FAC - Sistema Respiratório

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FAC - Sistema Respiratório

  1. 1. Sistema Respiratório MSC. CHARLES F. FERREIRA FONTES: UEGO, UNIFESP, USP, S.N.
  2. 2. INTRODUÇÃO  Todos os animais necessitam do oxigênio para o metabolismo celular e precisam eliminar o gás carbônico, através da respiração.  As necessidades do animal aumentam proporcionalmente com a massa corporal e atividade, ao passo que as trocas gasosas variam proporcionalmente com a área de contato com o meio.
  3. 3. MECANISMOS RESPIRATÓRIOS
  4. 4. MECANISMOS RESPIRATÓRIOS  Difusão simples do O2 da água ou do ar, através de membranas úmidas, para o interior do corpo (ameba e turbelário);  Difusão do O2 do ar ou da água, através de parede do corpo fina, para os vasos sanguíneos (minhocas);
  5. 5. MECANISMOS RESPIRATÓRIOS  Difusão do O2 do ar, através de estigmas (espiráculos) ou do O2 da água, através de brânquias traqueais, para um sistema de ductos de ar ou traquéias, que o conduz até os tecidos (insetos);  Difusão do O2 da água, através de superfícies branquiais, para os vasos sanguíneos (peixes, anfíbios);  Difusão do O2 do ar, através das superfícies úmidas de pulmões, para os vasos sanguíneos (moluscos terrestres, vertebrados terrestres).
  6. 6. CARACTERÍSTICAS DA SUPERFÍCIE RESPIRATÓRIA:  Superfície úmida.  Ocorre por difusão:  Direta: sem a intervenção de fluido de transporte. Ex.: filo porífero, celenterado, platelmintos e nematódeo.  Indireta: hematose – vascularização. Ex.: a partir dos anelídeos  Epitélio simples pavimentoso.
  7. 7. RESPIRAÇÃO NA ÁGUA Estratégias respiratórias  Difusão através do epitélio  Circulação de água através do corpo, sem sistema circulatório interno  Difusão através do epitélio + sistema circulatório interno  Circulação de água através do corpo + sistema circulatório interno
  8. 8. Respiração por simples difusão entre células e a água circundante PORIFERA Circulação de água através do corpo, sem sistema circulatório interno
  9. 9. PORÍFEROS O batimento dos flagelos dos coanócitos determinam a penetração de água no interior do animal através dos poros situados na parede corpórea. São animais filtradores, que retiram da água partículas alimentares, além do oxigênio necessário para respiração celular. OU ESPONGIÁRIOS
  10. 10. Apenas a difusão através do epitélio Suficiente apenas para pequenos animais ou animais com demanda energética muito baixa Ocorre apenas em animais aquáticos Sistema respiratório ausente trocas gasosas apenas por difusão FILO CNIDARIA
  11. 11. CELENTERADOS OU CNIDÁRIOS Ex.: Pólipo - hidra Com apenas duas camadas de células de espessura e em contacto direto com a água em que vivem, bem como um metabolismo baixo pois são animais de vida fixa, a difusão direta de gases não apresenta dificuldades.
  12. 12. Ex.: água viva CELENTERADOS OU CNIDÁRIOS
  13. 13. Ex.: Planária PLATELMINTOS Nestes animais a forma achatada proporciona uma relação área/volume elevada, logo as células podem realizar trocas diretamente com o meio por difusão direta. Sem sistema esquelético, circulatório ou respiratório.
  14. 14. Ex.: Ancylostoma duodenale. NEMATELMINTOS - NEMATÓDEOS  Sem órgão circulatório ou respiratório, as trocas gasosas são feitas por difusão direta.
  15. 15. ANELÍDEO Pele umedecida pela secreção de glândulas mucosas e os gases passados para a rede de capilares subcutâneos. Hematose cutânea subcutâneo Pigmento sangue: clorocruorina
  16. 16. ANELÍDEOS  Na respiração cutânea a troca de gases é feita diretamente entre a superfície do corpo e o meio externo.  As trocas gasosas ocorrem por diferença de concentração entre os dois meios. O oxigênio é difundido para e por capilares para o meio intracelular enquanto o CO2 percorre o caminho inverso. Entretanto, só parte do CO2 é liberado, pois parte dele é utilizado para formar CaCO3 e usado para neutralizar a acidez dos alimentos durante a digestão.  A evolução de estruturas especializadas na respiração permitiu o aumento de volume corporal dos animais.  Na respiração cutânea, o aumento do volume do corpo exige uma superfície maior, em termos de área, para suprir de oxigênio todos os tecidos do corpo.
  17. 17. EX.: MINHOCA (classe oligoquetas) OBSERVAÇÃO: A classe dos poliquetas (marinhos) e os hirudíneos (que são de água doce e salgada) apresentam respiração branquial.
