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39.1A: Sistema respiratorio y difusión directa - Biología

39.1A: Sistema respiratorio y difusión directa - Biología



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Procesos respiratorios que ayudan a los organismos a intercambiar O2 y compañía2 van desde la difusión directa simple hasta los sistemas respiratorios complejos.

Objetivos de aprendizaje

  • Revise una descripción general de las funciones del sistema respiratorio.

Puntos clave

  • La respiración asegura que las células, los tejidos y los órganos principales del cuerpo reciban un suministro adecuado de oxígeno y que el dióxido de carbono, un producto de desecho, se elimine de manera eficiente; el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono se produce por difusión a través de las membranas celulares.
  • Los mecanismos, procesos y estructuras utilizados para la respiración están dictados por el tipo, tamaño y complejidad del organismo.
  • La difusión directa de gases a través de las membranas externas puede ser utilizada por organismos como los gusanos planos como medio de respiración debido a su pequeño tamaño y simplicidad.

Términos clave

  • desoxigenado: habiendo eliminado los átomos de oxígeno de una molécula
  • difusión: El movimiento pasivo de un soluto a través de una membrana permeable.
  • aerobio: viviendo u ocurriendo solo en presencia de oxígeno

Introducción

La respiración es un evento involuntario. La frecuencia con la que se respira y la cantidad de aire que se inhala o exhala están estrictamente reguladas por el centro respiratorio del cerebro. En condiciones normales de respiración, los humanos respirarán aproximadamente 15 veces por minuto en promedio. Un ciclo respiratorio consiste en una inhalación y una exhalación: con cada inhalación normal, el aire oxigenado llena los pulmones, mientras que con cada exhalación, el aire desoxigenado vuelve a salir. El aire oxigenado atraviesa el tejido pulmonar, ingresa al torrente sanguíneo y viaja a los órganos y tejidos. Oxígeno (O2) ingresa a las células donde se usa para reacciones metabólicas que producen ATP, un compuesto de alta energía. Al mismo tiempo, estas reacciones liberan dióxido de carbono (CO2) como subproducto. CO2 es tóxico y debe eliminarse; así, CO2 sale de las células, entra en el torrente sanguíneo, regresa a los pulmones y espirado fuera del cuerpo durante la exhalación.

La función principal del sistema respiratorio es entregar oxígeno a las células de los tejidos del cuerpo y eliminar el dióxido de carbono. Las principales estructuras del sistema respiratorio humano son la cavidad nasal, la tráquea y los pulmones. Todos los organismos aeróbicos necesitan oxígeno para realizar sus funciones metabólicas.

A lo largo del árbol evolutivo, diferentes organismos han ideado diferentes medios para obtener oxígeno de la atmósfera circundante. El entorno en el que vive el animal determina en gran medida cómo respira un animal. La complejidad del sistema respiratorio se correlaciona con el tamaño del organismo. A medida que aumenta el tamaño del animal, aumentan las distancias de difusión y disminuye la relación entre el área de la superficie y el volumen. En organismos unicelulares (unicelulares), la difusión a través de la membrana celular es suficiente para suministrar oxígeno a la célula. La difusión es un proceso de transporte pasivo y lento. Para ser un medio factible de proporcionar oxígeno a la célula, la tasa de absorción de oxígeno debe coincidir con la tasa de difusión a través de la membrana. En otras palabras, si la celda fuera muy grande o gruesa, la difusión no podría proporcionar oxígeno lo suficientemente rápido al interior de la celda. Por lo tanto, la dependencia de la difusión como medio para obtener oxígeno y eliminar el dióxido de carbono sigue siendo factible solo para los organismos pequeños o aquellos con cuerpos muy aplanados, como los gusanos planos (platelmintos). Los organismos más grandes han tenido que desarrollar tejidos respiratorios especializados, como branquias, pulmones y vías respiratorias, acompañados de un sistema circulatorio complejo para transportar oxígeno por todo su cuerpo.

Difusión directa

Para los organismos multicelulares pequeños, la difusión a través de la membrana externa es suficiente para satisfacer sus necesidades de oxígeno. El intercambio de gases por difusión directa a través de las membranas superficiales es eficaz para organismos de menos de 1 mm de diámetro. En organismos simples, como los cnidarios y los gusanos planos, cada célula del cuerpo está cerca del entorno externo. Sus células se mantienen húmedas para que los gases se difundan rápidamente por difusión directa. Los gusanos planos son gusanos pequeños, literalmente planos, que "respiran" a través de la difusión a través de la membrana externa. La forma plana de estos organismos aumenta el área de superficie para la difusión, asegurando que cada célula dentro del cuerpo esté cerca de la superficie de la membrana externa y tenga acceso al oxígeno. Si el gusano plano tuviera un cuerpo cilíndrico, las células del centro no podrían obtener oxígeno.


El sistema respiratorio

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Características clave

  • Uno de los siete volúmenes de la serie Systems of the Body.

  • El texto conciso cubre la anatomía, fisiología y bioquímica centrales de una manera integrada, como lo requieren los cursos médicos basados ​​en sistemas y problemas.

  • La ciencia básica se presenta en el contexto clínico de una manera apropiada para la primera parte del curso médico.

  • Hay un sitio web vinculado que proporciona material de autoevaluación ideal para la preparación de exámenes.
  • Uno de los siete volúmenes de la serie Systems of the Body.

  • El texto conciso cubre la anatomía, fisiología y bioquímica centrales de una manera integrada, como lo requieren los cursos médicos basados ​​en sistemas y problemas.

  • La ciencia básica se presenta en el contexto clínico de una manera apropiada para la primera parte del curso médico.

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Toxicología, educación y carreras

Investigar

La investigación en toxicología se realiza a niveles básicos y aplicados. La investigación básica puede implicar el estudio del mecanismo bioquímico o molecular por el cual una sustancia química provoca un efecto adverso en varios procesos celulares. El conocimiento adquirido a través de la toxicología ha mejorado nuestra comprensión fundamental de los procesos básicos de la vida. La investigación aplicada está más dirigida y se espera que produzca beneficios sociales o comerciales directos. Ejemplos de investigación aplicada son estudios para identificar productos químicos que matan selectivamente ciertas plagas o estudios para determinar si un proceso industrial en particular es responsable de una enfermedad específica identificada en una población de trabajadores. Los toxicólogos que trabajan en áreas aplicadas también realizan estudios directamente relacionados con la determinación de si una sustancia química es o no tóxica para los animales de laboratorio y, por inferencia, tóxica para las personas.

