El aire a la altura del Mt. Everest es tan bajo en oxigeno que la mayoría de la gente no podría sobrevivir sin mascaras de oxigeno.Patos y Gansos que migran sobre altas montañas(6800 mts) tienen adaptaciones, para que obtengan suficiente oxigeno (eficiencia en los pulmones, hemoglobina de alta afinidad gran numero de capilares, mioglobina en musculo).Humanos viviendo a altitudes elevadas como 6300 mts en el Himalaya o los Andes donde hay bajas concentraciones de oxigeno tienen adaptaciones (bajos de estatura, pulmones y corazón grandes mas hemoglobina y glóbulos rojos).

El intercambio de gases o respiración, es el suministro deO2 y la generación y eliminación de CO2 entre un animal y su entorno.

Medio respiratorio

(aire o agua)

Nivel

organismo

Nivel celular

Moléculas

combustibles

Ricas en energía

De los alimentos

Superficie

respiratoria

Sistema circulatorio

Respiración celular

CO2O2

ATP

El intercambio de gases

1) involucra la respiración,

2) el transporte de gases y

3) el mantenimiento de las células de los tejidos

El intercambio de gases provee O2 para la

respiración celular y elimina como producto de

desecho, CO2.

Involucrando el Sistema Respiratorio y Circulatorio.

El intercambio gaseoso presenta tres fases.

1. Respiración

•O2 es tomado (inhalado) por

los pulmones y pasa a los

vasos sanguíneos.

•CO2 pasa de las células de

los pulmones al

ambiente.(exhala) .

2. Transporte de gases por el

sistema circulatorio

•O2 se fija a la hemoglobina y

es transportado en la sangre

a los tejidos del cuerpo.

•CO2 es transportado desde

los tejidos hacia los

pulmones.

3. Células del cuerpo obtienen O2

de la sangre y liberan CO2 en la

sangre.

Pulmón

Respiracion

O2

CO2

Sistema

Circulatorio

Transporte

de gases por

el sistema

Circulatorio

Mitocondria

CO2

O2

Capilar

Celula

Intercambio de gases

con células

del cuerpo

Superficie respiratoria: La parte de un animal donde el O2 se difunde hacia dentro

de este , y donde el CO2 se difunde hacia el entorno.

-Cubiertas por una sola capa de células vivas. Delgada.

-Los gases deben disolverse en agua antes que puedan difundirse hacia dentro o

fuera del cuerpo. Superficie Húmeda.

-Debe ser extensa como para tomar el O2 que se requiere para la célula y para

eliminar todo el CO2 de desecho. Extensa

-Irrigada por un gran numero de capilares sanguíneos, muy vascularizada

La forma en que un animal respira depende de la naturaleza del medio en que vive .

La tierra y el agua.

El aire (0,9%)contiene al menos 20 veces mas oxigeno que el agua (21%).Las

moléculas gaseosas difunden 10.000 veces mas rápidamente en el aire que en el

agua.

Los peces pueden gastar hasta un 20% de su energía para extraer el oxigeno del agua ,

en comparación con un mamífero que utiliza solo del 1 al 2% de su metabolismo basal

para respirar

Para que la difusión del O2 y del CO2 ocurra en superficies respiratorias de los

animales acuáticos y terrestres debe ser fina y húmeda

Los gases difunden directamente en organismos unicelulares

Sin embargo, la mayoría de los animales multicelulares requieren adaptaciones de

sistemas, para realizar intercambio de gas .

- Los anfibios y muchos otros animales (Protozoos, esponjas, cnidarios y

muchos gusanos) respiran a través de su piel .(RESPIRACION CUTANEA).

- Los insectos y otros artrópodos terrestres (ciempiés, milpiés y algunas

arañas) tienen un sistema traqueal extenso .(RESPIRACION TRAQUEAL).

- Los peces y la mayoría de los animales acuáticos ( estrellas de mar,

gusanos marinos , anfibios acuáticos, peces y artrópodos) utilizan

branquias que proporcionan una superficie respiratoria muy grande y un

intercambio a contracorriente. (RESPIRACION BRANQUIAL).

- La mayoría de los vertebrados terrestres lo hacen a través de los

pulmones Los mamíferos tienen una red numerosa de alvéolos

(proporcionan una superficie respiratoria grande ) .(RESPIRACION

PULMONAR).

