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ANATOMÍA ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS CIRCULATORIO Y

RESPIRATORIO EN ANIMALES ACUÁTICOS

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1. Sitio de intercambio

2. Sistema ventilatorio

3. Líquido respiratorio

4. Sistema vascular (formado de arterias, capilares y venas)

5. Órgano de propulsión

Componentes del Sistema Circulatorio/Respiratorio

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Sitios de Intercambio• Lugar donde se obtiene el oxígeno del medio para ingresarlo al cuerpo y al mismo tiempo se desecha el dióxido de carbono (otros metabolitos)

•También se le conoce como estructura respiratoria

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Tráqueas

Pulmones

Branquias◦ Branquias de penacho◦ Branquias lamelares◦ Branquias filamentosas

Estructuras respiratorias en animales (sitios de intercambio)

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Traqueas

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Sistemas traqueales acuáticos

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Evaginaciones=no se les considera pulmones

Órganos respiratorios muy eficientes. En el agua solamente el 3% del oxígeno disponible en relación al ambiente externo

Por su estructura tienen un área superficial grande

Ayudan al intercambio de oxígeno y dióxido de carbono

Branquias

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Tipos de branquias

Branquias de penacho

Branquias filamentosas

Branquias lamelares

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La estructura general de las branquias es constante en todos los organismos superiores. En el caso de los peces varía de acuerdo a su posición en la escala evolutiva. En peces pueden estar en bolsas y presentar aberturas branquiales; ser septados y presentar aberturas branquiales; o presentar una cámara branquial.

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Larva de salamandra marmoleada a la que se le observan claramente las branquias externas. Tomado de: http://www.naturalsciences.org/education/treks/amphibian/2007/pages/Marbled%20Salamander%20Larvae.html

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Sistema branquial de una lamprea

Bolas branquiales (GP) y aorta media ventral (MVA)

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Se dividen en:◦ Lamelas primarias◦ Lamelas secundarias

Hemibranquias: unión de dos branquiasArco branquial: estructura rígida de soporte

Estructura de las branquias

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Arco branquial

Lamela Primaria

Hemibranquia

Lamela secundaria

Arco branquial

Filamentos branquiales

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Pilares: para estructura

Mucosas: producen mucus

Células epiteliales planas: cumplen con la función de intercambio gaseoso

Serosas (de pavimento): dan estructura, se encuentran en las lamelas secundarias

Ionocitos o células de cloruro: se encargan de la osmorregulación

Células que conforman la branquia

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Continuación Estructuras Respiratorias

Martes, septiembre 08 de 2009.

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Estructuras Pulmonares

Son invaginacionesde tejido vascularizado

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Sistema VentilatorioSistema que permite el intercambio del sustrato respiratorio (aire o agua) para eliminar el que esté deficiente en oxígeno y contaminado con dióxido de carbono por sustrato nuevo, rico en oxígeno y pobre en dióxido de carbono

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Se requiere en animales activos para mejorar la eficiencia respiratoria al asegurar que suficiente volumen del medio externo pase por el sitio de intercambio

Para lograr este propósito el sitio de intercambio está interrelacionado con el sistema circulatorio

Sistema ventilatorio

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Mecanismo específico◦ Bomba bucal-opercular en peces◦ Movimiento del diafragma

Uso del movimiento del agua durante la natación◦ Ventilación ram en peces de nado rápido y

continuo◦ Movimiento de apéndices locomotores en

crustáceos

Formas de crear la corriente ventilatoria

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Flujo de agua durante los movimientos ventilatorios en un pez

Cavidad bucal

Cavidad opercular

Esó

fago

Opérculo

Cubierta branquialArco

branquial

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Sistema de ventilación ram Puede asociarse

con la alimentación

Se presenta en nadadores rápidos (escómbridos) y elasmobranquios

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Líquido Respiratorio

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Tejido complejo del que se vale el sistema circulatorio para transportar los materiales a través del cuerpo

Característico de sistemas cardiovasculares complejos

Además de oxígeno y dióxido de carbono ayuda a transportar nutrientes, productos de desecho, y hormonas

Vehículo de casi todos los procesos homeostáticos y con funciones en casi todos los procesos fisiológicos

Líquido Respiratorio

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Fija y transporta el oxígeno del sitio de intercambio hasta los tejidos

Transporta dióxido de carbono de los tejidos al sitio de intercambio para excretarlo