La investigación en toxicología generalmente se lleva a cabo en diversas áreas de especialidad, como carcinogénesis, toxicología reproductiva y del desarrollo, neurotoxicología, inmunotoxicología, toxicología respiratoria, toxicología dérmica, toxicología endocrina o toxicología genética. El campo de la epigenética se ha expandido recientemente al campo de la toxicología para incluir estudios. de cómo las sustancias químicas pueden afectar las respuestas tóxicas al alterar la expresión génica sin cambiar la secuencia de nucleótidos de ese gen. Dado que las verdaderas respuestas epigenéticas pueden tener efectos transgeneracionales, esta área de la toxicología ha crecido enormemente en los últimos años. Las áreas de especialidad también pueden enfocarse en varios sistemas de órganos como el hígado, los riñones, los ojos, la piel o en diferentes especies de plantas o animales. Un área de estudio en evolución es la toxicología de las mezclas, que es importante porque múltiples sustancias químicas en nuestro medio ambiente pueden ejercer influencia al mismo tiempo.

Un desafío para todos los toxicólogos es utilizar modelos de investigación que predigan con precisión los resultados de la exposición a sustancias tóxicas, productos y fármacos potenciales. Algunos investigadores estudian los efectos de las sustancias en los organismos vivos, trabajando con varios sistemas que van desde organismos completos (en vivo) a suspensiones de células aisladas o cultivos celulares (in vitro), a sistemas basados ​​en simulaciones por computadora o modelado de organismos vivos (en silico). Aunque se han establecido ciertos modelos animales para realizar pruebas, es posible que estos organismos no siempre respondan de la misma manera que los humanos. Un área importante de investigación es determinar la metodología de prueba apropiada para usar en situaciones específicas y cómo los resultados en estos modelos se traducen para proteger la salud humana y ambiental. El desarrollo de avances tan interesantes como el cribado de alto rendimiento utilizando sistemas de expresión de células y genes presenta desafíos intelectuales para los científicos, así como la posibilidad de una medicina individualizada y la seguridad mejorada de los productos.


Difusión directa

La difusión es un proceso en el que el material viaja desde regiones de alta concentración a baja concentración hasta que se alcanza el equilibrio. Para los organismos multicelulares pequeños, la difusión a través de la membrana externa es suficiente para satisfacer sus necesidades de oxígeno. El intercambio de gases por difusión directa a través de las membranas superficiales es eficaz para organismos de menos de 1 mm de diámetro. En organismos simples, como los cnidarios y los gusanos planos, cada célula del cuerpo está cerca del entorno externo. Sus células se mantienen húmedas y los gases se difunden rápidamente por difusión directa. Los gusanos planos son pequeños, literalmente gusanos planos, que "respiran" a través de la difusión a través de la membrana externa (Figura 2.3). La forma plana de estos organismos aumenta el área de superficie para la difusión, asegurando que cada célula dentro del cuerpo esté cerca de la superficie de la membrana externa y tenga acceso al oxígeno. Si el gusano plano tuviera un cuerpo cilíndrico, las células del centro no podrían obtener oxígeno.

Figura 2.3. El proceso de respiración de este gusano plano funciona por difusión a través de la membrana externa. (crédito: Stephen Childs)

Las lombrices de tierra y los anfibios utilizan su piel (tegumento) como órgano respiratorio. Una densa red de capilares se encuentra justo debajo de la piel y facilita el intercambio de gases entre el entorno externo y el sistema circulatorio. La superficie respiratoria debe mantenerse húmeda para que los gases se disuelvan y se difundan a través de las membranas celulares. Los organismos que viven en el agua necesitan obtener oxígeno del agua. El oxígeno se disuelve en agua pero a una concentración más baja que en la atmósfera. La atmósfera tiene aproximadamente un 21 por ciento de oxígeno. En el agua, la concentración de oxígeno es mucho menor que eso.


Sistemas de mamíferos

En los mamíferos, la ventilación pulmonar se produce por inhalación (respiración). Durante la inhalación, el aire ingresa al cuerpo a través del cavidad nasal ubicado justo dentro de la nariz (Figura 6). A medida que el aire pasa a través de la cavidad nasal, el aire se calienta a la temperatura corporal y se humidifica. El tracto respiratorio está cubierto de moco para sellar los tejidos del contacto directo con el aire. El moco tiene un alto contenido de agua. A medida que el aire atraviesa estas superficies de las membranas mucosas, recoge agua. Estos procesos ayudan a equilibrar el aire con las condiciones corporales, reduciendo cualquier daño que pueda causar el aire frío y seco. Las partículas que flotan en el aire se eliminan en las fosas nasales a través del moco y los cilios. Los procesos de calentamiento, humidificación y eliminación de partículas son importantes mecanismos de protección que previenen el daño a la tráquea y los pulmones. Por lo tanto, la inhalación tiene varios propósitos además de llevar oxígeno al sistema respiratorio.

Conexión de arte

Figura 6. El aire ingresa al sistema respiratorio a través de la cavidad nasal y la faringe, y luego pasa a través de la tráquea hacia los bronquios, que llevan aire a los pulmones. (crédito: modificación del trabajo por el NCI)

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el sistema respiratorio de los mamíferos es falsa?

  1. Cuando inhalamos, el aire viaja desde la faringe hasta la tráquea.
  2. Los bronquiolos se ramifican en bronquios.
  3. Los conductos alveolares se conectan a los sacos alveolares.
  4. El intercambio de gases entre el pulmón y la sangre tiene lugar en el alvéolo.

Figura 7. La tráquea y los bronquios están formados por anillos de cartílago incompletos. (crédito: modificación del trabajo de Gray & # 8217s Anatomy)

Desde la cavidad nasal, el aire pasa a través del faringe (garganta) y el laringe (caja de voz), mientras se abre camino hacia el tráquea (Figura 6). La función principal de la tráquea es canalizar el aire inhalado hacia los pulmones y el aire exhalado hacia afuera del cuerpo. La tráquea humana es un cilindro de unos 10 a 12 cm de largo y 2 cm de diámetro que se encuentra frente al esófago y se extiende desde la laringe hasta la cavidad torácica, donde se divide en los dos bronquios primarios en el medio tórax. Está formado por anillos incompletos de cartílago hialino y músculo liso (Figura 7).

La tráquea está revestida de células caliciformes productoras de moco y epitelios ciliados. Los cilios impulsan las partículas extrañas atrapadas en el moco hacia la faringe. El cartílago proporciona fuerza y ​​soporte a la tráquea para mantener el pasaje abierto. El músculo liso puede contraerse, disminuyendo el diámetro de la tráquea, lo que hace que el aire espirado se precipite hacia arriba desde los pulmones con una gran fuerza. La exhalación forzada ayuda a expulsar la mucosidad cuando tosimos. El músculo liso puede contraerse o relajarse, dependiendo de los estímulos del entorno externo o del sistema nervioso del cuerpo.

Pulmones: bronquios y alvéolos

El final de la tráquea se bifurca (se divide) hacia los pulmones derecho e izquierdo. Los pulmones no son idénticos. El pulmón derecho es más grande y contiene tres lóbulos, mientras que el pulmón izquierdo más pequeño contiene dos lóbulos (Figura 8). El musculoso diafragma, que facilita la respiración, es inferior (abajo) a los pulmones y marca el final de la cavidad torácica.

Figura 8. La tráquea se bifurca en los bronquios derecho e izquierdo de los pulmones. El pulmón derecho está formado por tres lóbulos y es más grande. Para acomodar el corazón, el pulmón izquierdo es más pequeño y tiene solo dos lóbulos.

