2. El intercambio de gases en los animales

Todos los animales necesitan energía para realizar sus actividades cotidianas. Como ya sabemos, la energía la obtienen a partir de la oxidación de moléculas orgánicas en la respiración celular. Este proceso se realiza en las mitocondrias de las células y necesita oxígeno para llevarse a cabo. En el proceso, se desprende dióxido de carbono.
Ambos gases es necesario intercambiarlos con el medio que nos rodea. El proceso respiratorio en animales lo podemos dividir en tres fases:
  • Respiración fisiológica. Consiste en captar oxígeno del exterior y expulsar dióxido de carbono gracias a una serie de movimientos.
  • Intercambio de gases. Consiste en la difusión del oxígeno captado del exterior hacia la sangre y el medio interno del animal, que es intercambiado con el dióxido de carbono procedente del metabolismo celular que sale al medio externo.
Imagen 30. Fuente Proyecto Biosfera bajo licencia Creative Commons.
  • Respiración celular. Consiste en la oxidación de materia orgánica utilizando oxígeno y liberando dióxido de carbono.
Los animales han desarrollado distintos tipos de respiración aerobia que presentan diferente grado de complejidad dependiendo del tipo de animal, de sus necesidades energéticas y del medio en el que vive.
Los animales más sencillos, como cnidarios y esponjas, no han desarrollado estructuras respiratorias, debido a que realizan el intercambio de gases célula a célula con el medio acuático que las rodea.
Por ejemplo, las esponjas y los pólipos que forman la masa coralina de la imagen inferior. Son organismos filtradores que hacen pasar el agua a través de su cuerpo, de tal forma que pueden coger el oxígeno disuelto en el agua y ceder el dióxido de carbono.
Imagen 31. Fuente Biodidac bajo licencia Creative Commons.
El resto de animales presenta una organización celular más compleja, en la que hay mayor número de capas celulares con lo que aumentan los problemas para realizar el intercambio gaseoso con el exterior. Por ello, han desarrollado diversas estrategias para conseguir el intercambio.
Los tipos de sistemas respiratorios que podemos encontrar en los distintos animales son:
  • El sistema de respiración cutánea.
  • El sistema de respiración branquial.
  • El sistema de respiración traqueal.
  • El sistema de respiración pulmonar.

La respiración cutánea

Fíjate en la rana de esta imagen.

Imagen 32. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons.

Aunque te parezca mentira, este animal es capaz de intercambiar gases a través de la piel. Para ello, su piel es muy fina, está húmedecida y posee una gran cantidad de vasos sanguíneos para poder transportar los gases. Este tipo de sistema respiratorio aparece en animales como los anfibios, anélidos y algunos moluscos. En moluscos y anfibios es un sistema que se complementa con otros sistemas respiratorios (pulmonar o branquial).

La respiración branquial

Como el oxígeno disuelto en el agua es tan solo el 5% del oxígeno que aparece en el aire, los animales acuáticos han tenido que desarrollar estrategias para poder obtener la máxima cantidad de oxígeno. Para ello, la mayor parte de las especies acuáticas de anélidos, moluscos, crustáceos, peces y anfibios han desarrollado branquias.

Las branquias son repliegues tegumentarios muy finos (poseen una sola capa de células) y que están muy irrigados y en contacto continuo con el agua. Esta estructura proporciona una gran superficie de contacto con el agua para intercambiar oxígeno.

La disposición de las branquias en el cuerpo del animal es variada. Así, las branquias pueden ser externas o internas. En el caso de las branquias externas el animal las mueve para que el agua pase a través de ellas como ocurre en las larvas de anfibios.

Imagen 33. Fuente only alice bajo licencia Creative Commons.

Las branquias internas están más protegidas. Los moluscos bivalvos las protegen dentro de la cavidad del manto y bombean el agua a través de unos sifones para obtener el oxígeno.

Imagen 34. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons.

En los peces las branquias se disponen en una cámara (cámara branquial) donde quedan sujetas a una estructura ósea llamada arco branquial. En los peces cartilaginosos (tiburones y rayas) hay cinco arcos y cuatro en los peces óseos. La cámara branquial se cierra al exterior por una estructura ósea llamada opérculo que protege los arcos branquiales o por unas hendiduras de la piel. En los peces óseos, el agua circula desde la boca a las hendiduras branquiales, presionada por la lengua y creando una corriente que favorece el intercambio gaseoso entre la branquia y el agua.

Imagen 35. Fuente E. Charlton bajo licencia Creative Commons.

En los peces cartilaginosos, el agua entra por los espiráculos que son unas aperturas que aparecen detrás de los ojos.

Imagen 36. Fuente J. kelly bajo licencia Creative Commons.