El sistema traqueal de insectos proporciona intercambio directo entre el aire

y las células de cuerpo

Ventajas a intercambiar los gases respirando el aire

El aire contiene una alta concentración de O2

El aire es más ligero y más fácil de moverse que el agua

Mayor problema con aire de respiración: pérdida de agua a ventilar por la

evaporación

INSECTOS

Sistemas traqueales en insectos Transporte el O2 directamente a las células a

través de una red de tubos finamente ramificados a través del cuerpo

en pequeños insectos, difusión es suficiente intercambiar los gases

Los insectos grandes pueden ventilar el sistema traqueal con los movimientos

rítmicos del cuerpo En muchos insectos, la contracción y la relajación de los

músculos del vuelo bombean aire a través del sistema traqueal

BodycellAir sacs Tracheae

Spiracle

TracheoleAirsac

Trachea

Air Body wall

MyofibrilsTracheoles Mitochondria

2.5 µm

Las branquias son las extensiones especializadas del tejido que proyectan en el

agua Las branquias externas no son incluidas dentro de las estructuras de cuerpo -

Encontrado en peces y anfibios no maduros –

Dos desventajas principales - Debe ser movido constantemente para asegurar el

contacto con el agua dulce oxígeno-rica - Se dañan fácilmente

BranquiasPapulas dermicas

Coelom

Tube foot

Estrella de mar

branquia

Penachos branquiales

Gusano marino

Branquias EXTERNAS

Branquias

OstraBranquias

Crayfish

Las branquias son los órganos respiratorios mas eficientes para el intercambio

de gas en ambientes acuáticos.

Las branquias son las extensiones de la superficie del cuerpo que absorben el

O2 disuelto en agua.

•Se encuentran en peces y muchos invertebrados

•La ventilación aumenta el flujo del agua circundante sobre la superficie

respiratoria.

•Entendiéndose por ventilación a cualquier mecanismo que incremente el

contacto entre el agua o el aire circundante y la superficie respiratoria(branquias

o pulmones).

•El arreglo de los capilares en una branquia de los peces realiza intercambio del

gas la sangre fluye en una dirección opuesta a la corriente de agua.

• Intercambio a contracorriente Las transferencias algo de un líquido que se

mueve en una dirección a otro líquido que se mueve en la dirección opuesta

permiten a branquias quitar más el de 80% del O2 en el agua que fluye más allá

de él

Gill

arch

Water

flow Operculum

Gill

arch

Blood

vessel

Oxygen-rich

blood

Water flow

over lamellae

showing % O2

Gill

filaments

O2

Oxygen-poor

blood

Lamella

Blood flow

through capillaries

in lamellae

showing % O2

Countercurrent exchange

Las branquias son las extensiones especializadas del tejido

que proyectan en el agua

Hay cuatro arcos branquiales en cada lado de la cabeza de un

pez - Cada uno se compone de dos filas de filamentos

branquiales, que consisten en laminillas - Dentro de cada

laminilla, flujos de sangre se enfrenta a la dirección del

movimiento del agua - Flujo a contracorriente - Maximiza la

oxigenación de la sangre

Las branquias de peces óseos están situadas entre (bucal o boca) la cavidad

bucal y las cavidades operculares - estos dos sistemas de cavidades

funcionan como las bombas que alternativamente se amplían - Agua móvil en

la boca, a través de las branquias, y fuera de los peces con opérculo o

cubierta abierto de la branquia

15

•Los vertebrados terrestres tienen pulmones.

• Los anfibios tienen pequeños pulmones y confían en gran parte en la difusión de

gases a través de superficies del cuerpo.

• La mayoría de los reptiles ,aves y los mamíferos confían exclusivamente en los

pulmones.

•El tamaño y la complejidad de pulmones se correlacionan con tasa metabólica

•El sistema circulatorio debe transportar los gases entre los pulmones y el resto

del cuerpo

Camino del aire en mamíferos:

Inhalado a través de las ventanas de la nariz Pasos a través de la faringe y de la

laringe (cuerdas vocales incluido), la tráquea, los bronquios, y los bronquiolos.

