respiracão, zoologia

26/08/2010

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Respiração

Prof. Ronaldo Bastos Francini Filho

Difusão

Movimentação de moléculas de áreas com alta concentração para áreas com baixa concentração

Osmose

Movimentação da água de um meio com menor concentração de solutos para um meio com maior concentração

Antoine Lavoisier (1743-1794)

Por que respiramos?

Respiração (= oxidação dos alimentos)

Alimento + oxigênio CO2 + água

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Carboidratos

Gorduras

Proteínas

Estágios da digestão

I II III

Alimento quebrado em

moléculas pequenas no

intestino

Moléculas de alimento

convertidas em ácido pirúvico no

interior do citoplasma e

posteriormente em Acetil-CoA no

interior da mitocôndria

Acetil-CoA entre no Ciclo de Krebs, onde

é completamente oxidado a dióxido de

carbono. Processo libera elétrons que entram na cadeia transportadora de

elétrons. No final da cadeia, elétrons são

recebidos por oxigênio, formando

água.

Não ocorre produção de

energia

Baixa produção de energia

Alta produção de energia

Alimento:

Respiração (= oxidação dos alimentos)

Propriedades dos gases respiratórios

Componente %

Oxigênio 20,95

Dióxido de carbono 0,03

Nitrogênio 78,09

Argônio 0,93

Total 100

Composição da atmosfera:

• Nitrogênio e gases nobres: inertes na maioria dos processos fisiológicos;• Manutenção da composição da atmosfera: respiração e fotossíntese;

Solubilidade dos gases respiratórios

• Gases são solúveis em água;

• Quantidade de gás dissolvido na água depende de:

1) Natureza do gás;

2) Pressão do gás na fase gasosa;

3) Temperatura;

4) Presença de outros solutos na água.

Solubilidade dos gases: natureza do gás

Componente %

Oxigênio 34,1 ml/litro

Nitrogênio 16,9 ml/litro

Dióxido de carbono 1019,0 ml/litro

Solubilidade dos gases na água (15°C 1 atmde pressão):

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Solubilidade dos gases: Pressão, temperatura e sais dissolvidos

• A quantidade de gás dissolvido em um dado volume de água depende da pressão do gás (relação linear descrita pela Lei de Henry);

• Solubilidade dos gases diminui com a elevação da temperatura e concentração de sais.

Comparações entre água e ar

Água ArRazão

Água/Ar

Concentração de O2 (litro/litro) 0,007 0,209 1:30

Viscosidade (centipoise, cP) 1 0,02 50:1

Coeficiente de difusão O2 (cm2/s) 0,000025 0,198 1:8000

Desvantagens do meio aéreo

• Evaporação e risco de dessecamento. Superfícies de trocas gasosas localizadas em cavidades especializadas (pulmões), limitando o acesso ao ar externo;

• Troca de gases através da superfície corpórea (difusão) possível apenas para animais relativamente pequenos em hábitats úmidos (ex.: minhocas e sapos).

BrachycephalusBrachycephalus ephippiumephippium

Respiração na água

Organismos pequenos: difusão a partir da superfície do corpo (ausência de sistema circulatório).

Respiração na água

Organismos grandes: distâncias de difusão muito grandes. Apresentam superfícies especializadas para trocas gasosas e sistema circulatório para transporte de oxigênio.

Órgãos respiratórios

• Brânquias (evaginações): Mais comuns no meio aquático (ex.: peixes, diversos moluscos);

• Pulmões (invaginações): Raros (ex.: peixes pulmonados, alguns pepinos-do-mar).

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Ventilação das brânquias

• Retirada contínua de O2 de água estagnada

levaria a déficit de O2 no entorno das brânquias;

• Estratégias de ventilação

Movimentação da brânquia pela água

Movimentação de água pelas brânquias

Movimentação da brânquia pela água

• Viável apenas para organismos pequenos, pois força para vencer a resistência da água aumenta desproporcionalmente com o tamanho.

Larvas de EphemeridaeSalamandra norte-

americana (“mudpuppy” Necturus)

Movimentação de água pelas brânquias

Mais viável

Ação de cílios: mariscos e outros moluscos

Bomba mecânica: peixesfluxo de água (ação ciliar)

Locomoção e movimentação simultânea de água pelas brânquias

Atum Polvo

Ventilação forçada

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Ventilação forçada Bombeamento de água

• Abaixamento da boca;• Abertura e fechamento do opérculo.

Fluxo de água

Morfologia das brânquias

Duas fileiras com filamentos

Fluxo contra-corrente

• Oxigênio movimenta-se através do gradiente de difusão, que é mantido por mais tempo com o mecanismo de fluxo em conta-corrente.

