Sistema respiratorio: notas útiles sobre el sistema respiratorio de diferentes animales
Notas útiles sobre el sistema respiratorio de diferentes animales!
Los peces cartilaginosos presentan el sistema branquial más primitivo. En Scoliodon, hay cinco pares de hendiduras branquiales detrás del arco hioides.
La hendidura branquial frente al arco hioides se reduce a un espiráculo que tiene una abertura extremadamente pequeña en la faringe y su abertura externa está cerrada y no llega a la superficie. La respiración cutánea está ausente en el tiburón.
Anfibia - Rana (Rana):
En Amphibia, la respiración cutánea es el pilar. La piel siempre se mantiene húmeda y la piel glandular secreta moco abundante para mantener la piel siempre húmeda. También hay respiración pulmonar, aunque el porcentaje de oxígeno que se ingiere a través de los pulmones es mínimo.
Las etapas larvales exhiben respiración branquial como en el renacuajo. El tracto respiratorio de la rana incluye nares externos, cámaras nasales, nares internos, cavidad bucofaríngea, glotis y cámara laringotraqueal. Las hendiduras y bolsas de branquias están ausentes.
Reptilia - Calotes (Lagarto):
Los reptiles son animales completamente terrestres. Ellos respiran aire a través de sus fosas nasales y el aire entra en los pulmones a través de la faringe, la glotis y la tráquea. La pared de los pulmones se lanza en alvéolos en forma de bolsillo en cuyas paredes hay capilares de sangre. Es dentro de estos alvéolos donde se produce el intercambio de gases. Tanto las inspiraciones como la expiración son provocadas por las costillas y los músculos intercostales.
Aves-Columba (Paloma):
En las aves, solo hay respiración pulmonar. En la paloma, la tráquea es tan larga como el cuello y los anillos traqueales son huesudos y completos. Los bronquios primarios también son soportados por anillos cartilaginosos en forma de C superpuestos. El órgano productor de sonido se conoce como la laringe caudal o syrinx. Los pulmones son más o menos sólidos, indistensibles, menos elásticos y pequeños.
Los pulmones tienen además nueve sacos de aire, un par de cervical, un par de torácico anterior, un par de torácico posterior, un par de saco de aire abdominal y uno mediano interclavicular. Estos sacos de aire ayudan a aligerar el peso del ave y también sirven para oxigenar el aire durante la espiración.
Como la oxigenación de la sangre tiene lugar durante la inspiración y la espiración, se dice que la respiración en las aves es doble respiración. La inspiración y la espiración son provocadas por la actividad del esternón, los músculos intercostales y los músculos abdominales. La presencia de capilares al aire libre, bolsas de aire y ausencia de aire contaminado residual hacen que los pulmones aviares sean más eficientes entre todos los vertebrados.
Mamíferos - Oryctolagus (Conejo):
Los mamíferos tienen un sistema de respiración bien adaptado adecuado para el medio ambiente terrestre. Los pulmones se colocan en el tórax por encima de un diafragma muscular. Hay muy poco espacio entre la pared torácica y los pulmones.
Los pulmones en el conejo son de 4 lóbulos a la derecha: azigóte anterior, superior o apical, derecho anterior, posterior y posterior a la derecha y de 2 lóbulos a la izquierda: lóbulo anterior izquierdo y lóbulo posterior izquierdo. El aire ingresa por el pasaje nasal que se abre hacia el exterior por las fosas nasales externas y hacia la faringe por las fosas internas, estas últimas pueden cerrarse por la parte final del paladar blando para evitar que alguna partícula de alimento ingrese al pasaje nasal . Luego, el aire pasa a través de la faringe y desde aquí ingresa a la glotis y a través de la laringe y la tráquea llegan a los bronquios y bronquiolos dentro de los pulmones.
Cuando la cavidad torácica se agranda elevando las costillas y el esternón y bajando el diafragma, los pulmones también se agrandan aspirando aire del exterior. La expiración es un proceso inverso. La pared de los alvéolos está ricamente provista de sangre. Entonces el intercambio de gases tiene lugar aquí.