Transporta otros materiales disueltos

Función Respiratoria del Líquido Respiratorio

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Buffer de la sangre

Transporte y vehículo del sistema inmunológico

Transporte de otros materiales y mensajes químicos a través del cuerpo (hormonas por ejemplo)

Otras Funciones de los Líquidos Respiratorios

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Hidrolinfa:◦ Carece de pigmento, presente en grupos

evolutivos bajos (esponjas, celenterados, equinodermos), no presenta células

Hemolinfa:◦ Presenta células y pigmentos (vermes, moluscos,

crustáceos, arácnidos), pigmento disuelto, no dentro de la células

Sangre:◦ Forma más desarrollada de pigmento

respiratorio, pigmento dentro de la célula (vertebrados, vermes, moluscos y equinodermos)

Líquidos Respiratorios en Animales Acuáticos

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Compuestos que presentan la propiedad de poder fijar con facilidad el oxígeno

Ayudan a mantener la presión coloidosmótica del líquido respiratorio

Actúan como buffers en el transporte de dióxido de carbono

Pigmentos respiratorios

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Hemoglobina (Hb): vermes, moluscos, crustáceos, equinodermos, vertebrados

Hemocianina (Hcy): moluscos, crustáceos, arácnidos

Clorocruorina (Cr): vermes

Hemeritrina (Hry): vermes

Tipos de pigmentos respiratorios

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Cambia sus características físicas y químicas de acuerdo a la especie

Puede localizarse: extracelularmente, intracelularmente (eritrocitos), tejidos (muscular y nervioso)

También presenta afinidad con el dióxido de carbono

A pH ácido disminuye la capacidad de transporte de oxígeno

Hemoglobina Hb

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Estructura de la hemoglobina

Es un tetrámero Puede transportar

cuatro moléculas de oxígeno

Presenta fijación cooperativa por modificaciones alostéricas

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Núcleo de cobre

Disuelto en la hemolinfa

Menos eficiente que Hb

Su afinidad por el oxígeno cambia de acuerdo a la especie:◦ Bentónicos: alta afinidad◦ Pelágicos: poca afinidad

Hemocianina

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Clorocruorina Hemeritrina

Solo en anélidos

Similar a la Hb

Se “envenena” fácilmente con el dióxido de carbono

Más reciente en descubrirse

Posee 3 veces más hierro que la Hb

No se “envenena” con dióxido de carbono

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SISTEMA VASCULARCONDUCTOS CIRCULATORIOS

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Se divide en:1. Circulación central: compuesto por el

corazón, y los principales conductos de ingreso y salida al corazón

2. Circulación periférica: formado por el sistema arterial, sistema venoso y capilares

Sistema vascular

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SISTEMA ARTERIAL SISTEMA VENOSO

Mantiene la presión sanguínea necesaria para mantener la circulación funcionando

Lleva el líquido respiratorio oxigenado hacia los tejidos

Sólo en organismos con sistema circulatorio cerrado

Colecta la sangre de los capilares y la regresa al corazón en las venas

Normalmente tiene baja presión

Actúa como reservorio de la sangre

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Sistema capilar Ultrafiltración

Todos los tejidos tienen muchos capilares para favorecer la irrigación

Los capilares se localizan paralelos unos a otros para favorecer la distribución de la sangre

Posible únicamente en sistemas circulatorios cerrados (hay suficiente presión)

Principalmente en los riñones

Separación de ultrafiltrado (fluido libre de partículas proteínicas coloidales) del plasma sanguíneo por medio de la membrana semipermeable de los capilares por la presión sanguínea

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ORGANO DE PROPULSIÓN

órgano encargado de generar el impulso que permite la circulación del líquido respiratorio y que este llegue a los lugares y tejidos más lejanos. Puede empujar el líquido contra la dirección de la gravedad.

