Tabla Comparativa: Tipos de Intercambio gaseoso en Vertebrados

Tabla 1: Comparación entre los diferentes tipos de Intercambio gaseoso en las clases del Subphylum Vertebrata

Referencias Bibliográficas

Cuadrado, E. E. H. (2007). Rasgos morfológicos y sexaje de Typhlonectes natans (Amphibia: Gymnophiona). Tumbaga, 1(2), 1.

Davidovits, P. (2007). Physics in biology and medicine (3rd Ed. ed.). London: Academic Press.

Hickman, C. P., Roberts, L. S., & Parson, A. (1998). Principios integrales de zoología. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana.

Hickman, C. P., Roberts, L. S., Keen, S. L., Larson, A., I'Anson, H., & Eisenhour, D. J. (2008). Integrated principles of zoology. New York: McGraw-Hill.

Kardong, K. V. (2007). Vertebrados: Anatomía comparada, función, evolución. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana

Martínnez Leones, T., Viloria Narváez, M., Camacho Bracho, J. E., Godoy Briceño, R., Herrera Márquez, E., & Muñoz Gotera, R. (2004). Aspectos histológicos del intestino de typhlonectes venezuelensis (Amphibia: Gymnophiona, Typhlonectidae). Revista Científica, 14(003).

Robert, M., Peter, M., Daryl, G., & Victor, R. (2001). Bioquímica de Harper. El Manual Moderno.

Mamíferos (Clase Mammalia)

Sistema respiratorio en Mamíferos

Los mamíferos, con su desarrollado sistema nervioso y sus múltiples adaptaciones, están presentes en todos los ambientes sobre el planeta tierra, sin embargo no logran ser el grupo más diverso, pues sólo se han descrito hasta el momento 4800 especies en todo el mundo. Son altamente resistentes a las presiones medioambientales, presentando caracteres únicos que los diferencian de los demás vertebrados, como pelo, dientes especializados, glándulas mamarias, y un cuidado parental marcado. La respiración, sin embargo en los mamíferos no presenta grandes modificaciones, el 98% el intercambio gaseoso se da a través de los pulmones, el 2% restante por difusión a través de la piel. Uno de los pocos cambios notables es la presencia de un diafragma muscular delante del hígado, directamente sobre las regiones pleurales, (Figura 1), que hace las veces de un émbolo para favorecer la entrada del aire a los pulmones por presión negativa, el tórax y las costillas también presentan una alta flexibilidad para permitir la expansión de los pulmones.

La forma como funciona la respiración pulmonar es relativamente simple, el aire oxigenado es tomado del medio, posteriormente llevado a los pulmones desde donde se da la oxigenación de la sangre y la extracción de Dióxido de Carbono desde esta, la sangre oxigenada es llevada al corazón desde donde es distribuida a todo el cuerpo del organismo. 

Figura 1: Posición del diafragma en el perro (Canis lupus familiaris)

Referencias Bibliográficas

Davidovits, P. (2007). Physics in biology and medicine (3rd Ed. ed.). London: Academic Press.

Hickman, C. P., Roberts, L. S., & Parson, A. (1998). Principios integrales de zoología. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana.

Hickman, C. P., Roberts, L. S., Keen, S. L., Larson, A., I'Anson, H., & Eisenhour, D. J. (2008). Integrated principles of zoology. New York: McGraw-Hill.

Kardong, K. V. (2007). Vertebrados: Anatomía comparada, función, evolución. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana

Aves (Clase Aves)

Sistema respiratorio en Aves

Son un grupo de sauropsidos terrestres diferenciados del grupo de los “reptiles” por la presencia de plumas, pico, carencia de dientes, presencia de homeotermia, entre otras. Actualmente se conocen más de 9700 especies, muchas de ellas con la capacidad de volar, situación que requiere de adaptaciones muy especiales, entre estas la respiración.

