UNIDAD 9. NUTRICIÓN EN ANIMALES APARATO DIGESTIVO Y APARATO RESPIRATORIO

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1 UNIDAD 9. NUTRICIÓN EN ANIMALES APARATO DIGESTIVO Y APARATO RESPIRATORIO LA NUTRICIÓN EN ANIMALES. Los animales son heterótrofos, es decir, requieren incorporar nutrientes orgánicos del medio para la realización de sus funciones vitales. Estas sustancias que incorporan se denominan nutrientes y están presentes en los alimentos. Una vez incorporados los nutrientes en los organismos se producen una serie de procesos, que en su conjunto se denominan nutrición. En la función de nutrición participan los siguientes aparatos: aparato digestivo: aparato circulatorio: Aparato respiratorio: Aparato excretor: Una vez que los nutrientes y el oxígeno llegan a las células, se producen una serie de complejas reacciones denominadas metabolismo celular. Fruto de ese metabolismo se producen desechos tales como el dióxido de carbono y otros metabolitos de desecho que han de ser de nuevo transportados por el sistema vascular y eliminados por los órganos dedicados a este fin. 1. APARATO DIGESTIVO. En los animales, la función principal del aparato digestivo es la transformación de los alimentos incorporados, en moléculas utilizables por las células del cuerpo. Una vez en el interior de la célula se producen una serie de reacciones metabólicas conocidas en su conjunto como metabolismo celular, obteniéndose energía y materia que será empleada en el crecimiento y en la reparación y renovación de estructuras celulares. La función digestiva consta de cuatro procesos fundamentales: Captura e ingestión del alimento: es el proceso de incorporación del alimento al organismo. Los mecanismos de captura del alimento son muy diversos y dependen del tipo de alimentación. Algunos animales se alimentan de forma pasiva o por difusión, como sería el caso de organismos acuáticos sésiles. También pueden alimentarse por medio del batir de cilios que genera una corriente de agua con sustancias disueltas. Otros muchos animales capturan el alimento de manera activa, presentando estructuras especializadas para tal fin, como en el caso de carnívoros depredadores, que presentan colmillos, garras y otras estructuras específicas Digestión: es la rotura del alimento en moléculas sencillas para que posteriormente se produzca su absorción y pasar al aparato circulatorio. La digestión puede ser de dos tipos: o Digestión mecánica: es una degradación física del alimento y consiste en la masticación, trituración y fragmentación del alimento, lo que favorece su digestión química. (dientes, rádula de moluscos)

2 o Digestión química: se produce mediante enzimas digestivas, que son enzimas hidrolíticas. Estas enzimas dividen las grandes moléculas orgánicas en otras moléculas más sencillas que pueden ser absorbidas. Dependiendo de la complejidad fisiológica de los animales, la digestión puede ser de tres tipos: Digestión intracelular: se realiza en el interior de las células. Es propia de animales sencillos como sería el caso de poríferos o esponjas. Las sustancias nutritivas entran en la célula en una vacuola digestiva y los lisosomas vierten sus enzimas hidrolíticas, produciéndose la digestión. Los productos de desecho son expulsados al exterior de la célula. Digestión extracelular: se realiza fuera de las células, en cavidades concretas del tubo digestivo. Digestión mixta: se realiza en dos etapas, primero una digestión extracelular, ya que se segregan enzimas que se vierten a una cavidad y posteriormente se produce una digestión interna, en el interior de las células. Se da en cnidarios. Absorción: es el paso de los productos de la digestión al medio interno, que los distribuirá por todo el cuerpo. Se lleva a cabo en zonas concretas del tubo digestivo que presentan gran superficie (células intestinales con prolongaciones digitiformes, que aumentan mucho la superficie de absorción). Egestión: es la eliminación al exterior de los restos no aprovechables por el organismo APARATOS DIGESTIVOS EN LOS INVERTEBRADADOS. Poríferos: presentan unas células especializadas denominadas coanocitos que tapizan la cavidad interna del cuerpo y que presentan un largo flagelo, con el que producen corrientes de agua hacia el interior celular, donde se produce la digestión intracelular. Los productos de desecho son expulsados a la cavidad atrial para que el agua los arrastre hasta el exterior. Cnidarios: gracias a los tentáculos situados alrededor de la boca, introducen las sustancias nutritivas. En la cavidad gastrovascular, las células secretoras liberan enzimas y se lleva a cabo la digestión extracelular. Posteriormente otras células de la cavidad gastrovascular absorben las sustancias y se realiza en ellas la digestión intracelular. Por tanto presentan una digestión mixta. Anélidos: poseen un tubo digestivo con distintas especializaciones y provisto de boca y ano. Realizan una digestión extraceular. Moluscos: exceptuando a los Lamelibranquios o bivalvos, el resto de los grupos presenta una boca provista de una estructura denominada rádula, que sirve para trituración del alimento. La digestión es extracelular. Artrópodos: al ser un grupo muy extendido y por la ocupación de múltiples ambientes, presentan tubos digestivos y aparatos bucales diversos, pero en la mayoría de los artrópodos alrededor de la boca

