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2º CUATRIMESTRE.
INTERCAMBIO DE MATERIA Y ENERGIA CON EL MEDIO.
TEMA 18: TASA METABOLICA:
Los animales necesitan alimentos para obtener energía química y que gracias al oxigeno nosotros podremos regenerar los tejidos, se produzca el crecimiento. Hay bastantes tipos de energía entre ellos: la energía que nosotros utilizamos prácticamente es la energía química. Todas las energías generan calor. la energía mecánica: todo lo relacionado con el movimiento: peristálticos, de musculos, de la sangre…la energía química que no se ha absorbido se elimina y los compuestos que tampoco tienen se eliminan, estos compuestos son CO2 y H2O, el agua se elimina siempre que haya exceso sino, no La tasa metabolica: es la velocidad de consumo de eneria, esto es, la velocidad de la transformación de la energía química en calor y trabajo externo. La TM nos indica cuanto cuesta el hacer las cosas. Por ejemplo cuanto cuesta estar vivo, simplemente por vivir necesitamos energia
Principales factores que influyen en la tasa metabólica: Animales homeotermos: Efecto calorigenico inducido por la dieta: Las proteínas ejercen mas acción dinámica especifica debido a un aumento en la actividad del hígado.
Los animales mas pequeños necesitan mas oxigenos para procesar los alimentos, comen mas en comparación con los grandes, al necesitar mas oxigeno los animales mas pequeños tienen mayor cantidad de mitocondrias por unidad de tejido.
Cociente respiratorio: Dos cámaras equivalentes conectadas por manometro. El peso del animal mas el co2 se coloca equivalente al otro lado. A medida que el animal consuma o2 el manometro se desequilibra y se mete o2 hasta que el manometro llegue al equilibrio y esa cantidad es el o2 de oxigeno.
Cuesta mas andas luego volar y luego nadar debido a que gas mas oxigeno correr, luego volar y finalmente andar. TEMA 19: CAPTACION Y EL INTERCAMBIO DE GASES CON EL ORGANISMO. El O2 y CO2 entran a la celula por difusion.
Ley de avogadro: volúmenes iguales de cualquier gas perfecto, a la misma temperatura y presión contiene el mismo número de moléculas. Ley de boyle: si el volumen de un gas cambia, la presión del mismo cambia de manera inversa. Esto explica el proceso de respiración. Hay animales que respiran gracias a un entorno acuoso por lo que necesitan que el gas que necesitan este en disolución. Por tanto los gases se disuelven en disoluciones acuosas dependiendo de la presión parcial del gas en la fase gaseosa. Cualquier gas se disolverá hasta una concentración de equilibrio (el oxigeno se disuelve en el agua hasta su concentración idónea). La concentración en el agua depende del tipo de gas (hay unos mas solubles que otros) y de la temperatura (a mayor temperatura menor concentración). La salinidad (a mayor fuerza iónica menor concentración). Coeficiente de solubilidad: concentración del gas disuelto cuando la presión parcial del gas en solución es 1 atm. El aumento de la temperatura hace que haya menos oxigeno, y en cuanto a la salinidad, en el agua dulce hay más o2 que en el mar. Es menos costoso obtener oxigeno del aire que del agua.
El area total de la superficie de intercambio gaseoso guarda, en general, proporción con el tamaño corporal. Esta relación difiere de unos grupos filogenéticos a otros.
- Grafica el atun esta mas alto que el resto de los peces porque es muy activo y usa los movimientos de su cuerpo para su ventilación. El grosor de la membrana de intercambio es mayor en animales acuaticos. En los animales aéreos se tiende a disminuir el grosor de la membrana porque de esta manera se evita que en la superficie de la membrana se produzca una caída de la presión parcial del gas que evitaría el intercambio gaseoso.
Modelos de intercambio gaseoso entre la sangre y el medio:
- No ventilación: la piel de los anfibios no se ventila. Depende del intercambio gaseoso directamente con el medio.
- La piel de animales acuaticos interviene mas en la respiración que la de animales aéreos.
