Sistema respiratorio de los peces

Para que los peces puedan desarrollar sus actividades vitales (desplazarse, crecer, reproducirse), deben recibir un aporte importante de energía. Este aporte lo obtienen mediante la nutrición y la posterior ruptura química de las grasas y carbohidratos que ingieren. Esta ruptura o degradación, que se denomina oxidación y ocurre a nivel celular, consume oxígeno y produce bióxido de carbono (CO2).
Para satisfacer esos requerimientos energéticos es imprescindible que los peces absorban oxígeno y lo distribuyan a lo largo de su cuerpo, en todas las células. Por su parte el CO2producido por las células debe ser recogido y desechado en el medio ambiente. Esto no es otra cosa que el mecanismo de respiración que les es común a todos los animales.

Siendo el agua uno de los medios menos apropiados para obtener oxígeno, las diversas familias de peces han debido resolver esta dificultad mediante la elaboración de formas de respiración muchas veces dispares entre sí.

Si tenemos en cuenta que el agua (bien aireada) tiene 25 veces menos oxígeno que el aire, podemos comprender que hacen falta mecanismos muy especializados para obtener una buena oxigenación en la sangre y posibilitar la oxidación a nivel celular.

Algunos peces han evolucionado en formas muy diferentes que otros en lo que hace a la respiración. El caso de los anabántidos y los silúridos es particularmente ilustrativo pues su sistema ha evolucionado en el sentido de extraer el oxígeno directamente del aire atmosférico, a cuyo efecto utilizan un órgano denominado “laberinto”. En ese laberinto se almacena el aire, el cual posteriormente se comprime en la cámara suprabranquial y se introduce por presión en los capilares sanguíneos. Para que esto sea posible, los anabántidos deben primero eliminar el aire contaminado con CO2, lo cual hacen (en forma de una burbuja), poco antes de subir a respirar. Mientras los Betta sp. deben subir a la superficie cada 5 minutos, los Colisa sp., pueden hacerlo cada 70-80 minutos (esto depende de la actividad del pez, de la temperatura, etc).

Por otro lado, los calíctidos del género Corydoras sp. (y todos sus parientes cercanos), han perfeccionado un sistema de respiración anal, utilizando aire atmosférico, y por su parte otras especies han desarrollado sacos branquiales extendidos (comoSaccobranchus fossilis), o la vesícula natatoria similar a un pulmón (Erytrinus unitaeniatus), o canales alimenticios altamente vascularizados (Cobitis taenia) y hasta un verdadero pulmón (el ya mencionado Lepidosiren paradoxus).

Sin embargo, el más refinado órgano respiratorio son las branquias, que en la casi totalidad de los peces está ubicada debajo de una membrana protectora móvil denominada opérculo.

Las branquias constan de una doble fila de filamentos alargados y angostos. Cada filamento contiene varias laminillas transversales planas, cubiertas con células muy delgadas y con abundante provisión de capilares sanguíneos. Estos a su vez corren entre los filamentos aferentes y eferentes.

Cada branquia es soportada por un arco branquial y su borde interior posee los denominados rastrillos expandidos. De este modo, la escasa cantidad de oxígeno que se encuentra disuelto en el agua, es compensado por la gran cantidad de capilares disponibles para el intercambio de gases. Es decir que en ambos lados del pez existen muchos arcos branquiales que soportan una doble fila de numerosos filamentos, cada uno de ellos posee gran cantidad de laminillas repletas de capilares.

La sangre va al filamento por la arteria aferente, es pasada a la arteria eferente por medio de una multitud de capilares que irrigan cada laminilla. Dentro de las laminillas la sangre se oxigena y fluye desde arriba hacia abajo, mientras el agua que pasa por las laminillas lo hace en sentido contrario. El agua deja el oxígeno y arrastra el CO2.

Organización de la Cámara Branquial

El gráfico de la izquierda nos muestra la organización de la cámara branquial de un pez de agua dulce (sección horizontal). Al respirar, el opérculo se cierra contra el cuerpo y los arcos branquiales sobresalen lateralmente, al mismo tiempo que el agua penetra en la boca del pez, abierta en ese momento. Al cerrarse la válvula oral los arcos branquiales se contraen, los opérculos se levantan y el agua es comprimida contra los filamentos. En ese proceso la sangre de las laminillas entrega el CO2 y absorbe el oxígeno del agua. Lo importante de este proceso es que la sangre fluye por las laminillas en el sentido opuesto al flujo del agua sobre los filamentos, produciéndose el denominado “flujo contracorriente” .

