TEMA 7: NUTRICIÓN EN ANIMALES I:

RESPIRACIÓN Y DIGESTIÓN

1.- ¿CÓMO SE INCORPORAN LOS ALIMENTOS?Los animales somos seres heterótrofos , lo que significa que además de sustancias inorgánicas, nuestra nutrición exige obtener sustancias orgánicas para mantener el medio interno. Lo usaremos para dos finalidades.

. Como materia: con lo que construir nuestras propias biomoléculas para crecer, reparar tejidos...

. Como energía: para sintetizar sustancias, contraer músculos, realizar transporte activo a través de la membrana celular.

El alimento formado por biomoléculas es “desmontado” en el proceso digestivo para reducir sus componentes a moléculas más sencillas, los nutrientes (monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos)

Con ellos las células organizan sus propias biomoléculas, mientras que al romper los enlaces químicos obtienen la energía necesaria para realizar las funciones vitales. Este proceso es el catabolismo celular que en los animales incluye fermentaciones y respiración celular para lo cual se necesita oxígeno que tiene que llegar a las células.

Así pues, en un animal, para la correcta alimentación se precisa de:

1.- Sistema digestivo: con el que capta líquidos y sólidos

2.- Sistema respiratorio: para captar gases

Además en la mayoría de animales hay:

3.- Sistema circulatorio: como mecanismo de transporte, comunica los sistemas anteriores con todas las células del organismo

4.- Sistema excretor: para eliminar los productos de desecho. (El CO2 será eliminado por el sistema respiratorio)

2.- ¿Cómo se produce el intercambio gaseosos?Los gases ejercen presión sobre las paredes del compartimento que los contiene. Como el aire es una mezcla de gases, cada uno de ellos ejerce una parte de la presión total de acuerdo a su proporción de volumen en la mezcla. Esa presión se llama presión parcial.

Si se ponen en contacto dos masas de aire de distinta composición, se produce un intercambio gaseosos: los gases pasan de la masa donde su presión parcial es mayor a la masa donde es menor. Los mismo sucede si se pone en contacto un gas presente en el aire y en una sustancia líquida como la sangre o el agua. Este paso se denomina difusión.

En los animales con sistem circulatorio hay dos lugares en los que se produce un intercambio de gases.

1.- En el órgano respiratorio, ya sean branquias o pulmones. Aquí el oxígeno pasa desde el aire o el agua al líquido circulatorio, mientras que el CO2 sigue el camino contrario.

2.- En la zona de contacto entre el líquido circulatorio y las células del organismo. Aquí el oxígeno sale del líquido circulatorio hacia el interior de las células y llega hasta sus mitocondrias. El CO2 hace el viaje en sentido contrario

En ambos casos, los gases atraviesan finas láminas o endotelios, siempre cumpliendo la ley general de difusión de gases: se mueven desde donde la presión parcial es mayor hacia donde es menor.

En los animales sencillos que no presentan sistema circulatorio, el intercambio de gases se produce directamente entre el aire o el agua y el medio interno o intercelular del animal.

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3.- Tipos de respiración en animalesLa respiración es un proceso indispensable, a lo largo de la evolución los animales han dado respuesta a esa necesidad con distintos mecanismos que van ganando en complejidad.

3.1.- Animales sin sistema respiratorio:Las células obtienen el oxígeno directamente del disuelto en el agua, eliminando también su CO2 al agua. Ocurre en animales pequeños, de estructuras corporales muy simples y de poco espesor. Es un intercambio gaseosos poco eficiente (disponen de poca cantidad de oxígeno) debido a ello, son animales de metabolismo bajo y movimientos lentos.

Son ejemplos las medusas, pólipos y esponjas

3.2.- Animales con branquias externasEn el agua el oxígeno disuelto es mucho más escaso que en el aire, sobre todo en la profundidad (ya que en la superficie hay intercambio con la atmósfera), lo cual hace que los animales que viven en los fondos busquen zonas cerca de la costa donde la profundidad es menor. Aún así, sus estructuras se han tenido que adaptar para facilitar el proceso respiratorio.

Para mejorar el intercambio gaseoso en el mar se crearon superficies especializadas que se extienden fuera del cuerpo y pueden agitarse. Estas superficies se llaman branquias externas, que mejoran el intercambio gaseosos gracias a su gran vascularización. El animal puede retraerlas y esconderlas para evitar la atracción de depredadores. Es frecuente en gusanos y crustáceos.

3.3.- Animales con branquias internasUn paso más en la evolución consiste en proteger los sistemas branquiales en alguna cámara interior del cuerpo o taparlos con alguna estructura. Para que este sistema funcione es necesario generar una corriente de agua constante que atraviese la cámara o cavidad. Se generaron las branquias internas.

Es frecuente en moluscos, crustáceos y peces. El funcionamiento de las branquias internas mejora cuando lo que genera corriente de agua en la cavidad branquial es el propio desplazamiento del animal.

Así ocurre en las sepias, calamares y peces.

Las branquias en los peces se encuentran en las hendiduras branquiales. En la mayoría de peces el agua penetra por la boca y sale por las hendiduras

3.4.- Conquista del medio terrestre: la respiración cutáneaEs un sistema respiratorio propio de algunos invertebrados acuáticos y alguno de los primeros animales terrestres: planarias y lombrices, por ejemplo.

La adaptación al medio terrestre supuso una ventaja ya que el aire contiene mucho más oxígeno, pero a su vez los organismos debían adaptarse anatómicamente. Debían presentar una piel fina, permeable a los gases y siempre húmeda.

El intercambio de oxígeno se hace a través de toda sus superficie corporal, por ello, debe ser muy amplia en relación con el volumendel animal.

