fac - sistema respiratório

Sistema Respiratório

MSC. CHARLES F. FERREIRA

FONTES: UEGO, UNIFESP, USP, S.N.

INTRODUÇÃO

Todos os animais necessitam do oxigênio

para o metabolismo celular e precisam

eliminar o gás carbônico, através da

respiração.

As necessidades do animal aumentam

proporcionalmente com a massa corporal e

atividade, ao passo que as trocas gasosas

variam proporcionalmente com a área de

contato com o meio.

MECANISMOS RESPIRATÓRIOS

MECANISMOS RESPIRATÓRIOS

Difusão simples do O2 da água ou do ar,

através de membranas úmidas, para o

interior do corpo (ameba e turbelário);

Difusão do O2 do ar ou da água, através de

parede do corpo fina, para os vasos

sanguíneos (minhocas);

MECANISMOS RESPIRATÓRIOS

Difusão do O2 do ar, através de estigmas (espiráculos) ou do O2 da água, através de brânquias traqueais, para um sistema de ductos de ar ou traquéias, que o conduz até os tecidos (insetos);

Difusão do O2 da água, através de superfícies branquiais, para os vasos sanguíneos (peixes, anfíbios);

Difusão do O2 do ar, através das superfícies úmidas de pulmões, para os vasos sanguíneos (moluscos terrestres, vertebrados terrestres).

CARACTERÍSTICAS DA

SUPERFÍCIE RESPIRATÓRIA:

Superfície úmida.

Ocorre por difusão:

Direta: sem a intervenção de fluido de transporte.

Ex.: filo porífero, celenterado, platelmintos e nematódeo.

Indireta: hematose – vascularização.

Ex.: a partir dos anelídeos

Epitélio simples pavimentoso.

RESPIRAÇÃO NA ÁGUA

Estratégias respiratórias

Difusão através do epitélio

Circulação de água através do corpo, sem sistema

circulatório interno

Difusão através do epitélio + sistema circulatório interno

Circulação de água através do corpo + sistema

circulatório interno

Respiração por simples difusão entre

células e a água circundante

PORIFERA

Circulação de água através

do corpo, sem sistema

circulatório interno

PORÍFEROS

O batimento dos flagelos dos coanócitos determinam a penetraçãode água no interior do animal através dos poros situados na paredecorpórea. São animais filtradores, que retiram da água partículasalimentares, além do oxigênio necessário para respiração celular.

OU ESPONGIÁRIOS

Apenas a difusão através do epitélio

Suficiente apenas para pequenos animais ouanimais com demanda energética muito baixa

Ocorre apenas em animais aquáticos

Sistema respiratório

ausente

trocas gasosasapenas por difusão

FILO CNIDARIA

CELENTERADOSOU CNIDÁRIOS

Ex.: Pólipo - hidra

Com apenas duas camadas de células de espessura e em contacto diretocom a água em que vivem, bem como um metabolismo baixo pois sãoanimais de vida fixa, a difusão direta de gases não apresentadificuldades.

Ex.: água viva

CELENTERADOS

OU CNIDÁRIOS

Ex.: Planária

PLATELMINTOS

Nestes animais a formaachatada proporciona umarelação área/volume elevada,logo as células podem realizartrocas diretamente com o meio

por difusão direta.

Sem sistemaesquelético,circulatório ourespiratório.

Ex.: Ancylostoma duodenale.

NEMATELMINTOS - NEMATÓDEOS

Sem órgão circulatório ou respiratório, as trocas gasosas são

feitas por difusão direta.

ANELÍDEO

Pele umedecida pela secreção de glândulas mucosas e os gasespassados para a rede de capilares subcutâneos.

Hematose cutânea

subcutâneo

Pigmento sangue: clorocruorina

ANELÍDEOS

Na respiração cutânea a troca de gases é feita diretamente

entre a superfície do corpo e o meio externo.

As trocas gasosas ocorrem por diferença de concentração

entre os dois meios. O oxigênio é difundido para e por

capilares para o meio intracelular enquanto o CO2 percorre o

caminho inverso. Entretanto, só parte do CO2 é liberado,

pois parte dele é utilizado para formar CaCO3 e usado para

neutralizar a acidez dos alimentos durante a digestão.

A evolução de estruturas especializadas na respiração

permitiu o aumento de volume corporal dos animais.

Na respiração cutânea, o aumento do volume do corpo exige

uma superfície maior, em termos de área, para suprir de

oxigênio todos os tecidos do corpo.

EX.: MINHOCA (classe oligoquetas)

OBSERVAÇÃO: A classe dos poliquetas (marinhos) e os hirudíneos (que são de água doce e salgada) apresentam respiração branquial.

