Respiración

Respiración en los seres vivos

Institución Educativa Departamental Serrezuela.

Ciencias naturales y educación ambiental: biología.
Versión 1,0

Autor: José Luís García García

Año: 2012

Respiración
Organísmica Celular

Intercambio de gases entre Metabolismo celular y
un individuo y su ambiente reacciones químicas

Respiración celular
• Existen muchos tipos.

• Solo nos enfocaremos
en la respiración celular
aeróbica

• En hongos, plantas y
animales

Respiración celular aeróbica
• Sistema metabólico.

• Opera a nivel celular.

• Produce energía
quemando azucares.

Respiración celular
aeróbica
• Requiere de oxígeno →
liberar energía.

• Es el verdadero sistema para
la nutrición

Respiración organísmica

• Suple de oxígeno a
las células.

• Las células pueden
realizar la
respiración celular
aeróbica

Respiración
organísmica
• Las células obtienen
oxígeno por difusión
simple.

• La mayoría de los seres
vivos no tienen
aparatos respiratorios


• Intercambio de gases entre un organismo y su
medio ambiente.

• Los gases → oxígeno (entra) y dioxido de
carbono (sale)

Factores que afectan la respiración:

1- Presión parcial de oxígeno
2- El grosor y forma de los capilares
3- El fluido de transporte de oxígeno
4- El confinamiento
5- La relación entre el área y el volumen

• Presión parcial de
oxígeno:

El O2 se encuentra
mezclado con otros
gases o en agua.

• Presión parcial de oxígeno:

• Presión parcial de
oxígeno:

Cuando una membrana
semipermeable separa
dos medios se genera la
difusión simple.


• Grosor del capilar →
difusión simple:

Requiere de
membranas muy
delgadas llamadas
capilares.


• Forma del capilar
→ difusión simple

Los capilares son
mas útiles cuando
se pliegan.

• Sistema de capilares:

El sistema circulatorio
hace parte del
respiratorio al transportar
el O2 al resto del cuerpo.

• Sistema de capilares:

• El fluido de transporte de
oxígeno:

Alto consumo de O2
Tranportador
Hemoglobina, hemocianina
o hemolinfa

• El fluido de transporte de oxígeno:

• El confinamiento

Unos seres vivos
están encerrados
en corazas
permeables a los
gases



Otros no y requieren
aberturas para que
los gases fluyan.

• La relación entre el área y
el volumen

Cuando mas grande es un ser
vivo requiere de un mejor
aparato respiratorio


• Aparato respiratorio
hongos, y unicelulares.

La mayoría de los seres
vivos no requieren de
aparato respiratorio.

• Respiración hongos, y unicelulares: Por difusión
directa, eso si no dependen de metabolismos
anaeróbicos

• Respiración externa: desde el ambiente al
interior del ser vivo → ventilación.

• Respiración interna: desde un capilar a un
tejido en el interior del ser vivo → perfusión

Respiración externa e interna

Oxígeno en aire y en agua

• ¿Por qué los peces no
pueden respirar el
oxígeno atmosférico,
pero si el que esta en
solución?

• ¿Por que tienes que colocarle un oxigenador a la
pecera?

• El agua hace flotar los tejidos sin esfuerzo.

• Los capilares funcionan solo si están expandidos.
Si no, colapsan.

• En el aire los tejidos colapsan.
• Requieren de un marco para no colapsar.

• La presión parcial de
oxígeno en el agua
aumenta si esta se
encuentra en movimiento.

• En un estanque se requiere
de un oxigenador artificial


• Aparato respiratorio en
plantas

• Aparatos respiratorios
en los animales

Aparato respiratorio en algas
• No tienen

• Producen O2

• Respiran por
difusión simple de
gases.

Aparato respiratorio en plantas
• No se mueven → no consumen mucha energía.

• Solo requieren sistema de intercambio de gases
→ estómas

• También respiran enzimáticamente → plantas
Camp C4.


• Las plantas
producen su
propio O2

• El gas
absorbido es
CO2

Aparato respiratorio
en plantas
El sistema C4 y Camp no
requiere de estomas.

El CO2 es capturado por
una enzima llamada
“fosfopiruvato carboxilasa”
y llevado a los cloroplastos

• Las plantas C4 y Camp son mas eficientes en
ambientes secos y muy cálidos

Aparato respiratorio en animales
Absorben O2

Emiten CO2

Son eventos simultáneos.

De lo contrario se
produce asfixia y/o
envenenamiento de la
sangre

Aparato respiratorio en animales

• Esponjas
• Cnidarios y algunos gusanos
• Moluscos
• Artrópodos
• Vertebrados

en esponjas

en esponjas
• NO requieren.