En los pulmones, el aire se desvía hacia conductos cada vez más pequeños, o bronquios. El aire ingresa a los pulmones a través de los dos bronquios primarios (principales) (singular: bronquio). Cada bronquio se divide en bronquios secundarios, luego en bronquios terciarios, que a su vez se dividen, creando un diámetro cada vez menor. bronquiolos a medida que se dividen y se extienden a través del pulmón. Al igual que la tráquea, los bronquios están formados por cartílago y músculo liso. En los bronquiolos, el cartílago se reemplaza con fibras elásticas. Los bronquios están inervados por nervios de los sistemas nerviosos parasimpático y simpático que controlan la contracción muscular (parasimpática) o la relajación (simpática) en los bronquios y bronquiolos, según las señales del sistema nervioso. En los seres humanos, los bronquiolos con un diámetro inferior a 0,5 mm son los bronquiolos respiratorios. Carecen de cartílago y, por lo tanto, dependen del aire inhalado para mantener su forma. A medida que los conductos disminuyen de diámetro, aumenta la cantidad relativa de músculo liso.

los bronquiolos terminales subdividirse en ramas microscópicas llamadas bronquiolos respiratorios. Los bronquiolos respiratorios se subdividen en varios conductos alveolares. Numerosos alvéolos y sacos alveolares rodean los conductos alveolares. Los sacos alveolares se asemejan a racimos de uvas atados al final de los bronquiolos (Figura 9).

Figura 9. Los bronquiolos terminales están conectados por bronquiolos respiratorios a los conductos y sacos alveolares. Cada saco alveolar contiene de 20 a 30 alvéolos esféricos y tiene la apariencia de un racimo de uvas. El aire fluye hacia la aurícula del saco alveolar y luego circula hacia los alvéolos donde se produce el intercambio de gases con los capilares. Las glándulas mucosas secretan moco en las vías respiratorias, manteniéndolas húmedas y flexibles. (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)

En la región de acinar, el conductos alveolares se unen al final de cada bronquiolo. Al final de cada conducto hay aproximadamente 100 sacos alveolares, cada uno con 20 a 30 alvéolos de 200 a 300 micrones de diámetro. El intercambio de gases ocurre solo en los alvéolos. Los alvéolos están hechos de células parenquimatosas de paredes delgadas, típicamente de una célula de espesor, que parecen pequeñas burbujas dentro de los sacos. Los alvéolos están en contacto directo con los capilares (de una célula de espesor) del sistema circulatorio. Tal contacto íntimo asegura que el oxígeno se difunda desde los alvéolos hacia la sangre y se distribuya a las células del cuerpo. Además, el dióxido de carbono producido por las células como producto de desecho se difundirá desde la sangre hacia los alvéolos para ser exhalado. La disposición anatómica de los capilares y los alvéolos enfatiza la relación estructural y funcional de los sistemas respiratorio y circulatorio. Porque hay tantos alvéolos (

300 millones por pulmón) dentro de cada saco alveolar y tantos sacos al final de cada conducto alveolar, los pulmones tienen una consistencia esponjosa. Esta organización produce una superficie muy grande que está disponible para el intercambio de gases. La superficie de los alvéolos en los pulmones es de aproximadamente 75 m 2. Esta gran superficie, combinada con la naturaleza de paredes delgadas de las células parenquimatosas alveolares, permite que los gases se difundan fácilmente a través de las células.

Enlace al aprendizaje

Mire el siguiente video para revisar el sistema respiratorio.


Disnea: factores y causas | Respiración | Humanos | Biología

La disnea significa dificultad para respirar asociada con una sensación de angustia. Debe diferenciarse de la hiperpnea, que simplemente significa hiperventilación, como ocurre en el ejercicio muscular, y generalmente no se asocia con sensación de angustia, a menos que, por supuesto, el ejercicio sea muy intenso.

Factores responsables de la disnea:

Los factores responsables de la disnea se pueden clasificar en tres categorías:

I. Alteración en la composición química de la sangre:

B. Hipercapnia o hipercapnia.

C. Mayor concentración de iones de hidrógeno.

ii. Trabajo excesivo de los músculos respiratorios para inflar y desinflar los pulmones a fin de proporcionar una ventilación adecuada:

una. Disminución de la distensibilidad pulmonar, por ejemplo, en congestión, fibrosis, etc.

B. Anormalidades en la pared torácica y el diafragma.

C. Para proporcionar una mayor demanda de O2 en enfermedades asociadas con una tasa metabólica alta.

iii. Disnea psicógena:

Debido a impulsos de centros superiores.

Causas de la disnea:

Disnea debida a la alteración de la composición química de la sangre:

I. O2 falta de causas alistadas bajo & # 8216 hipoxia arterial.

ii. La anoxia hipocinética interfiere con el transporte de gases respiratorios debido a la circulación lenta como ocurre en la insuficiencia cardíaca.

iii. La anoxia anémica, si es grave, conducirá a O2 falta en el cuerpo.

iv. Factores que afectan la difusión de gases a través de la membrana alveolo-capilar (síndrome de bloqueo alveolo-capilar) La estimulación de la respiración que conduce a la disnea por los factores mencionados anteriormente se produce de forma refleja a través del mecanismo sinoaórtico. Se cree que el reflejo de Hering-Breuer también se vuelve hiperactivo en estas condiciones, lo que también aumenta la frecuencia respiratoria y complementa el malestar de la disnea.

v. El CO2 El exceso de acidosis respiratoria se produce en la hipoventilación alveolar asociada con una disminución de la relación ventilación / perfusión. Las causas enumeradas anteriormente generalmente no están asociadas con el CO2 tensión porque CO2 se difunde al menos 20 veces más rápido que el O2.

vi. La acidosis metabólica también producirá disnea al estimular el centro respiratorio tanto de forma directa como refleja de la misma forma que el CO2 exceso.

II. Trabajo excesivo de los músculos respiratorios:

I. La obstrucción de la laringe o los bronquios como en la difteria o el asma producirá disnea debido al trabajo excesivo de los músculos respiratorios para vencer la resistencia.

ii. O2 falta y CO2 el exceso debido a la hipoventilación también se sumará a la incomodidad de la disnea por efecto reflejo y directo sobre el centro respiratorio.

iii. Distensibilidad reducida de los pulmones como ocurre en edema, congestión, fibrosis e inflamación de los pulmones. Debido a la distensibilidad disminuida de los pulmones, es decir, la distensibilidad disminuida, los músculos respiratorios deben trabajar duro para mantener una ventilación adecuada a través de los alvéolos rígidos. Se dice que el reflejo de Hering-Breuer es hiperactivo en estos casos y, por lo tanto, acelera la frecuencia respiratoria.

II. Fisiología aplicada:

I. La disnea de esfuerzo o incluso en reposo en casos avanzados es el síntoma más común de enfermedad cardíaca, por ejemplo, estenosis mitral. Se ha demostrado que no se debe a hipoxia arterial o hipercapnia. La congestión de los capilares pulmonares que conduce a una distensibilidad disminuida de los pulmones es la principal causa de disnea cardíaca.

Cuando sobreviene el edema pulmonar, la anoxia complicará el cuadro. Se ha mencionado en otra parte que la distensión de los capilares pulmonares provoca una respiración rápida y superficial.

ii. Las condiciones que causan limitación del movimiento del diafragma o de la pared torácica provocarán dificultad para respirar como resultado de un esfuerzo indebido de los músculos de la respiración. En el enfisema, por ejemplo, se pierde la elasticidad de los pulmones y el tórax se mantiene en posición inspiratoria durante el reposo.

El diafragma se fija en una posición elevada. Por tanto, la inspiración sólo puede efectuarse mediante un esfuerzo inusual de los músculos inspiratorios. La espiración también se efectúa mediante la contracción activa de los músculos de la espiración.

iii. En enfermedades asociadas con una tasa metabólica alta, por ejemplo, tirotoxicosis, hay una mayor demanda de O2 en los tejidos y también una mayor demanda de eliminación de CO2. Esta demanda aumenta durante el esfuerzo muscular. En tales pacientes, los músculos respiratorios deben trabajar más para satisfacer la mayor demanda de oxígeno y, por lo tanto, estos pacientes son propensos a presentar disnea con un esfuerzo leve.

En la acidosis diabética grave, se puede observar respiración de Kussmaul o falta de aire en sujetos comatosos.


39.1 Sistemas de intercambio de gases

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describir el paso del aire del ambiente exterior a los pulmones.
  • Explicar cómo se protegen los pulmones de las partículas.

La función principal del sistema respiratorio es entregar oxígeno a las células de los tejidos del cuerpo y eliminar el dióxido de carbono, un producto de desecho celular. Las principales estructuras del sistema respiratorio humano son la cavidad nasal, la tráquea y los pulmones.

Todos los organismos aeróbicos necesitan oxígeno para realizar sus funciones metabólicas. A lo largo del árbol evolutivo, diferentes organismos han ideado diferentes medios para obtener oxígeno de la atmósfera circundante. El entorno en el que vive el animal determina en gran medida cómo respira un animal. La complejidad del sistema respiratorio se correlaciona con el tamaño del organismo. A medida que aumenta el tamaño del animal, aumentan las distancias de difusión y disminuye la relación entre el área de la superficie y el volumen. En los organismos unicelulares, la difusión a través de la membrana celular es suficiente para suministrar oxígeno a la célula (figura 39.2). La difusión es un proceso de transporte pasivo y lento. Para que la difusión sea un medio factible de proporcionar oxígeno a la célula, la velocidad de absorción de oxígeno debe coincidir con la velocidad de difusión a través de la membrana. En otras palabras, si la celda fuera muy grande o gruesa, la difusión no podría proporcionar oxígeno lo suficientemente rápido al interior de la celda. Por lo tanto, la dependencia de la difusión como medio para obtener oxígeno y eliminar el dióxido de carbono sigue siendo factible solo para organismos pequeños o aquellos con cuerpos muy aplanados, como muchos gusanos planos (Platyhelminthes). Los organismos más grandes tuvieron que desarrollar tejidos respiratorios especializados, como branquias, pulmones y vías respiratorias acompañados de sistemas circulatorios complejos, para transportar oxígeno por todo su cuerpo.

Difusión directa

Para los organismos multicelulares pequeños, la difusión a través de la membrana externa es suficiente para satisfacer sus necesidades de oxígeno. El intercambio de gases por difusión directa a través de las membranas superficiales es eficaz para organismos de menos de 1 mm de diámetro. En organismos simples, como los cnidarios y los gusanos planos, cada célula del cuerpo está cerca del entorno externo. Sus células se mantienen húmedas y los gases se difunden rápidamente por difusión directa. Los gusanos planos son gusanos pequeños, literalmente planos, que "respiran" a través de la difusión a través de la membrana externa (Figura 39.3). La forma plana de estos organismos aumenta el área de superficie para la difusión, asegurando que cada célula dentro del cuerpo esté cerca de la superficie de la membrana externa y tenga acceso al oxígeno. Si el gusano plano tuviera un cuerpo cilíndrico, las células del centro no podrían obtener oxígeno.

Piel y branquias

Las lombrices de tierra y los anfibios utilizan su piel (tegumento) como órgano respiratorio. Una densa red de capilares se encuentra justo debajo de la piel y facilita el intercambio de gases entre el entorno externo y el sistema circulatorio. La superficie respiratoria debe mantenerse húmeda para que los gases se disuelvan y se difundan a través de las membranas celulares.

Los organismos que viven en el agua necesitan obtener oxígeno del agua. El oxígeno se disuelve en agua pero a una concentración más baja que en la atmósfera. La atmósfera tiene aproximadamente un 21 por ciento de oxígeno. En el agua, la concentración de oxígeno es mucho menor que eso. Los peces y muchos otros organismos acuáticos han desarrollado branquias para absorber el oxígeno disuelto del agua (Figura 39.4). Las branquias son filamentos de tejido delgados que están muy ramificados y doblados. Cuando el agua pasa por las branquias, el oxígeno disuelto en el agua se difunde rápidamente a través de las branquias hacia el torrente sanguíneo. El sistema circulatorio puede llevar la sangre oxigenada a otras partes del cuerpo. En los animales que contienen líquido celómico en lugar de sangre, el oxígeno se difunde a través de las superficies branquiales hacia el líquido celómico. Las branquias se encuentran en moluscos, anélidos y crustáceos.

Las superficies plegadas de las branquias proporcionan una gran superficie para garantizar que el pez reciba suficiente oxígeno. La difusión es un proceso en el que el material viaja desde regiones de alta concentración a baja concentración hasta que se alcanza el equilibrio. En este caso, la sangre con una baja concentración de moléculas de oxígeno circula por las branquias. La concentración de moléculas de oxígeno en el agua es más alta que la concentración de moléculas de oxígeno en las branquias. Como resultado, las moléculas de oxígeno se difunden del agua (alta concentración) a la sangre (baja concentración), como se muestra en la Figura 39.5. De manera similar, las moléculas de dióxido de carbono en la sangre se difunden de la sangre (concentración alta) al agua (concentración baja).

Sistemas traqueales

La respiración de los insectos es independiente de su sistema circulatorio, por lo tanto, la sangre no juega un papel directo en el transporte de oxígeno. Los insectos tienen un tipo de sistema respiratorio altamente especializado llamado sistema traqueal, que consiste en una red de pequeños tubos que transportan oxígeno a todo el cuerpo. El sistema traqueal es el sistema respiratorio más directo y eficiente en animales activos. Los tubos del sistema traqueal están hechos de un material polimérico llamado quitina.

