SISTEMA RESPIRATORIO
INTERCAMBIO GASEOSO EN LOS ANIMALES
A los largo de la evolución los animales desarrollaron medios para transportar grandes cantidades de oxígeno y dióxido de carbono de ciertas sustancias contenidas en su medio circulante. Una de esas sustancias es la HEMOGLOBINA. Tanto la lombriz de tierra como el hombre utilizan la hemoglobina para transportar el oxígeno.
El intercambio gaseoso en los animales puede ser:
a) Branquial
b) Traqueal
c) Pulmonar
1.- Branquial: se realiza por medio de las branquias
Las branquias están presentes en algunos gusanos acuáticos
así como en crustáceos y moluscos.
Incluso en algunos
vertebrados como peces y renacuajos.
Las branquias se encuentran unidas a los apéndices en algunos animales y en otros como en el cangrejo de río, de mar y la langosta salen de las paredes toráxicas a una cámara formada por el caparazón que lo cubre. El agua entra en una cámara de las branquias por debajo de los bordes librea y es expulsada hacia fuera por placas aplanadas que se encuentran cerca de la boca.
En los vertebrados acuáticos se forman hendiduras branquiales. Así por ejemplo, en los peces, las branquias están formadas por filamentos muy delgados. Cada filamento posee una capa delgada de células que cubren una red de vasos capilares.
El oxígeno y el dióxido de carbono se intercambian entre la sangre que circula por estos vasos capilares y el agua que rodea a los filamentos.
Debido a que el agua contiene oxígeno en disolución en pequeñas proporciones, es necesario que las branquias estén permanentemente irrigadas con agua para que el animal pueda obtener el oxígeno necesario. El pez toma agua por la boca y la impulsa sobre las branquias de donde sale por una abertura que se encuentra en la cavidad que rodea los filamentos de las branquias.
2.-
Traqueal: Los insectos han desarrollado un sistema de tubos
de aire para transportar el oxígeno.
Estos tubos se denominan TRAQUEAS. En los insectos, la sangre no es importante
para el transporte de gases. Las larvas de algunos insectos poseen hemoglobina
en la sangre, pero todos los adultos carecen de ella. Como se mencionó
anteriormente el insecto no necesita mantener en contacto el sistema traqueal
con el sistema circulatorio. En el sistema de tráqueas el aire entra a través
de unos orificios ubicados en la pared del cuerpo denominados ESPIRÁCULOS y
pasa a las cavidades llenos de aire. A partir de estas cavidades, las tráqueas
se van ramificando en tubos cada vez más pequeños y estos a su vez entran en
contacto con las células de los tejidos, las cuales por difusión pueden
obtener oxígeno y eliminar CO2.
Los insectos como los saltamontes bombean aire por estos tubos contrayendo y expandiendo el abdomen. Aspiran aire hacia el cuerpo por medio de los cuatro primeros pares de espiráculos cuando se expande el abdomen y lo expulsan por los últimos seis pares de espiráculos cuando se contrae el abdomen. Este sistema traqueal conduce le aire muy adentro del cuerpo del insecto, lo bastante cerca de cada célula para que pueda difundirse por la pared del tubo traqueal. Los insectos acuáticos al igual que los escarabajos y algunos tipos de avispas han tenido que desarrollar un intercambio espiracular muy complejo. Gran parte de la superficie ventral está cubierta por pelos impermeables y muy finos que mantienen una delgada capa de aire junto al cuerpo.
3.-
Pulmonar: es cuando el oxígeno llega a unos órganos llamados
pulmones, cuya estructura y forma varía de acuerdo a la clase animal:
a) En los anfibios: la
mayor parte obtiene el oxígeno mediante las branquias durante la fase larvaria
que se degeneran durante la metamorfosis.