En todo este proceso el agua que pasa a través de las branquias pierde el 80% de su contenido en oxígeno, el cual es recogido por el organismo del pez a través de la sangre.

Experiencias de laboratorio han permitido demostrar que si se invierte el sentido del flujo del agua a través de las branquias, los peces solamente asimilan el 20% del oxígeno normal, o sea un 16% del oxígeno del agua.
¿Cómo es entonces que resulta tan efectivo el flujo contracorriente para extraer oxígeno del agua? No resulta muy sencillo explicarlo, pero podemos inferir que siendo la sangre que está por abandonar las laminillas pobre en potencia para extraer oxígeno (pues ya está poseyendo gran cantidad de oxígeno), es necesario hacerla fluir contra el sentido en que circula el agua, cuyo contenido de oxígeno es alto y bajo su contenido de CO2.

De este modo se impide que la sangre, altamente oxigenada, entregue el oxígeno al agua por ósmosis, cosa que ocurriría si la concentración de oxígeno en el agua fuera inferior al de la sangre. El mismo proceso, pero en sentido inverso, es el que permite desprender el anhídrido carbónico de la sangre y entregarla al agua que posee una concentración de CO2 más baja.

Entre otras, esta es una de las razones más valederas para que los peces sean reconocidos como los más diversificados de todos los vertebrados.

Sistema respiratorio de las aves

Las aves, al igual que los seres humanos, necesitan respirar para introducir oxígeno en sus cuerpos y desechar el dióxido de carbono. Su sistema respiratorio está bien adaptado para el vuelo, que demanda una gran ventilación del organismo. La frecuencia de respiraciones varía según el tamaño del ave. Así, un colibrí en reposo puede respirar hasta más de 200 veces por minuto, mientras que un pavo respira alrededor de unas 10 veces por minuto. Al volar, la tasa de respiración del ave aumenta entre 12 y 20 veces más.

Una de las características más notorias del sistema respiratorio de las aves es la presencia de sacos aéreos. Estas estructuras son una especie de prolongaciones de los pulmones que penetran algunos huesos y órganos. Según la especie, el número de sacos aéreos oscila entre seis y doce. Los sacos también ayudan a reducir el calor producido al volar.
El ave requiere dos respiraciones completas para que el aire entre a su cuerpo y salga fuera de él. El aire con oxígeno ingresa al cuerpo del ave a través de las aberturas nasales o nostrilos, ubicados en la base del pico. Sigue su camino por medio de la tráquea hasta llegar a la siringe, estructura que permite al ave emitir sonidos. En este punto, la tráquea se ramifica en dos bronquios. El aire con oxígeno pasa entonces a unos sacos aéreos abdominales. Cuando el ave exhala, ese aire pasa de dichos sacos a los pulmones.
Al inhalar nuevamente, el aire se mueve de los pulmones a los sacos aéreos anteriores y a los sacos situados en el tórax y entre las clavículas. Cuando el ave exhala nuevamente, el aire pasa a los bronquios y de ahí sale al exterior del organismo.
La respiración en las aves está controlada por contracciones de los músculos adyacentes a la caja torácica. Esos movimientos musculares ensanchan o reducen el tamaño de la cavidad del pecho y fuerzan el aire a circular por los sacos aéreos. Todas las adaptaciones anteriores contribuyen a una alta tasa de intercambio gaseoso.

Sistema respiratorio humano

El hombre utiliza respiración pulmonar, su aparato respiratorio consta de:

• Sistema de conducción: fosas nasales, boca, epiglotis,faringe, laringe, tráquea, bronquios principales, bronquios lobulares, bronquios segmentarios y bronquiolos.
• Sistema de intercambio: conductos y los sacos alveolares. El espacio muerto anatómico, o zona no respiratoria (no hay intercambios gaseosos) del árbol bronquial incluye las 16 primeras generaciones bronquiales, siendo su volumen de unos 150 ml.

