Presentación del capítulo 39

Respiración
Semana 8, Capítulo 39

39.1 Naturaleza de la respiración
 Las células llevan a cabo
constantemente cientos de
reacciones químicas. Todas estas
reacciones requieren energía (ATP)
y la mayor parte del ATP se produce
por respiración celular. Este
proceso usa oxígeno como
aceptador final en la cascada de
electrones y libera bióxido de
carbono durante el ciclo de Krebs.
 Respiración es el proceso mediante
el cual los organismos obtienen
oxígeno del medio ambiente y
liberan bióxido de carbono.

Concentración de oxígeno
 La atmósfera se compone de
78 % nitrógeno, 21 %
oxígeno, 0.04 % bióxido de
carbono y 0.06 % de los
demás gases.
 A nivel del mar, la atmósfera
ejerce una presión de 760
mm de mercurio. La presión
y por lo tanto la cantidad de
moléculas presentes en un
volumen de aire disminuyen Este alpinista usa una
máscara porque la
con la altura. Por ejemplo, a concentración de oxígeno a
30,000 pies la presión de la esa altura es muy baja para
atmósfera es 251 mm/Hg. su metabolismo.

Fundamentos del intercambio gaseoso
 La respiración o intercambio gaseoso depende de la
difusión de oxígeno (O2) y bióxido de carbono (CO2) de
mayor a menor concentración.
 La respiración siempre sucede con los gases disueltos
en agua y través de una membrana húmeda. Los
factores principales que favorecen la difusión son:
• La concentración de los gases a ambos lados de la
membrana.
• El área de superficie en comparación con el volumen
interno. Mientras mayor es el área de la membrana,
más eficiente es la difusión.
• La velocidad y dirección del movimiento de los gases
a ambos lados de la membrana.

Interacción con otros sistemas

Los sistemas del cuerpo se interconectan. Este diagrama
presenta la relación de sistema respiratorio con otros sistemas.

Pigmentos respiratorios
 En la mayoría de los animales el
oxígeno no viaja disuelto en la
sangre, sino asociado con un
pigmento respiratorio. Estas
proteínas tienen una o más
moléculas de un metal iónico que
se enlaza reversiblemente con las
moléculas de oxígeno.
 En la sangre de los vertebrados el
pigmento respiratorio es
hemoglobina, una proteína que Observa la posición de los
átomos de hierro cargados
contiene hierro. En los músculos positivamente (Fe2+).
hay una variente llamada
mioglobina.

39.2 Jadeando por oxígeno

 La concentración de
oxígeno en la
atmósfera se mantiene
constante, pero en
cuerpos de agua
relativamente
pequeños puede variar
considerablemente con
los cambios en
temperatura y el
consumo de oxígeno
por los organismos del
ecosistema.

39.2 Jadeando por
oxígeno
 El exceso de nutrientes
en los lagos puede
causar una explosión
poblacional de
productores, seguida
por una explosión de
descomponedores que
consumen todo el
oxígeno. Una de las
características de la
eutrofización de un
cuerpo de agua es la
mortandad masiva de
peces por asfixia. Mortandad masiva de peces en Louisiana

39.3 La respiración en los
invertebrados
 Entre los
invertebrados vemos
distintas opciones
para llevar a cabo el
intercambio gaseoso.
 Algunos Gusano plano terrestre
invertebrados Esponjas
acuáticos, o que
viven en lugares muy
húmedos, respiran a
través de la
superficie del cuerpo
(respiración
integumentaria). Aguaviva

Respiración en las lombrices de tierra
 Las lombrices de tierra
también usan
respiración
integumentaria. El
animal tiene un sistema
circulatorio eficiente y
hemoglobina en su
sangre (aunque sin
eritrocitos). La sangre
llega a redes de
capilares debajo de la
piel húmeda y allí
sucede el intercambio
gaseoso.

