Diversidad en las estructuras de intercambio de gases en los seres vivos

La respiración es una función común a todos los seres vivos, pero el intercambio de gases (IG) es diferente en cada grupo de organismos. En las plantas es a través de poros llamados estomas, que están en la superficie de la hoja. Existen diferentes modificaciones en las estructuras para el intercambio de gases, de acuerdo al ambiente en el que se desarrollan los seres vivos.

El área en la que se lleva a cabo el IG por difusión, se le llama superficie respiratoria, la cual debe ser permeable y: Con una membrana muy delgada para permitir que el gas pase a través de ella. Con muchos vasos sanguíneos o fluidos para que la difusión del oxígeno sea efectiva. Una superficie muy amplia para permitir la máxima entrada de oxígeno. Además permitir una gran entrada de oxígeno en muy poco tiempo.

ANÉLIDOS El agua es muy importante para las lombrices porque su piel siempre debe estar húmeda para facilitar la difusión del oxígeno. Aunque secreta un moco y salen fluidos corporales a través de sus poros excretores, es necesario que el suelo en el que vive sea muy húmedo.  Tienen un cuerpo cilíndrico segmentado y su piel está cubierta por una capa muy delgada de quitina la cual evita que pierda agua. Su piel cuenta con muchos capilares sanguíneos que conectan con el sistema circulatorio de la lombriz, están tan pegados a la piel, que los gases se difunden a través de ésta del exterior al interior hacia la sangre, que contiene hemoglobina y lleva el oxígeno a todo el cuerpo.

El sistema respiratorio en insectos se llama sistema traqueal, implica la difusión directa de oxígeno a través de los espiráculos, unos orificios que están en el cuerpo del insecto, a unos tubos llamados tráqueas.

El grillo tiene 10 pares de espiráculos, localizados a los lados del cuerpo. Se conectan a las tráqueas las cuales se ramifican en pequeñas traqueolas que contienen líquido y penetran al tejido. El líquido que penetra contiene el oxígeno que entra por los espiráculos y lo difunde hacia los tejidos de todo el cuerpo. En el grillo se da la circulación de aire rico en oxígeno cuando el aire es inhalado por los 4 primeros espiráculos, el aire rico en dióxido de carbono es exhalado a través de los 6 espiráculos restantes.

Los peces realizan el intercambio de gases a través de las branquias estructuras que les permiten captar el oxígeno disuelto en el agua y desechar el dióxido de carbono.

En la ilustración se ejemplifica que las branquias de los peces están constituidas por 4 arcos branquiales con dos hileras de filamentos, cada uno de ellos porta placas denominadas laminillas las que son la superficie respiratoria. El pez inhala aguan abriendo la boca y al mismo tiempo cierra las estructuras llamadas opérculos (cubiertas de las branquias), localizados a los costados del cuerpo. El agua es bombeada desde la cavidad bucal a las branquias y hacia fuera por los costados del cuerpo. Los opérculos se abren al exhalar, facilitando la salida del agua. Estos movimientos aumentan la eficiencia del intercambio de gases.

REPTILES Los reptiles realizan el intercambio de gases a través de pulmones, aunque estos tienen variaciones de acuerdo con el grupo al que pertenecen.

Las serpientes tienen una apertura detrás de la lengua llamada glotis la cual: Se conecta a la tráquea. Siempre está cerrada y forma una hendidura vertical cada vez que la serpiente inhala. Durante la exhalación un pedazo de cartílago en su interior vibra, lo que provoca el característico sisseo de estos animales. Puede extenderse fuera de su boca para permitir que la serpiente siga respirando cuando está comiendo. La tráquea es un tubo delgado muy largo, a la altura del corazón se divide en dos bronquios que se conectan a los pulmones. En la mayoría de las serpientes, el pulmón izquierdo es considerado vestigial, el pulmón derecho que es alargado, lleva el peso de la respiración. En las serpientes acuáticas el pulmón izquierdo es casi tan grande como el pulmón derecho y funciona como un saco de aire que les permite flotar. Las serpientes no tienen diafragma como los mamíferos, por eso su respiración es a través de la contracción de los músculos que están a la altura de las costillas, la inhalación es un proceso activo (contracción de músculos) y la exhalación es un proceso pasivo (relajación de los músculos).

Para poder nadar, volar o correr, las aves necesitan mucho oxígeno, lo obtienen mediante la respiración pulmonar y un fuerte sistema circulatorio. Las aves respiran de una forma muy particular, el aire sigue una sola dirección a través del sistema respiratorio, a diferencia de nosotros en donde el aire regresa por donde vino.

El sistema respiratorio de las aves es diferente al nuestro, sus pulmones (donde ocurre el intercambio de gases) son relativamente pequeños, pero son apoyados por sacos aéreos (sin intercambio de gases) que actúan como fuelles que almacenan aire y mantienen a los pulmones permanentemente inflados. El aire fresco y oxigenado fluye de los sacos aéreos a los pulmones con forma de tubo. Sus pulmones no tienen alveolos, como los pulmones de mamíferos, pero en su lugar contienen millones de pequeños pasajes. El aire fluye por las paredes hacia vesículas los cuales dan lugar a capilares aéreos, donde el oxígeno y el dióxido de carbono migran por difusión desde y hacia la sangre que fluye a través de los capilares sanguíneos. Las aves también carecen de diafragma. Toda la cavidad del cuerpo actúa como un fuelle para mover el aire a través de los pulmones.

MAMÍFEROS

Todos los mamíferos realizamos respiración pulmonar, hasta los acuáticos como las ballenas.  Los pulmones se caracterizan por ser redondeados están alojados en la cavidad pleural, limitados por el diafragma, que es un músculo que interviene en la entrada y salida de gases. Los alveolos son elementos característicos de su respiración, están rodeados de capilares sanguíneos y es el lugar donde se produce el intercambio gaseoso con la sangre. El diafragma separa la cavidad torácica de la cavidad abdominal y realiza los movimientos respiratorios con el objetivo de introducir el aire en los pulmones o expulsarlo. Los mamíferos acuáticos también respiran por los pulmones y necesitan tomar el oxígeno desde fuera del agua.

RECREACIÓN DE LA EVOLUCIÓN DEL PULMÓN EN LOS VERTEBRADOS (ANIMALES CON COLUMNA VERTEBRAL). El esquema representa la evolución del pulmón en los vertebrados a través de millones de años. Los cambios que se observan en las estructuras hacen más eficiente el intercambio de gases por parte de los animales que se desarrollan en ambientes terrestres. Pulmón parabronquial Pulmón broncoalveolar Pulmón de cámaras múltiples Pulmón de una sola cámara Vejiga natatoria Primeros peces Primeros anfibios Primeros reptiles Primeros mamíferos Primeras aves 50 Hace 38 34 20 13 Millones de años