Fisiologia Animal. Tema 6 (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Girona (UdG)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Fisiologia animal
Año del apunte 2017
Páginas 16
Fecha de subida 28/07/2017
Descargas 7
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 6: RESPIRACIÓ Els gasos es mouen lliurament a través de membrana (endoteli o paret d’un alvèol pulmonar).
Quan diem que es mouen lliurament, ens referim a que es mouen de forma passiva segons els nivells de concentració (pressió parcial), de més concentració a menys concentració.
La sang no es podrà carregar d’oxigen en qualsevol punt, sinó que ho farà a diferents punts concrets del seu circuit, com els capil·lars, on l’endoteli és prim i no pas per exemple en artèries. El que facilitarà l’intercanvi de gasos és que: - Els conductes tinguin parets primes Les superfícies d’intercanvi siguin grans, com els capil·lars, que formen la xarxa capil·lar que la trobarem a nivell de pulmons i brànquies Sistemes de contracorrent Quan més gran i més estret sigui la superfície, major intercanvi per unitat de temps hi haurà.
La ventilació o respiració externa és quan aportem aire a les superfícies respiratòries (brànquies o pulmons). Quan arribem a les superfícies respiratòries encara falta un pas, que és que les molècules han d’arribar als teixits, per tant hi ha un sistema de transport a través de la sang. Finalment, l’últim nivell és la respiració interna o respiració cel·lular a nivell de teixits.
La ventilació pot ser de dos tipus: - Passiva, en cas de que l’animal no hi posi energia (com animals invertebrats que viuen en medi marí) Activa, en cas que l’animal hi posi energia, hi ha despesa d’energia. La ventilació activa pot ser:  Sense direcció, quan a través del moviment de les brànquies es produeix una renovació de l’oxigen de l’aigua. Es dóna per exemple en larves de salamandra o poliquets marins.
 Unidireccional, un sol sentit, com els peixos que obren l’opercle i l’aigua passa a través de les brànquies.
 Bidireccional, conductes que són els mateixos per la inspiració com la expiració. És el cas dels vertebrats.
Diferències entre concorrent i contracorrent Sistema concorrent Per un conducte entre aigua i pel de baix entra sang. Aquesta sang arriba a un punt que entre en contacte amb el medi a través de la xarxa capil·lar. El flux d’aigua i sang van en la mateixa direcció. Si per exemple inicialment entre un valor de 100 d’aigua quan arribem al punt de contacte a la xarxa capil·lar, hi haurà un intercanvi i acabarà sortint amb un valor de 50 cap a fora l’opercle i 50 cap a la sang.
Sistema contracorrent Els animals tenen un contracorrent quan relacionem el sistema respiratori amb el circulatori.
Quan la sang es posa en contacte amb l’aigua a nivell de xarxa capil·lars, el flux de l’aigua i sang van en direccions oposades. El contracorrent és més eficient que el concorrent. Com que la sang anirà en direcció oposada a l’aigua, cada cop anirà trobant aigua amb més oxigen, més enriquida i per tant podrà anar captant oxigen. La sang marxarà amb un nivell superior, com per exemple 75 d’oxigen en sang. Si hi hagués una major superfície de contacte, podria marxar amb un valor de 100.
Que una sang porti més o menys oxigen dependrà de la concentració d’oxigen que hi hagi al medi (en condicions normals un 21% de l’aire és oxigen). Si la pressió parcial de l’aire és 760 mm Hg, la pressió parcial d’oxigen a l’aire serà de 159 mm Hg. A major altitud, la pressió parcial de l’aire és menor, per tant la pressió parcial de l’oxigen també serà més baixa i per tant no tindrem tanta capacitat per incorporar oxigen a la sang.
Per millorar l’eficiència en el transport d’oxigen a través de la sang en els teixits, els animals contenen pigments respiratoris. Un pigment respiratori és una proteïna que té color i que està colorejat gràcies a la presència de ions metàl·lics. Gràcies a que tenim pigments, arriba més oxigen als teixits.
Pigments respiratoris: - Hemoglobina: 4 grups Hemo (Fe2+) + Globina (proteïna): si està totalment saturada pot transportar 4 molècules d’oxigen.
Hemoglobina (en alguns invertebrats): 1 grup Hemo (Fe 2+) + ¼ Globina. Si està totalment saturada pot transportar 1 molècula d’oxigen. És equivalent a la mioglobina dels vertebrats.
És més fàcil carregar 4 hemoglobines d’un invertebrat que carregar totalment una hemoglobina d’un vertebrat. Hemoglobina d’invertebrats s’ha descrit en anèl·lids, equinoderms, mol·luscs pulmonats i alguns artròpodes. Té un color vermellós granatós a rosat i aquest color dependrà de quantitat de pigment (quantitat d’hemoglobina) i del tipus d’hemoglobina que hi hagi.