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Fuerza por las contracciones rítmicas del corazón

Fricción provocada por las arterias cuando las llena el corazón

Presión sobre los vasos sanguíneos durante los movimientos corporales

Contracciones peristálticas del músculo liso que rodea los vasos sanguíneos

Mecanismo de Movilización del Líquido Respiratorio

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Bomba muscular (miocardio) con diferentes válvulas

Bombea sangre hacia el cuerpo, movimiento regulado por el metabolismo del Ca

Consta de una o más cámaras conectas en series (normalmente 2 o 4) que están protegidas por válvulas y en algunos casos esfínteres

Solo permite la circulación en una dirección

El corazón

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Membrana de tejido conectivo que rodea al corazón

Su rigidez o elasticidad determinan la magnitud del cambio de presión que se observa en el corazón y que determinará la presión de los latidos

Pericardio

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Consisten de una contracción rítmica (sístole) y la consecuente relajación (diástole)

La contracción de cada célula está asociada con su potencial eléctrico

La actividad eléctrica se inicia en la región del marcapaso y se transfiere de célula a célula debido a que están eléctricamente conectadas por uniones de abertura

Latidos del corazón

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Control de los latidos del corazón

Se controlan eléctricamente

Las membranas de los miocitos siempre presentan polarización llamada potencial de marcapasos

El potencial eléctrico de la membrana está regulado por las concentraciones de potasio, calcio y sodio dentro y fuera de las células

Acetilcolina: latidos más lentos los latidos, al incrementar la conductividad de potasio y disminuir la conductividad de calcio

Adenosina: también disminuye ritmo cardíaco con un mecanismo similar

Catecolaminas (norepinefrina): acelera el potencial marcapasos incrementando el ritmo cardíaco

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Factores que incrementan la contractibilidad cardiaca

Factores que disminuyen la contractibilidad cardíaca

Aumento en la temperatura

Concentración extracelular de Ca++

Arginina, vasotocina, oxitocina, adenosina, prostaciclina

Hipoxia

Acidosis

Acetilcolina

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Es la circulación que provee de oxígeno y nutrientes al corazón

Se requiere en organismos que presentan áreas de tejido cardíaco muy denso

Está presente en tiburones

Circulación Coronaria

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TRANSFERENCIA DE MATERIALES DEL SISTEMA CIRCULATORIO A LOS TEJIDOS

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Mecanismos de intercambio comunes en animales

Consisten de una vena y una arteria que van paralelas con flujos a contracorriente

Normalmente se trata de vénulas y arteriolas o capilares

El flujo contracorriente y el diámetro pequeño permite el intercambio de calor y gas

Ayudan en muchos casos a controlar la temperatura

Intercambiadores de Contracorriente

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Sistema de contracorriente de pequeñas vénulas y arteriolas

Son comunes entre los peces para varios mecanismos tales como llenado de la vegija gaseosa o en peces heterotermos

Rete mirable

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Sistema de contracorriente que favorece el intercambio

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Difusión de gases respiratorios

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Los capilares tienen diferente permeabilidad dependiendo del tejido al que irriguen y se dividen en:

Capilares continuos: los menos permeables, se localizan en músculo, tejido neuronal, pulmones, tejido conectivo y glándulas exocrinas

Capilares fenestrados: permeabilidad intermedia, en glomérulos renales, intestinos y glándulas endocrinas

Capilares sinusoides: los más permeables, en el hígado, médula ósea, bazo, nódulos linfáticos y corteza adrenal

Transferencia de Materiales a Través de las Paredes Capilares

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Infiltración de la Sangre a los Tejidos en Capilares Continuos

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Infiltración de la Sangre a los Tejidos en Capilares Fenestrados

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Infiltración de la Sangre a los Tejidos en Capilares Sinusoides

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RELACIÓN DEL SISTEMA CIRCULATORIO CON OTROS SISTEMAS FISIOLÓGICOS

DEL CUERPO

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Su relación más estrecha es con el sistema respiratorio

Por llegar a todos los órganos y tejidos también ayuda al funcionamiento y regulación de muchas otras funciones fisiológicas

Transporta los insumos y subproductos de todos los sistemas del cuerpo

Sistema Circulatorio como Sistema Integrador

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Las paredes capilares son permeables por lo que a altas presiones sanguíneas se pierde líquido de la sangre el cual se aloja en los espacios intersticiales

Sistema Linfático

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Carece de eritrocitos y es casi incoloro por lo que es difícil de observarlo

Formado de conductos que drenan los tejidos y conducen la linfa al sistema venoso

Presente en vertebrados

Sus conductos son porosos debido a espacios entre células adyacentes, favoreciendo el ingreso de fluidos al sistema

Existen válvulas para controlar el flujo en una sola dirección Los conductos mayores se contraen para crear corrientes

de succión que permiten drenar los tejidos

Características del Sistema Linfático

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Retornar a la sangre el exceso de fluido (agua) y proteínas que se infiltran hacia tejidos intersticiales, para mantener el balance de fluidos en los tejidos