- La piel no necesita invertir energía en el intercambio de gases. Se produce únicamente por difusión. El problema es que la piel es una estructura protectora por lo que es gruesa. Esto dificulta la difusión porque en el interior de la membrana se produce una caída de presión. según la ley de fick la difusión es el cociente entre la superficie de la membrana respiratoria y su grosor. Otro problema añadido es que el intercambio gaseoso a través de la piel provoca evapotranspiración en animales aéreos. Tema 20: intercambio gaseoso en el medio acuatico: Los peces teleósteos respiran por branquias, las branquias están compuestas por arcos branquiales estos están compuestos por filamentos branquiales y por encimas y por debajo de este hay laminillas secundarias. Los arcos branquiales separan la cavidad oropercular de la boca. La proporción de laminillas secundarias varia según sea la actividad del pez, a mas actividad mayor proporción, y tambien cuanto mas activo sean mas finas son las laminillas, no tienen ningún sentido ventilar un órgano que no tenga una buena irrigación. Las laminillas están muy vascularizadas y allí se produce la ventilación de la branquia y la perfusión. El contenido de oxigeno en el agua es menos que en el aire. Y la viscosidad y densidad del agua es mayor que en el aire. Por estas consecuencias los animales de respiración acuatico necesitan una tasa de ventilación mayor y por tanto tiene una ventilación unidireccional para ahorrar energía (entra el agua por la boca y sale el opérculo, como vemos unidireccional). Y además
a través de quimiorreceptores informa de la disminución de la presión parcial de o2 al centro generador de patrones (situado en el centro bulbar) que aumenta el ritmo ventilatorio. Además se informa al sistema circlatorio para adecuar el flujo sanguíneo a la nueva frecuencia ventilada. La respiración acuatica se controla: cuando hay un flujo adecuado y una concentración idónea de o2 hay una normoxia, cuando hay en el agua una concentración de hipoxia de oxigeno aumenta el flujo de agua en las branquias mientras que si hay hiperhipoxia ocurre todo lo contrario. El CO2 no es un buen estimulo para la ventilación en el agua debido a su coeficiente de capacitancia, en los animales acuaticos si quitamos todo el oxigeno de un estanque el CO2 tampoco aumenta mucho en la sangre de los animales acuaticos, sin enmbargo en los aéreos si quitamos el O2 aumenta bastante las concentraciones de CO2. Hay una serie de peces que tienen pulmones y unas branquias simplificadas, en estos peces hay cortocircuitos, que significa que la sangre no pasa por el sistema branquial sino que pasa por el pulmonar. (apuntes) Tema 21: Respiración en animales acuaticos: La difusión es el medio por el cual se produce el intercambio de gases pero teniendo en cuenta las caracteristicas de la difusión que hacen que sea poco eficaz si las distancias a recorrer son muy grandes, todas las traqueolas al final tienen líquido, esto no dificulta el intercambio de gases sino que distribuye todo el gas. ……………. Hay animales que viven en el interior de agua y que están rodeados de pelos hidrófobos donde se atrapan burbujas de aire no compresibles, después de estos pelos se encuentra rodeado de agua, y entre los pelos se quedan burbujas de aire. Las burbujas de aire produce el intercambio gaseoso con el agua gracias a las diferentes presiones parciales, por eso si el agua esta bien oxigenada va a pasar oxigeno a las burbujas de aire. Mientras el animal consume oxigeno, la cámara aérea va disminuyendo y por eso el agua cede oxigeno a la burbuja de aire. Para que se produzca esto hay que tener en cuenta la ley de Dalton, de fick y coeficientes de difusión del oxigeno co2 y n2.
Hay un animal que lo que hace es empujar una burbuja aérea, este animal (respiración en los insectos acuaticos: burbujas compresibles). El co2 no se queda en el interior de la burbuja sino que se solubiliza en el agua porque difunde de una manera muy elevada en el agua. Respiración por pulmones: Sacos ciegos con una superficie variable, que aumenta según el tipo de animal que sea, no aumenta excesivamente el tamaño, lo que aumenta muchísimo son las evacigaciones de los pulmones. Los pulmones son simples en anfibios, en reptiles vemos una especie de traqueolas, y la máxima via de tabicacion y de plegamientos la tienen los mamíferos. Pulmones de anfibios: Presentan la glotis que se puede abrir o cerrar, el mecanismo de respiración es una compresión orofaringea, es una respiración bidireccional, la via de entrada y de salida es la misma, pero parece ser que no hay mezcla entre los gases que entran con los que salen, fundamental la glotis, en un primer momento los pulmones están expandidos llenos de aire y la glotis cerrada, y se produce una ventilación bucal, a continuación baja suelo de la boca, glotis se cierra, entra el aire fresco al interior de la cavidad bucal, después el aire fresco en el suelo de la boca, la glotis se abre, y se produce la compresión pectoral: salida del aire “utilizado” de los pulmones sin que se mezcle con el aire bueno, a continuación los orificios nasales están cerrados, sube el suelo de la boca y el aire entra en los pulmones. En anfibios la piel interviene al igual que los pulmones en el intercambio gaseoso dependiendo prácticamente de la temperatura sobre todo con el oxigeno varia muchísimo dependiendo de este factor pero el co2 no. Durante la etapa de renacuajos, si los pulmones no están desarrollados no captan gases lo hace por tanto las branquias y la piel, a medida que sufre la metamorfosis, las traqueas dejan de existir y se desarrollan los pulmones y se hacen funcionales, el co2 se expulsa en su mayoría por la piel. Respiración por pulmones: reptiles. Pueden presentar:
- Un pulmon unicameral: hay una pequeña tabicacion formando algo parecido a un panal, que aumenta la superficie
- Un pulmon multicameral: aparece en reptiles con mayor actividad metabolica, presenta ya estructuras bronquiales.