Altres cromoproteïnes (en invertebrats): - Hemocianina Ions de Cu, de incolora a color blavós. S’ha trobat en mol·luscs gasteròpodes i cefalòpodes, crustacis i quelicerats - Clorocruorines Ions de ferro, de color verdós. S’ha descrit en poliquets marins - Hemeritrina Ions de ferro, de color porpra. S’ha descrit en sipuncúlids Gràfic de dissociació de l’oxigen En el gràfic de dissociació de l’oxigen, la corba de la hemoglobina d’un vertebrat pren una forma sigmoïdal, mentre que la de la mioglobina (hemoglobina dels invertebrats) té una forma hiperbòlica. En l’eix de les X hi trobem la pressió parcial d’oxigen en el medi i a l’eix de les Y hi ha el grau de saturació del pigment, que va de 0 a 100.
Quan el pigment està 0 saturat, el pigment té 0 oxigen, mentre que quan està saturat, té tots els grups hemo omplerts d’oxigen. El grau de saturació del pigment dependrà del tipus de pigment i de la pressió parcial que hi hagi en el medi. Un medi pobre en oxigen estarà menys saturat.
El que té més afinitat per l’oxigen és el que necessita menys concentració d’oxigen per saturarse en el 50% (P50). El pigment que tingui un P50 petit, tindrà molta afinitat per l’oxigen, en canvi, quan més gran sigui aquesta, menys afinitat tindrà. La mioglobina té una afinitat molt elevada. El P50 dels vertebrats es més elevat per tant, menys afinitat, ja que necessita pressions parcials d’oxigen més elevades per saturar-se. En un ambient pobre amb oxigen necessitarem un pigment amb molta afinitat.
De què depèn la quantitat d’oxigen que pot arribar als teixits: - Del que portem dissolt De l’oxigen que es té unit al pigment respiratori De la quantitat de pigment Un mateix pigment pot tenir més afinitat o menys afinitat. Un pigment poc afí al oxigen el tindrà un animal adaptat a ambients molt rics en oxigen, mentre que un pigment molt afí en oxigen, viurà en ambients molt pobres en oxigen.
- Arenicola té un P50 de 5mmHg - Humans, té un P50 de 26-27 mmHg A nivell de teixits, pel costat arterial arriba sang oxigenada als teixits, i aquesta sang dóna oxigen, ja que hi ha més concentració d’oxigen a la sang que als teixits. Mentre que donen CO2 a les venes, ja que hi ha major CO2 als teixits que a la sang que passa per les venes. Quan el pigment entra en contacte amb CO2, el pigment perd afinitat. Quan el CO 2 entra a la sang poden passar-li varies coses: 1. Hidratar-se i donar àcid carbònic. Aquest es pot dissociar (s’allibera un protó) donant bicarbonat, i s’acidifica la sang. Aquest bicarbonat es pot dissociar i donar lloc a carbonat (s’allibera 1 altre protó) i s’acidifca també la sang.
2. Es pot unir als radicals amino (-NH2) de la hemoglobina (proteïnes del plasma), que forma compostos carbàmics i allibera l’oxigen. Aquest fet, provoca que la hemoglobina perdi afinitat per l’oxigen, que s’allibera i doni lloc a hemoxiglobina (HBO2 ⟶ HbH).
En sang, es transporta 1000 vegades més CO 2 que àcid carbònic (1000/1). En canvi, es transporta 20 vegades més bicarbonat (HCO 3-) que CO2 (1/20). Aquests hidrògens que s’alliberen fan baixar el pH, de manera que quan entra via aòrtica es té pH de 7,41 i una pressió parcial d’oxigen de 85-100 mmHg, en canvi, quan surt via venosa, surts en 7,37 i una pressió parcial de mmHg de 40. Aquest pH torna a pujar a nivell de capil·lars en els pulmons.
Efecte Bohr L’efecte Bohr és descrit en tots els pigments respiratoris. A mesura que se li baixa el pH a la hemoglobina, perd afinitat.
El mateix passa si se li introdueix CO 2, el qual provoca que el P50 pugi. Aquests fan deslligar l’oxigen del pigment.
Únicament es produeix pèrdua d’afinitat del pigment, els nivells de saturació es mantenen més o menys iguals.
Efecte Root L’efecte de CO2 provoca una baixada dels nivells de saturació, és a dir, provoca que el pigment no es saturi tant i que disminueixi afinitat del pigment per l’O2. Sempre que hi ha efecte Root, existeix efecte Bohr.
A prop del teixit, es té el capil·lar. Aquest teixit dóna CO2 al capil·lar. Aquest travessa membranes fàcilment i pot anar cap: - Al plasma i donar de manera lenta bicarbonat i protons al plasma, que anirà a parar als teixits (es dóna en el 5% de les vegades), acidificant el medi.
- Pot anar dins la cèl·lula sanguínia, hidratar-se, donar lloc àcid carbònic, donar bicarbonat i donar un protó de manera ràpida, ja que hi participa l’anhidrasa carbònica (enzim que no es troba al plasma), i es dóna en el 90% de les vegades. Es genera protons, que troba una hemoglobina oxigenada i es desoxigena (HbO2⟶ HbH), deixant anar oxigen, que difon cap als teixits. La hemoglobina, en aquest cas, fa de tampó, ja que reté protons.