La respiración traqueal

Los insectos, miriápodos y arácnidos han desarrollado un sistema de tubos ramificados, llamado tráqueas, que conectan las células de todo el cuerpo con el exterior a través de unas aperturas llamadas estigmas, que se pueden cerrar mediante espiráculos. En muchos insectos también aparecen sacos aéreos que tienen la función de ventilar el cuerpo mediante dilataciones y contracciones favorecidas por la comprensión y distensión del abdomen. Este sistema respiratorio prescinde del sistema circulatorio para transportar el oxígeno a las células.

Imagen 37. Fuente Biodidac bajo licencia Creative Commons

Los pulmones son estructuras respiratorias, que se han desarrollado a partir de una serie de invaginaciones membranosas que forman una bolsa. Estas bolsas están conectadas con el exterior mediante una serie de tubos que constituyen las vías respiratorias. Son estructuras típicas de animales terrestres.

Las arañas y escorpiones presentan una estructura respiratoria que se llaman pulmón en libro que consiste en una cámara que se abre al exterior por un orificio. En el interior hay membrana muy replegada dispuesta paralelamente (de ahí su nombre). Los pliegues dividen la cámara en dos lados, el externo en contacto con el aire y el interno en contacto con el líquido circulatorio.

Imagen 38. Fuente ISFTIC bajo licencia Creative Commons.

Los caracoles terrestres presentan una estructura similar. En el manto han desarrollado una cavidad muy vascularizada que realiza el intercambio de gases.

Tanto el pulmón en libro como el de los caracoles son pulmones de difusión en los que el aire circula unidireccionalmente.

Existen otro tipo de pulmón denominado de ventilación que son propios de los vertebrados terrestres. En ellos el intercambio de gases se produce mediante movimientos de contracción y distensión que provocan un cambio de volumen.

Los vertebrados terrestres presentan diferentes tipos de pulmones. Unos tienen forma de saco, como el pulmón de anfibios, reptiles y mamíferos y otros son tubulares, como en las aves. En este caso, el pulmón está conectado con unos sacos (sacos aéreos) que se extienden por otras zonas del cuerpo. Cuando se llenan de aire, disminuye la densidad del animal lo que facilita el vuelo.
Imagen 39. Fuente Biodidac bajo licencia Creative Commons.
El pulmón de los anfibios es casi liso, sin repliegues internos, por lo que la superficie de intercambio gaseoso es demasiado reducida. Esto implica la necesidad de otros sistemas respiratorios para satisfacer las necesidades de oxígeno. La siguiente imagen te muestra una disección de una rana en la que se ve el tamaño y aspecto de los pulmones que parecen un saco sencillo.
Imagen 40. Fuente Penn State bajo licencia Creative Commons.

En reptiles, los pulmones presentan repliegues, con lo que la superficie de intercambio de gases aumenta respecto a la de los anfibios. Este desarrollo ha permitido la colonización del interior de los continentes sin la dependencia del agua para ello. Las serpientes poseen un único pulmón desarrollado, para evitar una excesiva compresión de su cuerpo. Si te fijas en la siguiente imagen verás que el pulmón tiene un aspecto más compacto que el de un anfibio.

Imagen 41. Fuente L. Raw bajo licencia Creative Commons.

En los mamíferos, los pulmones muestran un gran desarrollo de la superficie interna. La presencia de una serie de tubos ramificados (bronquiolos) que transportan el aire a los sacos alveolares que son unas cámaras formadas por un grupo de vesículas llamadas alveolos. Los alveolos son los lugares donde se produce el intercambio gaseoso con la sangre.

Imagen 42. Fuente Biodidac bajo licencia Creative Commons.

 

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Completa la tabla identificando las estructuras respiratorias.
pulmón de
pulmón de
  

El proceso de intercambio gaseoso que se produce en los alveolos de los pulmones es un proceso sencillo. En ellos la sangre y el aire están separados por dos finas capas celulares (la del alveolo y la del capilar). El proceso de intercambio queda explicado en la siguiente animación:

Animación 3. Fuente Educaplus bajo licencia Creative Commons.

 

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Completa la siguiente frase, poniendo los nombres adecuados en los espacios:
El aparato respiratorio de los vertebrados terrestres consta de y . Al bifucarse la se originan los que se ramifican hasta formar unos conductos finísimos llamados en cuyo final hay unos ensachamientos llamados o pulmonares
  

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Algunas especies de crustáceos terrestres, como las cochinillas de humedad y las pulgas de playa presentan branquias.

Un resumen de cómo respiran los animales lo tienes en el siguiente vídeo.

Vídeo 3. Fuente Euyintube bajo licencia Creative Commons.