Características de las Superficies Respiratorias
El intercambio gaseoso con la sangre siempre se realiza a través de una superficie denominada superficie respiratoria. Este intercambio se produce mediante difusión simple, por lo que dichas superficies han de tener las siguientes características:
- Son extensas y están muy vascularizadas.
- Deben mantenerse siempre húmedas para que los gases puedan atravesarlas con facilidad.
- Tienen que ser muy delgadas para que los gases puedan atravesarlas.
Modalidades de Respiración en Animales
1. Respiración Cutánea
Este tipo de respiración requiere una piel fina y permeable a los gases, que ha de estar constantemente humedecida. Los capilares sanguíneos están situados muy cerca de la piel para facilitar el intercambio. Este tipo de respiración solo resulta eficaz en ambientes acuáticos o en ambientes terrestres muy húmedos. Es imprescindible que la relación entre la superficie del cuerpo y la masa corporal sea muy grande para que este tipo de respiración resulte eficaz. Se produce en platelmintos, anélidos, moluscos terrestres y anfibios, en estos últimos como complemento a la respiración pulmonar o a la branquial.
2. Respiración Traqueal
Es la que presentan los insectos y algunos otros artrópodos terrestres como ciempiés, milpiés y algunas arañas. Las tráqueas son invaginaciones de la pared corporal; son tubulares y se ramifican por el interior del cuerpo, haciéndose cada vez más estrechas. Las tráqueas más finas se llaman traqueolas y llegan a todas las células, de manera que se produce un intercambio de gases directo, siendo innecesaria la presencia de un aparato circulatorio. Las tráqueas se comunican con el exterior a través de un orificio llamado espiráculo o estigma, que puede ser simple o disponer de mecanismos de cierre y apertura. Para facilitar la ventilación, los animales realizan movimientos con los músculos abdominales de su cuerpo. La dificultad para mantener una buena ventilación cuando las tráqueas son muy largas limita la posibilidad de que existan insectos de gran tamaño.
3. Respiración Branquial
Es el modelo característico en animales acuáticos. Las branquias son expansiones de la pared del cuerpo del animal formadas por una capa de epidermis rodeada de una amplia red de capilares. Dependiendo de su forma, pueden ser filamentosas o arborescentes y pueden ser externas o internas.
Branquias Externas
Las presentan los anélidos marinos, muchos crustáceos, algunos moluscos y las larvas de insectos y anfibios. La circulación del agua alrededor de la branquia se asegura mediante los movimientos del animal. Al ser externas, son poco hidrodinámicas, se dañan con facilidad y pueden ser un reclamo para los depredadores. Por eso, evolutivamente, son menos eficaces que las branquias internas.
Branquias Internas
Las presentan gran parte de los moluscos gasterópodos marinos, los cefalópodos, los bivalvos, los crustáceos decápodos y los peces. Quedan protegidas por estructuras corporales que originan la cavidad branquial. En los peces, las branquias constan de un eje esquelético llamado arco branquial del que salen dos hileras de filamentos branquiales. Cada filamento branquial dispone de numerosas laminillas branquiales paralelas entre sí, muy vascularizadas. El flujo de agua a través de la branquia se efectúa a contracorriente de la circulación sanguínea, lo que facilita el intercambio gaseoso. Las branquias son de una elevada eficacia, ya que llegan a obtener hasta el 80 % del oxígeno disuelto en el agua.
El Aparato Respiratorio Humano
El aparato respiratorio humano está formado por los pulmones y las vías respiratorias, que conducen el aire hasta ellos.
Anatomía: Vías Respiratorias y Pulmones
Fosas nasales
Son dos cavidades situadas sobre la boca, separadas de esta por el paladar y que se abren al exterior por los orificios nasales. Se comunican con la faringe a través de otros dos orificios llamados coanas. La parte superior de las fosas nasales presenta un tejido epitelial llamado pituitaria, en la que se distinguen dos porciones:
- Pituitaria amarilla, con función olfativa.
- Pituitaria roja, muy vascularizada, cuya función es calentar el aire que penetra a los pulmones y proteger de la entrada de polvo y partículas nocivas al tejido pulmonar.
Faringe
Es el órgano que comunica el aparato digestivo con el respiratorio. Se continúa con la laringe.