- Alhora, aquest CO2 entra en contacte amb una hemoglobina oxigenada dins la cèl·lula sanguínia (HbO2 ⟶ Hb CO2), i quan el grup hemo entra en contacte amb el CO2, forma els compostos carbàmics (carbamino-hemoglobina) i allibera 1 oxigen. Aquest surt de la cèl·lula sanguínia, passa al plasma i pot anar cap als teixits.
Finalment, entra CO2 del teixit cap al torrent circulatori, i s’allibera oxigen del torrent sanguini cap als teixits.
La sang, ve del costat arterial amb 40 mmHg de CO2, i surt del costat venós amb 46 mmHg. El teixit ens ha donat 6 mmHg. Després al anar als pulmons, s’entra amb un valor de 46 mmHg, i recuperen CO2 del torrent circulatori a través de l’epiteli pulmonar, i donen lloc a una sang amb 40 mmHg de CO2.
Efecte Haldane La pressió parcial del CO2 en el costat arterial (sang oxigenada) és mes baixa que la pressió parcial del CO2 del costat venós (sang desoxigenada), per tant és el mateix que dir que al costat arterial hi ha una major pressió parcial d’oxigen que en el costat venós. L’oxigen alliberat de l’hemoglobina anirà a parar als teixits.
En els pulmons, hi ha més oxigen en l’anterior dels alvèols pulmonars i difon cap als capil·lars. Aquest al entrar als capil·lars, es troba una hemoglobina desoxigenada, la qual se li posa oxigen. D’altre banda, s’expulsa CO2 del torrent sanguini via exhalació i per tant, es puja el pH de la sang, de manera que el pigment agafa afinitat (ja que allibera el protó i es queda amb l’oxigen).
Així doncs, l’efecte Haldane és la diferència en concentració de CO2 que té la sang oxigenada i la desoxigenada en funció de la pressió parcial del medi (que li arriba a través de la sang).
Respiració cutània La trobem en organismes molts petits o amb taxes metabòliques molt baixes. Platihelmints, protozous o meduses, que no tenen cap òrgan respiratori concret i obtenen oxigen per respiració passiva. Les meduses poden ser grans però tenen taxes metabòliques molt baixes i les cèl·lules metabòlicament actives ressegueixen la superfície. Tenen superfícies aplanades o molt replegades.
En equinoderms trobem les pàpules respiratòries, que són evaginacions de la paret celòmica.
Es troben en la superfície aboral (contrària a l’oral). Són ciliades internament i externament i donen una superfície d’intercanvi d’oxigen entre el líquid celomàtic i el medi. Tant els peus ambulacrals com algunes altres parts intervenen també en l’intercanvi de gasos.
VERTEBRATS: - Amfibis: Algunes salamandres de mida petita tenen exclusivament respiració cutània.
L’activitat dels amfibis al llarg de l’any coincideix, més o menys, amb l’activitat pulmonar: a la primavera hi ha activitat màxima, a l’estiu disminueix notablement, a la tardor torna a augmentar i a l’hivern hi ha el mínim d’activitat i el mínim de respiració pulmonar, ja que majoritàriament es realitza respiració cutània.
- Rat-penats: Presenten respiració cutània a nivell de les membranes alars, molt primers i amb molta superfície. Molt poc significatiu en relació a la respiració pulmonar.
Respiració traqueal: Consisteix en un sistema respiratori majoritari d’insectes (però no exclusiu d’aquest grup, ja que també és present en algunes aranyes).
Es tracta d’una invaginació de funció respiratòria. Es troba en contacte amb l’exterior a partir d’un espiracle (amb un anell vascular, que pot obrir-se o tancar-se) i amb l’interior (teixits) per mitjà de les traquèoles, conductes amb el mínim diàmetre.
Poden haver des d’un parell de tràquees fins a 12-13 parells; com més gran és l’insecte major quantitat de parells de tràquees. Quan hi ha una elevada quantitat de tràquees, majoritàriament les anteriors (part toràcica) són d’entrada d’aire i les posteriors (part abdominal) són de sortida d’aigua, és una ventilació unidireccional . Quan hi ha pocs parells de tràquees, la ventilació és bidireccional (sortida i entrada alhora).
Quan l’insecte està en repòs, la ventilació és passiva (sense despesa energètica). Per contra, quan l’animal està actiu, la ventilació és activa (amb despesa energètica), ja que les tràquees es mouen sobretot gràcies a la musculatura abdominal. Un insecte adult amb ventilació passiva pot, fins i tot, inactivar algunes tràquees (tancant els espiracles). Interessa tenir el mínim nombre de tràquees actives per reduir les vies d’entrada de patògens l’organisme o la pèrdua d’aigua.
*La papallona de la seda (Bombyx) s’estima que té al voltant d’un milió i mig de traquèoles.