Respiración por
braquias
 Algunos
invertebrados, como
los moluscos y los
artrópodos acuáticos,
intercambian gases a Branquias de un camarón (exoesqueleto removido)

través de órganos
filamentosos llamados
branquias. La sangre
fluye por el interior de
los filamentos y el
agua circula entre los
mismos.
 Los peces también
usan branquias. Branquias de un nudibranquio (babosa de mar)

Respiración por tráqueas

 Los insectos respiran
por un sistema de
tráqueas hecho de
tubos que se
ramifican una y otra
vez hasta llegar
cerca las células. El
sistema circulatorio
no juega papel en
este sistema. La
contracción muscular
ventila las tráqueas.

Respiración por pulmones tipo libro
 Las arañas y los
escorpiones respiran
a través de sacos
pulmonares (book
lungs). El aire circula
por espacios dentro
de láminas finas y la
sangre circula entre
las láminas.
 La sangre de estos
artrópodos contiene el
pigmento respiratorio La molécula de hemocianina
contiene cobre en vez de hierro
hemocianina. y la sangre oxigenada es
azulosa en vez de roja.

Respiración por pulmones

 Los caracoles terrestres
tinen un pulmón. Por fuera
se observa un poro que da
acceso al interior. El
pulmón es un saco
ramificado en cuyas
paredes sucede el
 Contracciones musculares
expanden y contraen el
pulmón para ventilarlo.

39.4 La respiración en los vertebrados-
los peces I
 Los peces respiran mediante branquias. El agua es
succionada por la boca y sale entre los filamentos
branquiales. La sangre de los peces tiene eritrocitos
con hemoglobina.

Respiración de los peces II
 Esta ilustración explica con más detalle el flujo de agua
entre los filamentos.
Observa que
la sangre fluye
por los
capilares en
una dirección
y que el agua
fluye entre los
filamentos en
dirección
contraria. Esto
aumenta
mucho la
eficiencia del
intercambio
gaseoso.

La respiración de los anfibios
 Los renacuajos de los anfibios tienen branquias
externas. Los adultos respiran a través de la piel
húmeda y mediante pulmones. La figura ilustra cómo se
ventilan los pulmones.

La respiración de reptiles, aves y
mamíferos
 Los reptiles, las aves y
los mamíferos respiran
mediante pulmones.
 Las aves tienen el
metabolismo más alto
entre los vertebrados y el
sistema respiratorio más
eficiente. Sus pulmones
no se expanden y
contraen como en los
reptiles y los mamíferos.

Los sacos aéreos aumentan el área de superficie del
sistema respiratorio y mantienen el aire fluyendo a
través de los pulmones.

Flujo de aire a través del sistema
respiratorio de las aves

Capilares aéreos
en el pulmón de un
ave. El intercambio
gaseoso sucede
entre el aire que
fluye por los tubos
y la sangre que
circula por las
paredes.

39.5 El sistema
respiratorio humano

 Nuestro sistema
respiratorio tiene
otras funciones
además del
Por ejemplo, los
receptores para el
sentido del olfato
están en la cavidad
nasal y la vibración
de las cuerdas
vocales nos permite
hablar y cantar.

Vías aéreas
 El aire entra por la nariz y fluye por la faringe (garganta) y la
laringe. La tensión de las cuerdas vocales determina el tamaño
de la glotis o entrada a la tráquea.

 La epiglotis evita que
el alimento entre a la
tráquea, que se divide
en dos bronquios, uno
de los cuales entra a
cada pulmón. La
producción de mucina y
el epitelio ciliado
capturan la mayoría de
las partículas que
entran con el aire.

De las vías aéreas
a los alveolos
 Dentro de cada
pulmón los bronquios
se ramifican hasta
formar bronquiolos
que llevan aire a los
sacos alveolares.
 Los alveolos son
saquitos de una
célula de espesor. El
intercambio gaseoso
sucede a nivel de las
redes de capilares en
la pared de los
alveolos.

La ventilación de los pulmones
 Los pulmones son ventilados por la contracción del
diafragma y de los músculos intercostales.