Los pulmones de los anfibios adultos son estructuras
simples parecidas a sacos. En la mayor parte de las ranas y sapos las paredes
de los pulmones poseen muchos pliegues llenos de alveolos que aumentan la
capacidad de captar oxígeno. Muchos anfibios poseen una tráquea corta la cual
se bifurca en dos bronquios que penetran en los pulmones. El aire es bombeado a
los pulmones del anfibio por un simple proceso de deglución.
La mayor parte de los anfibios
capta oxígeno por la piel. Algunos como la salamandra carece de pulmones y
branquias en la edad adulta por lo que obtienen el
oxígeno a través de la piel y del epitelio de la boca. Para poder realizar este
intercambio gaseoso la piel de los anfibios debe permanecer húmeda, por ello la
mayoría de los anfibios viven en zonas húmedas como pantanos y estanques.
b) En los Reptiles: se puede considerar los
pulmones de los reptiles como un paso intermedio entre los anfibios y los
vertebrados superiores. En general, son más complejos que el de los anfibios,
pues poseen abundantes cámaras internas aumentando así su eficacia en la
captación de oxígeno. En algunos lagartos, un pulmón es más grande que el otro
y en las serpientes el pulmón izquierdo esta reducido o no está presente.
Posiblemente esto se debe a la firma alargada de su cuerpo.
Los cocodrilos poseen pulmones
muy parecidos a los de los mamíferos. En los reptiles de cuello largo como las
tortugas, la tráquea es corta y con curvas. Los reptiles además de deglutir
aire como los anfibios, hacen también uso de las costillas y de los músculos
abdominales para aspirar aire hacia los pulmones.
c) En las Aves. Los pulmones de las
aves son pequeños y se expanden como en los mamíferos, sin embargo se conectan con 9 sacos aéreos situados en
diversas partes del cuerpo. Los sacos aéreos no poseen epitelios respiratorios
por lo tanto no intercambian gases pero sirven principalmente como reserva de
aire. Estos sacos aéreos permiten aumentar la eficiencia de la ventilación
pulmonar puesto que el aire fresco pasa
a través de los pulmones tanto durante la inhalación como durante la
espiración. Lo anterior hace que una corriente continua de aire pase por los
capilares pulmonares, asegurando así un intercambio eficaz de gases.
d) En los Mamíferos: el aire luego de ingresar
por las fosas nasales pasa por la faringe, luego a la laringe y después a la
tráquea, órgano que posee anillos cartilaginosos
Desde la tráquea el aire pasa a
los bronquios los cuales se dividen en conductos cada vez más pequeños y
terminan en los alveolos donde ocurre el intercambio gaseoso.En los mamíferos acuáticos se observan modificaciones adaptativas en diversas partes de su sistema respiratorio. Así por ejemplo poseen pliegues y válvulas para cerrar las aberturas nasales externas.
En
la ballena, por ejemplo, la epiglotis y la laringe tienen forma de tubo y la
parte superior de la faringe está cerrada fuertemente por músculos. Las focas
poseen adaptaciones importantes que las capacita para zambullirse a grandes
profundidades sin experimentar falta de oxígeno. Esto lo logran en parte porque
disminuyes la frecuencia cardiaca tan pronto como
se sumergen. Las focas pueden sumergirse hasta 600 metros de profundidad y
permanecer allí por 25 a 35 minutos.
SISTEMA RESPIRATORIO HUMANO
El hombre al igual que
los animales superiores requiere un sistema respiratorio eficiente donde se
combine una gran área superficial para el intercambio de gases y un sistema
circulatorio para transportar los gases a las células.
El sistema respiratorio humano está
conformado por:
a) Vías Respiratorias
b) Órganos para el intercambio gaseoso
A su vez las vías
respiratorias están constituidas por:
a) Fosas nasales
b) Faringe
c) Laringe
d) Tráquea
e) Bronquios
f) Bronquiolos
Fosas nasales
Son dos cavidades ubicadas en la región central de
la cara, posee cada una, una abertura externa que se comunica con el exterior
llamada NARINA
El techo de las fosas nasales lo constituye la
lámina cribosa del hueso etmoides, el piso el paladar óseo. Las paredes
laterales presentan tres cornetes: el superior y el medio pertenecen a las
masas laterales del hueso etmoides y el inferior es un hueso independiente.