Les llagostes (ortòpters) tenen uns 10 parells de tràquees.
Hi ha insectes que tenen formes adultes terrestres i formes larvàries aquàtiques. Aquestes larves tenen també respiració traqueal. Per permetre aquesta respiració, presenten els espiracles a la part terminal amb pèls o substàncies greixoses que repulsen l’aigua quan es troben en contacte amb la làmina de l’aigua. En submergir-se a l’aigua tanquen els espiracles i no realitzen intercanvi gasós. Això suposa que tinguin una constant necessitat de pujar a la superfície per respirar però podran viure en aigües anòxiques.
Per altra banda, hi ha organismes que viuen permanentment dins l’aigua, dom per exemple els escarabats del gènere Dytiscus o Notonecta. Aquests animals també presenten respiració traqueal però a diferència de les larves ascendeixen a la superfície per carregar una bombolla d’aire que s’emporten sota l’aigua. Aquestes bombolles s’aguanten en contacte amb l’escarabat gràcies al nitrogen. Aquest fet li suposa una supervivència temporal però implica un problema: l’aigua i l’aire es troben en equilibri constant de gasos (entrada i sortida per difusió).
El CO2 té la major capacitat de travessar membranes, de manera que en sortir per les tràquees ràpidament surt de la bombolla d’aire i difon cap a l’aigua. Pel que fa a l’oxigen, també té elevada capacitat de difondre, de manera que inicialment difon cap a dins de la bombolla per equilibrar la pèrdua per respiració. El nitrogen, per contra, té major dificultat per sortir o entrar. En descendir l’escarabat, la bombolla d’aigua és comprimida, fet que implica que automàticament pugin les pressions parcials dels gasos. Aquest fet provoca una sortida constant de nitrogen, que implica una disminució i pèrdua de la bombolla.
Pulmons laminars: Les aranyes presenten un parell de pulmons laminars a nivell d’opistosoma i poden tenir també fins a 4 parells de tràquees. Els escorpins poden tenir fins a 4 parells de pulmons laminars.
La diferència entre tràquees i pulmons laminars es troba en que l’intercanvi traqueal és directament amb els teixits, mentre que en els pulmons l’intercanvi és amb l’hemolimfa.
Aquests pulmons estan constituïts per làmines formades per un seguit de conductes d’aire, separats per conductes d’hemolimfa (fil·lotràquees), on es produeix l’intercanvi gasós. L’aire entra per l’estigma, passa a l’atri i entra als conductes que separen les fil·lotràquees.
*De la mateixa manera que en la respiració traqueal, les aranyes aquàtiques respiren gràcies a bombolles d’aigua.
Brànquies: Les brànquies són evaginacions (a diferència de les tràquees). Poden ser evaginacions desprotegides (poliquets marins o larves de salamandra), amb ventilació passiva (poliquets) o activa sense direcció (larves de salamandra), o bé protegides (opercles dels peixos), sempre amb ventilació activa i direccional (entrada d’aigua per la boca i expulsió per l’opercle).
Grups amb brànquies: 1. Mol·luscs gasteròpodes aquàtics: Poden tenir fins a 8-10 parells de brànquies situades al mantell. Cas més senzill de respiració branquial.
2. Mol·luscs cefalòpodes: Solen tenir un parell de brànquies situades al mantell. Durant la inspiració es genera succió des de la cavitat del mantell fent entrar l’aigua pels porus laterals. A l’expiració el mantell es contrau fent sortir l’aigua pel sifó (porus tancats).
3. Crustacis: Els crustacis petits no tenen brànquies però els més grans tenen brànquies internes protegides per la closca i situades al cefalotòrax.
Aquestes brànquies presenten ventilació activa i direccional per mitjà del moviment de les potes i gràcies a un moviment de pujada i baixada d’una plataforma anomenada escafognatit (vàlvula de sortida de l’aigua per la part anterior).
4. Peixos: Entrada d’aigua per la boca i sortida per l’opercle (respiració activa i unidireccional), lloc on se situen les brànquies. La major part de peixos presenten 4 arcs branquials, amb 2 fileres de filaments branquials situats en forma de V per arc. Sobre els filaments branquials s’hi troben les laminilles secundàries, lloc on s’hi situen els capil·lars sanguinis.
La sang d’aquests capil·lars sanguinis circula en direcció oposada al pas de l’aire (sistema d’intercanvi a contracorrent). Hi ha dues cavitats a banda i banda de les brànquies: cavitat bucal i cavitat opercular.
Grups amb brànquies Com hem dit, les brànquies estan formades per filaments branquials disposats a la part posterior de l’arc branquial. Aquests filaments tenen un color vermell degut a que pel seu interior hi circula sang. A la part anterior sol haver-hi les branquiespines, en les quals no hi circula sang, sinó que s’encarreguen de filtrat l’aliment.