• Los coanocitos ayudan a la
ventilación agitando sus
flagelos.

• No existen perfusión → no
tienen S. circulatorio

Aparato respiratorio en cnidarios

Aparato
respiratorio en
cnidarios

Aparato respiratorio en cnidarios
• Sus tejidos son muy
delgados.

• No requieren

• Los tentáculos ayudan a
la ventilación

Aparato respiratorio en gusanos
• Platelmintos.

Son muy pequeños
No requieren
Algunos son anaeróbicos

• Nemátodos.

Son muy pequeños
No requieren

• Anélidos

Son muy pequeños
No requieren

• Anélidos

Aparato respiratorio en moluscos

• Branquias (en agua)
• Pulmón (en tierra)
• Sistema circulatorio
abierto.

Aparato respiratorio en moluscos

Aparato respiratorio en artrópodos
• Los crustáceos
respiran por
branquias:

Internas o externas

• También los quelicerados
marinos respiran por
branquias

• Sistema de tráqueas

Tubos con aberturas que
permiten la difusión de
los gases

• Sistema circulatorio
abierto.

Aparato respiratorio en
artrópodos
• La cantidad de oxígeno
no ha sido la misma.

• La edad de los grandes
insectos se dio en la
época de mayor
contenido de oxígeno

Aparato respiratorio en vertebrados
• Introducción
• Respiración interna y externa
• Órganos respiratorios
• Branquias
• Órganos cutáneos
• Estructuras accesorias y bucales
• Bolsas de gas

Aparato respiratorio en vertebrados

• Respiración interna y externa
• Órganos respiratorios y su interacción con los
sistemas circulatorios

Introducción
respiración en vertebrados

• Los vertebrados
terrestres poseen
sistemas
especializados para la
respiración externa e
interna

Respiración interna y externa
• La respiración interna o perfusión es llevada a
cabo por el aparato circulatorio
• Deberemos ver
generalidades de los
aparatos circulatorios
de diferentes seres
vivos

Órganos respiratorios: ventilatorios
En esta parte nos
enfocaremos en la
ventilación: el intercambio de
gases entre el ambiente y e
ser vivo.

Aunque los mas famosos son
pulmones y branquias, existen
otros

Branquias
• Cualquier sistema
respiratorio posee un
tejido con una gran
cantidad de capilares
que capturan oxígeno y
liberan dióxido de
carbono.

Branquias
• Las branquias son un tejido altamente
vascularizado, con muchos capilares.

• Deben estar flotando y húmedas para poder
funcionar.

• Para respirar oxigeno atmosférico los peces han
desarrollado mecanismos alternativos

Branquias

Están soportadas
por elementos del
esqueleto,
llamados arcos
branquiales

Branquias
• Existen cuatro tipos de branquias:

– Branquias circulares
– Branquias septadas
– Branquias opercualres
– Branquias externas

Órganos cutáneos y accesorios de
respiración
Descontando los
pulmones, los peces han
desarrollado una diversidad
de estructuras que les
permite obtener el oxigeno
atmosférico

Órganos cutáneos y accesorios de
respiración
Por lo general, son
tejidos modificados para
el intercambio de gases.

La modificación requiere
de un incremento en los
capilares del tejido

Órganos respiratorios cutáneos

Despojar la piel de
su confinamiento,
permite utilizarla
como un órgano de
respiración de aire.

Órganos respiratorios cutáneos
• La anguila europea
puede respirar a través
de la piel en un 30%

• Las larvas de la anguila de los pantanos de Asia
(Monopterus albus) respiran exclusivamente por la
piel

• Las salamandras adultas del genero Plethodontidae
no tienen pulmones. Respiran 100% por la piel

• Las serpientes
marinas
pueden respirar
un 30% a través
de ciertas
secciones de
sus pieles

• Las tortugas que viven en zonas con
inviernos fuertes, hibernan.
• En tal caso, pueden respirar
totalmente por sus cloacas

• Los murciélagos
emiten 12% de su CO2
de desecho por los
capilares de las alas.

• Pero solo toman un 1% de
su oxígeno por los
capilares de las alas

Órganos respiratorios accesorios
• Hoplosternum, es
un pez gato
tropical que ha
modificado la
pared del tracto
gastrointestinal
para respirar aire
atmosférico

• Las anguilas
eléctricas
pueden realizar
el intercambio
de gases por la
boca

Bolsas de gas

Una bolsa de gas es un
órgano que encierra a un
capilar en un medio acuoso
interno, el mas famoso es el
pulmón, pero existen otros,
la vejiga natatoria y los sacos
aéreos

Bolsas de gas

• Vejigas natatorias
• Pulmones en peces
• Pulmones en vertebrados terrestres
• El sistema ventilatorio humano
• Los sacos aéreos y el sistema ventilatorio de
las aves y los dinosaurios

Vejigas natatorias
Son los sacos aéreos mas antiguos.