Debajo de cada cornete existe un meato. El límite entre ambas fosas nasales
está dada por el tabique nasal formado por la lámina perpendicular del hueso
etmoides, el cartílago nasal y el hueso vómer.
Internamente cada fosa nasal está tapizada por una
membrana llamada PITUITARIA que se encuentra cubierta por numerosos CILIOS. El
aire al ingresar a las fosas nasales los cilios retienen algunos
microorganismos y el polvo
Además la pituitaria
calienta el aire que ingresa a la temperatura del cuerpo.
Entre las funciones que
cumplen las fosas nasales tenemos:
a)
Sirve
para acondicionar (purificar, calentar y humedecer) el aire inspirado
b)
Sirve
como caja de resonancia para la voz, a esto también contribuyen los senos
paranasales.
La Faringe
Es una vía común a los sistemas respiratorio y
digestivoComo vía respiratoria se comunica con las fosas nasales y la laringe.
Al inicio de la laringe existe una especie de válvula llamada EPIGLOTIS que cierra la laringe cada vez que se deglute desviando la comida hacia el esófago.
La epiglotis se abre cuando inspiramos permitiendo el paso del aire hacia los pulmones.
La faringe se extiende desde la base del cráneo hasta la
altura de la 6ta. Vértebra cervical.
La
faringe comprende tres regiones:
a) Faringe nasal: se comunica con las fosas nasales a través de las coanas
b) Faringe oral : se comunica con la boca a
través del istmo de las fauces
c) Faringe laringe; está detrás de la laringe y
se comunica con el esófago
Entre las funciones que cumple la faringe:
a) Vía digestiva
b) Vía respiratoria
c) Defensiva por la presencia de las amigdalas
La Laringe
Es un órgano de forma cilíndrica,
músculo-cartilaginoso que comunica la faringe con la tráquea. Se encuentra
ubicada en la parte anterior y media del cuello, debajo del hueso hioides,
encima de la tráquea. Se extiende desde
la 4ta a la 6ta vértebra cervical.
Mide aproximadamente 4,4
cm de longitud.
Estructuralmente posee 4
capas, siendo la más interna la denominada Mucosa que posee dos pares de
pliegues, los cueles se orientan en sentido anteroposterior. Estos pliegues se
denominan cuerdas vocales: las cuerdas vocales superiores o falsas y las
cuerdas vocales inferiores o
verdaderas. Dentro de cada cuerda vocal se incluye un ligamento de sostén y un
músculo esquelético denominado músculo vocal.
El espacio comprendido
entre las cuerdas vocales inferiores o verdaderas se denomina glotis. Estas
últimas son las únicas que intervienen en la fonación.
La Tráquea
Es un conducto que mide 10 a 12 cm de largo que
permite el paso del aire desde la laringe hacia los bronquios. Se localiza en
la región torácica, por delante del esófago.
Está formado por 15 a 20 anillos incompletos, es decir en forma de
U. Esta
tapizada por una capa mucosa formada por un epitelio que sirve para
eliminar partículas extrañas.
Los Bronquios
Se forman al dividirse la tráquea en dos bronquios: derecho
e izquierdo, los cuales ingresan a cada pulmón por el HILIO PULMONAR. Los
bronquios también están formados por anillos cartilaginosos y una vez que
entran a los pulmones se ramifican hasta numerosos bronquíolos.
Los Bronquiolos
Son conductos mucho más
delgados, no tienen cartílago, sólo tejido muscular liso. Pueden ser
intralobulillares, terminales
respiratorios, éstos últimos ya no son parte de las vias respiratorias,
pues poseen en sus paredes alveolos que realizan el intercambio gaseoso o hematosis.