Perpendicularment als filaments branquials hi ha situades les laminetes branquials per on hi passen els capil·lars sanguinis, per on hi entra aigua rica en oxigen i en surt aigua menys rica en oxigen i la sang que entra és menys rica en oxigen i surt més rica en oxigen. En aquestes s’hi produeix l’intercanvi de gasos. Si el peix no disposa de laminetes no es podrà produir l’intercanvi branquial.
A un peix pelàgic la musculatura de la boca el permetrà respirar, obrirà la boca, l’aigua passarà a través seu, donant-se la ventilació i acabarà sortint per la opercle. En canvi els peixos bentònics, com un rap, que acostumen a ser més sèssils o peixos pelàgics que deixen de nedar, també tenen una ventilació activa però han de tenir un recurs diferent per poder generar aquest flux d’aigua que el permet realitzar la ventilació, algun mecanisme que mogui l’aigua de la cavitat bucal a la cavitat opercular. Aquest mecanisme es basa en utilitzar una bomba de pressió bucal i una succió opercular.
Com funciona? La cavitat bucal i la cavitat opercular funcionen de manera independent, és a dir, poden augmentar la seva pressió i volum de manera independent, però el canvi de pressió o volum en una de les cavitats repercutirà en la pressió/volum de l’altre.
- Quan el peix obre la boca l’aigua entre per diferència de pressió (succió bucal).
- Si el que es fa és tancar la vàlvula bucal ⟶ la pressió en la cavitat bucal augmenta i passa a ser major que la cavitat de l’opercle.
En aquest moment, la bomba de compressió puja i fa passar l’aigua a través de les brànquies cap a la cavitat opercular (pressió bucal i succió opercular).
- En la cavitat de l’opercle, al rebre aigua, la pressió pujarà i en sortirà aigua a través de les vàlvules operculars (pressió opercular).
Peixos amb respiració aèria, tot i que no pulmonar Alguns peixos exòtics tenen la capacitat de captar oxigen de l’aire, i per tant pugen a la superfície per aconseguir aquest oxigen de l’aire. La primera làmina d’aigua és la més pura, la més neta en oxigen. Els peixos pugen a la superfície incorporant aquesta aigua on hi ha elevades concentracions d’oxigen. Aquest fet es dóna quan hi ha molta activitat biològica.
Tipus: 1. Respiració aèria obligada, com les anguiles (Electrophorus electricus). Aquestes no presenten brànquies que tenen laminetes, sinó que tenen la cavitat faríngica i bucal molt capil·laritzada, de manera que depenen de la respiració aèria i poden recuperar oxigen de l’aigua.
2. Respiració aèria facultativa. Altres peixos que viuen en el fang, com els del gènere Periophtalmus sp, tot i tenir respiració branquial, poden aprofitar l’oxigen acumulat en la bufeta natatòria de manera puntual, quan una llacuna s’asseca. Aquesta respiració, no es pulmonar, ja que no hi ha una invaginació de la faringe que formi uns pulmons, sinó que únicament es té una cavitat que conté oxigen, des d’on s’aprofita.
Peixos amb respiració aèria, a través de pulmons 1. Respiració aèria facultativa, com Neoceratodus forsteri, que presenta brànquies i pulmons. Aquests peixos, viuen en aigües pobres en oxigen i durant l’època favorable respiren a través de la brànquia, mentre que si son desfavorables ho fan a través del pulmó.
2. Respiració aèria obligada, com Protopterus sp. Lepidosiren paradoxa, no presenten brànquies i si les tenen, no són funcionals.
Anatomia pulmonar de mamífers L’aire arriba per mitjà de diferents vies (boca o nas) i és conduit cap a les zones d’intercanvi.
Per un costat hi ha les zones de conducció i per l’altre, les zones d’intercanvi (acins). L’aire introduït passa per la faringe, i a partir d’aquí es divideix en dues vies: la via digestiva per l’esòfag (via esofàgica) i la via respiratòria per la laringe. En aquesta s’hi troba una vàlvula, la glotis, que marca el pas cap a una via o l’altra. De la laringe es passa a la tràquea.
De la tràquea es passa als bronquis principals que n’hi ha un de dret i un d’esquerre, una part que va al costat dret i que anirà a parar al pulmó dret i l’altre part va cap al costat esquerra i anirà a parar al pulmó esquerra. El pulmó dret acostuma a ser més gran degut a que el cor ocupa part de l’espai del pulmó esquerre.
Els bronquis principals donen lloc als bronquis lobulars (2 a l’esquerre del pulmó 3 i al dret del pulmó). Dels bronquis lobulars passem als bronquis terminals, que anteriorment són bronquis i posteriorment són bronquíols (que ja poden ser acins, zones d’intercanvi), seguit dels bronquíols respiratoris, conducte alveolar, sac alveolar i alvèols. Els acins són a partir de la part final dels bronquis terminals fins els alvèols, per tant tenen capil·lars i s’hi dóna l’intercanvi.