Conducir las moléculas grandes, particularmente las grasas absorbidas por el tracto digestivo hacia el sistema circulatorio - existe un conducto linfático en los villi del tracto digestivo que se encarga de absorber los lípidos y transportarlos hacia el sistema circulatorio-

Funciones del Sistema Linfático

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1. Capilares linfáticos ciegos que drenan los espacios intersticiales

2. Unión de capilares linfáticos para formar estructuras ramificadas que cubren todos los tejidos

3. Los conductos linfáticos mayores se asemejan a las venas

Estructura del sistema linfático

Tanto el sistema circulatorio como el sistema linfático contribuyen con la respuesta inmune

Los componentes más importantes de la respuesta inmune son los linfocitos

La respuesta inmune consiste en reconocer al invasor y marcarlo para su destrucción

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El Sistema Circulatorio y la Respuesta Inmune

Una clase de leucocitos

Su característica única es que tienen la habilidad de reconocer sustancias extrañas (antígenos) incluyendo aquellas en la superficie de patógenos invasores, células infectadas por virus y células tumorosas

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Linfocitos

Linfocitos B (células B): secretan anticuerpos

Linfocitos T (células T): se encargan de la destrucción de células y materiales extraños◦ Células colaboradoras (Th)◦ Células citotoxicas (Tc)

Otras células que colaboran con los linfocitos:◦ Neutrófilos◦ Macrófagos

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Tipos de linfocitos

El antígeno es reconocido por Th Th secretan citotoxinas Se promueve la respuesta de células B Se promueve la respuesta de macrófagos

Los leucocitos circulan en el sistema circulatorio y en el sistema linfático

Se acumulan en nódulos linfáticos que filtran la linfa para que los linfocitos y los antígenos puedan estar en contacto

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Respuesta inmune

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Linfocitos

Cada uno responde de distinta manera

Anticuerpos fijos a la membrana de las células B y receptores de las células T reconocen y se adhieren de forma específica a los antígenos

Las células Th y Tc se distinguen por la presencia de moléculas adheridas a las membranas llamadas CD4 y CD8

Para acceder a los tejidos infectados los vasos linfáticos producen receptores que permiten el paso de linfocitos hacia el tejido

El proceso de movilización hacia tejidos inflamados se llama extravasación

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Respuesta Inmune

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Extravasación

Cuando un tejido está inflamado los leucocitos reconocen receptores de la membrana celular a los cuales se adhieren para propiciar la extravasación

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Panorama general de cómo sucede la extravasación de los leucocitos hacia los sitios de infección

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Fisiología de la Respiración y la Circulación

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La frecuencia y amplitud de los movimientos respiratorios es modificable de acuerdo a la intensidad del metabolismo

La regulación de la respiración está coordinada por el SNC

Los peces poseen un centro respiratorio entre el cerebelo y la médula

Fisiología de la respiración

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Factores Bióticos Peso del animal/edad Etapa fisiológica Actividad Estado de la alimentación Estado de salud

Factores que afectan el consumo de oxígeno

Factores Abióticos Temperatura Salinidad (presión

osmótica) Presión parcial de

oxígeno disuelto en el agua

Fotoperíodo Otros factores

ambientales (mareas, corrientes, contaminación, etc…)

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1. Los organismos pequeños tienen mayores tasas metabólicas que los organismos mayores

2. Con el crecimiento disminuye el índice de actividad

3. La respiración total de un animal grande es mayor que la de un juvenil

Tamaño/Edad

Estado Fisiológico

1. Organismos en crecimiento tienen altas tasas metabólicas

2. Durante la producción de gónadas también se incrementa la tasa metabólica

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1. Factor más difícil de determinar y controlar

2. El metabolismo puede estar a cuatro niveles:

◦ Basal◦ Estándar◦ Rutina◦ Activo

ActividadEstado de Alimentación

1. Consumir proteínas aumenta el consumo de oxígeno

2. El tracto digestivo lleno altera considerablemente el metabolismo energético

3. Cada especie tiene su propio tiempo o velocidad de digestión

4. Inversión de energía en captura de alimento

5. Composición y calidad de la dieta determinarán la “Acción Dinámica Específica” de cada alimento

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Nado repentino: La frecuencia cardiaca, el volumen de bombeo y

la presión arterial decrecen Actividad anaérobica desarrolla por el músculo

blanco. Todos estos parámetros se incrementan durante la fase de recuperación

Actividad Prolongada Volumen de bombeo se incrementa 47-200%. Músculo aeróbico usado durante nados lentos

prolongados. El incremento en el volumen de bombeo se da por incremento en el volumen bombeado por el corazón y no por incremento del ritmo cardíaco