  18. 18. Difusão através do epitélio + sistema circulatório interno - ventilação POLIQUETOS
  19. 19. TIPOS:  Traqueal (insetos, diplópodes e quilópodes)  Filotraqueal (aracnídeos)  Branquial (crustáceos)  Fundamental para a colonização do meio terrestre, que permite uma taxa metabólica elevada.  Nos insetos menores não existe ventilação ativa mas nos maiores, ocorre por movimentos musculares que contraem as traquéias. Grande parte do dióxido de carbono é libertado pelos tubos de Malpighi.  As larvas de alguns artrópodes possuem brânquias traqueais. ARTRÓPODES
  20. 20. RESPIRAÇÃO TRAQUEAL TUBOS QUITINOSOS Difusão direta através do epitélio traqueal não quitinisado (traquíolas) com as células. ABERTOS OU COM VÁLVULAS MUSCULARES E FILTROS.
  21. 21. RESPIRAÇÃO FILOTRAQUEAL -Órgão respiratório. -Em cada lâmina existem espaços onde circula o sangue. -As trocas ocorrem entre o ar e o sangue contido nas lâminas. -Pigmento nos artrópodes é a hemocianina Abertura no abdomên
  22. 22. MOLUSCOS PELECÍPODES (mexilhões) – brânquias. CEFALÓPODES (lulas, polvos) – brânquias. OBS.: GASTRÓPODES (lesmas) – Cutânea; (caracóis terrestres) – pulmonar.
  23. 23. CIRCULAÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DO CORPO + SISTEMA CIRCULATÓRIO INTERNO BIVALVES
  24. 24. CIRCULAÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DO CORPO + SISTEMA CIRCULATÓRIO INTERNO CEFALÓPODES
  25. 25. EQUINODERMAS As 5 classes são exclusivamente marinhas, logo a respiração é branquial. É realizada pelos pés ambulacrários (cheios de água) ou por alguma projeção para fora ou para dentro do grande celoma perivisceral, tais como as brânquias dérmicas ou pápulas (pequenas expansões do epitélio) nas estrelas-do-mar e árvores respiratórias nas holotúrias.
  26. 26. CORDADOS  SUBFILO TUNICADOS (ASCÍDIAS E SALPAS)  SUBFILO CEFALOCORDADOS (ANFIOXOS)  SUBFILO VERTEBRATA  CLASSE DOS AGNATOS OU CICLOSTOMADOS (lampreias)  CLASSE DOS CONDRÍCTES  CLASSE DOS OSTEÍCTES  CLASSE DOS ANFÍBIOS  CLASSE DOS RÉPTEIS  CLASSE DAS AVES  CLASSE DOS MAMÍFEROS
  27. 27. ANFIOXO SUBFILO CEFALOCORDADO
  28. 28. CARACTERÍSTICAS DAS BRÂNQUIAS  São os órgãos respiratórios típicos do meio aquático, formadas por evaginações da parede do corpo e apresentando grande área de trocas. A sua estrutura filamentosa apenas poderia funcionar em meio aquático e fornece sustentação.  As brânquias participam da filtração de alimentos e da respiração. Permanecem nos protocordados e nos peixes adultos. Nos outros grupos, estão presentes apenas nos embriões, fechando-se no decorrer do desenvolvimento animal.
  29. 29. SUBFILO VERTEBRATA CLASSE CONDRICTES • 5 PARES BRANQUIAS INTERNAS • 2 ESPIRÁCULOS que se comunica com a faringe. • MECANISMO DE CONTRA- CORRENTE DE RESPIRAÇÃO DOS PEIXES. circulação simples e completa: veias – coração(av) – arterias – branquias - corpo
  30. 30. CONTRACORRENTE – PERMITE SATURAÇÃO ATÉ 90%
  31. 31. CONTRACORRENTE – PERMITE SATURAÇÃO ATÉ 90%
  32. 32. CLASSE OSTEÍCTES •OPÉRCULO – LÂMINA ÓSSEA. NÃO TEM ESPIRÁCULO NEM FENDAS BRÂNQUIAIS EXTERNAS. 4 PARES CÂMARA BRANQUIAL ÚNICA COMUNICA COM O MEIO EXTERNO
  33. 33. CLASSE DOS ANFÍBIOS  Fase larvar respiram por brânquias (Inicialmente externas e depois internas)  Adulto respiram principalmente por pulmões.  São muito simples e apresentam pequena área onde ocorre a hematose também na pele e cavidade bucofaríngica, todas cobertas por epitélios úmidos e densamente irrigados. Dado que não existe tórax individualizado, a ventilação é feita por bombagem bucal e não é contínua.