L’àrea de secció transversal és petita a nivell de tràquees, de manera que la velocitat de l’aire que hi passa és elevada, per tant hi ha parets gruixudes i cartilaginoses; I a nivells dels alvèols, la velocitat de l’aire és petita, per tant parets primes i com a conseqüència es podrà produir l’intercanvi de gasos.
Els pulmons es troben recoberts per una membrana de teixit conjuntiu que s’anomena pleura visceral, que es troba per sota de la pleura parietal. Entre pleures hi ha l’espai interpleural on es troba el sèrum que és lubricant i que permet una connexió fluida entre les dues pleures. Si la caixa toràcica incrementa de volum, els pulmons també ho fan i si disminueix de volum els pulmons també.
En aquest espai interpleural no pot haver-hi aire, ja que si n’hi ha es produeix una pèrdua de la sincronització, de manera que els pulmons no es troben sincronitzats amb la caixa toràcica. La caixa toràcica augmenta de volum però després no disminueix, ja que no es pot descomprimir els gasos un cop comprimits.
A les vies de conducció tenim secreció de mucus, i aquest mucus amb l’ajuda d’unes parets internes ciliades, permet expulsar substàncies no desitjades a través de la via bucal o bé de la via nasal. No hi pot haver mucus en els acins, sinó que ha d’arribar aire pur, sense partícules.
Ens els alvèols s’hi troben capil·lars i a través dels porus de Köhn, l’aire pot passar també d’alvèol a alvèol. Un alvèol és acin perquè hi ha molta superfície d’alvèols (3 milions d’alvèols) i aquests, tenen les parets molt primes, la qual cosa permet l’intercanvi de gasos.
La respiració normal, en repòs, s’anomena eupnea, ventilant de forma normal, pausada. Quan tenim una respiració anòmala, com una ventilació no d’acord amb el repòs, s’anomena disnea (forçada, curta i continuada), mentre que quan no ventilem parlem d’apnea. Si passem de repòs a activitat es parla d’hiperapnea, es necessita més oxigen, i es dóna per exemple quan passem a fer exercici o quan ens trobem a altituds elevades. Si passem d’activitat a repòs estem fent hipopnea (baixem freqüència de ventilació i volum corrent).
Gràfica Espai mort anatòmic (150 ml d’aire) és l’espai constant d’una persona o un individu, que està ocupat per les vies de conducció. Espai que no pot participar a la respiració (boca, nas, faringe, laringe, tràquea, bronquis lobulars i bronquis terminals), per tant mai serà ascin.
Espai mort fisiològic (155-160 ml): espai variable que no participa a l’intercanvi des del punt de vista funcional, com els alvèols que no s’han emplenat d’aire. Es troba format per l’espai mort anatòmic + una part de l’ascin que no és funcional.
El volum corrent, és el volum d’aire que s’ingressa en una inspiració. És variable, segons el nivell d’activitat i pot anar de valors de 500 a 5000. El màxim volum corrent és el que s’anomena capacitat vital i que sol ser constant.
Volum ventilatori pulmonar = Volum corrent (variable) – espai mort anatòmic (constant).
Quan el volum corrent és petit (estem en repòs) l’espai anatòmic mort guanya importància, ja que representa aproximadament un valor del 33%. Quan el volum corrent és elevat (estem fent exercici), l’espai anatòmic té poca importància.
Animals que tenen espais anatòmics grans ho han de compensar amb volums corrents més elevats. Sempre l’espai anatòmic ha de ser més gran que l’espai mort anatòmic.
El volum residual, és el volum que queda als pulmons quan expirem, i que equival a 1L. La capacitat pulmonar total correspon a l’aire que podem tenir des de la boca fins els pulmons al fer una inspiració (6L).
Volum inspiratori de reserva i volum expiratori de reserva són variables. El volum inspiratori de reserva és quan realitzem una inspiració normal i sense expirar, realitzem una altre inspiració forçada. El volum expiratori de reserva és quan realitzem una expiració normal i llavors realitzem una altre expiració forçada sense haver inspirat. Quan el volum corrent és petit (estem en repòs), el volum inspiratori i expiratori de reserva i expiratori és gran, i quan el volum corrent és gran (estem fent exercici) el volum inspiratori i expiratori de reserva és peti.
La capacitat vital és el volum d’aire que es pot expulsar cap a dins i cap a fora dels pulmons.
Aquest volum és constant i és de 4.800 mL.
La capacitat pulmonar total és la suma de la capacitat vital i el volum expiratori de reserva, que són 6000 mL. Un animal quan més petit és l’animal, més freqüència de ventilació té.
Mecanisme de ventilació en mamífers En repòs quan inspirem pugem les costelles, tirem el pit endavant, el diafragma baixa i el plec queda més aplanat, ja que estem incrementant el volum toràcic. Si la caixa toràcica s’expandeix també s’expandirà la pleura que envolta els pulmons, ja que el líquid lubricant no canvia de volum i s’expandiran els pulmons, incrementaran de volum, de manera que estem baixant la pressió produint una succió d’aire.
