10 trocas gasosas nos animais

Margarida Barbosa Teixeira TROCAS GASOSAS NOS ANIMAIS

Necessidade do intercâmbio de gases
Em todos os seres vivos, dos unicelulares aos multicelulares, as manifestações de vida resultam de numerosas reacções químicas que ocorrem nas células – metabolismo celular.
Para que estas reacções químicas ocorram a célula tem que dispor continuamente de matéria e de energia.
A fonte imediata de energia, essencial para as actividades celulares, é o ATP.

A respiração celular consiste num conjunto de vias metabólicas pelas quais a molécula de glicose (principal substrato de produção energética das células) é oxidada, ocorrendo a libertação de energia biologicamente útil, que é armazenada em moléculas de ATP.
É através da degradação da glicose, ao nível da respiração celular, que a célula obtém o ATP necessário ao metabolismo celular .

Na respiração celular ocorre o consumo de O2 e a libertação de CO2.
Os seres vivos necessitam de um fluxo de oxigénio para as células e da remoção do dióxido de carbono que se forma.

Difusão directa e indirecta
Os seres vivos têm que realizar trocas gasosas com o meio.
O intercâmbio de gases entre o organismo e o meio, tal como o que ocorre a nível celular, realiza-se por fenómenos de difusão .
As trocas gasosas entre os organismos e o meio podem efectuar-se por:
difusão directa entre as células e o meio através da superfície respiratória;
difusão indirecta , em que os gases são transportados por um fluido circulante que estabelece a comunicação entre as células e a superfície respiratória.

Difusão através da superfície corporal
Nos seres aquáticos unicelulares e nos seres multicelulares de dimensões reduzidas, como a hidra e a planária, constituídos por um reduzido número de camadas de células, as trocas gasosas indispensáveis à respiração celular ocorrem por difusão directa através da superfície do corpo.

Superfícies respiratórias
Como consequência da evolução, os seres vivos adquiriram maiores dimensões.
O intercâmbio de gases com o meio passou a ocorrer através de estruturas especializadas - superfícies respiratórias.
As trocas gasosas ao nível das superfícies respiratórias designa-se de hematose .
A hematose transforma o sangue venoso em arterial.
À medida que os animais foram evoluindo surgiram diferentes superfícies respiratórias
A diversidade das superfícies respiratórias depende:
do tamanho e a estrutura corporal do organismo,
da história evolutiva do organismo,
da natureza do ambiente em que o ser vive.

Superfícies respiratórias 1 – Superfície do corpo 2 – Superfície respiratória Traqueias Tegumento Brânquias Pulmões Difusão indirecta Difusão directa

Superfícies respiratórias
Características das superfícies respiratórias:
apresentam reduzida espessura , geralmente o meio externo é separado do meio interno apenas por uma camada de células;
apresentam-se sempre húmidas , o que facilita a difusão dos gases respiratórios (a difusão só ocorre em meio líquido);
a sua morfologia permite uma grande superfície de contacto entre o meio interno e o meio externo;
Quando ocorre intervenção do sistema circulatório (difusão indirecta), as superfícies respiratórias são muito vascularizadas para facilitar o contacto com o fluido circulante.

Hematose traqueal
As traqueias são invaginações da superfície do corpo que permitem manter a humidade do ar necessária à difusão dos gases
As traqueias ramificam-se em tubos cada vez mais pequenos que terminam nas traquíolas que contactam directamente com as células.
As traqueias comunicam com o exterior através de aberturas ao nível da superfície corporal denominadas de espiráculos .
Os insectos e outros artrópodes terrestres possuem um sistema respiratório constituído por uma rede de traqueias , que se encontra no interior do corpo.

Hematose traqueal
Nos insectos primitivos os espiráculos encontram-se permanentemente abertos, não havendo controlo do ar que circula nas traqueias.
Nos insectos mais evoluídos existem estruturas, semelhantes a válvulas – os ostíolos – que controlam o fluxo de ar.
Nos insectos mais pequenos não ocorre ventilação activa mas sim passiva, isto é, há simplesmente entrada e saída de ar.

Hematose traqueal
Nos insectos voadores, a ventilação é activa :
movimentos musculares conduzem à contracção/relaxamento das traqueias o que leva a inspiração/expiração;
junto aos músculos existem sacos de ar que, funcionando como reservas de ar, facilitam a ventilação.

Hematose traqueal
As trocas gasosas ocorrem directamente entre o epitélio das traquíolas e as células, não havendo intervenção de um fluído circulante
A hematose traqueal ocorre por difusão directa
A velocidade de difusão e distribuição dos gases é muito baixa
A hematose traqueal só é possível em
animais de reduzidas massas corporais

Hematose cutânea
A troca de gases através do tegumento (camada de células que cobre o corpo) designa-se de hematose cutânea.
Os animais que fazem hematose cutânea, apesar de viverem num ambiente terrestre, possuem uma pele húmida , devido à existência de numerosas glândulas produtoras de muco.

Hematose cutânea
O sistema circulatório muito próximo da pele possibilita a realização da hematose através do tegumento.
O oxigénio difunde-se, através da pele, para o sistema circulatório e é transportado por este até às restantes células do corpo.
Difusão indirecta.
Alguns animais de maiores dimensões, como os anfíbios e certos peixes, também possuem hematose cutânea, para além da hematose pulmonar ou branquial.

Hematose branquial
Nos peixes ósseos, as câmaras branquiais estão protegidas pelo opérculo (A). Cada brânquia é constituída por filamentos duplos (C) suportados por um arco branquial (B)
As brânquias/guelras são os órgãos respiratórios da maioria dos animais aquáticos.
As brânquias são evaginações da superfície do corpo , muito vascularizadas, em contacto com o meio exterior.