Peixes pulmonados (Sarcopterygii: Dipnoi)

Pirambóia Lepidosiren paradoxa

Ch

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dri

chth

yes

Mam

mal

ia

Pla

cod

erm

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Dip

no

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isto

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to)

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Cro

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ylia

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Grupos viventes

Grupos extintos

Origem dos pulmões

Amniota

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Peixes pulmonados Pulmão modificado em bexiga natatória

Pulmão modificado em bexiga natatória

• Bexiga natatória:

• Fisóstomos (teleósteos basais – e.g. sardinhas, salmões e carpas): gás expelido por ducto pneumático que conecta bexiga natatória ao trato digestório;

• Fisóclistos (teleósteos derivados): ducto pneumático perdido;

• Rete mirabile secreta gás na bexiga natatória de fisóstomos e fisóclistos;

• Peixes fisóclistos liberam gás através de válvula muscular (oval).

Pulmão modificado em bexiga natatória

Fisóstomo

Fisóclisto

Pulmão modificado em bexiga natatória Respiração aérea

Quatro tipos de órgãos

respiratórios

Brânquias

Pulmões

Traquéias

Pele

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Pori

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Respiração aérea: adaptação em larga escala

Ver

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rad

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Respiração cutânea: animais pequenos

Difusão de gases respiratórios

Bufo valliceps

Respiração aérea com brânquias

• Pouco adequadas; ocorrem em poucos animais

Caranguejo terrestre Birgus

latro

Respiração pulmonar: dois tipos

Ventilação (típicos dos vertebrados)

Difusão (ex.: caracóis terrestres)

Ventilação pulmonar

Bomba de pressão

Bomba de sucção

Anuros: papel da respiração cutânea e pulmonar

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Animais sem pulmões e sem brânquias

Salamandra Desmognathus fuscus (Plethodontidae) Respiração através da pele e da mucosa da boca

Mam

mal

ia

Ave

s

Cro

cod

ylia

Lep

ido

sau

ria

Test

ud

ines

An

fíb

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Anapsida Diapsida Synapsida

Amniota

Archosauria

Tetrapoda

Não-Amniota

Sauropsida

Tetrapoda: modo ancestral de locomoção Testudines

expiração

inspiração

Tartarugas aquáticas

• Pressão hidrostática ajuda na movimentação de ar para dentro e para fora do pulmão;

• Algumas podem trocar oxigênio e dióxido de carbono diretamente com a água (faringe e cloaca são principais locais de trocas gasosas).

Respiração cloacal: Rheodytes

leukops (Austrália)

Chelonia mydas

Lepidossauria

Lagartos + SerpentesAnphisbaenaSphenodon

Squamata

Lepidosauria

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Lepidossauria

Serpente marinha (Pelamis platurus)respiração cutânea

Crocodylia

• Rotação dos ossos pubianos e expansão da caixa torácica.

• Movimentos pélvicos;

•Pulmão parabronquial + sacos aéreos;

• Direção única de ventilação (fluxo contra-corrente) e passagem de ar fresco pelos alvéolos tanto na inspiração quanto na expiração;

• Circuito completo inclui dois ciclos respiratórios;

• Alta eficiência;

• Sistema interconectado com ossos pneumáticos: calor dissipado com maior eficiência e aumento na flutuação.

Aves

Inspiração 1

Sacos aéreos anteriores

Pulmão parabronquial(único local de trocas gasosas)

Sacos aéreos posteriores

Respiração nas aves

Expiração 1





Inspiração 2





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Expiração 2




Respiração nas aves Mamíferos

• Adotaram postura mais ereta, com membros posicionados mais ventralmente (ondulações do corpo abandonada);

• Desenvolvimento de diafragma muscular;

• Diafragma auxiliado por movimentos inerciais.

Mamíferos

• Pulmões complexos;

• Subdividido em pequenos sacos delicados(alvéolos) onde ocorrem trocas gasosas.

Estrutura alveolar do pulmão de um cão

mostrando glóbulos vermelhos

Mamíferos

• Área superficial do epitélio respiratório: 50-100 m2

• Área superficial restante do corpo: < 2 m2

Volume pulmonar nos mamíferos

~ 5% do volume corpóreo

Morcegos: trocas gasosas através da pele das asas

Pele fina e desprovida de pelos

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Regulação da respiração

• Principal agente responsável pela regulação da respiração aérea: concentração de CO2 no sangue (na verdade pH);

• Principal agente responsável pela regulação da respiração aquática: concentração de O2

no sangue;

Respiração nos insetos

• Cutícula dos insetos evita perda de água, mas dificulta absorção de O2;

• Traquéias se comunicam com o exterior através de espiráculos.

respiracão, zoologia

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