Efecto de la actividad

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Amplitud metabólica: Diferencia de energía que se requiere para pasar de un nivel de metabolismo al siguiente. Varía con la especie

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Los ectoparásitos especialmente en la branquias disminuyen la eficiencia respiratoria

En general cuando hay enfermedad se aumenta el consumo de oxígeno

Cuando se están produciendo anticuerpos se aumenta el consumo de oxígeno

Estado de Salud

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Temperatura

Determina la tasa de las reacciones químicas

Controla la tasa metabólica y el crecimiento, hasta un límite

Efecto Q10 en animales acuáticos, el metabolismo estándar incrementará con el incremento de la temperatura hasta niveles letales

Factores Abióticos que Afectan el Consumo de Oxígeno

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Variaciones de SalinidadLas especies de agua dulce tienen un consumo

de oxígeno mayor a sus afines de agua salada

Especies eurihalinas consumen más oxígeno en agua salobre que en agua de mar

Especies de agua salobre consumen más oxígeno en agua dulce

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Presión Parcial de Oxígeno Disuelto

Pueden ser ◦ Conformadores: normalmente usan 10-25% del

oxígeno disponible, organismos oceánicos

◦ Reguladores: usan 60-70% del oxígeno disponible, mayoría de peces, moluscos y peneidos

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FotoperíodoLo más importante es las horas luz, ya que

afectan la secreción de hormonas, especialmente las tiroideas

Existen especies fotosensitivas y no fotosensitivas

Al sincronizar la reproducción también incide en el consumo de oxígeno por esta actividad

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Alcalinidad: debido al metabolismo del calcio, mayor alcalinidad normalmente implica un mayor consumo de oxígeno

Turbidez: disminuye la eficiencia de la respiración

Contaminación: normalmente aumenta el consumo de oxígeno y se aumenta el consumo de energía al activarse el sistema MXO del hígado

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Para controlar la circulación en cuerpo tiene:◦ Baro-receptores: que monitorean la presión

sanguínea en diferentes puntos del sistema cardiovascular

◦ Quimiorreceptores: que monitorean la concentración de dióxido de carbono y pH oxígeno de la sangre

La información detectada es controlada por un centro nervioso regulador

Control de la Circulación

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El sistema circulatorio tiene varios circuitos de retroalimentación negativa. Varios receptores sensoriales monitorean los cambios en el estado del sistema cardiovascular y envían la información al sistema de control. Después de que se colecta toda la información de distintos sitios el SNC envía la respuesta necesaria para mantener la presión sanguínea necesaria. La información proviene de varios sitios y se procesa finalmente por el cerebro.

Otros mecano-

rreceptores circulatorios

Otras fuentes de

información

Corazón y vasos sanguíneos

CNS

Centro de control de la respiración

Baro-receptores arteriales

Efectores Automáticos

Centros arteriales de

control

De acuerdo a la respuesta fisiológica de los organismos en función de la concentración de oxígeno ambiental disponible, éstos se pueden dividir en dos grupos:

◦ Conformadores de oxígeno

◦ Reguladores de oxígeno

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Respuesta respiratoria

El consumo de oxígeno disminuye en proporción a la disminución ambiental de oxígeno

Común en organismos invertebrados sésiles y poco activos que carecen de estructuras respiratorias y circulatorias especializadas

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Conformadores de oxígeno

Animales que mantienen su consumo de oxígeno aún a presiones parciales de oxígeno por debajo de lo normal

Su tasa metabólica se mantiene a nivel normal hasta que se alcanza una presión parcial de oxígeno crítica

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Reguladores de Oxígeno

Respuestas del Sistema Respiratorio Corazón: modificar frecuencia de latido

Branquias: modificación de área funcional

Músculos motores de las bombas bucales y operculares: modificar la tasa de ventilación

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Producción de diferentes Hb dependiendo del pH de la sangre

Producción de proteínas anticoagulantes

Producción de mucus

Intercambio de mecanismo respiratorio

Otras Modificaciones