Hematose branquial
Nos peixes ósseos, as brânquias são banhadas por uma corrente contínua de água , que entra pela boca e sai pelas fendas operculares .
O movimento de abertura e fecho da boca e dos opérculos ajuda a circulação de água.

Hematose branquial

Hematose branquial
Cada brânquia é constituída por filamentos duplos suportados por um arco branquial.
A membrana dos filamentos branquiais possui filas de dobras, as lamelas branquiais , que contêm capilares
grande área de contacto entre o meio externo e o meio interno.
Em cada filamento branquial existe um vaso aferente (contendo sangue venoso) e um vaso eferente (com sangue arterial). Entre estes dois vasos, ao nível das lamelas, existe uma rede de capilares , onde ocorrem as trocas gasosas.

Hematose branquial - mecanismo de contracorrente
A água passa pela lamelas em sentido contrário ao sangue.
O sangue venoso, pobre em O 2 , circula sempre em direcção à água, rica em O 2 , que circula em sentido inverso.
Mantém-se entre o sangue e a água um gradiente de pressão parcial de O 2
Devido à diferente concentração de O 2 entre a água e o sangue, o O 2 vai passando, por difusão, da água para o sangue.
O sangue vai ficando progressivamente mais oxigenado.
O mesmo processo ocorre em sentido contrário com o CO 2 .
Assim, o sangue que flui através dos capilares vai passando de venoso a arterial.

Hematose branquial - mecanismo de contracorrente
A quantidade de oxigénio dissolvido na água é significativamente inferior ao que existe na atmosfera.
O mecanismo de contracorrente permite aumentar significativamente a eficiência da hematose branquial.

Hematose pulmonar
A conquista das superfícies continentais conduziu os animais a ambientes secos.
Os pulmões são invaginações da superfície corporal que permitem manter a humidade, facilitando a difusão dos gases.
Os pulmões são as superfícies respiratórias mais evoluídas que existem.
Todos os vertebrados terrestres apresentam pulmões, embora apresentem complexidade diferente de grupo para grupo.

Hematose pulmonar
A comparação da estrutura dos pulmões evidencia:
complexidade sucessiva,
aumento da superfície respiratória,
superfície respiratória progressivamente mais vascularizada,
sucessiva especialização do processo de ventilação (renovação do ar).

Hematose pulmonar
A complexidade da estrutura pulmonar conduziu a uma grande eficiência das trocas gasosas permitindo que as células obtenham, através da respiração celular, a energia necessária a um aumento progressivo da taxa metabólica.
O aumento da taxa metabólica permitiu que a temperatura corporal das aves e dos mamíferos se tornasse independente da temperatura ambiente, ou seja se tornassem animais de sangue quente .

Hematose pulmonar - mamíferos

Nos alvéolos pulmonares, chegando o ar novo (rico em oxigénio), ocorre a hematose pulmonar.
Durante a expiração o ar é expulso dos alvéolos pulmonares.
No caso do Homem mesmo após uma expiração profunda, permanece sempre algum ar nos pulmões – ar residual.
Os sacos alveolares dispõem-se em cacho em torno dos bronquíolos.
Durante a inspiração o ar é levado, via traqueia, brônquios e bronquíolos, até aos alvéolos pulmonares.

Os pulmões apresentam grande eficiência nas trocas gasosas , devido à:
grande área da superfície alveolar, que aumenta a superfície de contacto entre o meio externo e interno e facilita a ventilação pulmonar;
fina espessura da parede dos alvéolos;
paredes dos alvéolos ser muito vascularizada.

As trocas gasosas são devidas às diferenças de pressão parcial de cada um dos gases respiratórios (O 2 e CO 2 ) na superfície de contacto entre o meio externo (alvéolos pulmonares) e o meio interno (sangue).
O O 2 difunde-se dos alvéolos para o sangue e o CO 2 do sangue para o interior dos alvéolos.

Os pulmões são formados por tecido elástico.
O aumento/diminuição do volume pulmonar é consequência do aumento/diminuição do volume da caixa torácica.
A renovação do ar nos pulmões é devida a mecanismos de inspiração e de expiração devidos à contracção e relaxamento dos músculos da cavidade torácica – diafragma e músculos intercostais.
As trocas gasosas são devidas às diferenças de pressão parcial de cada um dos gases respiratórios (O 2 e CO 2 ) na superfície de contacto entre os alvéolos pulmonares e o sangue.

A contracção do diafragma e dos músculos intercostais conduz ao aumento de volume da caixa torácica e consequentemente ao aumento do volume pulmonar.
O aumento do volume pulmonar gera a diminuição da pressão do ar alveolar.
A diferença de pressão entre o ar atmosférico e o ar pulmonar leva à entrada de ar nos pulmões e consequentemente à renovação do ar pulmonar (enriquecendo-o em O2 e diminuindo a pressão de CO2).
A diferença de pressão parcial dos gases respiratórios entre os alvéolos pulmonares e os capilares sanguíneos conduz à difusão dos gases respiratórios entre os alvéolos pulmonares e os capilares sanguíneos.

O intercâmbio de gases é consequência das diferenças de pressão parcial de cada um dos gases, nas superfícies de contacto.
Ao nível dos alvéolos , o O2 difunde-se dos alvéolos para o sangue e o CO2 do sangue para o interior dos alvéolos.
Ao nível dos tecidos , o O2 difunde-se para o fluido intersticial e deste para as células e o CO2 efectua o percurso inverso.

10 trocas gasosas nos animais

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