Intercambio de gases:
El aire alcanza los alvéolos de los pulmones durante la inspiración. El aire atmosférico contiene
Oxígeno 20.9 por ciento Dióxido de carbono 0.04 por ciento
Nitrógeno y otros gases inertes 79% Variable de vapor de agua.
(i) Los gases siempre se difunden desde un área de mayor concentración al área de menor concentración.
(ii) Los gases siempre ejercen presión sobre todas las paredes de su contenedor y llenan su contenedor completamente.
(iii) Las moléculas de los gases están siempre en movimiento. Durante la respiración, los pulmones y el tracto respiratorio nunca están vacíos de aire. En cambio, hay un volumen tidal de aire (alrededor de 500 ml).
Los gases respiratorios como el oxígeno y el dióxido de carbono se mueven libremente por el proceso de difusión. El proceso de difusión es directamente proporcional a la presión causada por el gas solo. La presión ejercida por un gas individual se llama presión parcial. Se representa como PO2, PCO2, PN2 para oxígeno, dióxido de carbono y nitrógeno respectivamente.
El intercambio de gases se produce en los pulmones y en los tejidos corporales.
(A) Intercambio de gases en los pulmones:
Las arterias pulmonares transportan sangre desoxigenada (venosa) a los pulmones y las venas pulmonares transportan sangre oxigenada (arterial) desde los pulmones. En los pulmones, el intercambio de gases se produce entre los alvéolos y los capilares sanguíneos. Esto también se llama respiración externa.
La pared de los alvéolos es muy delgada y tiene una red rica de capilares de sangre. Debido a esto, la pared alveolar parece ser una lámina de sangre que fluye y se llama membrana respiratoria (= membrana alveolar-capilar). La membrana respiratoria se compone principalmente de (a) epitelio alveolar (b) membrana basal epitelial, (c) un espacio intersticial delgado (d) membrana basal capilar y (e) endotelio capilar.
Todas estas capas forman una membrana de 0, 2 mm de espesor. La membrana respiratoria tiene un límite de intercambio gaseoso entre los alvéolos y la sangre pulmonar. Se llama capacidad de difusión. La capacidad de difusión se define como el volumen de gas que se difunde a través de la membrana por minuto para una diferencia de presión de 1 mm Hg.
Además, depende de la solubilidad de los gases difusores. En otras palabras, a una diferencia de presión particular, la difusión del dióxido de carbono es 20 veces más rápida que el oxígeno y la del oxígeno es dos veces más rápida que el nitrógeno. La presión parcial de oxígeno (PO 2 ) en los alvéolos es más alta que la de la sangre desoxigenada en los capilares de las arterias pulmonares. A medida que los gases se difunden de una concentración más alta a una más baja, el movimiento del oxígeno es de los alvéolos a la sangre.
Lo contrario es el caso en relación con el dióxido de carbono. La presión parcial del dióxido de carbono (PCO 2 ) es mayor en la sangre desoxigenada (46 mm Hg) que en los alvéolos (40 mm Hg), por lo tanto, el dióxido de carbono pasa de la sangre a los alvéolos.
La presión parcial de nitrógeno (PN 2 ) es la misma (573 mm Hg) en los alvéolos que en la sangre. Esta condición se mantiene porque el nitrógeno no es utilizado como gas en el cuerpo.
(B) Intercambio de gases en tejidos:
La sangre oxigenada se envía desde los capilares sanguíneos al corazón. El corazón distribuye. Esta sangre oxigenada a varias partes del cuerpo a través de las arterias. Las arterias se dividen a partir de las arteriolas. Los últimos se dividen para formar capilares.
El intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre los tejidos capilares de la sangre y las células tisulares tiene lugar, lo que también se conoce como respiración interna. La presión parcial de oxígeno es más alta (95 mm Hg) que la de las células del cuerpo (20 mm Hg) y la presión parcial de dióxido de carbono es menor (46 mm Hg) que la de las células del cuerpo (52 mm Hg).
Por lo tanto, el oxígeno se difunde desde la sangre capilar a las células del cuerpo a través del fluido tisular y el dióxido de carbono se difunde desde las células del cuerpo de la sangre capilar a través del fluido tisular. Ahora la sangre se desoxigena. Este último es llevado al corazón y por lo tanto a los pulmones.