3 presentan estructuras para la captura e ingestión del alimento. Boca-faringe-esófago (con buche y molleja)-intestino medio (glandular)- intestino posteiror o proctodeo-ano. Equinodermos: el tubo digestivo comienza en la boca, situada en posición ventral. En algunos grupos presentan aparato bucal masticador, conocido como linterna de Aristóteles y está formado por cinco mandíbulas, cada una de las cuales acaba en un diente. Boca-esófago-estómago-intestino-poro anal (posición dorsal) 1.2. APARATO DIGESTIVO DE VERTEBRADOS. En vertebrados el aparato digestivo es más complejo que en invertebrados. Está constituido por un tubo digestivo que se extiende desde la boca hasta el ano. Además existen glándulas digestivas que facilitan la digestión de tipo químico. Esta organización tubular permite que el alimento atraviese el tubo en una sola dirección, pasando por distintas regiones que presentan especializaciones concretas. 1. Cavidad bucal: En ella nos podemos encontrar diferentes elementos, en función del grupo, como puede ser pico, dentadura, glándulas salivales, lengua, labios. La boca, aparece rodeada por unos repliegues de piel que se denominan labios. No aparecen en tortugas, ni en aves y son poco aparentes en el resto de reptiles y en peces. Las mejillas, forman los laterales de la boca, siendo su tamaño variable. En algunos grupos como monos y roedores, pueden ampliar estas mejillas, actuando como bolsas para guardar el alimento. Dentro de la boca se localizan los dientes, que son estructuras duras formadas por un tejido óseo especial. Los dientes están situados en los arcos mandibulares profundamente hundidos en cavidades o alvéolos y firmemente unidos al hueso maxilar (superior) o hueso mandibular (inferior). Externamente los dientes están formados por tres zonas: Corona: zona exterior que sobresale de la encía Cuello: une la corona y la raíz y está recubierta por la encía. Raíz: parte que queda introducida en el alveolo y está sujeta al hueso por el cemento, que es una sustancia de naturaleza colágeno-elástica. Internamente los dientes están formados por: Esmalte: zona externa que cubre la corona. Es la sustancia más dura del organismo, quedando constituida por un 97% de sales de calcio. Dentina o marfil: se encuentra por debajo del esmalte. Está compuesta por un tipo de tejido conectivo calcificado. La dentina rodea a la cavidad pulpar. Cavidad pulpar: es la zona más interna. En su interior se localiza la pulpa dentaria, que está formada por numerosos vasos sanguíneos y pequeños nervios. En todos los vertebrados, a excepción de mamíferos son todos los dientes son iguales y sirven para captura y para retener a la presa.