rellena de tres sacos membranosos: el saco pericardico y dos sacos pleurales. Cada pulmon esta rodeado por un saco pleural. Las capas opuestas se mantienen unidas por una película muy fina de liquido pleural. Los pulmones aparecen rodeados por la pleura visceral. Tapizando interiormente las costillas aparece la pleura parietal. Entre estas 2 pleuras está el espacio interpleural, relleno de unos 3 ml de liquido. Este liquido protege los pulmones y tiene un papel fundamental en el movimiento de los pulmones El sistema de conducción es un sistema que se va ramificando de diámetro y tamaño mas pequeño, partimos de una traquea, luego unos bronquios y estos se van dividiendo dentro del pulmon. Las primeras vías aéreas están rodeadas de cartílago que impiden que se compriman estas vías, al final de las vías ya no tienen cartílago. Además las vías al final del todo se dilatan gracias a la adrenalina y se contraen gracias a la acetil colina. Los alveolos y bronquiolos son las vías de intercambio de los gases, las vías conductoras lo que hacen es conducir el aire hasta la superficie de intercambio. Las vías superiores distribuyen el aire, lo calientan, lo humedecen y filtran y eliminan el material extraño. En la nariz tenemos cilios que secretan moco para captar las sustancias malas que respiramos. Alveolos: intercambio gaseoso: Burbujas de menor o mayor tamaño, están todos interconectados entre si y están densamente irrigados, están formados por una capa de tejido epitelial, dos tipos de células epiteliales: -celulas alveolares tipo i (intercambio gaseoso), está prácticamente todo fusionado: la membrana alveolar, la membrana del capilar y la membrana del glóbulo rojo por lo que los gases pueden difundir muy fácilmente, en el interior del alveolo (capa interior) tenemos una capa que es el surfactante este surfactante lo sintetiza y secreta las células alveolares tipo II y la función es disminuir la tensión superficial y facilita la respiración. Estos alveolos como superficie respiratoria que son no tienen musculo liso, lo que sí que tienen son un montón de fibras elásticas de colágeno y elastina para que el pulmón pueda recuperar su estructura normal. Esto implica un gasto energético. Gradiente de presión. El tejido pulmonar no puede generar ese gradiente, la función del bombeo debe ser ejercida por la cavidad torácica (músculos intercostales, lo hacen de fuera
hacia adentro) y el diafragma. La contracción o dilatación del diafragma dan lugar a los procesos de inspiración y espiración, nuestro ciclo de respiración es continuo. Los músculos intercostales también intervienen en la generación del gradiente de presión, en una respiración tranquila, normal… los músculos implicados son el diafragma y los músculos intercostales externos, en la respiración forzada, intervienen además otros músculos. El diafragma mas los intercostales externos se contraen y por tanto aumenta la cavidad torácica, y por tanto el volumen aumenta y la presión es menor que en el exterior y el aire entra (inspiración) Cuando cesa la contracción del diafragma, se produce el retroceso elástico de los pulmones, el volumen disminuye, la presión aumenta y el aire sale 8espiracion) En este proceso se gasta energía, el mayor porcentaje de este gasto se gasta en vencer esa tensión superficial.
Se gasta muchísima energía en vencer la tensión superficial, nosotros estamos respirando aproximadamente cada 5 segundos. El interior de nuestros alveolos tiene surfactante, mezcla de lipoproteínas y que no se distribuye igualmente en todos los alveolos, en los alveolos pequeños hay mas surfactante que en los mas grandes para igualar presiones, disminuye la tesion superficial porque la cabeza apolar esta en contacto con el aire y la polar con el agua. El surfactante está en todos los animales con pulmones, el surfactante se sintetiza a partir de los 7 meses de gestacion por eso los niños prematuros lo pasan mal. El bostezar activa la síntesis del surfactante. Intercambio gaseoso:
La ventilación es bidireccional al rellenar un globo estas hiperventilando y te mareas por eso debes de respirar en una bolsa para respirar CO2. Regulación de la respiración: Para controlar la ventilación se requiere: mantener las presiones parciales de los gases, el pH, el cambio en los gases nos provoca cambios en el recorrido ventilatorio. Necesitamos quimiorreceptores para controlar los niveles de gases en la sangre, cualquier alteración de estos niveles va al SNC (el bulbo raquídeo del cerebro) e inicia la respuesta ventilatoria, esta respuesta ventilatoria la lleva acabo el bulbo raquídeo que manda unas señales a los músculos esqueléticos que mueven el diafragma y provoca esa respuesta ventilatoria. A parte de los quimiorreceptores también hay otros receptores que hacen que podamos respirar voluntariamente. El centro respiratorio se encuentra en el bulbo raquídeo, pero a lo largo de ese bulbo dependiendo en la zona en la que te encuentres nos encontramos con diferentes patrones, una zona del bulbo controla la respiración normal Centro respiratorio:
