Mecanismos de Intercambio Gaseoso en Animales: De la Difusión Cutánea a la Respiración Traqueal y Branquial

La Función Respiratoria: Procesos y Requisitos

La función respiratoria abarca distintos procesos biológicos esenciales:

• Respiración Celular: Es la etapa del catabolismo de glúcidos y ácidos grasos en las mitocondrias, donde se obtiene energía utilizando oxígeno (O₂) y desprendiendo dióxido de carbono (CO₂).
• Respiración Externa (Intercambio Gaseoso): Se introduce el O₂ en el cuerpo para llevarlo a las células, y se extrae el CO₂.

Las membranas celulares son permeables al CO₂ y al O₂, los cuales atraviesan por difusión.

Requisitos para el Intercambio Gaseoso Eficiente

El proceso requiere:

1. Elevada superficie de intercambio gaseoso con el exterior.
2. Que el medio al que se expone tenga altos niveles de oxígeno y bajos niveles de CO₂.

Las estructuras respiratorias especializadas deben poseer las siguientes características:

• Gran superficie de contacto, delgada para permitir el paso por difusión.
• Superficie húmeda, para que el gas se disuelva en agua antes de difundirse.
• Mecanismos de ventilación que renueven continuamente los gases en contacto con la superficie respiratoria.
• Un sistema de transporte para asegurar la distribución de oxígeno y la recogida de CO₂.

Tipos de Aparatos Respiratorios

Respiración sin Estructuras Especializadas

Característica de animales acuáticos primitivos como esponjas, cnidarios y platelmintos. El intercambio ocurre a través de la superficie corporal, directamente por difusión.

En los poríferos, los flagelos producen un flujo de H₂O que proporciona una fuente constante de O₂ para la respiración y para la obtención de nutrientes. (Común en endoparásitos).

Respiración Cutánea

Se observa en animales pequeños ligados a la humedad, con una alta relación superficie/volumen y metabolismo bajo, como moluscos, anélidos y anfibios.

Requiere una piel fina con glándulas mucosas que la humedecen y una densa red de capilares subcutáneos. Ejemplos incluyen las lombrices de tierra y los anfibios adultos (que también usan el revestimiento de la boca para estar sumergidos).

Respiración Branquial

Típica de organismos acuáticos (anélidos poliquetos, moluscos, etc.). Consiste en prolongaciones delgadas y vascularizadas desarrolladas por evaginación del tegumento.

Branquias Externas

Presentes en larvas de moluscos. No necesitan ventilación activa debido al contacto continuo con el agua. Su desventaja es que son alteradas fácilmente, dificultan el desplazamiento y son un reclamo para los depredadores.

Branquias Internas

Están alojadas en cavidades protectoras, subsanando los inconvenientes de las externas. La mayoría de los acuáticos poseen branquias internas, pero requieren un mecanismo de ventilación.

Ejemplos de Branquias Internas

• Bivalvos

  Se encuentran dentro de la cavidad paleal, bajo el borde posterior del manto. Cada branquia tiene un eje aplanado con vasos sanguíneos. El movimiento de los cilios favorece el intercambio gaseoso y facilita la filtración de alimento. Los moluscos cefalópodos tienen branquias en forma de pluma que producen corrientes unidireccionales.

• Crustáceos

  Sus branquias son delicadas expansiones de la pared del cuerpo, situadas a cada lado del tórax en una cámara branquial cubierta por el caparazón, pero que se abre al exterior.

• Equinodermos

  El intercambio se realiza a través de la superficie de los pies ambulacrales y las branquias dérmicas. Los gases se difunden en el líquido celómico, y el transporte a través del cuerpo es realizado por este mismo líquido. Los erizos tienen branquias que rodean la boca.

Respiración Branquial en Peces

• Peces Óseos

  Poseen 4 pares de branquias con láminas vascularizadas. El opérculo abre y cierra, permitiendo el paso del agua. Utilizan el mecanismo de flujo a contracorriente para maximizar la eficiencia.

• Peces Cartilaginosos (Condrictios)

  Tienen entre 5 y 7 pares de branquias. No poseen opérculos. La pared está situada entre dos hendiduras branquiales a ambos lados de la cabeza.

Respiración Traqueal

Característica de insectos, quelicerados, milpiés y ciempiés.

Consiste en una serie de finos tubos (tráqueas) por donde el aire entra a través de aberturas llamadas estigmas o espiráculos. La musculatura abdominal puede ayudar a la ventilación.

El intercambio final ocurre en las traqueolas por difusión directa a las células. Este sistema no es viable en organismos de gran tamaño, ya que el árbol traqueal ocuparía una parte excesiva del volumen corporal.