Aunque los
músculos
intercostales son
voluntarios, la
mayor parte del
tiempo se
contraen
automáticamente.
Aunque el
diafragma es de
músculo liso,
podemos
controlarlo
voluntariamente.

Las cuerdas vocales

Cuando
respiramos la
glotis está abierta.
Cuando hablamos,
los músculos de
las cuerdas
vocales cambian
el tamaño del
espacio que las
separa y emitimos
toda la variedad
de sonidos
característicos de
la voz. Coloca un dedo sobre tu manzana de Adán. Emite
un sonido grave y luego uno agudo. Sentirás cómo
los músculos cambian la posición de la laringe.

39.6 Cambios en el volumen de los
pulmones

 El acto de inhalar y
exhalar una vez se
conoce como el ciclo
respiratorio.
 Cuando respiramos
normalmente, los
pulmones intercambian
como 0.5 litros de aire.
Cuando inhalamos y A diferencia del sistema respiratorio de las
exhalamos aves, donde el aire fluye a través de los
forzosamente pulmones, en los mamíferos siempre se
mezcla aire nuevo con aire residual. Sin
podemos mover unos embargo, como la atmósfera tiene 21% de
2.7 litros. oxígeno el sistema provee suficiente
oxígeno para nuestras necesidades.

Capacidad de los pulmones

Volumen de
inhalación forzada
Capacidad
Capacidad
pulmonar
vital
Volumen de corriente total
(tidal volume)

Volumen de
exhalación forzada

Volumen residual

La maniobra Heimlich
 Esta maniobra, descrita por Henry Heimlich en el 1974,
tiene el propósito de empujar hacia arriba el diafragma
para que el aire expulse objetos alojados en la tráquea.
La maniobra puede causar daño interno, pero la asfixia
puede causar la muerte.

Control de la respiración
 El ritmo respiratorio es
producto de unos 10 a 14
impulsos nerviosos
generados cada minuto por
un núcleo de células en la
médula oblongada que se
conoce como el centro
respiratorio.
 Quimiorecepores en la
médula, en las arterias
carótidas y en la aorta
detectan cambios químicos
en la sangre y ajustan el
patrón de respiraciones.

39.7 Intercambio y transporte de gases
 El oxígeno y el bióxido de carbono se mueven por
difusión entre el aire presente en los alveolos y la sangre
presente en las redes de capilares que los rodean. Los
gases tienen que pasar a través de tres membranas:
epitelio alveolar, epitelio del capilar y las membranas
basales fundidas de ambos.

Transporte de oxígeno
 La concentración de oxígeno es alta en los alveolos y las
moléculas de este gas se unen con los átomos de hierro de la
molécula de hemoglobina para formar oxihemoglobina
(HbO2). En los tejidos la concentración de oxígeno es baja y
HbO2 libera oxígeno para convertirse nuevamente en Hb.

Grupo heme. En el
centro están los átomos
de hierro donde
enlaza el oxígeno.

Mioglobina
 En las células del músculo cardiaco
y de algunos músculos esqueléticos
se almacena mioglobina, un
pigmento parecido a hemoglobina
pero compuesto por una sola
cadena.
 La mioglobina tiene mayor afinidad
por las moléculas de oxígeno que la
hemoglobina y por lo tanto sirve
como almacén o reserva de oxígeno.
Cuando el músculo se ejercita y el
sistema circulatorio no suple de Molécula de
momento el oxígeno que necesita, la mioglobina
mioglobina lo suelta para que siga
sucediendo respiración celular.

Transporte de bióxido de carbono
 El bióxido de carbono que producen las células se
transporta hasta los pulmones de tres formas.
• 10% disuelto en el plasma
• 30% unido a las moléculas de hemoglobina como
carbamino hemoglobina (HbCO2)
• 60% como ión bicarbonato (HCO3-)

 La enzima anhidrasa carbónica cataliza la formación
de bicarbonato en la sangre:
• CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3- + H+
ácido ión
carbónico bicarbonato

El peligro del monóxido
de carbono
 El monóxido de carbono (CO)
es peligroso porque se enlaza
con los átomos de hierro de la
hemoglobina y no permite el
transporte de oxígeno. Como
no tiene olor, la persona puede
intoxicarse lentamente hasta
perder el conocimiento y morir
por asfixia. En los EU mueren
unas 500 personas
anualmente por envenamiento
con monóxido de carbono, la
mayoría accidentalmente y
algunas por suicidio.

