LA RESPIRACIÓN EN ANIMALES

Transcripción

1 LA RESPIRACIÓN EN ANIMALES Adaptado de Julio Sánchez, Curtis-Barnes Mª Luisa Fanjul, Marcia Hiriart IMÁGENES LIBRES DE INTERNET

2 CONCEPTOS PREVIOS RESPIRACIÓN CELULAR Reacción química del oxígeno en el metabolismo de nutrientes. RESPIR. ORGÁNICA O VENTILACIÓN, -Absorción del Oxígeno, -Transporte hasta las células -Expiración del CO 2. HEMATOSIS: Intercambio gaseoso entre el medio ambiente y la sangre. (No confundir con homeostasis: Equilibro iónico de las concentraciones salinas ante cambios en el exterior). METABOLISMO BASAL: Consumo de O 2 en reposo. Se incrementa con el gasto energético. El ejercicio aumenta unas 20 veces el gasto de oxígeno. DIFUSIÓN DE LOS GASES Es el Paso de los gases de un lado al otro de las membranas en función de su Presión parcial. Es la presión de un gas aislándolo del resto de la mezcla, por ejemplo, la PpO 2 = 149 mm Hg

3 EL VOLUMEN DE OXÍGENO SE REGULA Y SE ASEGURA CON LA EXISTENCIA DE PIGMENTOS RESPIRATORIOS. HEMOGLOBINAS, con 4 átomos de oxígeno por molécula MIOGLOBINAS, HEMOCIANINA en el músculo de mamíferos marinos. Sólo transporta una molécula de oxígeno por lo que se satura muy rápidamente y no puede transportar más porque está permanentemente saturada, aunque, captura más rápidamente el oxígeno porque tiene más afinidad. en artrópodos y moluscos. Con Cu en lugar de Fe, (color azulado) CLOROCRUORINAS en anélidos, hemoeritrina en sipuncúlidos, EL OXÍGENO ES TRANSPORTADO EN LA SANGRE COMBINADO CON ESTOS PIGMENTOS.

4 SATURACIÓN DE OXIGENO EN SANGRE La saturación de oxígeno es la cantidad oxígeno que se combina, en el sentido químico, con la hemoglobina para formar la oxihemoglobina, que es el elemento que transporta el oxígeno en sangre hacia los tejidos HIPOVENTILACIÓN, producida por una respiración lenta o superficial, provoca la + concentración de CO2 lo que puede provocar acidosis respiratoria. HIPERVENTILACIÓN (o sobrerrespiración) producto de una respiración HIPERVENTILACIÓN (o sobrerrespiración) producto de una respiración agitada, produce el efecto contrario a la hipoxemia, es decir hace decaer la concentración de CO2 en la sangre. Provoca mareo, ansiedad, vómito, confusión, dolor torácico, espasmo muscular

5

6 CARACTERÍSTICAS DE TODA ESTRUCTURA RESPIRATORIA SUPERFICIE GRANDE: Para que exista una gran exposición al O 2 y CO 2 QUE LA SUPERFICIE SEA DELGADA: Para que sea más sencillo el intercambio gaseoso QUE LA SUPERFICIE ESTÉ HUMEDA: Porque los gases están en disolución QUE LA SUPERFICIE ESTÉ IRRIGADA: Para que haya más pigmentos transportadores CUÁNDO HACE FALTA UN PIGMENTO TRANSPORTADOR? Cuando el aporte del O 2 por difusión es insuficiente para el metabolismo del animal 2 CUÁLES SON LOS PRINCIPALES PIGMENTOS? HEMOGLOBINA: En mamíferos aéreos CON Fe MIOGLOBINA: En mamíferos acuáticos CON Fe HEMOCIANINA: En artrópodos y moluscos CON Cu CLOROCRUORINA: En anélidos poliquetos CON Fe HEMOERITRINA: En sipuncúlidos, braquiópodos y otros anélidos CON Fe

7 LA ENTRADA DE OXÍGENO Y SALIDA DE CO 2 SE REALIZA DE CINCO POSIBLES FORMAS QUE DETERMINAN CINCO SISTEMAS DIFERENTES DE RESPIRACIÓN Sin estructuras especiales CUTÁNEA TRAQUEAL BRANQUIAL Poríferos, Cnidarios, Platelmintos RESTO DE ANIMALES PULMONAR