3.5.- Las tráqueas de los artrópodos terrestresAparecieron por primera vez cuando artrópodos marinos evolucionaron a los artrópodos terrestres, éstos tuvieron que enfrentarse a la respiración aérea por lo que las branquias eran inservibles y tampoco podían llevar a cabo respiración cutánea ya que presentan un esqueleto externo.

El sistema traqueal en insectos consiste en una serie de tubos reforzados con anillos endurecidos, que se abren al exterior por unos orificios llamados espiráculos, se ramifican en el interior del animal y llegan a todas las células. En insectos voladores que necesitan mucho oxígeno los movimientos del vuelo contribuyen a la ventilación de la tráquea.

Sin embargo, los sistemas branquiales son poco eficientes en la distribución del oxígeno a las células. Por este motivo los insectos y arácnidos no alcanzan el tamaño de la mayoría de vertebrados.

3.6.- Los pulmones de los invertebradosAlgunos invertebrados presentan un sistema más complejo de tipo pulmonar muy sencillo, como los caracoles terrestres y las babosas

La superficie de intercambio gaseoso se produce en una cavidad protegida dentro del cuerpo y comunicada al exterior a través de un orificio.

Dicha cavidad debe mantener cierta humedad para favorecer el intercambio y evitar que se pierda agua. Además, al contrario de lo que ocurre en las tráqueas de insectos, la superficie cede el oxígeno a un sistema circulatorio que lo distribuye a las células.

3.7.- Los pulmones de los vertebradosDe entre los animales terrestres, fueron los vertebrados los que perfeccionaron el modelo pulmonar como mecanismo de intercambio de gases con el aire. Este hecho, junto a otros avances, permitió aumentar el tamaño y complicar el metabolismo de muchos animales.

Podemos reducirnos a los siguientes datos:

La ventilación pulmonarExisten dos procesos en la ventilación pulmonar:

La inspiración: En reposo, se observa que es un proceso activo: los músculos amplían el volumen de la caja torácica y en consecuencia el de los pulmones, el aire desde la nariz o la boca recorre la faringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos hasta llegar a los alvéolos. Para ampliar la caja torácica se precisa del movimiento de la musculatura del diafragma (un músculo situado por debajo de los pulmones) y de los músculos intercostales.

La espiración: es un mecanismo pasivo, al relajarse los músculos el volumen pulmonar se reduce, el aire sale fuera aunque siempre queda una cantidad importante.

La ventilación pulmonar responde a las necesidades de oxígeno, es lenta y calmada en reposo, pero es más profunda y aumenta la frecuencia respiratoria durante el ejercicio.

Ejercicio 16:

A partir de la gráfica, establece la fórmula para calcular la capacidad inspiratoria

4.- Alimentos líquidos y sólidos:procesos digestivos

Evolución y alimentación:

A lo largo de la evolución, los procesos digestivos han ido necesitando una serie de estructuras más complejas, de la misma manera algunos animales han ido perdiendo estructuras y órganos que tenían en sus antepasados ya que no les resultaban útiles en sus nuevas formas de vida.

En los animales, los alimentos líquidos y sólidos suelen ingresar a través de sistemas diferentes a los que utilizan los gases. Son los sistemas digestivos. Dependiendo de la complejidad del organismo, el sistema digestivo puede cumplir todas o algunas de las siguientes funciones:

Captura e ingestión. Incluye los mecanismos de obtención del alimento y su incorporación al organismo. Pueden ser estructuras propias (boca, lengua…) o partes del cuerpo (garras, apéndices….)

Digestión. Incluye los procesos mecanismos y químicos para reducir el alimento a sus moléculas componentes: masticación, liberación de ácidos, actuación de enzimas digestivas...

Absorción. Paso de los nutrientes al medio interno del organismo

Egestión. Consiste en la expulsión del alimento o de nutrientes no absorbidos fuera del digestivo. Por lo general, se hace a través de una obertura diferente de la boca, el ano, aunque existen animales sencillos con un único orificio para las dos funciones.

5.- Evolución de los sistemas digestivosLos primeros animales carecían de sistema digestivo. Sus herederos directos actuales, las esponjas, siguen presentado esas características simple, células que atrapan el alimento directamente del medio y lo digieren en sus lisosomas sin que haya digestión extracelular.

Sin embargo, esta situación pronto se modificó con la aparición de estructuras anatómicas especializadas en la captura y procesamiento del alimento. Así aparecieron los sistemas digestivos.

Aparición de la cavidad gastrovascularLa cavidad gastrovascular es el primer y más sencillo tipo de sistema digestivo. Es propio de pólipos y medusas.

Consiste en una invaginación corporal que formó una cavidad interior en el cuerpo, estas paredes se tapizaron con células especializadas que vertían enzimas digestivas a su interior y absorbían luego el alimento digerido. La cavidad inicialmente servía de entrada y salida y recibió el nombre genérico de boca.

Aunque más evolucionado que el de las esponjas, es un método poco eficiente, ya que se mezcla el alimento recién ingerido con el que está en avanzado estado de digestión, y además, se expulsa y se ingiere el alimento por el mismo orificio.

La invención del tubo digestivoEl siguiente y definitivo paso en la evolución del sistema digestivo es la aparición de una abertura de salida llamada ano para la expulsión de los desechos.

Esto permite que el alimento siga una única dirección y que se puedan diferenciar tramos digestivos con distintas funciones, fundamentalmente digestión y absorción.

La cavidad se hace más estrecha y alargada, formando un tubo que al plegarse puede llegar a tener una longitud muy superior al tamaño del animal: el intestino humano, por ejemplo.

6.- Organización del tubo digestivo

Podemos diferenciar diversos tramos con diferencias y especializaciones.

7.- El sistema digestivo humano