39.8 Trastornos y enfermedades
respiratorias - ronquidos
 Los ronquidos suceden
cuando una
obstrucción bloquea el
flujo normal del aire.
Esto hace que la úvula
y el paladar blando
vibren, produciéndose
un sonido que puede
variar de leve a
bastante fuerte. La
persona que ronca
escucha el sonido pero
lo ignora y no
despierta.

Apnea del sueño
 Las personas que sufren
este desorden cesan de
respirar durante el sueño
cuando las amígdalas, la
lengua u otro tejido
bloquean el flujo de aire.
Cuando sucede a menudo
se le dificulta a la persona
dormir y descansar,
además de que aumenta el
riesgo de un ataque
cardiaco. El problema
puede tratarse con
máscaras o con cirugía.

Bronquitis y
pulmonía
 Bronquitis es la irritación
del epitelio de los
bronquios. Cuando sucede,
el epitelio secreta mucha
mucina que, además de
causar tos, se convierte en
un medio para crecimiento
de bacterias. La pulmonía
es una infección de los
bronquiolos y sacos
alveolares. Es una
condición peligrosa porque
puede interrumpir el

Enfisema
 La bronquitis crónica puede convertirse en enfisema, una
condición donde el tejido pulmonar es destruido por
enzimas bacterianas y sustituido por tejido fibroso. En los
EU mueren unas 100,000 anualmente de esta condición,
cuyo principal factor de riesgo es fumar cigarrillos.

Izquierda-
pulmón
normal
Derecha-
pulmón con
enfisema

El riesgo y el vicio de fumar
Para la industria
 Las partículas y los tabacalera,
mientras más
compuestos químicos temprano se
presentes en el humo del comience a fumar,
mejor.
tabaco irritan el tejido de los
pulmones y pueden causar
problemas respiratorios
diversos, incluyendo
bronquitis, enfisema y cáncer.
Fumar también aumenta la
presión y la probabilidad de
que se formen coágulos
sangíneos. Dejar de fumar es
muy difícil porque la nicotina Dejar de fumar es fácil, yo lo he dejado
es una droga muy adictiva. más de cien veces. --Ernest Hemingway

39.9 Adaptaciones de
escaladores y buzos
 Nuestro sistema
respiratorio está
adaptado para suplir
nuestras necesidades
normales. Los animales
que viven en montañas
altas y los acuáticos que
se zambullen a grandes
profundidades tienen
adaptaciones especiales
para esos ambientes.

Adaptaciones de las llamas

 Las hemoglobina
de las llamas
tiene mayor
afinidad por el
oxígeno y por lo
tanto se satura a
presiones y
concentraciones
más bajas. La
llama también
tiene pulmones
más grandes.
Las llamas son parientes de los camellos.

Adaptaciones de los cachalotes
 Los cachalotes (sperm whales)
pueden zambullirse durante dos horas.
Algunas de sus adaptaciones son:
• Exhalan forzosamente e inhalan
profundamente- cambian más del
90 % del aire en sus pulmones.
• La sangre tiene más eritrocitos y en
los músculos hay mucha más
mioglobina.
• Reducen el metabolismo y desvían
la sangre hacia el cerebro y otros
órganos que más la necesitan.
• Conservan energía moviéndose lo
menos posible

Biodiversidad- Dermochelys coriacea

El tinglar o tortuga laúd
es la tortuga marina más
grande. Su carapacho
coriáceao (como el
cuero) es una adaptación
para zambullirse a
grandes profundidades
sin que la presión del
agua lo rompa. Como las
demás tortugas marinas,
desova en las playas.

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