Transporte de gases en sangre:
La sangre transporta oxígeno de los pulmones al corazón y del corazón a varias partes del cuerpo. La sangre también trae dióxido de carbono de las partes del cuerpo al corazón y luego a los pulmones.
A. Transporte de oxígeno:
(i) Como gas disuelto:
Aproximadamente el 3 por ciento del oxígeno en la sangre se disuelve en el plasma que lleva oxígeno a las células del cuerpo.
(ii) Como oxihemoglobina:
Alrededor del 97% del oxígeno se transporta en combinación con la hemoglobina de los eritrocitos. El oxígeno y la hemoglobina se combinan en una reacción fácilmente reversible para formar oxihemoglobina.
Bajo la presión parcial alta, el oxígeno se une fácilmente con la hemoglobina en los capilares sanguíneos pulmonares. Cuando esta sangre oxigenada llega a los diferentes tejidos, la presión parcial del oxígeno disminuye y los enlaces que contienen oxígeno a la hemoglobina se vuelven inestables. Como resultado, se libera oxígeno de los capilares sanguíneos.
Una persona normal tiene aproximadamente 15 gramos de hemoglobina por cada 100 ml de sangre. 1 gramo de hemoglobina se une a aproximadamente 1, 34 ml de oxígeno. Así, en promedio, 100 ml de sangre llevan aproximadamente 20 ml (19.4 ml exactamente) de O 2 . Por lo tanto, en condiciones normales, alrededor de 5 ml de oxígeno son transportados por 100 ml de sangre.
Durante el ejercicio o en condiciones extenuantes, las células de los músculos consumen más oxígeno. La presión parcial de oxígeno en el tejido cae, como resultado de lo cual, la sangre a nivel del tejido tiene solo 4, 4 ml de oxígeno / 100 ml de sangre. Así, alrededor de 15 ml de oxígeno es transportado por la hemoglobina durante el ejercicio.
Curva de disociación oxígeno-hemoglobina:
El porcentaje de hemoglobina que se une con O 2 se denomina porcentaje de saturación de hemoglobina. Depende de la PO 2 en la sangre. La PO 2 en la sangre oxigenada que sale de los pulmones es de aproximadamente 95 a 97 mm Hg, y en este caso la hemoglobina P02 es aproximadamente un 97% saturada con O 2 .
El P0 2 en la sangre desoxigenada que retorna de los tejidos corporales es de solo 40 mm Hg y en este PO 2, la hemoglobina está saturada con O 2 solo entre el 70% y el 75%. Esta relación entre la PO 2 y el porcentaje de saturación de la hemoglobina con O 2 se representa gráficamente mediante una curva llamada curva de disociación oxígeno-hemoglobina, que es un sigmoide típico debido a esta relación. En otras palabras, esta curva muestra cómo se carga y descarga el oxígeno debido a la presión parcial. Esta curva depende de PO 2, PCO 2, temperatura y pH.
Efecto Bohr:
En un medio ácido, el oxígeno se separa más fácilmente de la hemoglobina. El efecto del aumento de la acidez en la hemoglobina se denomina efecto Bohr que lleva el nombre del fisiólogo danés Christian Bohr. El efecto Bohr facilita la liberación de 0 2 de la oxihemoglobina en los tejidos donde la producción de CO2 disminuye el pH.
B. Transporte de dióxido de carbono:
En la oxidación de los alimentos, se producen dióxido de carbono, agua y energía. El dióxido de carbono en forma gaseosa se difunde de las células a los capilares, donde se transporta de tres maneras.
(i) Como gas disuelto:
Debido a su alta solubilidad, aproximadamente el 7% del dióxido de carbono se disuelve en el plasma sanguíneo y se transporta en forma de solución a los pulmones.
La sangre desoxigenada (venosa) (PCO 2 es de 40 mm Hg) y la sangre oxigenada (arterial) (PCO 2 es de 40 mm Hg) transportan aproximadamente 2, 7 ml y 2, 4 ml de CO2 por cada 100 ml de sangre en estado disuelto en plasma, respectivamente. Por lo tanto, aproximadamente 0, 3 (2, 7 menos 400 ml, 2, 4) ml de CO2 se transportan por 100 ml de sangre en estado disuelto en plasma sanguíneo. Esto es aproximadamente el 7% de todo el CO 2 transportado por la sangre desde los tejidos a los pulmones.
