miércoles, 22 de abril de 2009

RESPIRACIÓN


INTERCAMBIO GASEOSO EN ANIMALES

Todos los organismos necesitan oxígeno para vivir, para la oxidación biológica de la glucosa, reacción por la cual se obtiene energía química en forma de ATP necesaria para los procesos vitales de sus células. Este oxígeno es tomado del ambiente y conducido a las células a través de un sistema de transporte (circulatorio).

También, durante la respiración celular, se produce bióxido de carbono (CO2)como un producto de desecho que debe ser eliminado hacia el medio. A este intercambio gaseoso entre el organismo y su ambiente se conoce como respiración.

La respiración es un proceso que puede dividirse en dos fenómenos:

- El primero: la respiración orgánica. Este consiste en la introducción de oxígeno a las células y la extracción del bióxido de carbono que se expulsa al medio (intercambio gaseoso).

-El segundo: la respiración celular. Es el conjunto de reacciones que tienen como fin oxidar moléculas orgánicas para obtener energía.

En organismos unicelulares acuáticos, este mecanismo de intercambio es relativamente sencillo, el oxígeno se difunde hacia el interior de la célula a través de la membrana y sucede a la inversa con el bióxido de carbono que ingresa al agua.

Para los organismos acuáticos pluricelulares pequeños como las esponjas (Porífera), hidra y platelmintos (cuyos cuerpos son delgados y membranosos), el intercambio gaseoso se realiza por difusión a través de la superficie del cuerpo, sin necesidad de sistemas especializados de transporte, ya que todas las células se encuentran cerca de la superficie.

Entre los animales terrestres, existen algunos que realizan el intercambio gaseoso a través de la superficie de su cuerpo, como los anfibios que tienen la piel delgada, altamente vascularizada y húmeda; la lombriz de tierra (Lumbricus terrestris), cuya piel se encuentra recubierta por una sustancia mucosa que permite el intercambio gaseoso y evita que el cuerpo pierda agua y posee un sistema de transporte que conduce el oxígeno a todas las células del cuerpo.

En los animales de mayor tamaño existen superficies especializadas en donde se efectúa el intercambio gaseoso. Estas estructuras tienen paredes delgadas que facilitan la difusión; además, es necesario que se mantengan húmedas para que el O2 y el CO2 puedan ser disueltos en agua.

Estas poseen una íntima relación con redes de vasos sanguíneos que aseguran el transporte de los gases hacia las células (con excepción del sistema traqueal). Estas estructuras son los tubos traqueales, las branquias y los pulmones.

El sistema traqueal consta de una red de tubos membranosos recubiertos en su interior por una capa de quitina que les da una consistencia rígida. El aire entra a los tubos por una serie de diminutos orificios llamados espiráculos situados entre los segmentos del tórax y el abdomen. Los tubos traqueales, a su vez, se ramifican en otros más pequeños llamados traqueolas que contienen agua y es donde se efectúa el intercambio gaseoso; la distribución del oxígeno a todas las células del cuerpo se hace en forma directa por las traqueolas sin la intervención de un sistema circulatorio. Los organismos que poseen este tipo de aparato respiratorio son los artrópodos como los insectos, ácaros y algunas arañas.

En la mayoría de los animales acuáticos, los órganos responsables del intercambio gaseoso son las branquias; en los peces se encuentran a los lados de la cabeza. Cada branquia consta de un soporte principal formado por arcos branquiales de los que salen filamentos branquiales, cada uno de los cuales sostiene un conjunto de laminillas secundarias que constituyen la superficie de intercambio gaseoso. Todas estas estructuras están en íntimo contacto con una red vascular gracias a la cual la sangre llega muy cerca de la superficie externa, lo que facilita el intercambio rápido de gases. El conjunto de filamentos branquiales aumenta en gran medida la superficie para el intercambio rápido de gases. En los peces, el agua entra por la boca, pasa a través de las hendiduras branquiales internas a las cámaras branquiales y sale por las hendiduras branquiales externas; las laminillas bañadas por esta corriente de agua toman por difusión el oxígeno disuelto en ella y liberan bióxido de carbono.

Un problema al que se enfrentan los organismos acuáticos es la disponibilidad de O2 suficiente; como se sabe la concentración de éste en el agua es 20 veces menor que en el aire. El mecanismo se basa en que el agua que llega a las branquias es rica en oxígeno, mientras que la sangre que ingresa a la circulación branquial es muy pobre en ese gas. Conforme el agua pasa por encima de la superficie branquial pierde O2, pero se pone en contacto con sangre cada vez más pobre en él, de modo que la difusión continúa a pesar de la baja concentración de O2 en el agua. Esto asegura que una buena parte de éste disuelto en el agua se difunda hacia la sangre.

Otros organismos que también presentan branquias son los moluscos, crustáceos, insectos acuáticos y algunos estados larvarios. Las branquias que poseen suelen ser diferentes a las que tienen los peces por el hecho de encontrarse fuera de su cuerpo (branquias externas), pero el mecanismo para obtener oxígeno es similar.

