Respiracão, zoologia

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Respiracão, zoologia

  1. 1. 26/08/2010 1 Respiração Prof. Ronaldo Bastos Francini Filho Difusão Movimentação de moléculas de áreas com alta concentração para áreas com baixa concentração Osmose Movimentação da água de um meio com menor concentração de solutos para um meio com maior concentração Antoine Lavoisier (1743-1794) Por que respiramos? Respiração (= oxidação dos alimentos) Alimento + oxigênio CO2 + água
  2. 2. 26/08/2010 2 Carboidratos Gorduras Proteínas Estágios da digestão I II III Alimento quebrado em moléculas pequenas no intestino Moléculas de alimento convertidas em ácido pirúvico no interior do citoplasma e posteriormente em Acetil-CoA no interior da mitocôndria Acetil-CoA entre no Ciclo de Krebs, onde é completamente oxidado a dióxido de carbono. Processo libera elétrons que entram na cadeia transportadora de elétrons. No final da cadeia, elétrons são recebidos por oxigênio, formando água. Não ocorre produção de energia Baixa produção de energia Alta produção de energia Alimento: Respiração (= oxidação dos alimentos) Propriedades dos gases respiratórios Componente % Oxigênio 20,95 Dióxido de carbono 0,03 Nitrogênio 78,09 Argônio 0,93 Total 100 Composição da atmosfera: • Nitrogênio e gases nobres: inertes na maioria dos processos fisiológicos; • Manutenção da composição da atmosfera: respiração e fotossíntese; Solubilidade dos gases respiratórios • Gases são solúveis em água; • Quantidade de gás dissolvido na água depende de: 1) Natureza do gás; 2) Pressão do gás na fase gasosa; 3) Temperatura; 4) Presença de outros solutos na água. Solubilidade dos gases: natureza do gás Componente % Oxigênio 34,1 ml/litro Nitrogênio 16,9 ml/litro Dióxido de carbono 1019,0 ml/litro Solubilidade dos gases na água (15°C 1 atm de pressão):
  3. 3. 26/08/2010 3 Solubilidade dos gases: Pressão, temperatura e sais dissolvidos • A quantidade de gás dissolvido em um dado volume de água depende da pressão do gás (relação linear descrita pela Lei de Henry); • Solubilidade dos gases diminui com a elevação da temperatura e concentração de sais. Comparações entre água e ar Água Ar Razão Água/Ar Concentração de O2 (litro/litro) 0,007 0,209 1:30 Viscosidade (centipoise, cP) 1 0,02 50:1 Coeficiente de difusão O2 (cm2/s) 0,000025 0,198 1:8000 Desvantagens do meio aéreo • Evaporação e risco de dessecamento. Superfícies de trocas gasosas localizadas em cavidades especializadas (pulmões), limitando o acesso ao ar externo; • Troca de gases através da superfície corpórea (difusão) possível apenas para animais relativamente pequenos em hábitats úmidos (ex.: minhocas e sapos). BrachycephalusBrachycephalus ephippiumephippium Respiração na água Organismos pequenos: difusão a partir da superfície do corpo (ausência de sistema circulatório). Respiração na água Organismos grandes: distâncias de difusão muito grandes. Apresentam superfícies especializadas para trocas gasosas e sistema circulatório para transporte de oxigênio. Órgãos respiratórios • Brânquias (evaginações): Mais comuns no meio aquático (ex.: peixes, diversos moluscos); • Pulmões (invaginações): Raros (ex.: peixes pulmonados, alguns pepinos-do-mar).
  4. 4. 26/08/2010 4 Ventilação das brânquias • Retirada contínua de O2 de água estagnada levaria a déficit de O2 no entorno das brânquias; • Estratégias de ventilação Movimentação da brânquia pela água Movimentação de água pelas brânquias Movimentação da brânquia pela água • Viável apenas para organismos pequenos, pois força para vencer a resistência da água aumenta desproporcionalmente com o tamanho. Larvas de Ephemeridae Salamandra norte- americana (“mudpuppy” Necturus) Movimentação de água pelas brânquias Mais viável Ação de cílios: mariscos e outros moluscos Bomba mecânica: peixes fluxo de água (ação ciliar) Locomoção e movimentação simultânea de água pelas brânquias Atum Polvo Ventilação forçada
  5. 5. 26/08/2010 5 Ventilação forçada Bombeamento de água • Abaixamento da boca; • Abertura e fechamento do opérculo. Fluxo de água Morfologia das brânquias Duas fileiras com filamentos Fluxo contra-corrente • Oxigênio movimenta-se através do gradiente de difusão, que é mantido por mais tempo com o mecanismo de fluxo em conta-corrente. Peixes pulmonados (Sarcopterygii: Dipnoi) Pirambóia Lepidosiren paradoxa Chondrichthyes Mammalia Placodermi Dipnoi Actinopterygii Elpistotegidae Actinistia (Celacanto) Lissamphibia Testudines Lepidosauria Crocodylia Aves Grupos viventes Grupos extintos Origem dos pulmões Amniota