Los cuerpos de los insectos tienen aberturas, llamadas espiráculos, a lo largo del tórax y el abdomen. Estas aberturas se conectan a la red tubular, permitiendo que el oxígeno pase al cuerpo (Figura 39.6) y regulando la difusión de CO.2 y vapor de agua. El aire entra y sale del sistema traqueal a través de los espiráculos. Algunos insectos pueden ventilar el sistema traqueal con movimientos corporales.

Sistemas de mamíferos

En los mamíferos, la ventilación pulmonar se produce por inhalación (respiración). Durante la inhalación, el aire ingresa al cuerpo a través de la cavidad nasal ubicada justo dentro de la nariz (Figura 39.7). A medida que el aire pasa a través de la cavidad nasal, el aire se calienta a la temperatura corporal y se humidifica. El tracto respiratorio está cubierto de moco para sellar los tejidos del contacto directo con el aire. El moco tiene un alto contenido de agua. A medida que el aire atraviesa estas superficies de las membranas mucosas, recoge agua. Estos procesos ayudan a equilibrar el aire con las condiciones corporales, reduciendo cualquier daño que pueda causar el aire frío y seco. Las partículas que flotan en el aire se eliminan en las fosas nasales a través del moco y los cilios. Los procesos de calentamiento, humidificación y eliminación de partículas son importantes mecanismos de protección que previenen el daño a la tráquea y los pulmones. Por lo tanto, la inhalación tiene varios propósitos además de llevar oxígeno al sistema respiratorio.

Conexión visual

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el sistema respiratorio de los mamíferos es falsa?

  1. Cuando inhalamos, el aire viaja desde la faringe hasta la tráquea.
  2. Los bronquiolos se ramifican en bronquios.
  3. Los conductos alveolares se conectan a los sacos alveolares.
  4. El intercambio de gases entre el pulmón y la sangre tiene lugar en el alvéolo.

Desde la cavidad nasal, el aire pasa a través de la faringe (garganta) y la laringe (laringe), a medida que avanza hacia la tráquea (Figura 39.7). La función principal de la tráquea es canalizar el aire inhalado hacia los pulmones y el aire exhalado hacia afuera del cuerpo. La tráquea humana es un cilindro de unos 10 a 12 cm de largo y 2 cm de diámetro que se encuentra frente al esófago y se extiende desde la laringe hasta la cavidad torácica, donde se divide en los dos bronquios primarios en el medio tórax. Está formado por anillos incompletos de cartílago hialino y músculo liso (figura 39.8). La tráquea está revestida de células caliciformes productoras de moco y epitelios ciliados. Los cilios impulsan las partículas extrañas atrapadas en el moco hacia la faringe. El cartílago proporciona fuerza y ​​soporte a la tráquea para mantener el pasaje abierto. El músculo liso puede contraerse, disminuyendo el diámetro de la tráquea, lo que hace que el aire espirado se precipite hacia arriba desde los pulmones con una gran fuerza. La exhalación forzada ayuda a expulsar la mucosidad cuando tosimos. El músculo liso puede contraerse o relajarse, dependiendo de los estímulos del entorno externo o del sistema nervioso del cuerpo.

Pulmones: bronquios y alvéolos

El final de la tráquea se bifurca (se divide) hacia los pulmones derecho e izquierdo. Los pulmones no son idénticos. El pulmón derecho es más grande y contiene tres lóbulos, mientras que el pulmón izquierdo más pequeño contiene dos lóbulos (Figura 39.9). El diafragma muscular, que facilita la respiración, es inferior (debajo) de los pulmones y marca el final de la cavidad torácica.

En los pulmones, el aire se desvía hacia conductos o bronquios cada vez más pequeños. El aire ingresa a los pulmones a través de los dos bronquios primarios (principales) (singular: bronquio). Cada bronquio se divide en bronquios secundarios, luego en bronquios terciarios, que a su vez se dividen, creando bronquiolos de diámetro cada vez más pequeño a medida que se dividen y se extienden a través del pulmón. Al igual que la tráquea, los bronquios están formados por cartílago y músculo liso. En los bronquiolos, el cartílago se reemplaza con fibras elásticas. Los bronquios están inervados por nervios de los sistemas nerviosos parasimpático y simpático que controlan la contracción muscular (parasimpática) o la relajación (simpática) en los bronquios y bronquiolos, según las señales del sistema nervioso. En los seres humanos, los bronquiolos con un diámetro inferior a 0,5 mm son los bronquiolos respiratorios. Carecen de cartílago y, por lo tanto, dependen del aire inhalado para mantener su forma. A medida que los conductos disminuyen de diámetro, aumenta la cantidad relativa de músculo liso.

Los bronquiolos terminales se subdividen en ramas microscópicas llamadas bronquiolos respiratorios. Los bronquiolos respiratorios se subdividen en varios conductos alveolares. Numerosos alvéolos y sacos alveolares rodean los conductos alveolares. Los sacos alveolares se asemejan a racimos de uvas atados al final de los bronquiolos (Figura 39.10). En la región acinar, los conductos alveolares se unen al final de cada bronquiolo. Al final de cada conducto hay aproximadamente 100 sacos alveolares, cada uno de los cuales contiene de 20 a 30 alvéolos de 200 a 300 micrones de diámetro. El intercambio de gases ocurre solo en los alvéolos. Los alvéolos están hechos de células parenquimatosas de paredes delgadas, típicamente de una célula de espesor, que parecen pequeñas burbujas dentro de los sacos. Los alvéolos están en contacto directo con los capilares (de una célula de espesor) del sistema circulatorio. Tal contacto íntimo asegura que el oxígeno se difunda desde los alvéolos hacia la sangre y se distribuya a las células del cuerpo. Además, el dióxido de carbono producido por las células como producto de desecho se difundirá desde la sangre hacia los alvéolos para ser exhalado. La disposición anatómica de los capilares y los alvéolos enfatiza la relación estructural y funcional de los sistemas respiratorio y circulatorio. Porque hay tantos alvéolos (

300 millones por pulmón) dentro de cada saco alveolar y tantos sacos al final de cada conducto alveolar, los pulmones tienen una consistencia esponjosa. Esta organización produce una superficie muy grande que está disponible para el intercambio de gases. La superficie de los alvéolos en los pulmones es de aproximadamente 75 m 2. Esta gran superficie, combinada con la naturaleza de paredes delgadas de las células parenquimatosas alveolares, permite que los gases se difundan fácilmente a través de las células.


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En los animales más simples, el oxígeno disuelto se absorbe directamente del entorno y el dióxido de carbono se difunde. Los animales como esponjas, medusas y gusanos planos absorben oxígeno y liberan dióxido de carbono de esta manera.

El intercambio directo de gases solo es posible en animales que tienen órganos internos cerca de la superficie del cuerpo. En un gusano plano, ninguna celda está a más de un milímetro del agua en la que vive la criatura.

Algunos animales más sofisticados, como las lombrices de tierra, utilizan toda la superficie de su cuerpo o la piel para el intercambio de gases.

En lugar de intercambiar gases directamente con su entorno, las lombrices de tierra tienen una red de capilares justo debajo de la piel a través de los cuales tiene lugar el intercambio de gases. Un líquido similar a la sangre circula por todo el cuerpo, transportando oxígeno a las células y eliminando el dióxido de carbono.