4 En el caso de la dentición de mamíferos está formada por incisivos, caninos, premolares y molares. Y su función es cortar, triturar y machacar los alimentos. En la boca también se sitúa la lengua. En peces la lengua es inmóvil, ya que no posee musculatura. En algunos anfibios y reptiles les sirve para la captura del alimento. En aves la lengua es córnea. En mamíferos es muy musculosa. La lengua presenta papilas gustativas para la detección del sabor de los alimentos y presenta la función de mezclar los alimentos y facilitar su tránsito hacia la faringe. En la cavidad bucal vierte su secreción las glándulas salivales, que aparecen en todos los grupos excepto en peces. La saliva es un líquido alcalino (de carácter básico) que está formado por 98% de agua, además de sales minerales, mucina que facilita la deglución, amilasa que comienza con la digestión o degradación de los glúcidos (almidón) y lisozima que es una sustancia microbicida. 2. Faringe: Una vez que el alimento deja la cavidad bucal, pasa a la faringe. La faringe es un tubo muy muscularizado que participa en el proceso de deglución. Es compartido por aparato digestivo y respiratorio. La faringe posee un repliegue denominado epiglotis que cierra la laringe e impide el paso de comida a las vías respiratorias. 3. Esófago: es un tubo musculoso, encargado de conducir el alimento desde la faringe hacia el estómago. Esto es posible gracias a los movimientos peristálticos, gracias a las contracciones y distensiones de la musculatura circular y longitudinal del esófago. En aves, el esófago presenta una dilatación, denominada buche, con función de almacenaje del alimento. 4. Estómago: es una dilatación del tubo digestivo, donde el alimento permanece un cierto tiempo, antes de pasar al intestino en estado de disgregación avanzado. En la mayor parte de los vertebrados, el estómago es relativamente simple, puede ser desde un tubo recto (algunos peces) hasta la forma de J que poseemos los humanos. En el estómago se produce la digestión mecánica de los alimentos, debido al movimiento de sus musculosas paredes. Estas contracciones contribuyen a desmenuzar el alimento y a mezclarlo con los jugos gástricos que son producidos por las glándulas gástricas. Los peces tienen un estómago muy sencillo con forma de huso. Las aves presentan la molleja, que es un compartimento diferente del estómago, con una pared muy musculosa y que contiene piedrecitas, para la trituración del alimento y el estómago glandular, donde se lleva a cabo la digestión química. La molleja reemplaza desde el punto de vista funcional a los dientes en aquellos vertebrados que no los presentan, ya que actúa como órgano de trituración. Los mamíferos rumiantes, poseen cuatro compartimentos gástricos: rumen o panza, redecilla o bonete, libro u omaso y cuajar o abomaso.

5 5. Intestino: es un tubo que se divide en intestino medio e intestino posterior. (lo que corresponde con el intestino delgado e intestino grueso en humanos). En los distintos grupos de vertebrados, aparecen intestinos largos, que es la manera más directa de aumentar la superficie de absorción, además de poseer células epiteliales, con numerosas microvellosidades, que es otra manera de aumentar la superficie de absorción. Intestino medio o delgado: se comunica con el estómago por medio del esfínter pilórico, que se relaja a intervalos para permitir el paso del quimo al intestino. En el intestino delgado se distinguen tres regiones duodeno, yeyuno e ileon. En el intestino delgado se realizan dos funciones diferentes la digestión química total de los alimentos y la absorción. En la primera porción del intestino es donde se van a verter a la luz del tubo, las secreciones procedentes de las glándulas anejas, que son el hígado y el páncreas. Tanto la bilis como el jugo pancreático, presentan alto contenido en bicarbonato, que neutraliza el ph del jugo gástrico, elevando su ph. Este aspecto es fundamental, ya que todas las enzimas intestinales son efectivas a ph neutro o ligeramente alcalino. Jugo biliar o bilis: es producido por el hígado. El hígado está constituido por unas células denominadas hepatocitos. Estas células producen entre otras cosas la bilis. La bilis, se vierte al conducto biliar y se almacena en la vesícula biliar. La vesícula biliar es un órgano en forma de bolsa, donde se concentra y almacena la bilis. Las sales biliares producen la emulsión de las grasas, formando pequeñas gotitas de grasa, que favorecen el ataque de las lipasas. Los pigmentos biliares, proceden de la degradación de la hemoglobina de los glóbulos rojos (una vez han alcanzado su vida media). Fundamentalmente es bilirrubina, que va a dar coloración característica a las heces y orina. Jugo pancreático: es producido por el páncreas exocrino y llega hasta el duodeno a través del conducto pancreático. El jugo pancreático, está constituido por dos tipos de componentes; por un lado presenta alta concentración de bicarbonato sódico (neutraliza el ph ácido del estómago) y por otro presenta gran cantidad de enzimas digestivas. Además en la pared intestinal se encuentran una serie de glándulas intestinales. Una vez finalizada la digestión el quimo se ha transformado en quilo, que un líquido de aspecto lechoso compuesto por monosacáridos, ácidos grasos, sales minerales, vitaminas y restos no digeridos. Entonces se produce la absorción de dichas sustancias. La absorción se ve favorecida por el incremento de superficie existente en vertebrados superiores (aves y mamíferos). En ellos las células intestinales presentan su borde apical con numerosas prolongaciones digitiformes, denominadas microvellosidades.