8 RESPIRACIÓN CUTÁNEA ESTRUCTURA RESPIRATORIA: La superficie corporal QUIÉN REALIZA EL INTERCAMBIO GASEOSO? La piel CONDICIONES DE LA PIEL: superficie grande, fina, húmeda y muy irrigada QUIÉNES LA UTILIZAN: Anfibios, moluscos, anélidos, algún equinodermo VENTAJAS: No necesitan estructuras especiales. INCONVENIENTES: + Los animales deben tener un metabolismo lento. + Deben ser de pequeño tamaño + Requieren bajas necesidades de O 2 + Deben tener formas aplanadas o redondeadas, para que su superficie sea grande.

9

10 RESPIRACIÓN BRANQUIAL QUÉ SON LAS BRANQUIAS? Son proyecciones hacia el exterior, de la pared del cuerpo o de la capa interna del intestino. CLASES DE BRANQUIAS? Externas: Anfibios, larvas acuáticas de anfibios, crustáceos, anélidos marinos. Son Primitivas Internas: Peces, cefalópodos, moluscos bivalvos. Son evolucionadas CÓMO SE PRODUCE EL INTERCAMBIO GASEOSO? Por el movimiento del agua a contracorriente de la circulación de la sangre VENTAJAS E INCONVENIENTES DE CADA CLASE: Las externas intercambian O 2 por el simple movimiento del agua PERO Son vulnerables a los depredadores. Las internas son más seguras, pero necesitan que el agua esté en movimiento. Necesitan mecanismos de ventilación en la cavidad branquial. Esta función la realizan los opérculos Se logra más protección de superficies respiratorias.

11 BRANQUIAS EXTERNAS Ajolote Salamandra anderson TRITÓN

12 Larva de insectos Poliqueto Poliqueto tubícola Arenícola marino

13 BRANQUIAS INTERNAS

14 SISTEMAS DE VENTILACIÓN EN PECES ÓSEOS: la ventilación se consigue gracias a movimientos del opérculo. CARTILAGINOSOS: carecen de mecanismos de ventilación, por lo que necesitan moverse de forma continua para que el agua circule a través de las branquias. Como no tienen opérculo, el agua entra por boca y espiráculos y sale por 5 hendiduras branquiales

15 RESPIRACIÓN TRAQUEAL QUIENES LA UTILIZAN? Insectos, miriápodos y bastantes arácnidos QUÉ SON LAS TRÁQUEAS? Tubos internos formados por la invaginación de la pared corporal. Están recubiertos de quitina, que le da resistencia. CÓMO LLEGA EL O 2 A LAS CÉLULAS? A través del sistema de tráqueas CÓMO FUNCIONA EL SISTEMA DE TRÁQUEAS? Comienzan en los espiráculos y se ramifican hasta llegar a las células. CÓMO FUNCIONA EL INTERCAMBIO GASEOSO? Cuando el aire llega a las células, el oxígeno entra por simple difusión. PERO, LAS TRÁQUEAS SON SIMPLES TUBOS? NO, terminan en unos PERO, LAS TRÁQUEAS SON SIMPLES TUBOS? NO, terminan en unos estrechamientos llamados traqueolas que tienen finas membranas llenas de líquido y a través de ellas se produce el intercambio

16 Traqueolas con las membranas

17 RESPIRACIÓN PULMONAR QUÉ SON LOS PULMONES? Son bolsas de finas paredes formadas por la invaginación del tejido respiratorio. Están rodeadas de capilares sanguíneos por los que circula la sangre en una dirección TIPOS DE PULMONES 1. DE DIFUSIÓN Sin movimientos respiratorios o mecanismos de ventilación que fuercen un flujo de aire a los pulmones. NEUMOSTOMA Arañas y escorpiones: pulmón en libro. Cavidades ventrales del abdomen cuya pared se pliega, formando numerosas láminas superpuestas. Comunica al exterior por una abertura Gasterópodos terrestres. Presentan un pulmón que comunica al exterior por un orificio o pneumostoma