Es una bolsa de gas conectada por un ducto
ventilatorio al esófago.

Muy común en los peses óseos y en sus parientes,
los vertebrados terrestres

Vejigas natatorias
Funciona como un flotador que controla la altura del
pez en sentido vertical.

Vejigas natatorias
La bolsa de gas obtiene su oxígeno por dos formas

Vejigas natatorias
1- Por ingestión directa desde el esófago

Vejigas natatorias
2- Por deposición del oxígeno desde los capilares
del epitelio de la bolsa a la cavidad «pulmón
inverso»

Vejigas natatorias
• Si se acopla la forma (1) con la forma (2) de
manera invertida se obtiene la función de un
pulmón.

Vejigas natatorias
• Diferencias entre las
vejigas natatorias y los
pulmones:

– Las vejigas natatorias
generalmente son
dorsales y los pulmones
son ventrales.

Vejigas natatorias
• Diferencias entre las
vejigas natatorias y
los pulmones:

– Existe variación
intermedia entre la
posición dorsal y la
posición ventral

Vejigas natatorias
Las vejigas natatorias son
únicas, mientras que
muchos pulmones se
generan en parejas.

Sin embargo, muchos
pulmones también están
solos, como en algunos
peces dipnoi

Vejigas natatorias
• Similitudes entre las vejigas natatorias y los
pulmones
– Estructura similar, desarrollo embrionario similar.

Vejigas natatorias
- Reversiones evolutivas y/o función simultánea entre vejiga
natatoria y pulmón.

Pulmones en peces

• Los pulmones capturan
oxigeno a través de un
tubo respiratorio o
laringe que se conecta
al canal alimenticio o
faringe a través de la
tráquea

Pulmones en peces

Aun no se sabe cual de
las funciones de la bolsa
de gas fue la mas
primitiva:

1. Órgano de flotación
(vejiga natatoria)
2. Órgano ventilatorio
(pulmón)

Pulmones en peces
• Se conocen varias especies de
peces pulmonados: Los
polypteriformes y los dipnoi

Pulmones en peces
• Lo mas relacionados
con los vertebrados
terrestres y con los
humanos son los
Dipnoi, de los cuales
solo quedan tres
especies:

Pulmones en peces
• Entre los Dipnoi tenemos a:
Neoceratodus forsteri de
Australia

Pulmones en peces
• El segundo Dipnoi es: Protopterus annectens de
Africa

• El tercer Dipnoi es:
Lepidosiren paradoxa
de América

Pulmones en peces
• Lepidosiren paradoxa es
interesante, pues sus
larvas (alevinos) poseen
branquias externas

Pulmones en peces

Los fósiles de los peces
pulmonados son muy
comunes durante el
periodo devónico: 417-
354 millones de años
antes del presente

Pulmones en peces
• Dipterus

Pulmones en peces
• Eusthenopteron

Pulmones en peces
• Panderictis

Pulmones en peces

• Tiktaalik

Pulmones en vertebrados terrestres

Se encuentran
generalmente en la
zona ventral del
animal.


Generalmente hay dos
pulmones en el
individuo

Pulmones en vertebrados
terrestres

• Los pulmones están
conectados al corazón por un
circuito circulatorio
independiente de la
circulación mayor


En algunos animales,
la tráquea puede
proyectarse hacia el
exterior de la boca
para comer y respirar
al mismo tiempo

Algunos vertebrados
como las serpientes,
solo poseen un
pulmón

Otros vertebrados como
las salamandras no
tienen pulmones


Embriológicamente
se forman a partir de
elongaciones de la
pared del esófago
igual que las vejigas
natatorias

El sistema ventilatorio humano

• Su estructura es la
misma que en la
mayoría de los
vertebrados terrestres

El aire ingresa por la
cavidad nasal en los
animales con paladar
secundario

O por la cavidad bucal
en los animales con
paladar primario

El sistema ventilatorio
humano
Al llegar a la faringe, el
aire es desviado hacia la
laringe gracias a que la
glotis permanece abierta.

