g.) la vejiga natatoria tiene un conducto que la comunica con el esófago, el conducto pneumocístico. Esto le permite un ajuste adicional en la flotabilidad al permitir salir aire a través del tracto digestivo.

19 RESPIRACIÓN BRANQUIAL
En estos peces, la vejiga natatoria está relacionada con el sistema auditivo mediante una cadena de huesecillos: el aparato de Weber. La vejiga natatoria, llena de gas, capta las vibraciones de las ondas sonoras que se producen en el agua. Las vibraciones son transmitidas al oído a través de esa cadena de huesecillos. Alteraciones de la vejiga natatoria dificultan la maniobrabilidad y el equilibrio de los peces.

20 ESTRUCTURAS ESPECIALIZADAS PARA LA RESPIRACIÓN EN EL MEDIO TERRESTRE
RESPIRACIÓN TRAQUEAL ESTRUCTURAS ESPECIALIZADAS PARA LA RESPIRACIÓN EN EL MEDIO TERRESTRE Insectos y Artrópodos terrestres. son invaginaciones del tegumento que comunican con el exterior por medio de los estigmas o espiráculos. Estos conductos se ramifican hasta que las traqueólas contactan con las células, no se necesita un sistema de transporte. La ventilación se realiza mediante movimientos musculares que abren y cierran los espiráculos. Pero el volumen que ocupa es muy grande y no permite el desarrollo de otros órganos como el esqueleto interno traqueas comisurales tráquea ventral tráquea dorsal espiráculos traquéolas

21 RESPIRACIÓN PULMONAR Vertebrados y Gasterópodos. Invaginaciones de la faringe muy vascularizadas. De difusión si no tienen sistema de ventilación. La superficie de los pulmones aumenta a lo largo de la escala evolutiva y también su eficacia. Los sacos aéreos de las aves permiten la circulación unidireccional del aire y evita la existencia de un volumen de aire residual.

22 RESPIRACIÓN PULMONAR Pez pulmonado

23 RESPIRACIÓN PULMONAR Ventilación pulmonar. Consiste en la inspiración y la espiración. En los anfibios estos movimientos se realizan mediante la deglución, en las aves con una caja torácica se realiza gracias al movimientos de los músculos de las alas que comprimen a los sacos aéreos.

24 RESPIRACIÓN PULMONAR En los mamíferos la inspiración es un proceso activo por dilatación de la caja torácica al contraerse los músculos intercostales y el diafragma.

25 RESPIRACIÓN PULMONAR Los pulmones están recubierto por las pleuras con un liquido entre ellas para evitar el rozamiento. Al entrar y salir el aire por la misma vía siempre queda un volumen de aires residual y el intercambio nunca están efectivo como si se realizase directamente con la atmósfera.

26 RESPIRACIÓN PULMONAR

27 RESPIRACIÓN PULMONAR El intercambio de gases en los pulmones. Se produce debido al gradiente existente por la diferencia de presión parcial de oxígeno y de dióxido de carbono entre la sangre y el aire del interior de los alvéolos.

28 El control de la respiración se realiza mediante un control nervioso de los músculo que interviene en la ventilación como mediante un control debido a los receptores de los gases en sangre que transmiten el mensaje a los centros respiratorios del encéfalo.

29 El metabolismo: el ATP A-B A + B C D C-D
RESPIRACIÓN INTERNA El metabolismo: el ATP El ATP actúa como “moneda energética” en las reacciones metabólicas: Cuando se rompe, libera energía que es utilizada en las reacciones anabólicas (endergónicas) Cuando se produce, capta energía procedente de las reacciones catabólicas (exergónicas) A-B A + B C D C-D catabolismo anabolismo ADP + Pi ATP +H2O Alta energía Baja energía

30 Las coenzimas transportadoras de H en el metabolismo (NAD/FAD)
RESPIRACIÓN INTERNA Las coenzimas transportadoras de H en el metabolismo (NAD/FAD) Siendo la mayor parte de las reacciones metabólicas procesos de oxidación-reducción, se liberan o captan electrones/hidrógenos. Las coenzimas transportadoras de H movilizan estos electrones A-B A + B C D C-D reducido oxidado CATABOLISMO oxidado reducido NAD+/FAD NADH + H+/FADH2 ANABOLISMO

31 RESPIRACIÓN INTERNA © José Luis Sánchez Guillén

32 RESPIRACIÓN INTERNA © José Luis Sánchez Guillén Ciclo de Krebs

33 RESPIRACIÓN INTERNA © José Luis Sánchez Guillén

34 Tendencias evolutivas en la respiración
RESUMEN Tendencias evolutivas en la respiración Paso de la difusión simple a la aparición de membranas respiratorias complejas. Aumento de la superficie respiratoria Mecanismos de humectación/aislamiento de la membrana respiratoria Aparición de estructuras/procesos de ventilación que renuevan los gases en las cercanías de la membrana respiratoria. Desarrollo de sistemas de transporte de oxígeno/dióxidode carbono