De vegades hi ha problemes mecànics com pneumotòrax que és una patologia on s’ha produït una fissura a la pleura i entra aire a l’espai interpleural.
Inspiració: el diafragma que és una fulla muscular que fa corba cap a la caixa toràcica, quan es contreu s’aplana i per tant la capacitat de la caixa toràcica pot augmentar dos terços. Es contreu el diagrama i es contreu els músculs intercostals externs que estiren les costelles cap a fora i cap amunt. Quan s’expandeixen els pulmons, tenim menys pressió a dins que a fora i l’aire entra.
Expiració: el plec tira cap amunt, el pit es tira enrere i les costelles baixen. És a dir es relaxen aquests dos grups de músculs, disminueix el volum toràcic i el dels pulmons, la pressió augmenta i es produeix l’expulsió de l’aire cap a fora.
En repòs, la inspiració, que és activa i que per tant requereix una despesa energètica, es realitza per acció del diafragma i de la musculatura intercostal externa. L’expiració en canvi és passiva (efecte rebot diafragma – musculatura).
Durant la realització d’exercici, tant la inspiració com l’expiració passen a ser actives, i en l’expiració entra en joc els músculs intercostals interns, que comprimeixen encara més la caiza toràcica, la qual cosa fa circular més aire.
Els sacs aeris alveolars son de petites dimensions i la seva fragilitat podria fer que es col·lapsessin, ja que l'aigua realitza tensió superficial sobre la superfície dels alvèols.
Si tenim dos alvèols, un més gran i un altre més petit i els omplim amb la mateixa quantitat d'aire, en el petit hi ha mes pressió i com estan connectats l'aire passarà al més gran i el més petit s'extingirà. Aquests porus s'anomenen porus de Köhn. Per evitar això tenim unes substàncies anomenades surfactants pulmonars o complexes lipoprotèics que cobreixen les superfícies i permeten atenuar les tensions entre ells. El més gran té aquestes substancies més separades i l'aigua pot generar més pressió sobre aquest i tindrà més tensió superficial. En el més petit les substàncies es troben més juntes i permeten mantenir més lluny l'aigua, tindran menys tensió superficial i evitaran el col·lapse.
Altres grups amb pulmons: - Amfibis: tenen respiració cutània i/o respiració pulmonar, excepte les larves que són aquàtiques i respiren per brànquies. Els pulmons dels amfibis són simples, n’acostumen a tenir un o dos i amb una estructura molt senzilla, però ben vascularitzats. Tenen una cavitat bucofaringe que delimita amb el pulmó per una vàlvula: la glotis. Poden obrir i tancar els orificis nasals, la boca i la glotis. I incorporen l’aire per pressió-succio bucofaringe (no tenen pulmons que s’eixamplin).
Per incorporar oxigen els amfibis tanquen la glotis i obren la boca. Per diferència de pressió, l’aire va a una depressió de la part inferior de la boca. Pot entrar per les coanes (fosses nassals) o bé per la boca. Quan obren la glotis i obren fosses nassals i boques, s’expulsa l’aire vell, desoxigenat dels pulmons a través de les coanes (hi ha una petita barreja d’aire a l’interior de la boca).
Tanquen les fosses nassals i tanquen la boca, per tant augmenta la pressió a dins la boca i l’aire acumulat a la depressió de la part inferior de la boca passa cap als pulmons. Finalment tanquen la glotis i es realitza un bombeig bucofaríngic (tanquen la glotis i fan sortir aire de la cavitat bucal a través de les coanes).
- Rèptils: Els rèptils tenen la caixa toràcica delimitada per costelles, i les costelles delimiten el pulmó. Dins de cada pulmó hi ha un bronqui primari del que surten bronquis secundaris, que deriven als sacs alveolars. En els rèptils els pulmons s’omplen per succió i no pas per pressió.
En la inspiració hi intervé la musculatura costal, i la contracció d’aquesta musculatura és la que ha de permetre ventilar. Es contreuen els músculs intercostals (per sobre i entre les costelles) i obren la glotis, la qual cosa provoca l’entrada d’aire als pulmons.
S’anomena bomba de succió costal. Com que la glotis no deixa que surti l’aire i la pressió és major que la de fora, es fa un bombeig similar al bucofaríngicc (relacionat amb l’olfacte, no amb la respiració).
En l’expiració es relaxen els músculs i la caixa toràcica torna al volum inicial. Altres músculs costals l’acaben de comprimir. Surt aire dels pulmons perquè tenim una cavitat que es fa petita. La inspiració és activa i l’expiració passiva.
Les tortugues tenen la particularitat que tenen les costelles fusionades a la closca, que és molt estàtica i provoca que no puguin eixamplar i encongir la cavitat toràcica. Així doncs, la ventilació es dóna gràcies a l’activitat abdominal a la part posterior i al moviment de les potes, que és un mecanisme poc eficient però suficient per les tortugues. En immersions fan bombeig amb unes vellositats de la boca, que els permet intercanviar oxigen i poder fer immersions prolongades.