Los bronquiolos terminan en los racimos de alvéolos minúsculos, donde ocurre el

intercambio del gas

Los anfibios utilizan un mecanismo de

presión positiva para introducir el aire en

sus pulmones.

El resto de los vertebrados, utilizan presión

negativa.

Saco alveolar

Epitelio alveolar

Membrana basal

Endotelio capilar

Branchfrompulmonaryvein(oxygen-richblood)

Terminalbronchiole

Branchfrompulmonaryartery(oxygen-poorblood)

Alveoli

Colorized SEMSEM

Nasalcavity

Leftlung

Heart

Larynx

Pharynx

Esophagus

Trachea

Rightlung

Bronchus

Bronchiole

Diaphragm

Los pulmones de mamíferos se componen de millones de alvéolos (los sitios del intercambio del

gas) - El aire inhalado pasa a través de la laringe, de la glotis y de la tráquea - Se bifurca los

bronquios derecho e izquierdo, que entran en cada pulmón y se ramifican en tubos cada vez mas

de pequeño diámetro, dando finas ramas denominadas bronquiolos – las ramificaciones finales

desembocan en los sacos alveolares compuestos por muchos alveolos semiesféricos, Rodeados

por un extenso red capilar

Inhaled air

Bloodenteringalveolar

capillaries

Alveolarepithelialcells

Alveolar spaces

Alveolarcapillaries

of lung

Exhaled air

Bloodleavingalveolar

capillaries

Pulmonaryveins

Pulmonaryarteries

Tissuecapillaries

HeartSystemicveins

Systemicarteries

Bloodleavingtissue

capillaries

Bloodenteringtissue

capillaries

Tissuecells

CO2O2

CO2O2

O2 CO2

CO2O2

< 40 > 45

40 45

CO2O2

100 40

CO2O2

40 45

CO2O2

104 40

CO2O2

CO2O2

CO2 O2

104 40

120 27160 0.2

CO2 transportfrom tissues

CO2 produced

Tissue cell

CO2

CO2

CO2

Interstitialfluid

Blood plasmawithin capillary

Capillarywall

Hemoglobinpicks up

CO2 and H+

CO2 transportto lungs

To lungs

H2CO3

Carbonic acid

H2O

Hb

HCO3–

Bicarbonate

Redbloodcell

H++

HCO3–

HCO3–

Hemoglobinreleases

CO2 and H+

H++HCO3–

CO2

H2CO3

H2O

CO2

CO2

CO2

Hb

Alveolar space in lung

Intercambio del gas

en los tubos

capilares de la

sangre de los

pulmones y

circulación

sistémica.

Como resultado de

intercambio del gas

en los pulmones,

las arterias

sistémicas llevan

sangre oxigenada

con una

concentración

relativamente con

poco carbono del

dióxido. Después de

que el oxígeno se

descargue a los

tejidos, la sangre en

las venas

sistémicas tiene un

contenido en

oxígeno bajado y

una concentración

creciente del

dióxido de carbono.

AVES

La estructura del sistema respiratorio en aves es compleja y difiere de

mamíferos y reptiles. La tráquea se bifurca y da dos bronquios primarios que

entran en los dos pulmones, estos bronquios primarios pasan por el pulmón

denominándose mesobronquios, de los mesobronquios surgen los bronquios

secundarios anteriores y posteriores los cuales están conectados por gran

numero de tubitos de 1mm que se llaman bronquios terciarios o

parabronquio.

A lo largo del parabronquio es donde se produce la mayor parte del

intercambio gaseoso.

Los pulmones de pájaros conduce el

aire a través de los recipientes de

aire muy minúsculos llamados

parabronquios - flujo unidireccional.

los sacos aéreos, cuando están

hinchados durante la inhalación,

admiten el aire - Cuando están

comprimidos durante la exhalación,

empujan el aire en y a través de

pulmones

Aves

Anteriorair sacs

LungsPosteriorair sacs

Trachea

Air

Lungs

Air

Air tubes(parabronchi)in lung 1 mm

EXHALATIONAir sacs empty;

lungs fill

INHALATIONAir sacs fill

En las aves, no hay volumen residual, así

que las concentraciones de oxígeno del

pulmón son más altos en pájaros que en

seres humanos