El sistema respiratorio de las aves presenta grandes diferencias respecto a los de los reptiles y los mamíferos, sus pulmones y los elementos que lo acompañan están maravillosamente diseñados para suplir las necesidades energéticas que tiene el vuelo. La primera gran diferencia es que los bronquios al ramificarse no terminan en sacos alveolares, como sucede en los mamíferos, sino que forma parabronquios, lo cual mantiene continuo el flujo de aire, estos parabronquios dan forma a los pulmones de las aves. Quizá la adaptación más notable sea la presencia de sacos aéreos, los cuales son bolsas auxiliares para el abastecimiento de oxígeno para el ave, consisten en nueve sacos ubicados en pares en el tórax, abdomen e incluso conectados a través de pequeños tubos con los huesos largos (Figura 1). Cuando se produce la inhalación, apenas una pequeña porción de aire es llevada a los pulmones, en su mayoría es almacenado en los sacos aéreos posteriores donde se mantiene el aire fresco, después que el aire es desoxigenado es enviado por los pulmones a los sacos aéreos anteriores desde donde es expulsado, el aire en los pulmones es remplazado por el de los sacos aéreos posteriores. Este sistema tiene grandes ventajas, una de ellas es la regulación térmica del organismo lo cual es necesario si se tiene en cuenta el gran calor que se genera durante el vuelo. Muchos detalles de la respiración en las aves aun no se ha comprendido en totalidad, pero algo sí es claro, es el sistema respiratorio más efectivo de todos los vertebrados.

Figura 1: Sistema respiratorio de las aves. A. Pulmones y sacos aéreos. B. Movimiento del volumen de aire a través de
el sistema respiratorio, son requeridos dos ciclos para recorrerlo totalmente (Hickman, et al., 2008)

Referencias Bibliográficas

Hickman, C. P., Roberts, L. S., Keen, S. L., Larson, A., I'Anson, H., & Eisenhour, D. J. (2008). Integrated principles of zoology. New York: McGraw-Hill.

Reptiles (Clase Sauropsida excepto aves)

Sistema respiratorio en Reptiles

Los reptiles dependiendo de su orden muestran una modificación del sistema respiratorio pero sus características comunes son:

-  Dependen casi exclusivamente de los pulmones para el intercambio gaseoso, además en el caso de las tortugas marinas son suplementadas por una respiración parcial a través de  una membrana faríngea.

-  El aire es absorbido dentro de los pulmones por ensanchamiento de la cavidad pleural, que se produce por expansión de la caja torácica en el caso de reptiles y serpientes o por movimientos de los órganos internos en tortugas y cocodrilos.

-  No poseen diafragma muscular (esta solo aparece en mamíferos).

-  Algunos reptiles como las tortugas marinas prevalece parte de la respiración cutánea.

Adaptaciones por órdenes:

Figura 1: Respiración en Tortugas.
A. Localización de los pulmones.
B. Posición de los pulmones en el caparazón.
C. Músculos que permiten la contracción
y relajamiento de los pulmones

-  Testudines: (Figura 1). Son capaces de mantener mayores concentraciones de dióxido de carbono en la sangre que la mayoría de los animales que respiran aire y, por lo tanto, pueden usar su abastecimiento de oxígeno muy eficientemente durante un largo período de tiempo. Tanto la sangre como el tejido muscular pueden almacenar oxígeno en grandes cantidades, ayudando a que la tortuga permanezca bajo agua por largos períodos de tiempo. Otro aspecto de la respiración de las tortugas es la necesidad de flexibilidad exterior. El plastrón abisagrado permite algo de contracción y expansión de la cavidad del pecho. En el caso de las tortugas marinas, el respirar se hace más difícil cuando las hembras vienen a la playa.

-  Serpentes: Las serpientes sólo presentan el pulmón derecho desarrollado, estando el izquierdo ausente o de pequeño tamaño. El pulmón derecho se extiende desde el corazón hasta el extremo craneal del riñón derecho. Sólo la porción craneal del pulmón está vascularizada, por lo que en ella es donde se realiza el intercambio gaseoso.

Figura 2: Único pulmón en una serpiente de cascabel (Crotalus sp.). A. Parte posterior del pulmón, llamada región sacular. B. Superficie interna de la región respiratoria, se aprecian las divisiones llamadas flaveolos. C. Subdivisiones de los flaveolos.

Referencias Bibliográficas

Hickman, C. P., Roberts, L. S., & Parson, A. (1998). Principios integrales de zoología. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana.