  6. 6. 26/08/2010 6 Peixes pulmonados Pulmão modificado em bexiga natatória Pulmão modificado em bexiga natatória • Bexiga natatória: • Fisóstomos (teleósteos basais – e.g. sardinhas, salmões e carpas): gás expelido por ducto pneumático que conecta bexiga natatória ao trato digestório; • Fisóclistos (teleósteos derivados): ducto pneumático perdido; • Rete mirabile secreta gás na bexiga natatória de fisóstomos e fisóclistos; • Peixes fisóclistos liberam gás através de válvula muscular (oval). Pulmão modificado em bexiga natatória Fisóstomo Fisóclisto Pulmão modificado em bexiga natatória Respiração aérea Quatro tipos de órgãos respiratórios Brânquias Pulmões Traquéias Pele
  7. 7. 26/08/2010 7 Porifera Cnidaria Platelmintes Moluscos Anelídeos Artrópodes Echinoderma Respiração aérea: adaptação em larga escala Vertebrados Respiração cutânea: animais pequenos Difusão de gases respiratórios Bufo valliceps Respiração aérea com brânquias • Pouco adequadas; ocorrem em poucos animais Caranguejo terrestre Birgus latro Respiração pulmonar: dois tipos Ventilação (típicos dos vertebrados) Difusão (ex.: caracóis terrestres) Ventilação pulmonar Bomba de pressão Bomba de sucção Anuros: papel da respiração cutânea e pulmonar
  8. 8. 26/08/2010 8 Animais sem pulmões e sem brânquias Salamandra Desmognathus fuscus (Plethodontidae) Respiração através da pele e da mucosa da boca Mammalia Aves Crocodylia Lepidosauria Testudines Anfíbios Anapsida Diapsida Synapsida Amniota Archosauria Tetrapoda Não-Amniota Sauropsida Tetrapoda: modo ancestral de locomoção Testudines expiração inspiração Tartarugas aquáticas • Pressão hidrostática ajuda na movimentação de ar para dentro e para fora do pulmão; • Algumas podem trocar oxigênio e dióxido de carbono diretamente com a água (faringe e cloaca são principais locais de trocas gasosas). Respiração cloacal: Rheodytes leukops (Austrália) Chelonia mydas Lepidossauria Lagartos + SerpentesAnphisbaenaSphenodon Squamata Lepidosauria
  9. 9. 26/08/2010 9 Lepidossauria Serpente marinha (Pelamis platurus) respiração cutânea Crocodylia • Rotação dos ossos pubianos e expansão da caixa torácica. • Movimentos pélvicos; •Pulmão parabronquial + sacos aéreos; • Direção única de ventilação (fluxo contra-corrente) e passagem de ar fresco pelos alvéolos tanto na inspiração quanto na expiração; • Circuito completo inclui dois ciclos respiratórios; • Alta eficiência; • Sistema interconectado com ossos pneumáticos: calor dissipado com maior eficiência e aumento na flutuação. Aves Inspiração 1 Sacos aéreos anteriores Pulmão parabronquial (único local de trocas gasosas) Sacos aéreos posteriores Respiração nas aves Expiração 1 Sacos aéreos anteriores Sacos aéreos posteriores Pulmão parabronquial (único local de trocas gasosas) Respiração nas aves Inspiração 2 Sacos aéreos anteriores Sacos aéreos posteriores Pulmão parabronquial (único local de trocas gasosas) Respiração nas aves
  10. 10. 26/08/2010 10 Expiração 2 Sacos aéreos posteriores Sacos aéreos anteriores Pulmão parabronquial (único local de trocas gasosas) Respiração nas aves Mamíferos • Adotaram postura mais ereta, com membros posicionados mais ventralmente (ondulações do corpo abandonada); • Desenvolvimento de diafragma muscular; • Diafragma auxiliado por movimentos inerciais. Mamíferos • Pulmões complexos; • Subdividido em pequenos sacos delicados (alvéolos) onde ocorrem trocas gasosas. Estrutura alveolar do pulmão de um cão mostrando glóbulos vermelhos Mamíferos • Área superficial do epitélio respiratório: 50-100 m2 • Área superficial restante do corpo: < 2 m2 Volume pulmonar nos mamíferos ~ 5% do volume corpóreo Morcegos: trocas gasosas através da pele das asas Pele fina e desprovida de pelos
  11. 11. 26/08/2010 11 Regulação da respiração • Principal agente responsável pela regulação da respiração aérea: concentração de CO2 no sangue (na verdade pH); • Principal agente responsável pela regulação da respiração aquática: concentração de O2 no sangue; Respiração nos insetos • Cutícula dos insetos evita perda de água, mas dificulta absorção de O2; • Traquéias se comunicam com o exterior através de espiráculos.

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