Los que respiran piel, como las lombrices de tierra, deben vivir en condiciones de humedad o en el agua. En todos los animales, el oxígeno del aire debe disolverse primero en agua antes de que pueda transferirse a los tejidos corporales y rsquos.

Los animales que viven fuera de un ambiente acuoso o húmedo requieren adaptaciones especiales que mantengan la superficie respiratoria húmeda.

Los insectos y otros artrópodos, como las arañas y los ciempiés, no tienen una red de vasos sanguíneos involucrados en el intercambio de gases.

En cambio, tienen un sistema de tubos llamados tráqueas que realizan una función similar.

Las tráqueas se ramifican hacia adentro desde las aberturas en la superficie del cuerpo llamadas espiráculos, a través de las cuales ingresa el aire. Las tráqueas son crecimientos hacia el interior de la pared del cuerpo y terminan en estructuras llamadas traqueolas.

Las traqueolas están llenas de líquido y el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono se produce por difusión entre las traqueolas y las células corporales adyacentes. El extenso sistema de ramificación de las tráqueas asegura que todas las células del cuerpo estén cerca de una tráquea.

El intercambio de gases a través de la tráquea y las superficies de la piel funciona bien para animales pequeños como insectos y gusanos.

Los organismos más grandes necesitan un medio más rápido de bombear oxígeno: los vertebrados tienen corazones que bombean sangre rápidamente por todo el cuerpo. Necesitan un sistema eficiente de "inyección de combustible líquido" que les proporcione grandes cantidades de oxígeno para su metabolismo.

La mayoría de los animales acuáticos tienen estructuras llamadas branquias que están adaptadas para este propósito. Las branquias consisten en filamentos delgados de tejido epitelial que contienen capilares ramificados.

El intercambio de gases ocurre entre el agua circundante y la sangre en las branquias. Los peces toman agua por la boca y la fuerzan a salir por las branquias.

En los peces, la sangre y el agua rica en oxígeno viajan en direcciones opuestas. Este flujo en contracorriente asegura la máxima transferencia de oxígeno.

El intercambio de gases en los vertebrados terrestres tiene lugar en los pulmones y en las cámaras de aire que están revestidas por un epitelio húmedo con capilares debajo.

En los mamíferos, el aire ingresa a los pulmones a través de una sola tráquea. La tráquea se ramifica primero en dos bronquios y luego muchas veces en tubos más pequeños llamados bronquiolos. Los bronquiolos más pequeños terminan en alvéolos y grupos de sacos de aire revestidos con una película acuosa.

El intercambio de gases se produce por difusión entre los alvéolos y las redes de capilares.

El desarrollo de branquias para animales acuáticos y pulmones en animales terrestres muestra cómo dos estructuras diferentes han evolucionado para realizar la misma función y obtener oxígeno para el metabolismo celular.

Vea si puede hacer coincidir los animales que se muestran aquí con la forma en que realizan el intercambio de gases.

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Todos: Los organismos multicelulares simples, como las medusas, tienen estructuras respiratorias. Intercambian gases por difusión directa entre sus células y el agua circundante.

Algunos invertebrados más grandes, como las lombrices de tierra, intercambian gases a través de la piel.

Los insectos y otros artrópodos, como las abejas, tienen un sistema de tráqueas que se abren al exterior. El intercambio de gases se realiza a través de estos tubos.

La mayoría de los animales marinos y de agua dulce, como los peces, intercambian gases a través de las branquias.

Los animales terrestres como los reptiles, las aves y los mamíferos intercambian gases a través de los pulmones.

Ahora que hemos analizado las diferentes formas en que se produce el intercambio de gases en diferentes animales, veremos en detalle el sistema respiratorio humano.

Copyright 2006 The Regents de la Universidad de California y el Instituto de Tecnología y Educación de Monterey


34 preguntas y respuestas para estudiar el sistema respiratorio

La respiración en el sentido de intercambio de gases es el proceso por el cual un organismo absorbe los gases necesarios para su metabolismo celular del medio ambiente y expulsa los gases que son los productos de este metabolismo. La respiración celular (aeróbica o anaeróbica) es la reacción química en la que las moléculas orgánicas se descomponen para producir moléculas de ATP, la principal fuente de energía para el metabolismo.

El intercambio de gases es fundamental para la respiración celular, ya que el suministro de reactivos (oxígeno, en la respiración celular aeróbica) y la expulsión de productos (por ejemplo, dióxido de carbono) de esta reacción química depende del intercambio de gases.

Más preguntas y respuestas del tamaño de un bocado a continuación

2. ¿Cuál es la ecuación química de la respiración celular aeróbica?

La ecuación química de la respiración celular aeróbica es la siguiente:

C₆H₁₂O₆ + 6 & # xa0O₂ + 36 ADP + 36 P - & gt 6 CO₂ + 6 H₂O + 36 ATP

3. Teniendo en cuenta la ecuación química para la respiración celular aeróbica, ¿qué moléculas necesita la célula y qué moléculas libera en el proceso?

Teniendo en cuenta la ecuación química para la respiración celular aeróbica, podemos observar que se necesitan glucosa y oxígeno molecular a medida que se liberan reactivos y dióxido de carbono y agua. El proceso también consume moléculas de ADP y fosfato, convirtiéndolos en ATP.

Intercambio de gases en animales

4. ¿Cuáles son los diferentes tipos de intercambio de gases que ocurren en los animales?

En organismos del reino Animalia, el intercambio de gases puede ocurrir por difusión, respiración traqueal, respiración cutánea, respiración branquial o respiración pulmonar.

5. El oxígeno proviene del medio ambiente y, al final, el dióxido de carbono regresa al medio ambiente. ¿Cómo resuelven los animales pequeños el problema de que estas moléculas entren y salgan de sus células? & # Xa0¿Por qué no es posible esa solución para los animales más grandes?

Los pequeños animales cuyos tejidos están en contacto directo o muy próximos al medio, como los cnidarios y los poríferos, realizan el intercambio gaseoso por difusión.

Los animales más grandes, cuyas células no están en contacto directo con el medio ambiente o están lejos de él, necesitan sistemas especiales de transporte de gas. En estos animales, los sistemas respiratorio y circulatorio juegan este papel.

6. Los organismos de cuatro filos del reino animal “respiran” (realizan intercambio de gases) por difusión. ¿Qué filos son esos? ¿Cómo se asocia este tipo de respiración con las características presentes en esos animales?

Los filos del reino animal cuyos organismos realizan el intercambio de gases por difusión son los poríferos, los cnidarios, los platelmintos (gusanos planos) y los nematodos (gusanos redondos). Este tipo de respiración es posible en estos organismos porque sus tejidos y células están relativamente cerca de su exterior.

7. ¿Qué animales utilizan la respiración traqueal? ¿Participa un líquido similar a la sangre en este proceso?