  34. 34. Não tem tórax desenvolvido
  35. 35. ANFÍBIOS  A respiração cutânea também é fundamental para esses animais.  Algumas espécies de salamandras não apresentam pulmões, dependendo totalmente da pele e da cavidade bucal para a absorção de oxigênio.  Na laringe de sapos e rãs existem cordas vocais (os machos produzem sons). O canto é produzido pela passagem forçada do ar dos pulmões (contração da musculatura do tronco), pelas cordas vocais e cartilagens adjacentes situadas na laringe.
  36. 36. As brânquias nos anfíbios encontram-se em câmaras dos lados da faringe e a água aspirada pelas narinas é forçada para fora, passando sobre os filamentos.
  37. 37. RÉPTEIS  Alvéolos e Costelas (sem diafragma) – variação de volume torácico.  Os crocodilianos apresentam estruturas respiratórias mais evoluídas, muito semelhantes as dos animais homeotérmicos.
  38. 38. ALVÉOLOS
  39. 39. Figura: Alguns répteis
  40. 40. AVES  Os pulmões: pequenos e compactos. Estão abertos nas duas extremidades pelos parabrônquios, que os ligam aos sacos aéreos, anteriores e posteriores (eles não intervêm na hematose mas tornam a ventilação mais eficiente).  Passos da ventilação:  Duas inspirações e duas expirações: na primeira inspiração o ar entra para os sacos posteriores, na primeira expiração passa para os pulmões; na segunda inspiração o ar passa para os sacos anteriores (ao mesmo tempo que entra ar fresco para os posteriores) segunda expiração o ar é expelido dos sacos anteriores (ao mesmo tempo que o ar fresco entra nos pulmões). SENTIDO ÚNICO – VENTILAÇÃO CONTÍNUA.
  41. 41. AVES  A difusão dos gases nos pulmões é feita em contracorrente.  A função dos sacos aéreos está relacionada com a diminuição do peso específico; com a dissipação do calor resultante da contração muscular; e, para desviar o ar para o interior dos pulmões. Os sacos aéreos ocupam uma grande porção da parte dorsal do corpo adentrando-se nos espaços pneumáticos de muitos ossos.
  42. 42.  As aves não possuem diafragma, o pulmão é rígido e tem como função realizar as trocas gasosas. Os sacos aéreos atuam na movimentação do ar pela diferença de pressão.  Inspiração: ↑volume corporal, ↓pressão nos sacos aéreos em relação à atmosfera, que faz com que o ar passe pelos brônquios e sacos aéreos torácicos posteriores e abdominais e para o pulmão parabronquial. Além disso o ar do pulmão é levado para os sacos aéreos clavicular e torácicos craniais.  Expiração: ↓volume corporal, ↑pressão nos sacos aéreos, que faz com que o ar seja forçado a sair dos sacos aéreos torácicos caudais e abdominais para o pulmão e o ar dos sacos aéreos clavicular e torácicos sejam expelidos pelos brônquios.  Fluxo contínuo unidirecional: ↑eficiência da ventilação (20% mais eficiente do que a respiração dos mamíferos).  Essa eficiência na troca de gases possibilita as aves respirar em altas altitudes, onde a concentração de oxigênio é mais baixa. As aves são animais endotérmicos, ou seja, produzem calor pelo próprio metabolismo(a temperatura não varia de acordo com o ambiente) Aparentam penas, utilizadas tanto para voar quanto para impedir a perda de calor e manter a temperatura corporal. A pele é impermeável diminuindo a perda de agua e permitindo que as aves habitem em regiões secas. As aves não têm dentes, elas possuem papos, utilizados para armazenar alimentos. A respiração é pulmonar, que estão ligados a projeção chamada saco aéreo. São ovíparas, com fecundação interna. Os ovos possuem casca para proteção.
  43. 43. O AR PASSA ATRAVÉS DOS PULMÕES E NÃO PARA DENTRO E PARA FORA COMO EM OUTROS VERTEBRADOS
  44. 44. RESPIRAÇÃO PORÍFEROS Difusão CELENTERADOS Difusão PLATELMINTOS Difusão NEMATÓIDES Difusão MOLUSCOS Branquial (aquáticos) e Pulmonar (terrestres) ANELÍDEOS Cutânea (terrestres) e Branquial (aquáticos) ARTRÓPODES Traqueal (insetos), Filotraqueal (aracnídeos),Branquial (crustáceos) EQUINODERMAS Brânquias CORDADOS Peixes (branquial) Anfíbios – Branquial (larvas), Cutânea e pulmonar (adultos) Répteis, aves e mamíferos (pulmonar)
  45. 45. RESPIRAÇÃO: soma dos processos pelos quais os gases respiratórios são transferidos entre ambiente e tecidos. METABOLISMO: processos que consomem substratos para geração de energia para realização das funções do organismo.