18 2. DE VENTILACIÓN Poseen un mecanismo ventilatorio para realizar el intercambio de O 2 Desde anfibios a reptiles, aumenta la eficacia del intercambio gaseoso por incremento de la superficie respiratoria. En mamíferos ya están muy desarrollados por aumento de alveolos. EVOLUCIÓN DE LOS PULMONES ANFIBIOS Tienen el interior liso. La superficie de intercambio es mínima. Necesitan otros sistemas (cutánea) REPTILES Tienen el interior con algunos repliegues. La superficie de intercambio es mayor. AVES Poseen varios compartimentos. Llamados sacos aéreos que aumentan la superficie de intercambio a la vez que ayudan al vuelo MAMIFEROS Aquí los sacos aéreos son muchísimos y pequeños. Se llaman alveolos y los capilares los rodean para permitir el intercambio.

19

20 Alveólos vacíos Red de bronquiolos

21 VENTILACIÓN PULMONAR INSPIRACIÓN ANFIBIOS: Entrada de aire a los pulmones. Varía según grupos Es una deglución. Como si tragaran el aire. AVES: Por la compresión de los sacos aéreos por los músculos de las alas. MAMÍFEROS: El aire entra activamente por dilatación de la caja torácica. ESPIRACIÓN Salida del aire. Se realiza pasivamente

22

23

24 TRANSPORTE DE OXÍGENO El Oxígeno es un gas poco soluble en el plasma. A Presión atmosférica normal, solo un 0,3% de O 2 se disuelve en el plasma. 2 Esta baja cantidad de O 2 en plasma no influye mucho en insectos, puesto que ellos transportan el oxígeno por el sistema traqueolar. Pero en el resto de especies animales, esta limitación sería muy peligrosa. Por eso se hace necesaria la presencia de proteínas especiales que aumentan hasta 70 veces la capacidad de transporte de oxígeno en sangre. Estas proteínas son básicamente una combinación de un ión metálico y una proteína. En vertebrados y equinodermos, el pigmento va transportado en los eritrocitos. Un glóbulo rojo maduro es capaz de transportar uno 260x 10 6 de moléculas de hemoglobina. cadena

25 Temperatura, Presión de CO2 Concentración de iones H+. Los de mayor importancia: EL AUMENTO DE CUALQUIERA DE ESTOS FACTORES DISMINUYE LA AFINIDAD DE LA HB POR EL O 2 Y LA ENTREGA DE OXÍGENO SE FACILITA. Otros factores: En la anemia, el contenido de O 2 baja proporcionalmente al descenso en la cantidad de Hb, En la intoxicación por monóxido de carbono, este gas se une a la Hb con una afinidad 210 veces mayor que la del O 2. Existen también alteraciones estructurales de la Hb, poco frecuentes, que conducen a variaciones en su afinidad por el O 2. El glóbulo rojo posee, además, un fosfato orgánico, el 2-3 difosfoglicerato, que disminuye la afinidad de la Hb por el O 2, aumentando la entrega a los tejidos.

26 TRANSPORTE DE CO 2 El CO 2 SE PRODUCE A NIVEL DE LAS MITOCONDRIAS, como producto final del metabolismo celular. Desde las mitocondrias atraviesa el citoplasma, pasa a la sangre en los capilares tisulares y es llevado por la sangre al alvéolo, desde donde se elimina a la atmósfera gracias a la ventilación alveolar. En reposo, los tejidos producen 200 ml de CO 2 por minuto. Es la cantidad que se elimina a través de los pulmones por minuto en c. n. PASOS DE LA ELIMINACIÓN DEL CO 2 1º Difusión del CO 2 de los tejidos al liquido intersticial. 2º Paso desde el líqu. interstic al interior del capilar, mezclándose en el plasma. 3º Reacciones químicas del CO 2 en el plasma. 4º Reacciones químicas en el interior de los glóbulos rojos. 5º Desarrollo de las reacciones en sentido inverso y la difusión del CO2 de la sangre al aire alveolar a medida que la sangre atraviesa los capilares pulmonares.