Los insectos y los arácnidos son los animales artrópodos que utilizan la respiración traqueal. A lo largo de la superficie del cuerpo de estos animales, hay muchos orificios llamados espiráculos, que están conectados a pequeños túbulos llamados tráqueas, a través de los cuales penetra el aire y se expulsa el dióxido de carbono. Las tráqueas se ramifican en tráqueas, que llegan a todos los tejidos del animal.

En el sistema circulatorio de los insectos, la sangre solo transporta nutrientes, los gases son transportados por separado por el sistema traqueal.

8. ¿Cuál es la diferencia entre respiración por difusión y respiración cutánea? ¿Participa la sangre en la respiración cutánea?

La respiración cutánea no es tan simple como la difusión. En difusión, los gases se difunden directamente entre el entorno externo y las células. En la respiración cutánea, el oxígeno molecular penetra a través de la piel y es recolectado por la circulación sanguínea, que luego distribuye el gas a los tejidos. El dióxido de carbono también se recoge de los tejidos por la sangre y se lleva a la piel para ser eliminado al medio ambiente. Por tanto, la sangre juega un papel importante en la respiración cutánea.

9. ¿Qué animales utilizan la respiración cutánea?

Los anélidos terrestres y los anfibios adultos utilizan la respiración cutánea (los anfibios también utilizan la respiración pulmonar).

La piel fina y la necesidad de vivir en ambientes húmedos son características típicas de estos animales.

10. ¿Qué son las branquias? ¿Cuáles son ejemplos de animales que "respiran" a través de las branquias?

Las branquias, también conocidas como branquias, son pequeñas porciones de tejidos muy vascularizados dentro o fuera del cuerpo que están en contacto directo con el agua circundante. Las branquias son los órganos que llevan a cabo el intercambio de gases en anélidos acuáticos, crustáceos, peces y larvas de anfibios (por ejemplo, renacuajos).

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Respiración pulmonar

11. ¿Cuál es la diferencia entre branquias y pulmones?

Las branquias y los pulmones son órganos muy vascularizados que se utilizan para el intercambio de gases entre el medio ambiente y el sistema circulatorio.

Los pulmones se diferencian de las branquias en que son estructuras en forma de saco que siempre están dentro del cuerpo y están especializadas en el intercambio de gases en ambientes terrestres. Las branquias, en cambio, son estructuras laminares internas o externas en contacto directo con el agua, que están especializadas en el intercambio de gases en ambientes acuáticos.

12. Además de los vertebrados, dos filos de invertebrados contienen especies que utilizan la respiración pulmonar. ¿Qué filos son estos?

Los moluscos terrestres y los artrópodos arácnidos son invertebrados que presentan una respiración similar a la pulmonar. Algunos moluscos terrestres tienen una cavidad del manto llena de aire que está en contacto con tejidos muy vascularizados que funcionan como pulmones rudimentarios. Además de su respiración traqueal, algunos arácnidos tienen pulmones de libro (pliegues delgados que se asemejan a las páginas de un libro), que realizan el intercambio de gases.

Pigmentos respiratorios

13. ¿Cuáles son los tres tipos de respiración en los que el sistema circulatorio transporta gases?

El sistema circulatorio juega un papel importante en la respiración cutánea, la respiración branquial y la respiración pulmonar. La función respiratoria de la sangre es la de transportar gases para su intercambio entre tejidos y superficies respiratorias en contacto con el exterior (piel, branquias, pulmones).

14. ¿Qué son los pigmentos respiratorios? ¿Cuáles son algunos pigmentos respiratorios y en qué grupos de animales se puede encontrar cada uno de ellos?

Los pigmentos respiratorios son moléculas presentes en la sangre que se unen al oxígeno para transportarlo a los tejidos.

En los vertebrados, el pigmento respiratorio es la hemoglobina, que tiene un color rojo debido al hierro en su composición. En crustáceos y artrópodos arácnidos, así como en algunos moluscos, el pigmento respiratorio es la hemocianina, que es azul debido al cobre en su composición. Los anélidos usan hemoglobina, hemeritrina y clorocruorina como pigmentos respiratorios.

Órganos respiratorios en humanos

15. ¿Qué órganos forman el sistema respiratorio humano?

Los órganos que forman el sistema respiratorio humano se pueden dividir en tres grupos: los pulmones, las vías respiratorias y los músculos respiratorios.

Los pulmones están formados por los pulmones derecho e izquierdo, que están compuestos por alvéolos donde tiene lugar el intercambio de gases (la entrada de oxígeno y la salida de dióxido de carbono). Los pulmones están cubiertos por la pleura (una membrana serosa). Las vías respiratorias están formadas por la nariz, la faringe, la laringe (incluidas las cuerdas vocales), la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. Los músculos de los que depende el proceso respiratorio son principalmente el diafragma y los músculos intercostales (los músculos entre las costillas).

16. ¿Cuál es la razón anatómica por la que el bronquio izquierdo está más elevado que el derecho? & # Xa0Cuando los niños respiran materiales extraños, ¿por qué el objeto se encuentra con mayor frecuencia en el bronquio derecho?

El bronquio izquierdo está más elevado que el bronquio derecho debido a la posición del corazón en el lado izquierdo del tórax, anterior e inferior al bronquio izquierdo.

Los objetos inhalados accidentalmente se encuentran con frecuencia en el bronquio derecho porque el ángulo inferior entre la tráquea y este bronquio es más bajo que el ángulo inferior entre la tráquea y el bronquio izquierdo, ya que el bronquio izquierdo es más horizontal. Por tanto, los objetos inhalados tienden a caer en el bronquio derecho y no en el izquierdo.

17. ¿Cómo se defiende el cuerpo de los microorganismos y otras sustancias nocivas que ingresan a las vías respiratorias durante el proceso respiratorio?

El epitelio de las vías respiratorias es un epitelio ciliado y contiene células especializadas secretoras de moco. El moco secretado cubre la pared interna de las vías respiratorias, reteniendo organismos y partículas extrañas que luego son arrastradas por los cilios del epitelio.

En el epitelio mucoso ciliado de las vías respiratorias también existe una intensa actividad inmunitaria, con anticuerpos y leucocitos que inactivan y destruyen los agentes extraños.

Otros mecanismos de defensa de la vía aérea son el estornudo y la tos. Ayudan a eliminar partículas sólidas y semifluidas como residuos patológicos (esputo) y objetos inhalados accidentalmente.

18. ¿Qué músculos respiratorios están presentes en los mamíferos?

En los mamíferos, los músculos que participan en el proceso respiratorio son el diafragma y los músculos intercostales. En la insuficiencia respiratoria, otros músculos pueden ayudar en la respiración, como los músculos de los hombros, el cuello, el tórax y el abdomen.

19. ¿Cómo se llevan a cabo la inhalación y la exhalación?

El diafragma (exclusivo de los mamíferos) y los músculos intercostales pueden contraerse o relajarse, cambiando el volumen del tórax (el compartimento donde se encuentran los pulmones). Los cambios en el volumen del tórax fuerzan la inhalación o la exhalación.