Kardong, K. V. (2007). Vertebrados: Anatomía comparada, función, evolución. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana

Anfibios (Clase Amphibia)

Sistema respiratorio en Anfibios

 Los anfibios son un grupo de vertebrados monofilético que se caracteriza por presentar piel lisa y muy vascularizada sin protección de escamas, plumas o pelo, con presencia de glándulas mucosas, huevos anamniotas y respiración tegumentaria. Se clasifican en tres órdenes: Caudata (Salamandras y tritones), Gymnophiona (Cecilias), y Anura (Ranas y Sapos). 

Caudata: 

Figura 1: Salamandra común
(Eurycea longicauda)

Comprende un grupo de aproximadamente 533 especies fácilmente diferenciable del resto de los anfibios por la presencia de una cola comprimida y extremidades, tanto anteriores, como posteriores, poco desarrolladas, (Figura 1). En este grupo es apreciable una amplia, e inusual, gama de mecanismos respiratorios. Como todos los anfibios el intercambio gaseoso, en su mayoría se da por el tegumento que está altamente vascularizado, sin embrago a lo largo de su desarrollo los caudados pueden presentar también branquias externas, pulmones, ambas o ninguna de ellas. Algunas especies, incluso retienen las branquias en su forma adulta y pasan todas sus vidas inmersas en el agua. Es tan extraño el patrón de los sistemas respiratorios en Caudados que algunas especies terrestres pierden los pulmones, y especies acuáticas los usan como principal medio de intercambio gaseoso. De manera general se puede decir que la eficacia del intercambio gaseoso a través del tegumento aumenta con la penetración de redes de capilares sobre el tegumento o el adelgazamiento de este sobre dichos capilares. Generalmente la respiración tegumentaria se ve complementada con inhalaciones de aire a través de la boca, (Bombo bucal), el cual es absorbido por las membranas bucofaríngeas. (Figura 2).

Figura 2: Sistema de Bombeo Bucal

Gymnophiona: Es el grupo que acoge a las Cecilias, unos anfibios fácilmente identificables por su ausencia de extremidades y su cráneo modificado a forma de pala, pues presentan hábitos fosoriales (Figura 3). El grupo consiste en 173 especies distribuidas en Centroamérica, Suramérica, sur de Asía, y África tropical. La respiración de las Cecilias no ha sido muy estudiada, lo poco que se sabe es que presentan una respiración principalmente tegumentaria, su piel está colmada de redes capilares que la hacen capaz de sobrevivir a las bajas concentraciones de oxígeno que hay bajo tierra, los pulmones también está presentes en casi todas las especies y son nutridos a través de tubos longitudinales que recorren a las Cecilias de boca a cloaca. Se cree que, al igual que en Caudados, las Cecilias complementan su respiración con bombeos bucales.

Figura 3: Cecilia de cabeza rosa
(Herpele multiplicata)

Anura: Es el grupo más grande dentro de los anfibios con más de 6530 especies, se diferencia de el resto de los anfibios por poseer extremidades bien desarrolladas y carecer de cola, además de presentar musculatura altamente desarrollada en las extremidades posteriores, perimitirndoles ser unas excelentes saltadoras. En cuanto a su sistema respiratorio, los anuros usan más los pulmones que el resto de los anfibios, siendo este su medio primario de intercambio gaseoso, sin embargo la mayor parte de la expulsión del Dióxido de Carbono, producto del metabolismo, se da por la piel. Los pulmones en Anuros son ovalados, elásticos y se subdividen por septos en pequeñas cámaras llamadas faveolos, los cuales son mucho más grandes que en vertebrados amniotas, lo que hace que tengan una menor superficie relativa para el intercambio gaseoso. Esto puede explicarse por el modo de inhalación que presentan los anuros el cual es conocido como respiración de presión positiva, mientras que en amniotas está implementada la respiración de presión negativa. El sistema consiste en que los anuros deben forzar el aire para que ingrese hasta los pulmones (Figura 4), esto favorece también la vocalización de los anuros, mucho más común y está más desarrollada en machos que en hembras.

Figura 4: Sistema
de presión positiva

Referencias Bibliográficas

Cuadrado, E. E. H. (2007). Rasgos morfológicos y sexaje de Typhlonectes natans (Amphibia: Gymnophiona). Tumbaga, 1(2), 1.