27 El CO 2 ES TRANSPORTADO EN LA SANGRE. Debido a que tiene la propiedad de hidratarse, formando ácido carbónico en una reacción reversible, el transporte de CO 2 y su eliminación son parte fundamental del equilibrio ácido-base. EL TRANSPORTE SE DA DE 2 MANERAS: DISUELTO 1.- Una pequeña cantidad, entre 7 y 10 %, disuelto en el plasma COMBINADO (en el interior del eritrocito) 2. A- La mayor parte, entre 60 y 70 %, como iones de bicarbonato resultantes de la disociación del ácido carbónico. Reacción que es catalizada por la anhidrasa carbónica, presente en el interior de los eritrocitos CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCOO - + H + 2. B- Un 20-25% combinado con la hemoglobina (CARBAMINOHEMOGLOBINA). Se une a alguno aminoácidos de la Hb (se llaman compuestos carbaminos) HbNH 2 + CO 2 HbNHCOO - + H +

28 TRANSPORTE DEL CO 2 POR EL GLÓBULO ROJO 1. La mayor parte del CO 2 que difunde desde los tejidos hacia los capilares entra al glóbulo rojo. Se hidrata como en el plasma, pero a mayor velocidad, ya que en el eritrocito existe una alta concentración de la enzima anhidrasa carbónica que cataliza la reacción. 2. El ácido carbónico que se ha formado se disocia en H + y HCO 3 -. Los iones H + son captados por la hemoglobina que se desprende del O 2 Este Oxígeno sale hacia el tejido celular Los aniones HCO 3 - salen del glóbulo rojo hacia el plasma, donde la concentración de este ión es menor. 3. Para mantener la neutralidad eléctrica, el ión cloruro (Cl - ) difunde hacia el interior del glóbulo rojo.

29 Entrada de Cl - Formación de los carbaminos: El CO 2 se une a la Hb y se desprende O 2 CO2 transportado como bicarbonato en el plasma La entrega de O 2 y la captación de CO 2 que tienen lugar en los capilares sistémicos son dos procesos que se favorecen mutuamente: un aumento de la presión de CO2 en la sangre capilar, con la consiguiente disminución del ph, que facilita la entrega de O2, a la par que el aumento de Hb reducida facilita la captación de CO2.

30 EL CO 2 EN LOS PULMONES La PCO 2 alveolar (40 mmhg) es menor que la PCO 2 de la sangre venosa (46 mmhg) y las reacciones antes descritas se desplazan hacia la difusión del CO 2 desde la sangre al alvéolo. Al mismo tiempo, la Hb reducida se oxigena, transformándose en un ácido más fuerte, lo que significa liberar CO 2 del glóbulo rojo. Simultáneamente, el bicarbonato del plasma entra al eritrocito donde forma H 2 CO 3, que se disocia en CO 2 y H 2 O en presencia de la enzima anhidrasa carbónica. El CO 2 formado difunde a través de la membrana del eritrocito al plasma, atraviesa la membrana alvéolo-capilar y es eliminado con la ventilación.

31

32 CONTROL NERVIOSO DE LA VENTILACIÓN

33 REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN El Sma. Nervioso ajusta la frecuencia y amplitud de las inspiraciones y espiraciones de acuerdo con las demandas del organismo. EL AJUSTE PRINCIPAL se realiza en el CENTRO RESPIRATORIO BULBAR, que lo forman neuronas del BULBO y de la PROTUBERANCIA del tronco encefálico. Controla la respiración normal, rítmica y automática, que puede ponerse a voluntad bajo el control voluntario. LOS NIVELES DE O 2 Y DE CO 2 en sangre se registran permanentemente por un tipo de receptores químicos situados en arterias importantes, aorta y carótidas o en el mismo bulbo. LA FRECUENCIA RESPIRATORIA se puede incrementar intencionadamente mediante la contracción y relajación del diafragma y músculos costales. LA RESPIRACIÓN NORMAL ES INVOLUNTARIA. Es imposible suicidarse conteniendo de forma deliberada la respiración: En el momento en que se pierde la consciencia y se eleva la PpCO 2, los controles involuntarios se recuperan y se reanuda la respiración. En resumen, es un complejo sistema de sensores que vigila diferentes factores en distintas ubicaciones que asegura una provisión de O 2 a las células del cuerpo.