Luego la laringe se
segmenta y se denomina
tráquea


En pulmones pareados
(dos pulmones), la tráquea
se divide en dos conductos
llamados bronquios


Al ingresar en el pulmón,
los bronquios se ramifican
sucesivamente formando
los bronquiolos


Los bronquiolos mas
pequeños terminan en
regiones sin salida
llamadas alveolos.

Los alveolos tienen
epitelios muy delgados,
conectados a capilares
sanguíneos.

Allí ocurre el intercambio
de gases externo (proceso
de ventilación)

Los sacos aéreos y el sistema ventilatorio
de las aves y los dinosaurios

Los sacos aéreos son
estructuras accesorias
que permiten a las aves
respirar de manera
continua durante el
vuelo.

En las aves modernas, por lo general son 9 sacos
aéreos sin contar los pulmones:

1. Saco cervical X 2
2. Saco interclavicular X 1
3. Sacos torácicos anteriores X2
4. Sacos torácicos posteriores X2
5. Sacos abdominales X2


Los tubos de los sacos
aéreos atraviesan los
huesos y conectan bolsas
en varias posiciones del
animal

Los sacos aéreos y el
sistema ventilatorio de las
aves y los dinosaurios
Los huesos atravesados por los
conductos de los sacos aéreos
muestran patrones específicos
para la aves

Los sacos aéreos y el
sistema ventilatorio
de las aves y los
dinosaurios
Los dinosaurios
terópodos
depredadores también
poseen el mismo
patrón

Los ceratosaurios del
genero Majungatholus
son los dinosaurios
mas lejanos a las aves
que presentan
evidencia de sacos
aéreos

Por lo anterior, se
postula que los
dinosaurios terópodos
depredadores respiraban
de forma similar a las
aves, aunque no para
volar

Si no para correr.

Respiración interna y externa

• Respiración externa → ventilación → branquias,
pulmones, piel entre otros.

• Respiración interna → perfusión → intercambio de
gases entre el sistema circutalorio y los tejidos
internos del animal.

Órganos respiratorios y su interacción con
los sistemas circulatorios

Si bien, los sistemas ventilatorios
(pulmones, branquias, piel o tejidos accesorios)
permiten al animal captar oxigeno, este debe llegar
a los tejidos, y de esto se encarga el sistema
circulatorio

Órganos respiratorios y su interacción
con los sistemas circulatorios
Dependiendo del modo
en que se captura oxigeno
«del tipo de órgano
ventilatorio» tenemos
diferentes tipos de
circuitos sanguíneos

Órganos respiratorios y su interacción con
los sistemas circulatorios
El circuito sanguíneo conecta a
la respiración externa (órganos
ventilatorios) con la
respiración interna (red de
capilares sistémicos)

Clave de dibujo:
Branquias:

Clave de dibujo:
Capilares sistémicos:

Clave de dibujo:
Órgano respiratorio
accesorio:

• Circuito circulatorio de los peces estrictamente
acuáticos.
• Circuitos respiratorios de los peces que respiran
oxigeno atmosférico.
• Circuitos circulatorios de las vejigas natatorias
sistémicas
• Circuitos circulatorios de los pulmones

Circuito circulatorio de los peces
estrictamente acuáticos.

Circuitos respiratorios de los peces que
respiran oxigeno atmosférico.

Los peces que poseen sistemas accesorios de
respiración fuera de las branquias, tienen
desviaciones en sus sistemas circulatorios que
conectan a sistemas de capilares secundarios
para el intercambio de gases.

Peces con la capacidad se sobrevivir fuera del agua
por periodos prolongados de tiempo

1- De la faringe o mucosa opercular.

2- Peces que respiran literalmente por la
boca, branquias adaptadas a la respiración
atmosférica o por el opérculo.

3- Respiración atmosférica derivada del tracto
gastrointestinal

Género: Monopterus


Género: Ophiocephalus o cabezas de serpiente

Los peces cabeza de
serpiente son famosos
por ser especies invasoras
en los Estados Unidos,

Porque pueden caminar
entre estanques e invadir
otras zonas


Género:
Electrophurus o
anguila eléctrica

2- Peces que respiran literalmente por la
boca, branquias adaptadas a la respiración
atmosférica o por el opérculo.
Género: Clarias o Pez
gato caminante.

Puede permanecer en
tierra por días y es una
especie invasora

2- Peces que respiran literalmente por la boca, branquias
adaptadas a la respiración atmosférica o por el opérculo.

3- Respiración atmosférica derivada
del tracto gastrointestinal

Circuitos circulatorios de las vejigas
natatorias sistémicas

Circuitos circulatorios de los pulmones
• Pulmones en peces
• Pulmones en vertebrados terrestres

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