Laringe
Es un conducto de unos 4 cm que comunica la faringe con la tráquea. Se inicia con el hueso hioides y se continúa con 9 cartílagos unidos por diferentes músculos y ligamentos. El primero de esos cartílagos es la epiglotis, que se abate sobre la glotis durante la deglución, impidiendo así el paso del bolo alimenticio hacia el aparato respiratorio. En el interior de la laringe se encuentran dos pares de pliegues cartilaginosos que se proyectan a la luz de la faringe. El primero constituye las cuerdas vocales superiores o falsas y el segundo, las cuerdas vocales inferiores o verdaderas, las cuales delimitan un orificio llamado glotis y dan paso a la tráquea.
Tráquea
Es un tubo de unos 12 cm de longitud situado a continuación de la laringe, que se comunica con los bronquios. Está constituida por una serie de anillos cartilaginosos semicirculares. Los dos extremos de cada cartílago están dirigidos hacia la parte posterior y se unen por fibras musculares lisas. Esta disposición evita que se produzcan rozamientos al pasar el bolo alimenticio por el esófago.
Bronquios
A nivel de la 4ª o 5ª vértebras torácicas, la tráquea se bifurca en dos ramas, los bronquios, que penetran cada uno en un pulmón, donde se ramifican dando lugar a los bronquiolos.
Pulmones
Son dos masas esponjosas de color rosado. El pulmón derecho tiene tres lóbulos y el izquierdo solo dos. Envolviendo a cada pulmón aparece una membrana serosa denominada pleura. Los pulmones están constituidos por el árbol bronquial, los vasos sanguíneos y linfáticos y tejido conjuntivo. Los bronquiolos acaban en los capilares bronquiales, que van a parar a las vesículas pulmonares, las cuales presentan unas expansiones globosas denominadas alvéolos pulmonares. Cada alvéolo está recubierto por una serie de finos capilares sanguíneos, de modo que entre el aire que hay en los alvéolos y la sangre solo hay unos finos endotelios por los que difunden fácilmente los gases respiratorios.
Fisiología de la Respiración
1. Ventilación Pulmonar
La entrada y salida de aire de los pulmones se produce mediante movimientos ventilatorios de inspiración y espiración, controlados por el sistema nervioso. El número de movimientos ventilatorios en una persona adulta en reposo es de 14 por minuto y puede aumentar mucho con el ejercicio intenso.
Inspiración: Introduce aire a los pulmones. El movimiento se realiza al contraerse los músculos intercostales, que elevan las costillas, y el diafragma, que desciende. La caja torácica aumenta su volumen y el aire penetra en los pulmones.
Espiración: Los músculos intercostales se relajan y el diafragma se eleva. Disminuye el volumen de la cavidad torácica y con ello se produce la expulsión del aire.
2. Intercambio Gaseoso
El intercambio gaseoso se realiza entre los pulmones y la sangre y entre la sangre y los tejidos. El oxígeno del aire es transportado por la sangre mediante la acción de una proteína contenida en los glóbulos rojos: la hemoglobina.
Composición de la Hemoglobina
La hemoglobina es una proteína formada por cuatro cadenas de aminoácidos, iguales dos a dos: dos cadenas polipeptídicas de 141 aminoácidos cada una y dos cadenas de 144 aminoácidos cada una. En el centro de cada cadena aparece un grupo hemo, es decir, una molécula compleja que contiene hierro en forma de Fe²⁺. En una molécula de hemoglobina aparecen, por tanto, 4 grupos hemo, de modo que pueden transportar 4 moléculas de O₂ cada una.
Intercambio en los Pulmones y Tejidos
El oxígeno que se encuentra en los alvéolos pulmonares pasa al plasma sanguíneo por difusión simple y rápidamente penetra en los glóbulos rojos, donde se combina con la hemoglobina formando oxihemoglobina. Solo un 2 % del oxígeno es transportado disuelto en el plasma.
El oxígeno llega a los tejidos, donde hay mucho dióxido de carbono procedente de la respiración celular y apenas hay oxígeno, por lo que el oxígeno de la sangre pasa a los tejidos por difusión simple.
El dióxido de carbono procedente de la respiración celular se transporta en su mayor parte disuelto en el plasma sanguíneo (63 %) en forma de ión bicarbonato; una parte se transporta unido a la hemoglobina formando carbaminohemoglobina (30 %) y solo un 7 % se transporta disuelto en el plasma en forma de CO₂. Una vez en los pulmones, el dióxido de carbono se difunde desde la sangre hasta los alvéolos y es eliminado al exterior.