Difusão através do epitélio +

sistema circulatório interno -

ventilação

POLIQUETOS

TIPOS:

Traqueal (insetos, diplópodes e quilópodes)

Filotraqueal(aracnídeos)

Branquial (crustáceos)

Fundamental para a

colonização do meio terrestre,

que permite uma taxa

metabólica elevada.

Nos insetos menores não existe

ventilação ativa mas nos

maiores, ocorre por

movimentos musculares que

contraem as traquéias. Grande

parte do dióxido de carbono é

libertado pelos tubos de

Malpighi.

As larvas de alguns artrópodes

possuem brânquias traqueais.

ARTRÓPODES

RESPIRAÇÃO TRAQUEAL

TUBOS QUITINOSOS

Difusão direta através do epitélio traqueal não quitinisado (traquíolas) com as células.

ABERTOS OU COM VÁLVULAS MUSCULARES E FILTROS.

RESPIRAÇÃO FILOTRAQUEAL

-Órgão respiratório.

-Em cada lâminaexistem espaços ondecircula o sangue.

-As trocas ocorrementre o ar e o sanguecontido nas lâminas.

-Pigmento nosartrópodes é ahemocianina

Abertura no abdomên

MOLUSCOS

PELECÍPODES (mexilhões) – brânquias. CEFALÓPODES (lulas, polvos) – brânquias.

OBS.: GASTRÓPODES (lesmas) – Cutânea; (caracóis terrestres) – pulmonar.

CIRCULAÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS

DO CORPO +

SISTEMA CIRCULATÓRIO

INTERNO

BIVALVES

CIRCULAÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DO CORPO

+

SISTEMA CIRCULATÓRIO INTERNO

CEFALÓPODES

EQUINODERMAS

As 5 classes sãoexclusivamentemarinhas, logo arespiração ébranquial.

É realizada pelospés ambulacrários(cheios de água) oupor alguma projeçãopara fora ou paradentro do grandeceloma perivisceral,tais como asbrânquias dérmicasou pápulas(pequenasexpansões doepitélio) nasestrelas-do-mar eárvores respiratóriasnas holotúrias.

CORDADOS

SUBFILO TUNICADOS (ASCÍDIAS E SALPAS)

SUBFILO CEFALOCORDADOS (ANFIOXOS)

SUBFILO VERTEBRATA

CLASSE DOS AGNATOS OU CICLOSTOMADOS (lampreias)

CLASSE DOS CONDRÍCTES

CLASSE DOS OSTEÍCTES

CLASSE DOS ANFÍBIOS

CLASSE DOS RÉPTEIS

CLASSE DAS AVES

CLASSE DOS MAMÍFEROS

ANFIOXO

SUBFILO CEFALOCORDADO

CARACTERÍSTICAS DAS BRÂNQUIAS

São os órgãos respiratórios típicos do meio aquático,

formadas por evaginações da parede do corpo e

apresentando grande área de trocas. A sua estrutura

filamentosa apenas poderia funcionar em meio

aquático e fornece sustentação.

As brânquias participam da filtração de alimentos e

da respiração. Permanecem nos protocordados e

nos peixes adultos. Nos outros grupos, estão

presentes apenas nos embriões, fechando-se no

decorrer do desenvolvimento animal.

SUBFILO VERTEBRATA

CLASSE CONDRICTES

• 5 PARES BRANQUIAS INTERNAS

• 2 ESPIRÁCULOS que secomunica com a faringe.

• MECANISMO DE CONTRA-CORRENTE DE RESPIRAÇÃO DOSPEIXES.

circulação simples e completa:

veias – coração(av) – arterias –branquias - corpo

CONTRACORRENTE – PERMITE SATURAÇÃO ATÉ 90%

CONTRACORRENTE – PERMITE SATURAÇÃO ATÉ 90%

CLASSE OSTEÍCTES

•OPÉRCULO – LÂMINA ÓSSEA. NÃO TEM ESPIRÁCULO NEM FENDAS BRÂNQUIAIS EXTERNAS.

4 PARES

CÂMARA BRANQUIAL ÚNICA

COMUNICA COM O MEIO EXTERNO

CLASSE DOS ANFÍBIOS

Fase larvar respiram por brânquias (Inicialmente

externas e depois internas)

Adulto respiram principalmente por pulmões.

São muito simples e apresentam pequena área

onde ocorre a hematose também na pele e cavidade

bucofaríngica, todas cobertas por epitélios úmidos e

densamente irrigados. Dado que não existe tórax

individualizado, a ventilação é feita por bombagem

bucal e não é contínua.

Não tem tórax desenvolvido

ANFÍBIOS

A respiração cutânea também éfundamental para esses animais.

