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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