6 Intestino posterior o grueso: es un tubo de mayor diámetro y más corto que en el caso del intestino delgado. La separación entre uno y otro se lleva a cabo por medio de la válvula ileocecal. La mucosa del intestino grueso presenta repliegues transversales, pero no microvellosidades. Las paredes de la mucosa intestinal están tapizadas por glándulas que producen mucus. A lo largo del intestino grueso se absorbe una gran cantidad de agua, por ello las heces a medida que se aproximan a su tramo final, van perdiendo agua y adquiriendo consistencia semisólida. Las heces van avanzando gracias a los movimientos peristálticos. Estos desechos (heces) son expulsados al exterior con la egestión o defecación. Es un proceso involuntario que comienza cuando se relaja el esfínter anal interno, al llegar las heces, pudiendo el esfínter externo de manera voluntaria retener las heces de forma temporal. 2. APARATO RESPIRATORIO. La respiración tiene varios significados, el más general y ampliamente extendido se refiere al intercambio de gases entre las células y el medio externo. En un sentido más estricto, se refiere a la oxidación de los nutrientes en el interior celular, para la obtención de energía en forma de ATP, calor, dióxido de carbono y agua. Las superficies respiratorias están formadas por tejido epitelial, formado por una sola capa de células (monoestratificado) que está en contacto con una extensa red capilar, que se encarga de recoger el oxígeno absorbido y de transportar el dióxido de carbono a la superficie respiratoria, asegurando su eliminación al medio. El intercambio respiratorio se lleva a cabo por difusión pasiva. Aunque el intercambio gaseoso se produce por difusión simple, está se lleva a cabo de forma diferente en función del tamaño, hábitat y la complejidad estructural del animal. En los animales más sencillos, como esponjas y cnidarios, tanto el oxígeno como el dióxido de carbono se difunden directamente a las células, sin necesidad de existan estructuras respiratorias especializadas. En animales de ambientes acuáticos o húmedos (anélidos, algunos artrópodos, larvas acuáticas y anfibios), toman oxígeno a través de la piel (respiración cutánea). Para que este tipo de respiración se lleve a cabo es necesario que la piel esté continuamente humedecida gracias a la acción de glándulas mucosas, además de poseer un medio interno situado muy cerca del exterior para recibir el oxígeno y transportarlo hasta las células (una gran superficie de contacto con el exterior en relación a su volumen) y poseer pocos requerimientos metabólicos, es decir una actividad metabólica baja. A medida que aumenta la complejidad del animal, se hace necesario el desarrollo de estructuras especializadas en el intercambio gaseoso. Estas estructuras presentan las siguientes características: Superficie respiratoria grande (a mayor superficie de contacto, mayor eficacia en el intercambio). Paredes delgadas y permanentemente humedecidas para que el oxígeno y el dióxido de carbono se disuelvan y puedan difundir. En animales acuáticos estas estructuras están humedecidas por el medio que rodea al animal y en animales terrestres se produce este efecto por medio de la secreción de mucus. El suministro de oxígeno se produce por medio de la ventilación, que no es otra cosa que el aporte de aire o agua con oxígeno disuelto a las superficies respiratorias. La ventilación lleva asociada en la mayor parte de los casos algún movimiento muscular.

7 Se requiere también un medio interno (sangre, hemolinfa) para asegurar la correcta distribución de los gases respiratorios hacia las células o hacia el medio externo Estructuras especializadas para la respiración en el medio acuático. 1. Respiración branquial: Este sistema de respiración es llevado a cabo por animales acuáticos (anélidos, moluscos, crustáceos, equinodermos larvas de anfibios y peces). En este tipo de respiración el intercambio gaseoso se lleva a cabo por branquias, que son evaginaciones de la superficie corporal, formadas por una capa de epidermis y con una amplia red capilar. Esta estructura aumenta considerablemente la superficie expuesta y por tanto aumenta la eficacia del intercambio respiratorio. Según donde se localices se distinguen dos tipos de branquias: externas e internas. Branquias externas: sobresalen de la superficie corporal del animal y pueden provocar rozamiento adicional en los desplazamientos. Carecen de protección, por lo que pueden resultar dañadas. Al estar densamente vascularizadas, son más visibles para los depredadores, ya que poseen una coloración más intensa que el resto del animal.la ventaja que poseen, es que no requieren ningún sistema de ventilación para hacer fluir el agua, solo es necesario el simple movimiento de estas estructuras o el movimiento del animal. Este tipo de branquias se presentan en poliquetos marinos (anélidos), larvas de anfibios. Branquias internas: quedan protegidas por estructuras corporales y alojadas en una cavidad protectora. En crustáceos, las branquias están encerradas dentro del cefalotórax. En crustáceos decápodos los apéndices abdominales generan la corriente de agua que se dirigen hacia las branquias. En peces, las branquias son siempre internas y se localizan en las hendiduras branquiales, que se encuentran a ambos lados de la faringe. Las branquias son estructuras filamentosas, delgadas. Su interior está muy vascularizado y los vasos sanguíneos se encuentran dispuestos de forma que el paso de agua a través de las branquias es opuesto a la circulación sanguínea. Este mecanismo de contracorriente permite el intercambio de gases muy eficiente. En peces cartilaginosos (tiburones), el agua entra por unos orificios denominados espiráculos o bien por la boca, pasa a la faringe y sale por las hendiduras branquiales. Para posibilitar la entrada de agua se realiza el movimiento de avance del cuerpo. En peces óseos (sardina), el agua entra por la boca, cuando el opérculo está cerrado, creando una presión negativa que facilita la entrada de agua. Cuando la boca se cierra, el agua es aspirada hacia el opérculo que se abre y permite el paso del agua a través de las branquias Estructuras especializadas para la respiración en el medio terrestre. El paso al medio terrestre supuso un gran avance evolutivo, ya que ocasionó el desarrollo de estructuras respiratorias eficaces para el intercambio respiratorio en el medio aéreo y además se invaginaron para evitar su desecación.

