Fisiología Comparada de la Respiración: Mecanismos y Evolución en el Reino Animal

Función Respiratoria

La respiración es el proceso de intercambio de gases entre el organismo y el medio externo.

Respiración Celular

La respiración celular es un proceso catabólico que tiene lugar en las mitocondrias y que consiste en la oxidación de la materia orgánica para extraer la energía que encierran sus enlaces.

Mecanismo de Difusión Gaseosa y Propiedades de las Superficies Respiratorias

En todos los casos, la entrada y salida de gases se reduce a un mecanismo de difusión gaseosa a través de una superficie corporal.

Las superficies respiratorias deben cumplir las siguientes propiedades:

1. Mantenerse húmedas: La difusión de los gases solo es posible cuando están disueltos en agua.
2. Presentar superficies amplias: Esto permite un intercambio eficaz.
3. Ser lo suficientemente delgadas: Esto facilita el paso de los gases.

Respiración sin Necesidad de Aparato Respiratorio

Los cuerpos de las esponjas, cnidarios, platelmintos y nematodos están formados por pocas capas de células, y su superficie exterior es muy grande en relación con su volumen. Además, no poseen grandes requerimientos energéticos, por lo que no necesitan un aparato respiratorio especializado: su propio cuerpo actúa como membrana respiratoria, y los gases viajan, por difusión, célula a célula.

Respiración en el Medio Acuático: Branquias

En este tipo de respiración, el intercambio de gases se realiza en las branquias, que son expansiones de la superficie corporal formadas por una capa de epidermis y con una amplia red de capilares.

Tipos de Branquias

Dependiendo de su forma, pueden ser:

• Filamentosas
• Ramificadas
• Laminares

Según donde se localicen, pueden ser externas o internas:

1. Branquias Externas: Sobresalen de la superficie corporal del animal, no tienen protección y por ello suelen dañarse con facilidad. Ejemplos: anélidos poliquetos marinos, crustáceos, moluscos y larvas de anfibios.
2. Branquias Internas: Se encuentran protegidas por estructuras corporales.
   • En bivalvos y cefalópodos se encuentran inmersas en la cavidad paleal, un espacio situado entre el manto y la masa visceral.
   • En los peces cartilaginosos están protegidas por septos interbranquiales que proceden del tegumento.
   • En los peces óseos están cubiertas por una tapa ósea (opérculo).

Respiración en el Medio Terrestre

Tipos de estructuras respiratorias dentro del cuerpo:

1. Tráqueas: Un sistema de tuberías que conectan el aire atmosférico con cada célula.
2. Pulmones: Sacos más o menos ramificados y muy vascularizados (en este caso, la sangre es la encargada de la distribución de los gases).

Respiración por Tráqueas

Las tráqueas son conductos recubiertos por una cutícula de quitina que se ramifican para formar traqueolos, finos tubos ciegos formados por un solo tejido, que se hunden en las membranas plasmáticas de las células para permitir el intercambio gaseoso. El aire penetra en las tráqueas a través de unos orificios (espiráculos) situados en el abdomen del animal. Ejemplo: artrópodos terrestres.

Respiración por Pulmones

Es la modalidad de respiración más eficaz. Ejemplos: vertebrados (anfibios, reptiles, aves y mamíferos) e invertebrados (caracol). Los pulmones poseen paredes muy finas para facilitar el intercambio de gases entre el medio externo y la sangre. Los pulmones están comunicados con el exterior a través de vías respiratorias (boca, fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios).

Evolución del Sistema Respiratorio Pulmonar

Anfibios

Los pulmones son dos sacos largos y sencillos cubiertos de capilares. Su sencillez hace que la superficie de intercambio sea insuficiente para cubrir las necesidades del animal; además, utilizan la respiración cutánea para poder cubrir la demanda de oxígeno. La ventilación se produce gracias a la bomba de presión o de deglución, que consiste en movimientos verticales de la base de la boca que permiten llenar los pulmones de la rana. El intercambio gaseoso se realiza en la faringe y en los pulmones.

Reptiles, Aves y Mamíferos

Estos grupos tienen pulmones que ventilan por medio de una bomba de succión: el aire entra y sale de los pulmones como resultado del cambio de volumen de la caja torácica, por contracción y relajación de los músculos que lo rodean.

Detalle en Reptiles

Los pulmones de los reptiles disponen de una mayor superficie de intercambio de gases que en los anfibios, ya que su interior presenta tabiques y plegamientos. A pesar de este aumento de superficie, siguen siendo pulmones poco eficaces.