Los Pulmones
Los pulmones son órganos de estructura esponjosa. Su
interior está dividido en pequeñas cavidades microscópicas llamadas alveolos lo
cual aumenta la superficie húmeda disponible para el intercambio gaseoso entre
el aire y la sangre.
MECANISMO DE LA
VENTILACIÓN PULMONAR
El proceso por el cual
entra y sale el aire de los pulmones se denomina ventilación pulmonar y
comprende dos fases:
a) Inspiración
b) Espiración
Inspiración
Cuando entra el aire a los pulmones el torax se
amplia y empuja hacia fuera las
Pero en realidad este mecanismo no es tan sencillo,
pues los pulmones no se pueden expandir por sí solos.
Los movimientos respiratorios son producidos por dos
músculos:
Los primeros levantan las
costillas y las empujan hacia fuera, aumentando así el volumen de la caja
toráxica. La corriente de aire entra por la tráquea hasta que la presión de los
pulmones iguale la presión atmosférica.
Espiración
Es pasiva, los músculos se relajan y los pulmones
por su elasticidad a su forma original,
lo mismo que los intercostales y el diafragma.Espiración
REGULACIÓN NERVIOSA DE
LA VENTILACIÓN
Al aumentar la cantidad de CO2 en el
plasma, estimula el centro respiratorio situado en el Bulbo raquídeo, este
envía impulsos nerviosos hacia el diafragma y músculos intercostales para
aumentar los movimientos respiratorios y eliminar el dióxido de carbono a la
vez que se proporciona mayor cantidad de oxígeno a las célulasTambién la acumulación de ácido láctico en los músculos debido a un esfuerzo grande, estimula al centro nervioso respiratorio.
RITMO Y CAPACIDAD
RESPIRATORIA
En el hombre el ciclo alternado de inspiración y espiración se repite de 12 a 18 veces por minuto. Un individuo en reposo mueve aproximadamente 500 ml de aire en cada ciclo. Si un sujeto inspira tan profundamente como le sea posible y luego espira con al misma intensidad en un dispositivo que mide el volumen expulsará aproximadamente 4500 m,l de aire. Esta cantidad se denomina Capacidad Vital y es generalmente elevada en atletas adiestrados. Por el contrario en ciertas enfermedades cardiacas o pulmonares la capacidad vital está considerablemente disminuida.
FENÓMENOS FÍSICO-QUIMICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO
El paso del oxígeno de los alveolos a los capilares
pulmonares y el anhídrido carbónico en sentido contrario se lleva a cabo
simplemente por un fenómeno llamado DIFUSIÓN. Cada gas va de una región de alta
concentración a otra de concentración más baja. Es decir, el aire al entrar a
los alveólos pulmonares tiene una alta concentración de oxígeno. La sangre que
viene del cuerpo y pasa por los capilares de los alveolos posee una baja
concentración de oxígeno, por ello el oxígeno pasa de los alveolos a la sangre.
El hierro de la molécula de hemoglobina en los glóbulos rojos de la sangre se
combina con el oxígeno.
La sangre también interviene en el transporte de
anhídrido carbónico. Normalmente las células del hombre en reposo elaboran unos
200 ml de anhídrido carbónico por minuto. Por tal motivo la sangre que fluye de
los tejidos a los pulmones tiene una concentración mayor de anhídrido carbónico
que el aire que se encuentra en los alveolos pulmonares. El oxígeno y el CO2
pasan del aire a la sangre y viceversa donde se combina con la hemoglobina de
los glóbulos rojos.
Esta combinación del oxígeno con la hemoglobina se
denomina OXIHEMOGLOBINA
Y su reacción puede
expresarse de la siguiente manera:
Hb + O2 ----------------- HbO2
Pero no sólo puede la hemoglobina combinarse con el
oxígeno, sino que la oxihemoglobina puede disociarse en hemoglobina y oxígeno:
HbO2 ------------------ Hb +
O2
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