Para los pulmones, estos son estructuras de intercambio gaseoso de un aparato respiratorio complejo. Estos, se originan como invaginaciones de la superficie del cuerpo o de las paredes de una cavidad corporal como la faringe. Esas estructuras no sólo se presentan en vertebrados terrestres como mamíferos, anfibios, reptiles, aves y algunos peces, sino también en invertebrados como en algunos arácnidos y moluscos terrestres como los caracoles (Helix). Entre los vertebrados pulmonados existe una amplia variedad de pulmones que van desde los sencillos, pulmones tipo saco de los anfibios, hasta los pulmones divididos de los mamíferos. En esto se observa una tendencia evolutiva general de aumentar las subdivisiones de los caminos aéreos y hacia una mayor área de las superficies de intercambio. Las divisiones se hacen más numerosas y complejas a medida que se asciende en la escala zoológica.

La superficie de intercambio eficaz del pulmón (excepto en aves) se compone de diminutas celdillas denominadas alveolos; éstas estructuras membranosas que tienen contacto directo con gran cantidad de vasos capilares que aseguran una rápida distribución del oxígeno. Mientras mayor es el número de alveolos, mayor será la superficie de intercambio total.

En los mamíferos la estructura pulmonar es muy eficiente; en ellos los brotes pulmonares se dividen repetidas veces para formar los bronquios primarios, secundarios, terciarios, etc.; los bronquios más pequeños dan lugar a los bronquiolos, los cuales suelen dividirse en conductos alveolares bordeados de alveolos. Los bronquiolos con sus ramificaciones forman unidades llamadas lóbulos que pueden estar separados o no por tejido conjuntivo; el número de lóbulos varía según la superficie, pero en general suele ser mayor en el lado derecho que en el izquierdo. Así, en el hombre hay tres lóbulos en el pulmón derecho y dos en el izquierdo.

La eficiencia no es la misma en todos los organismos pulmonados y esto depende de la complejidad o grado de divisiones que posean.

Otros conductos aéreos

Como ya se mencionó, los pulmones surgen de la pared ventral de la faringe que se divide en dos protuberancias que dan lugar a los bronquios y pulmones.

Existe un conducto impar llamada tráquea que conecta los pulmones con la faringe y sirve de entrada y salida a los pulmones; en algunos organismos es tan corta que de hecho no existe ( anfibios) y en otros su extremo anterior se modifica en una caja sonora, la laringe, que se abre a la faringe a través de la glotis. El extremo inferior suele dividirse en dos bronquios que conducen a los pulmones.

La laringe es una estructura cartilaginosa que en algunos organismos se ensancha en forma de caja de resonancia, donde en posición paralela a la glotis se extienden unos pliegues de tejido, integrado en su mayoría por fibras elásticas llamadas cuerdas vocales, las cuales pueden vibrar al paso del aire, dando lugar a la producción de sonidos en anfibios, reptiles y mamíferos (en este último es más complejo). En las aves está poco desarrollado y no interviene en la producción de sonido.

La tráquea es el tronco principal del sistema de conducción a través de la cual el aire va desde la laringe a los pulmones. Es un conducto cartilaginoso y membranoso cuyas paredes se componen de tejido fibroso y muscular sostenido por cartílago que evita el colapso.

La tráquea está revestida por células epiteliales y células secretoras de moco; se bifurca por su extremo inferior en dos bronquios cartilaginosos que conducen en forma directa a los pulmones. La longitud de la tráquea en los vertebrados depende de la longitud del cuello; en algunos anfibios es tan corta que apenas existe y en algunos reptiles como cocodrilos y quelonios (tortugas) puede ser tan larga que se enrolla; en el hombre mide de 10 a 13 centímetros.

MECÁNICA DE LA VENTILACIÓN PULMONAR

La Ventilación es un proceso mecánico por el cual se introduce aire a los pulmones (inhalación) y se extrae de ellos (exhalación); éste mecanismo es variado en los vertebrados. En el caso de los anfibios que no poseen costillas, la inhalación y la exhalación se realizan con la boca (ventilación bucal).

En reptiles y mamíferos las costillas y músculos intercostales intervienen en el proceso. La elevación de las costillas y el incremento del tamaño de la cavidad pleuroperitoneal reducen la presión del interior de la cavidad, lo que a la vez permite la inhalación y expansión de los pulmones; a la inversa, cuando las costillas descienden la presión que se ejerce sobre los pulmones ocasiona la exhalación.

En los mamíferos existe un músculo tensor llamado diafragma que se encuentra en la base de la cavidad pleural. El mecanismo de la ventilación consiste en el aumento y disminución alternados del tamaño de la cavidad pleural (torácica), lo que por lo común se realiza de dos formas: la abdominal y la torácica. La primera consiste en la contracción y relajación de los músculos abdominales, los que ejercen presión sobre el diafragma, que permite el aumento o disminución del volumen de la cavidad pleural, y la segunda, por movimientos de los músculos intercostales que elevan las costillas provocando la inhalación y su descenso, la exhalación.

7 comentarios:

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