Algumas espécies de salamandras nãoapresentam pulmões, dependendototalmente da pele e da cavidade bucalpara a absorção de oxigênio.

Na laringe de sapos e rãs existem cordasvocais (os machos produzem sons). Ocanto é produzido pela passagem forçadado ar dos pulmões (contração damusculatura do tronco), pelas cordasvocais e cartilagens adjacentes situadas nalaringe.

As brânquias nos anfíbios encontram-se em câmaras dos lados da faringe e a água aspirada pelas narinas é forçada para fora, passando sobre os filamentos.

RÉPTEIS

Alvéolos e Costelas (sem

diafragma) – variação de volume

torácico.

Os crocodilianos apresentam

estruturas respiratórias mais

evoluídas, muito semelhantes as

dos animais homeotérmicos.

ALVÉOLOS

Figura: Alguns répteis

AVES

Os pulmões: pequenos e compactos. Estão abertos nas duas extremidades pelos parabrônquios, que os ligam aos sacos aéreos, anteriores e posteriores (eles não intervêm na hematose mas tornam a ventilação mais eficiente).

Passos da ventilação:

Duas inspirações e duas expirações:

na primeira inspiração o ar entra para os sacos posteriores, na primeira expiração passa para os pulmões;

na segunda inspiração o ar passa para os sacos anteriores (ao mesmo tempo que entra ar fresco para os posteriores)

segunda expiração o ar é expelido dos sacos anteriores (ao mesmo tempo que o ar fresco entra nos pulmões). SENTIDO ÚNICO – VENTILAÇÃO CONTÍNUA.

AVES

A difusão dos gases nos pulmões é feita em

contracorrente.

A função dos sacos aéreos está

relacionada com a diminuição do peso

específico; com a dissipação do calor

resultante da contração muscular; e, para

desviar o ar para o interior dos pulmões. Os

sacos aéreos ocupam uma grande porção

da parte dorsal do corpo adentrando-se nos

espaços pneumáticos de muitos ossos.

As aves não possuem diafragma, o pulmão é rígido e tem como

função realizar as trocas gasosas. Os sacos aéreos atuam na

movimentação do ar pela diferença de pressão.

Inspiração: ↑volume corporal, ↓pressão nos sacos aéreos em relação

à atmosfera, que faz com que o ar passe pelos brônquios e sacos

aéreos torácicos posteriores e abdominais e para o pulmão

parabronquial. Além disso o ar do pulmão é levado para os sacos

aéreos clavicular e torácicos craniais.

Expiração: ↓volume corporal, ↑pressão nos sacos aéreos, que faz com

que o ar seja forçado a sair dos sacos aéreos torácicos caudais e

abdominais para o pulmão e o ar dos sacos aéreos clavicular e

torácicos sejam expelidos pelos brônquios.

Fluxo contínuo unidirecional: ↑eficiência da ventilação (20% mais

eficiente do que a respiração dos mamíferos).

Essa eficiência na troca de gases possibilita as aves respirar em altasaltitudes, onde a concentração de oxigênio é mais baixa. As aves sãoanimais endotérmicos, ou seja, produzem calor pelo próprio metabolismo(atemperatura não varia de acordo com o ambiente) Aparentam penas,utilizadas tanto para voar quanto para impedir a perda de calor e mantera temperatura corporal. A pele é impermeável diminuindo a perda deagua e permitindo que as aves habitem em regiões secas. As aves nãotêm dentes, elas possuem papos, utilizados para armazenar alimentos. Arespiração é pulmonar, que estão ligados a projeção chamada sacoaéreo. São ovíparas, com fecundação interna. Os ovos possuem cascapara proteção.

O AR PASSA ATRAVÉS DOS PULMÕES E NÃO PARA DENTRO E PARA FORA COMO EM OUTROS VERTEBRADOS

RESPIRAÇÃO

PORÍFEROS Difusão

CELENTERADOS Difusão

PLATELMINTOS Difusão

NEMATÓIDES Difusão

MOLUSCOS Branquial (aquáticos) e Pulmonar (terrestres)

ANELÍDEOS Cutânea (terrestres) e Branquial (aquáticos)

ARTRÓPODES Traqueal (insetos), Filotraqueal (aracnídeos),Branquial (crustáceos)

EQUINODERMAS Brânquias

CORDADOS Peixes (branquial)

Anfíbios

– Branquial (larvas), Cutânea e pulmonar (adultos)

Répteis, aves e mamíferos (pulmonar)

RESPIRAÇÃO: soma dos processos pelosquais os gases respiratórios sãotransferidos entre ambiente e tecidos.

METABOLISMO: processos que consomemsubstratos para geração de energia pararealização das funções do organismo.