Cuando aumenta el volumen del tórax, se crea una situación en la que la presión interna es menor que la presión atmosférica (externa) y los gases ingresan naturalmente a los pulmones. Cuando se baja el volumen del tórax, la presión interna se eleva por encima de la presión externa y el aire se expulsa de los pulmones.

Explicación de la hematosis

20. ¿Cuál es la diferencia entre sangre arterial y venosa?

La sangre arterial es la sangre rica en oxígeno y pobre en dióxido de carbono que irriga los tejidos. La sangre venosa es la sangre pobre en oxígeno y rica en dióxido de carbono que se extrae de los tejidos.

21. ¿Qué es la hematosis? ¿Dónde ocurre la hematosis en humanos?

La hematosis es la oxigenación de la sangre. La sangre venosa (pobre en oxígeno) se transforma en sangre arterial (rica en oxígeno) a través de la hematosis.

En los seres humanos, la hematosis tiene lugar en los pulmones.

22. ¿Cuáles son los vasos sanguíneos que llevan sangre venosa al corazón? ¿Cuál es el vaso sanguíneo que recolecta sangre arterial del corazón?

Los vasos sanguíneos que llevan sangre venosa al corazón son la vena cava inferior y superior. El vaso sanguíneo que transporta la sangre arterial desde el corazón es la aorta.

23. ¿Cuál es la unidad de intercambio de gases de los pulmones de & # xa0mammals?

Las unidades de intercambio de gases de los pulmones de los mamíferos son los alvéolos.

24. ¿Cuál es el proceso físico mediante el cual se realiza el intercambio de gases en los alvéolos pulmonares?

El intercambio de gases (entrada de oxígeno y salida de dióxido de carbono) en los alvéolos pulmonares se produce mediante difusión simple a favor del gradiente de presión parcial.

Cuando la presión parcial de oxígeno en el aire inhalado es más alta que la presión parcial de oxígeno en los capilares de los alvéolos, el aire se difunde hacia el sistema circulatorio. Si la presión parcial de oxígeno en el aire es menor (situación poco común, ya que la sangre que llega a los alvéolos es sangre venosa), el oxígeno sale del sistema circulatorio. Lo mismo ocurre con el dióxido de carbono.

Regulación respiratoria y equilibrio ácido-base

25. ¿Qué estructura del sistema nervioso central regula la respiración pulmonar?

La respiración pulmonar está controlada por el centro respiratorio neural ubicado dentro de la médula (la parte inferior del cerebro junto a la médula espinal).

26. ¿Cuál es la ecuación química para la formación de bicarbonato a partir de dióxido de carbono y agua? ¿Qué enzima cataliza esta reacción?

La ecuación química para el equilibrio químico de la formación de bicarbonato a partir de los reactivos dióxido de carbono y agua es la siguiente:

La reacción es catalizada por la enzima anhidrasa carbónica, que está presente en los glóbulos rojos.

27. ¿Cuáles son las consecuencias de cambiar el equilibrio químico de la formación de bicarbonato de dióxido de carbono y agua hacia un aumento de la formación del producto (bicarbonato)?

Un aumento en la formación del producto del equilibrio químico de la formación de bicarbonato a partir de dióxido de carbono y agua aumenta la concentración de iones de hidrógeno y, por lo tanto, disminuye el pH de la solución.

28. ¿Cuáles son las consecuencias de cambiar el equilibrio químico de la formación de bicarbonato de dióxido de carbono y agua hacia el consumo de productos de la reacción inversa?

El cambio del equilibrio químico de la formación de bicarbonato de dióxido de carbono y agua a la reacción inversa (la producción de agua y dióxido de carbono) significa el consumo de iones de hidrógeno y, por lo tanto, aumenta el pH de la solución.

29. ¿Cómo afecta la ventilación pulmonar a la concentración de dióxido de carbono en sangre? What happens to carbon dioxide concentration and to blood pH when the respiratory frequency is either lowered or increased?

The pulmonary ventilation frequency (number of inhalations per time unit) rises or lowers the carbon dioxide concentration in blood. If it is intense, more gas is eliminated to the exterior and, if it is reduced, the gas is retained inside the body.

Applying the principles of chemical equilibriums to the formation of bicarbonate from carbon dioxide and water, you get the following: if the carbon dioxide concentration is increased, the equilibrium shifts towards the formation of bicarbonate and the release of hydrogen ions, lowering the pH of the solution if the carbon dioxide concentration is lowered, the equilibrium shifts reversely towards the formation of water and carbon dioxide, consuming more hydrogen ions and therefore raising the pH of the solution.

30. What are acidosis and alkalosis?

Acidosis is the condition in which blood pH is abnormally low. Alkalosis is the condition in which blood pH is abnormally high. Normal pH levels for human blood are between 7.35 and 7.45 - slightly alkaline.

31. How does the breathing process correct acidosis?

If the body experiences acidosis, the respiratory center located in the medulla receives this information and increases respiratory frequency. The increase in respiratory frequency makes the body eliminate more carbon dioxide and shift the equilibrium of the formation of bicarbonate towards the spending of more hydrogen ions, thus raising the pH of the blood.

32. How does the breathing process correct alkalosis?

If the body undergoes alkalosis, the respiratory center located in the medulla receives this information and lowers respiratory frequency. The reduction in respiratory frequency makes the body retain more carbon dioxide and shift the equilibrium of the formation of bicarbonate towards the production of more hydrogen ions. thus lowering the pH of the blood.

33. What is the difference between respiratory acidosis and metabolic acidosis? What is the difference between respiratory alkalosis and metabolic alkalosis?

Respiratory acidosis is when blood pH is low due to the increased retention of carbon dioxide caused by the lowering of respiratory frequency or by pulmonary diseases that inhibit gas exchange. Therefore, the cause of respiratory acidosis is pulmonary respiration. Metabolic acidosis is when blood pH is low not due to the pulmonary retention of carbon dioxide but due to metabolic disturbances. Some metabolic disturbances result in the release into the blood of nonvolatile acids that release hydrogen ions, lowering the pH of the blood (e.g., diabetic ketoacidosis).

Respiratory alkalosis is when the pH of the blood is high due to the increased exhaling of carbon dioxide caused by an elevated respiratory frequency. Metabolic alkalosis is caused by metabolic disturbances that increase the concentration of bases (alkalis) in the blood.

34. Where are the chemoreceptors that detect the acidity of the blood and trigger respiratory compensation located?

The chemoreceptors that participate in ventilation control are structures that collect information about the acidity and alkalinity of the blood. The information is then transmitted by nervous fibers to the respiratory center located within the medulla. The center then commands the respiratory muscles to compensate for the abnormal pH.

There are central and peripheral chemoreceptors. Peripheral chemoreceptors which detect pH, the partial pressure ofꃊrbon dioxideਊnd the partial pressure of oxygen are located in the walls of the aorta and carotid arteries. Central chemoreceptors that receive pH information are located within the medulla in the respiratory center. (Pulmonary ventilation is also controlled by receptors that receive pH information from the cerebrospinal fluid.)

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