  46. 46. CASCATA DE OXIGÊNIO
  47. 47.  Respiração envolve difusão OXIGÊNIO difusão de O2 e CO2 através das membranas celulares Respiração PROCESSO PASSIVO: DEPENDE DA EXISTÊNCIA DE UM Δ DE CONCENTRAÇÃO
  48. 48. LEI DE FICK R  D  A P d Taxa de difusão (quantidade de gás por unidade de tempo) Constante de difusão Área do local para a difusão Gradiente de concentração Espessura do local para a difusão O que determina a taxa de difusão?
  49. 49.  Como a taxa de difusão pode ser otimizada? R aumenta se: •Aumentar área (A) da superfície respiratória R D A P d •Aumentar o gradiente de pressão (ΔP) através da superfície respiratória •Diminuir a espessura (d) da superfície respiratória
  50. 50. Superfícies respiratórias • Difusão através do epitélio • Circulação de água ou ar através do corpo sem sistema circulatório interno • Difusão através do epitélio + sistema circulatório interno • Circulação de água ou ar através do corpo + sistema circulatório interno
  51. 51. SUPERFÍCIE RESPIRATÓRIA delgada úmida vascularizada BRANQUIAS PULMÕES TRAQUÉIA TIPOS DE ÓRGÃOS RESPIRATÓRIOS DOS ANIMAIS
  52. 52. COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO SECO Componente % Oxigênio 20,95 Dióxido de carbono 0,03 Nitrogênio 78,09 Argônio 0,93 Total 100,00 A composição do ar é mantida em equilíbrio pelo uso do oxigênio nos processos de oxidação e a assimilação do CO2 pelas plantas, que por sua vez liberam O2.
  53. 53. VAPOR DE ÁGUA NO AR A pressão de vapor de água em uma superfície de água livre é alterada com a temperatura! Temp (oC) Vapor de água (mmHg) 0 4,6 10 9,2 20 17,5 30 31,7 40 55,1 50 92,3 100 760,0 37 46,9 Este é o motivo pelo qual a água ferve a 1000C se a pressão atmosférica for de 760 mmHg A 370C o vapor de água perfaz 6,2% do volume de ar no pulmão dos EUTÉRIA O ar dos pulmões dos vertebrados que respiram ar atmosférico está sempre saturado com vapor de água (umidade relativa de 100%)
  54. 54. 3000 m humanos: redução no desempenho físico 6000 m  a maioria dos humanos mal consegue sobreviver.
  55. 55. Efeito da altitude sobre a PpO2 Ao nível do mar - Pressão atmosférica = 760 mmHg 6000 m de altitude - Pressão atmosférica = 380 mmHg Patm = 380 mmHg PpO2 = 380 x 0,2094 79,57 mmHg Patm = 760 mmHg PpO2 = 760 x 0,2094 159 mmHg
  56. 56. natureza do gás (solubilidade característica) pressão do gás na fase gasosa temperatura presença de solutos SOLUBILIDADE DOS GASES NA ÁGUA DEPENDE Oxigênio 34,1 ml O2 . L-1 Nitrogênio 16,9 ml N2 . L-1 Dióxido de carbono 1019,0 ml CO2 . L-1 Solubilidade dos gases na água a 150C quando o gás está a 1 atm de pressão CO2 é 30 X + solúvel que o O2 CO2 é 60 X + solúvel que o N2
  57. 57. A quantidade de gás dissolvido em um dado volume de água depende da pressão do gás na fase gasosa. Lei de Henry A solubilidade do gás diminui com elevação da temperatura Temperatura (0C) Água doce (ml O2 . L água-1) Água do mar (ml O2 . L água-1) 0 10,29 7,97 10 8,02 6,35 15 7,22 5,79 20 6,57 5,31 30 5,57 4,46 Vg = α X Ppg/760 X vH2O
  58. 58. Velocidade de difusão de um gás inversamente proporcional à raiz quadrada de seu peso molecular PM CO2 = 44 PM O2 = 32 O2 (100 mmHg) CO2 (100 mmHg) 4,5 ml O2 litro-1 134 ml CO2 litro-1 Quantidade de CO2 difundida em relação ao O2 difusão do CO2 ≈ 0,86 difusão do O2 29,8 x 0,86 = 25,6
  59. 59. ÁGUA X AR • AR TEM 30 × + [O2] DO QUE A ÁGUA – [O2]  com o  temp, salinidade – AR É MAIS LEVE, MUITO FLUIDO, ÁGUA É DENSA E VISCOSA – para movimentar a água gasta-se + energia • ENTRETANTO, DURANTE A RESPIRAÇÃO AÉREA OS ANIMAIS PERDEM ÁGUA
  60. 60. COMPARAÇÃO ENTRE O AR E A ÁGUA COMO MEIOS RESPIRATÓRIOS

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