Hickman, C. P., Roberts, L. S., & Parson, A. (1998). Principios integrales de zoología. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana.

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Márquez, E., & Muñoz Gotera, R. (2004). Aspectos histológicos del intestino de typhlonectes venezuelensis (Amphibia: Gymnophiona, Typhlonectidae). Revista Científica, 14(003).

Martínnez Leones, T., Viloria Narváez, M., Camacho Bracho, J. E., Godoy Briceño, R., Herrera Márquez, E., & Muñoz Gotera, R. (2004). Aspectos histológicos del intestino de typhlonectes venezuelensis (amphibia: gymnophiona, typhlonectidae). Revista Científica, 14(003).

Peces (Clases Condrichthyes & Osteichthyes)

Sistema respiratorio en Peces

Figura 1: Lamelas aplanadas formando las branquias

Las branquias están en todos los peces y están hechas de una delgada membrana epidérmica que está pegada repetidamente en lamelas aplanadas  (Figura 1) además de suficientes vasos sanguíneos, además están situadas generalmente en la parte interior de la cavidad faríngea. Una manera concisa de clasificar a los peces cartilaginoso (condrictios) de los peces óseos (osteíctios) es la aparición de una placa móvil (opérculo) en los peces óseos, este último proporciona: protección, menor resistencia al agua además de la regulación de entrada de los fluidos al pez. Los  elasmobranquios una subclase de los condrictios poseen hendiduras branquiales (Figura 2) que también facilitan el control de fluidos al pez. Una condición que presenta algunos peces es  la respiración forzada que consiste en tener el flujo sanguíneo en contra de la corriente de agua “un flujo contracorriente” que es el más eficaz para extraer la mayor cantidad de oxigeno del agua pero a la vez implica que no pueden parar de nadar en aguas tranquilas ya que significaría una asfixia se presenta en tiburones y algunos peces óseos. 

Figura 2: Tiburón, perteneciente al la Clase Condrichtyies, se observan las hendiduras branquiales

Referencias Bibliográficas

Hickman, C. P., Roberts, L. S., & Parson, A. (1998). Principios integrales de zoología. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana.

Hickman, C. P., Roberts, L. S., Keen, S. L., Larson, A., I'Anson, H., & Eisenhour, D. J. (2008). Integrated principles of zoology. New York: McGraw-Hill.

Introducción: El Oxígeno como Necesidad Vital

Introducción

Todos los animales necesitan una cantidad de oxigeno mínima para sobrevivir ya que por medio de la cadena respiratoria celular se obtiene  entre el 96 a 98 % del total  de la energía producida por estos, así que  con el paso del tiempo se han desarrollado diversas maneras para obtener oxígeno. Los factores principales de la diversidad de estos mecanismos para obtener oxigeno son: Medio, Tamaño, Demanda energética, superficie de los órganos responsables del intercambio gaseoso, permeabilidad de las membranas, entre otras, es por esta razón que dependiendo de las presiones medioambientales y de sus posibilidades de adaptación, los diferentes grupos de organismos han creado diversos medios para realizar el intercambio gaseoso. Desde difusión simple, pasando por agallas, sacos aéreos y pulmones, las posibilidades adaptativas que exhiben los organismos es inmensurable.

En este modesto aparte se hará énfasis en un grupo que ha demostrado una altísima gama de posibilidades adaptativas frente al intercambio de gases: Los vertebrados, grupo que ha colonizado aguas salobres y dulces, desiertos, selvas, páramos y nieves, y cuyos miembros presentan una alta posibilidad adaptativa frente a los cambios en los medios que habitan, se hará referencia a los métodos usados por peces, anfibios, reptiles, aves, y mamíferos, describiendo de manera concisa, pero dando la importancia justa, a cada una de las adaptaciones presentes en el mundo de la notocorda cubierta y el cráneo especializado.

Referencias Bibliográficas

Hickman, C. P., Roberts, L. S., & Parson, A. (1998). Principios integrales de zoología. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana.

Kardong, K. V. (2007). Vertebrados: Anatomía comparada, función, evolución. F. P. Martínez (Ed.). McGraw-Hill Interamericana

Robert, M., Peter, M., Daryl, G., & Victor, R. (2001). Bioquímica de Harper. El Manual Moderno.