8 1. Respiración traqueal: se da en insectos y otros artrópodos terrestres (milpies, ciempiés, arañas, escorpiones), en los que el intercambio de gases se realiza por medio de una serie de tubos, denominados tráqueas. Las tráqueas se forman por invaginaciones de la superficie externa del cuerpo. El aire entra a dichas tráqueas a través de una serie de orificios denominados espiráculos. Las tráqueas se van ramificando en el interior del cuerpo, haciéndose cada vez de un calibre más estrecho, hasta derivar en traqueolas. Estas llegan a todas las células, donde el intercambio se realiza por medio de difusión. Para facilitar la ventilación, los animales con este sistema, realizan movimientos abdominales de su cuerpo, facilitando la salida y entrada de aire por los espiráculos. Además estos espiráculos tienen mecanismos de cierre para evitar la desecación. La respiración traqueal, se ve limitada por el tamaño corporal, ya que la longitud de los tubos no puede ser muy grande. 2. Respiración pulmonar: es llevada a cabo por anfibios adultos, reptiles, aves y mamíferos y varios moluscos como los gasterópodos pulmonados (caracoles y babosas). Los pulmones de moluscos gasterópodos pulmonados, como los caracoles es simplemente una cámara en la que se produce el intercambio gaseoso. No tiene mecanismo de ventilación y los orificios que comunican con el exterior están permanentemente abiertos. Los pulmones de vertebrados son órganos en forma de sacos pares. En ellos se produce ventilación pulmonar, por medio de los movimientos ventilatorios (inspiración y espiración). En anfibios los pulmones poseen forma de saco, sin tabicaciones internas, por ello complementan este tipo de respiración con la respiración cutánea. En reptiles, los pulmones presentan mayor tamaño que en anfibios y presentan cavidades divididas en cámaras por tabiques que aumentan la superficie de intercambio gaseoso. En aves, los pulmones son pequeños y se comunican con los sacos aéreos, que son expansiones de la propia pared de los pulmones, estos son pares y se extienden por diversas partes del cuerpo, incluso en el interior de los huesos largos. Los bronquios no terminan en alvéolos, sino que forman unos tubos muy finos denominados parabronquios, a través de los cuales pasa el aire hacia los sacos aéreos y se produce el intercambio de gases. Los sacos aéreos se llenan de aire y al contraerse lo expulsan, volviendo a atravesar los parabronquios. Este sistema asegura el intercambio de gases tanto durante la inspiración como durante la espiración. En mamíferos, los pulmones son órganos esponjosos situados en la cavidad torácica. Están constituidos por el árbol bronquial, que es un conjunto de bronquios de diferente calibre y por vesículas pulmonares divididas en alvéolos pulmonares.

9 3. Respiración cutánea: muchos animales pluricelulares y poco activos tienen cubiertas sus necesidades de oxígeno mediante un intercambio gaseoso a través de la piel. Se da en animales de pequeño tamaño. Se da en platelmintos, anélidos En otros animales de mayor tamaño, este tipo de respiración se complementa con otros tipos, por ejemplo en los anfibios.