CASCATA DE OXIGÊNIO

Respiração envolve difusão

OXIGÊNIO

difusão de O2 e CO2 atravésdas membranas celulares

Respiração

PROCESSO PASSIVO: DEPENDE DA EXISTÊNCIA DE UM Δ DE CONCENTRAÇÃO

LEI DE FICK

R D AP

d

Taxa de difusão (quantidade de gás por unidade de tempo)

Constante de difusão

Área do local para a difusão

Gradiente de

concentração

Espessura do local para a

difusão

O que determina a taxa de

difusão?

Como a taxa de difusão pode ser otimizada?

R aumenta se:

•Aumentar área (A) da superfície respiratória

R D AP

d

•Aumentar o gradiente de pressão (ΔP) através da superfície respiratória

•Diminuir a espessura (d) da superfície respiratória

Superfícies respiratórias

• Difusão através do epitélio

• Circulação de água ou ar através do corpo sem sistema circulatório interno

• Difusão através do epitélio + sistema circulatório interno

• Circulação de água ou ar através do corpo + sistema circulatório interno

SUPERFÍCIE RESPIRATÓRIA

delgada

úmida

vascularizada

BRANQUIAS

PULMÕES

TRAQUÉIA

TIPOS DE ÓRGÃOS

RESPIRATÓRIOS DOS ANIMAIS

COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO SECO

Componente %

Oxigênio 20,95

Dióxido de carbono 0,03

Nitrogênio 78,09

Argônio 0,93

Total 100,00

A composição do ar é mantida em equilíbrio pelo uso

do oxigênio nos processos de oxidação e a

assimilação do CO2 pelas plantas, que por sua vez

liberam O2.

VAPOR DE ÁGUA NO AR

A pressão de vapor de água em uma superfície de água livre é alterada

com a temperatura!

Temp

(oC)

Vapor de água

(mmHg)

0 4,6

10 9,2

20 17,5

30 31,7

40 55,1

50 92,3

100 760,0

37 46,9

Este é o motivo

pelo qual a água

ferve a 1000C se a

pressão

atmosférica for de

760 mmHg

A 370C o vapor de

água perfaz 6,2% do

volume de ar no

pulmão dos

EUTÉRIA

O ar dos pulmões dos vertebrados que respiram ar atmosférico estásempre saturado com vapor de água (umidade relativa de 100%)

3000 m humanos: redução no

desempenho físico

6000 m a maioria dos humanos

mal consegue sobreviver.

Efeito da altitude sobre a PpO2

Ao nível do mar - Pressão

atmosférica = 760 mmHg

6000 m de altitude - Pressão

atmosférica = 380 mmHg

Patm = 380 mmHg

PpO2 = 380 x 0,2094

79,57 mmHg

Patm = 760 mmHg

PpO2 = 760 x 0,2094

159 mmHg

natureza do gás (solubilidade característica)pressão do gás na fase gasosa

temperaturapresença de solutos

SOLUBILIDADE DOS GASES NA ÁGUA DEPENDE

Oxigênio 34,1 ml O2 . L-1

Nitrogênio 16,9 ml N2 . L-1

Dióxido de carbono 1019,0 ml CO2 . L-1

Solubilidade dos gases na água a 150C quando o gás está a 1 atm de pressão

CO2 é 30 X + solúvel que o O2

CO2 é 60 X + solúvel que o N2

A quantidade de gás dissolvido em um dado volume de água

depende da pressão do gás na fase gasosa. Lei de Henry

A solubilidade do gás diminui com elevação da

temperatura

Temperatura

(0C)

Água doce

(ml O2 . L água-1)

Água do mar

(ml O2 . L água-1)

0 10,29 7,97

10 8,02 6,35

15 7,22 5,79

20 6,57 5,31

30 5,57 4,46

Vg = α X Ppg/760 X vH2O

Velocidade de difusão

de um gás

inversamente proporcional

à raiz quadrada de seu

peso molecular

PM CO2 = 44

PM O2 = 32

O2

(100 mmHg)CO2

(100 mmHg)

4,5 ml O2

litro-1

134 ml CO2

litro-1

Quantidade de CO2 difundida em relação ao O2

difusão do CO2 ≈ 0,86 difusão do O2

29,8 x 0,86 = 25,6

ÁGUA X AR

• AR TEM 30 × + [O2] DO QUE A ÁGUA

– [O2] com o temp, salinidade

– AR É MAIS LEVE, MUITO FLUIDO, ÁGUA É DENSA E VISCOSA

– para movimentar a água gasta-se + energia

• ENTRETANTO, DURANTE A RESPIRAÇÃO AÉREA OS ANIMAIS PERDEM ÁGUA

COMPARAÇÃO ENTRE O AR E A ÁGUA COMO MEIOS

RESPIRATÓRIOS