La función del aparato respiratorio consiste en desplazar volúmenes de aire desde la atmósfera a los pulmones y viceversa. Lo anterior es posible gracias a un proceso conocido como ventilación.

La ventilación es un proceso cíclico y consta de dos etapas: la inspiración, que es la entrada de aire a los pulmones, y la espiración, que es la salida. La inspiración es un fenómeno activo, caracterizado por el aumento del volumen toráxico que provoca una presión intrapulmonar negativa y determina el desplazamiento de aire desde el exterior hacia los pulmones. La contracción de los músculos inspiratorios principales, diafragma e intercostales externos, es la responsable de este proceso. Una vez que la presión intrapulmonar iguala a la atmosférica, la inspiración se detiene y entonces, gracias a la fuerza elástica de la caja toráxica, esta se retrae, generando una presión positiva que supera a la atmosférica y determinando la salida de aire desde los pulmones.

En condiciones normales la respiración es un proceso pasivo. Los músculos respiratorios activos son capaces de disminuir aún más el volumen intratoráxico y aumentar la cantidad de aire que se desplaza al exterior, lo que ocurre en la espiración forzada.

Mientras este ciclo ventilario ocurre, en los sacos alveolares, los gases contenidos en el aire que participan en el intercambio gaseoso,oxígeno y dióxido de carbono, difunden a favor de su gradiente de concentración, de lo que resulta la oxigenación y detoxificación de la sangre.

La respiración de los seres vivos: Diversidad y adaptación

¿Como son las estructuras respiratorias de los animales?

En los seres unicelulares, como las amebas, el intercambio de gases sucede de la forma más simple, a través de la membrana celular, cubierta externa que rodea a las células, mediante un fenómeno conocido como difusión.

La difusión consiste en el plaso de sustancias, en este caso de oxígeno y dióxido de carbono, a través de la membrana celular de losorganismos. Algunos organismos marinos simples, como esponjas y medusas, cuyas células están en permanente contacto con el agua, realizan su intercambio gaseoso por difusión.

Las lombrices, otros gusanos y los anfibios respiran a través de la piel que es muy delgada, por lo que se dice que tiene respiracion cutánea. En este tipo de respiración el oxígeno entra al organismo a través de las células de la piel y luego pasa a el sistema circulatorio, que lo transporta a todo el cuerpo; de la misma manera es llevado a la piel y de ahí sale al exterior.

Los insectos y algunos otros antrópodos, como los ciempiés, respiran por medio de tráqueas, que son conductos en forma de tubo que se encuentran a lo largo del cuerpo del animal.

En este caso, el aire de la atmósfera entra en las tráqueas por medio de pequeños orificios, llamados espiráculos, ubicados a los costados y que tienen vellosidades que impiden la entrada de polvo. De las tráqueas el oxígeno se difunde a todas la células del cuerpo y por estas sale el dióxido de carbono.

Las arañas y los escorpiones tienen unas cámaras que contienen unas membranas húmedas con forma de páginas de un libro, con las que respiran. Estas estructuras se conocen como pulmones de libro.

El tipo de respiración con las estructuras más complejas es el pulmonar, presente en algunos tipos de peces (conocidos como), los anfibios en estado adulto, los reptiles, las aves y los mamíferos. Los pulmonados son órganos con una gran superficie de intercambio gaseoso, ya que estan compuestos de millones de alvéolos.

El sistema respiratorio de anfibios adultos, reptiles y mamíferos es muy parecido al humano. Por el contrario el de las aves es muyt complejo; posee unas estructuras llamadas sacos aéreos, que están conectadas a los pulmones, para llevarles de manera continua aire. Esta adaptaciones en las aves han surgido debido a que el vuelo constituye una actividad que consume grandes cantidades de energía, que debe ser repuesta constantemente.

En las hojas y los tallos jóvenes de las plantas hay unas estructuras microscópicas llamadas estomas, formadas por dos células, con forma de frijol, que se abren o cierran para permitir el intercambio gaseoso. El oxígeno que entra en la hoja es transportado hacía la raíz, los tallos, las flores y los frutos.

En los tallos y ramas herbáceos , leñosos y semileñosos hay unas estructuras llamadas lenticelas, con forma de poros, por donde las plantas también realizan el intercambio gaseoso.

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