(ii) Como iones bicarbonato:
El dióxido de carbono disuelto en la sangre reacciona con el agua del ácido carbónico. Esta reacción es muy lenta en el plasma sanguíneo, pero ocurre muy rápidamente dentro de los glóbulos rojos porque una enzima que contiene zinc, la anhidrasa carbónica, presente en los glóbulos rojos, acelera su velocidad unas 5000 veces. Debido a esto, aproximadamente el 70% de CO 2 (aproximadamente 2.5 ml por 100 ml de sangre), recibido por la sangre de los tejidos, ingresa a los RBC donde reacciona con el agua para formar ácido carbónico (H 2 CO 3 ).
Casi tan rápido como se forma, todo el ácido carbónico de los glóbulos rojos se disocia en hidrógeno (W) e iones bicarbonato (H 2 CO 3 - ).
La mayoría de los iones de hidrógeno se combinan con la hemoglobina en los glóbulos rojos porque la hemoglobina es un potente tampón ácido-base. A su vez, muchos de los iones bicarbonato se difunden en el plasma sanguíneo, mientras que los iones de cloruro se difunden en los glóbulos rojos.
Esto es posible gracias a la presencia de una proteína portadora de cloruro de bicarbonato especial en la membrana de los glóbulos rojos que mueve sus dos iones en direcciones opuestas a velocidades rápidas. Por lo tanto, el contenido de cloruro de los glóbulos rojos (desoxigenados) venosos es mayor que el de los glóbulos rojos (oxigenados).
Cambio de cloruro (= fenómeno de la hamburguesa). La salida de los iones bicarbonato cambia considerablemente el equilibrio iónico entre el plasma y los eritrocitos (RBC). Para restablecer este equilibrio iónico, los iones de cloruro se difunden desde el plasma hacia los eritrocitos.
Este movimiento de iones de cloruro se llama cambio de cloruro (= fenómeno de Hamburger). Este último mantiene un equilibrio ácido-base de pH 7.4 para la sangre y el equilibrio electroquímico entre los eritrocitos y el plasma. Los iones de cloruro (CI - ) en el interior.
Los glóbulos rojos se combinan con el ion potasio (K + ) para formar cloruro de potasio (KC1), mientras que los iones de carbonato de hidrógeno (HCO3) en el plasma sanguíneo se combinan con Na + para formar hidrogenocarbonato de sodio (NaHCO3).
(iii) Como carbaminoheamoglobina:
Además de reaccionar con el agua, el dióxido de carbono también reacciona directamente con los radicales amino (NH 2 ) de la hemoglobina para formar un compuesto inestable carbaminohaemoglobina (CO 2 HHb, también escrito HbCO 2 ). Esta es una reacción reversible. Una pequeña cantidad de dióxido de carbono también reacciona de la misma manera con las proteínas plasmáticas. Alrededor del 23 por ciento de CO2 se transporta en combinación con hemoglobina y proteínas plasmáticas.
Liberación de dióxido de carbono en los alvéolos del pulmón:
Las arterias pulmonares llevan sangre desoxigenada a los pulmones. Esta sangre contiene dióxido de carbono disuelto en el plasma sanguíneo, como iones bicarbonato y como carbominohemoglobina.
(i) El CO 2 es menos soluble en sangre arterial que en sangre venosa. Por lo tanto, algo de CO2 se difunde desde el plasma sanguíneo de los capilares pulmonares hacia los alvéolos pulmonares.
(ii) Para la liberación de CO 2 del bicarbonato se producen una serie de reacciones inversas. Cuando la hemoglobina de los capilares sanguíneos del pulmón ocupa O 2, se libera la W de ella. Luego, los iones Cl y HCO 3 se liberan de la sangre KC1 y de NaHCO 3 en el RBC, respectivamente. Después de esto, HCO 3 reacciona con H + para formar H 2 CO 3 . Como resultado, el H 2 CO 3 se divide en dióxido de carbono y agua en presencia de la enzima anhidrasa carbónica y el CO2 se libera en los alvéolos de los pulmones.