- Aus: Els rèptils no ocells (aus) tenen una estructura respiratòria molt particular. Tenen un parell de pulmons associats als sacs aeris (que tenen musculatura externa només). Els sacs aeris no participen a l’intercanvi, sinó que permeten que entri aire quan es fan grans i que surti aire quan es fan petits.
En la cavitat toràcica trobem 9 sacs aeris anteriors i posteriors: o Anteriors: 1 sac aeri compartit amb els pulmons, que és el sac intraclavicular, 2 cervicals i 2 de pre-toràcics.
o Posteriors: 2 post-toràcics i 2 d’abdominals S’ha demostrat que la presència de sacs aeris no facilita la flotabilitat de l’au, sinó que ajuden a la respiració, però sense participar en l’intercanvi.
La tràquea es divideix en bronquis primaris, que quan entren als pulmons s’anomenen mesobronquis (2), els quals es divideixen en els bronquis secundaris. Els posteriors s’anomenen dorsobronquis i els anteriors ventobronquis.
Els bronquis secundaris es divideixen en parabronquis (bronquis terciaris) que van transversals als anteriors i uneixen els dorsobronquis amb ventobranquis. Són sacs aeris que estan poc vascularitzats i s’anomena sistema paleopulmonar o paleopulmó (només en aus primitives). L’acin dels ocells són els parabronquis i capil·lars aeris (expansions dels parabronquis) associats als parabronquis que estan plens de capil·lars sanguinis, i que per tant seran els responsables de realitzar l’intercanvi.
 Paleopulmons: o Inspiració es dóna gràcies a la contracció muscular toràcics. El diafragma i músculs de les ales (que són rígids) expandeixen els sacs aeris. L’aire flueix a través del mesobranqui i es diposita en sacs posteriors. Una peita quantitat d’aire puja pels dorsobranquis, passa pels parabranquis i baixa pels ventrobranquis i entra als sacs aeris arterials.
o Expiració: Es reobren els sacs aeris i l’aire dels sacs posteriors passa pels dorsobranquis, va als parabranquis (captació d’oxigen), s’ajunta amb l’aire que surt dels anteriors i és espirat.
Pràcticament no hi ha circulació d’aire directa al mesobranqui.
 Neopulmó Els ocells més actius, amb dinàmiques més altes i que volen a grans altures, tenen sistema neopulmonar (més actual), on el sistema de parabronquis uneixen sacs aeris posteriors amb els dorsobronquis, o bé sacs aeris posteriors que s’uneixen directament als mesobronquism i pot arribar a representar entre un 20% i un 25% de tot el sistema pulmonar. Amb el neopulmó, quan l’aire entre als sacs aeris posteriors, passa pel sistema de parabronquis on ha perdut oxigen (captació en la inspiració), cd manera que intercanvien aire mentre inspiren i també quan expiren.
En l’inspiracio l’aire puja pels dorso, travessa els parabronquis, baixa pes ventro i es col·loca al sac aeri anterior.
A les altres parts no hi ha intercanvi perquè són massa gruixudes i/o no tenen capil·lars sanguinis, per tant són vies de conducció. Només són d’intercanvi parabronquis i capil·lars aeris.
Control de la respiració: regulació química i nerviosa Una manera de controlar la respiració és a través de la ritmicitat, que actua quan estem en repòs. Però com es regula? Es regula el ritme, gràcies al bulb raquídic i protuberància. I es regulen les necessitats, gràcies a receptors en la sang, quimioreceptors, que detecten diferències en la concentració de diòxid de carboni. Si hi ha molt de CO2, els quimioreceptors informaran a la musculatura intercostal que falta oxigen, a través del nervi glossofaringi o nervi vague i provocarà l’augment de la freqüència de ventilació, s’incrementa el volum corrents i la freqüència cardíaca. Quant més petit sigui un animal, més freqüència pulmonar i més freqüència cardíaca.
Respiració en altura Quan passem de 0 metres a 6000 metres, la pressió parcial d’oxigen es redueix a la meitat, és a dir, es disposa de la meitat d’oxigen que la que tenim habitualment. En la respiració en altura trobem dos processos diferents: - Procés d’adaptació: el procés d’adaptació és aquell que realitzen les persones que viuen des de sempre en zones de molta alçada amb poc oxigen. Aquestes persones de forma general tenen cossos petits, amb un tòrax gran, per tal de tenir cors i pulmons més grans perquè així puguin albergar més sang i més aire. Tenen una major quantitat d’hemoglobina a la sang i una hemoglobina també mes afina a l’oxigen, la qual pot captar i alliberar oxigen a pressions més baixes.
- Procés d’aclimatació: El procés d’aclimatació és dóna quan per exemple un europeu va a pujar l’Himàlaia. Aquest fet repercuteix en un increment de l’hematòcrit per intentar compensar el dèficit d’oxigen. Aquest dèficit estimula la eritropoetina, responsable de la formació de glòbuls vermells, per així poder transportar una major quantitat d’oxigen.
...