(iii) La alta PO 2 en los capilares sanguíneos del pulmón debido a la oxigenación de la hemoglobina favorece la separación de CO2 de la carbaminohemoglobina.
Efecto Haldane:
La unión del oxígeno con la hemoglobina tiende a desplazar el dióxido de carbono de la sangre. Este efecto se llama efecto Haldane (JS Haldane, un fisiólogo escocés). Es cuantitativamente mucho más importante en la promoción del transporte de dióxido de carbono que el efecto Bohr en la promoción del transporte de oxígeno.
Regulación de la respiración:
La respiración está bajo regulación nerviosa y química.
Regulación nerviosa de la respiración:
La respiración tranquila normal ocurre involuntariamente. Los seres humanos adultos respiran de 12 a 14 veces por minuto, pero los bebés humanos respiran aproximadamente 44 veces por minuto. En cada respiración en los seres humanos, la inspiración representa aproximadamente dos y la expiración durante aproximadamente tres segundos.
El 'centro respiratorio' está compuesto por grupos de neuronas ubicadas en la médula oblonga y pons varolii. El centro respiratorio regula la frecuencia y la profundidad de la respiración. El centro respiratorio se divide en tres grandes colecciones de neuronas.
1. Grupo respiratorio dorsal:
Se encuentra en la porción dorsal de la médula oblonga. Los impulsos nerviosos del grupo respiratorio dorsal estimulan los músculos del diafragma (músculo inspiratorio primario) para aplanar estos últimos y los músculos intercostales externos para elevar las costillas. Esto trae consigo la inspiración. Así, el grupo respiratorio dorsal causa principalmente inspiración.
2. Grupo respiratorio ventral:
Se encuentra en la parte ventrolateral de la médula oblonga. Emite señales tanto para la inspiración (para el diafragma como para los músculos intercostales externos) y la espiración (para los músculos intercostales internos y los músculos de la pared abdominal). Por lo tanto, el grupo respiratorio ventral puede causar inspiración o expiración, dependiendo de qué neuronas en el grupo se estimulen.
3. Centro neumotóxico:
Se encuentra en la parte dorsal de pons varolii. Emite impulsos a todas las neuronas del grupo respiratorio dorsal y solo a las neuronas inspiratorias del grupo respiratorio ventral. Estos impulsos regulan el tiempo de inspiración tanto en la respiración normal como en la anormal. El efecto principal de estos es controlar el punto de "apagado" de la señal inspiratoria. Por lo tanto, la función del centro neumático es principalmente limitar la inspiración.
Hay otro centro extraño llamado centro apneústico, ubicado en la parte inferior del pons varolii. Se piensa que opera en asociación con el centro neumotóxico para controlar la profundidad de la inspiración.
4. Regulación química de la respiración:
El mayor número de quimiorreceptores se encuentra en los cuerpos carotídeos. Sin embargo, un número considerable de quimiorreceptores se encuentran en los cuerpos aórticos. Los cuerpos carotídeos están localizados bilateralmente en la bifurcación de las arterias carótidas comunes y sus fibras nerviosas aferentes pasan a través de los nervios craneales glosofaríngeos y de allí al área respiratoria dorsal de la médula oblongada. Los cuerpos aórticos están ubicados a lo largo del arco de la aorta y sus fibras nerviosas aferentes pasan a través de los nervios craneales vaginales (Sing, vagus) y, por lo tanto, al área respiratoria dorsal.
Estos quimiorreceptores de los cuerpos carotídeo y aórtico son estimulados por un aumento en la concentración de dióxido de carbono y por un aumento en la concentración de iones de hidrógeno (pH) en la sangre arterial. El aumento de CO2 disminuye el pH resultante de la acidosis. Estos quimiorreceptores envían señales a los centros inspiratorios y espiratorios. Así se incrementa la tasa de respiración.
Sin embargo, el oxígeno no parece tener un efecto significativo en el centro respiratorio.
