Respiración y excreción_resumen
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La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor 1. El proceso de la respiración en animales. La respiración es el proceso mediante el cual los animales intercambian gases (llegada de O2 y expulsión de CO2) como una parte de la nutrición, llevándose a cabo en el aparato respiratorio. Se diferencian dos procesos respiratorios distintos que están muy relacionados entre sí: -Respiración celular. Es el conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales algunos compuestos se degradan por oxidación hasta convertirse en sustancias inorgánicas produciendo así energía. -Respiración externa. Es el intercambio de gasas entre el organismo y el medio ambiente que le rodea. Su objetivo fundamental es tomar el oxígeno necesario y eliminar el dióxido de carbono producido en las reacciones de oxidación de la respiración celular. 1.1 Difusión pasiva Es el paso de los gases a través de las superficies respiratorias de los animales. Se denominan superficies respiratorias aquellas en las que se produce el intercambio de gases y, para que se pueda realizar, las superficies deben ser: -Extensas y estar muy vascularizadas, para que la entrada de O2 y la salida de CO2 sea suficiente. -Bastante delgadas, para facilitar el paso de los gases. -Constantemente húmedas, para que los gases traspasen mejor las membranas plasmáticas. Aunque no es un problema para los animales acuáticos, los animales terrestres presentan superficies invaginadas en el cuerpo junto con sistemas que facilitan la entrada y salida del aire para tener las superficies húmedas y evitar la desecación. En el medio externo, la concentración de oxígeno es mayor que en el interior de los animales, por tanto, el oxígeno se difunde hacia el interior (a través de las superficies respiratorias) a favor del gradiente de concentración. La concentración de CO2 es mayor en el interior que en el interior del organismo por lo que se difunde hacia el medio a través de las superficies respiratorias. 2. Modalidades de respiración y aparatos respiratorios. 2.2 Invertebrados. Los invertebrados tienen, como sistemas de respiración, la respiración cutánea, la respiración traqueal, la respiración branquial y la respiración pulmonar. La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor La mayor parte de invertebrados respiran mediante tráqueas o a través de branquias. Algunos invertebrados, sin embargo, captan el oxígeno del aire por respiración pulmonar. Los animales más primitivos (esponjas, rotíferos, platelmintos y nematodos) no tienen ningún sistema respiratorio, ni cutáneo, ni traqueal, ni branquial, ni pulmonar, y toman el oxígeno directamente por difusión directa. -Difusión directa. A través de la membrana de sus células, los animales obtienen el O2 y eliminan el CO2. Ej.: erizo de mar, esponjas, estrellas de mar… -Respiración cutánea. El intercambio de gases se realiza a través de la piel. Gracias a que la piel está humedecida, es fina y muy irrigada, se consigue realizar el intercambio de gases entre el animal y el exterior. La respiración cutánea es el tipo de respiración utilizado por los anélidos (lombrices, sanguijuelas y gusanos marinos) y algunos equinodermos (erizos de mar). Sin embargo, algunos animales que respiran a través de la piel (moluscos o artrópodos) tienen otros sistemas de respiración. -Respiración traqueal. Los animales con respiración traqueal están dotados de un conjunto de tubos llamados tráqueas que permiten que el aire pueda llegar a todas las partes del animal. Los espiráculos o estigmas son la puerta de entrada de las tráqueas y tienen la capacidad de cerrarse y abrirse. En la respiración traqueal no es necesario el aparato circulatorio para transportar el O2 hasta las células del cuerpo y el CO2 fuera del organismo del animal, puesto que lo realiza el sistema de tráqueas. A medida que se adentran los tubos en el interior del animal, se van ramificando y haciéndose más finas, pasándose a llamar traqueolas. Ej.: hormigas, saltamontes, ciempiés… -Respiración branquial. La respiración branquial se produce mediante branquias, que pueden ser externas o internas. Las branquias externas son, prácticamente, exclusivas de invertebrados. Sobresalen de la superficie del animal, no tienen protección y, por ello, suelen dañarse con facilidad. Este tipo de branquias las tienen los crustáceos, moluscos, anélidos... En los crustáceos, las branquias son expansiones laminares o filamentosas del tórax que, a veces, están cubiertas por el caparazón. En crustáceos decápodos los apéndices abdominales crean corrientes de agua que se dirigen hacia las branquias para renovar el medio. En algunos moluscos gasterópodos y bivalvos las branquias se encuentran en la cavidad paleal (zona hueca, rodeada por el manto en los moluscos, a la que vierten el tubo digestivo, el La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor excretor y el reproductor) y se han desarrollado unas estructuras ciliadas para facilitar el movimiento continuo del agua. -Respiración pulmonar. El intercambio gaseoso se realiza en los pulmones. Se dan en arácnidos y moluscos como el caracol. No tienen mecanismos de ventilación y los orificios que comunican al exterior siempre están abiertos. En arácnidos, disponen de pulmones en libro. 2.2 Vertebrados -Respiración branquial. Se produce mediante branquias externas, en el caso exclusivo de las larvas de anfibios. Las branquias internas quedan protegidas por estructuras corporales, como el opérculo en los peces óseos. Hay varios mecanismos que realizan el movimiento constante del agua que las rodea, renovando los gases del medio. Las branquias internas más complejas son las de los peces. Están en hendiduras branquiales, situadas a ambos lados de la faringe. Las branquias son estructuras filamentosas, delgadas que están dentro de arcos branquiales. Su interior está muy vascularizado y los vasos sanguíneos están dispuestos de forma que el paso del agua a través de las branquias es opuesto a la circulación sanguínea. Este mecanismo de contracorriente permite un intercambio de gases muy eficiente con el agua. Este mecanismo por el cual se hace el movimiento de agua hacia las branquias es diferente en los grandes grupos de peces. -Respiración pulmonar. Son órganos en forma de sacos pares y en ellos se produce la ventilación pulmonar, entrada y salida de aire de forma alternativa por movimientos de inspiración y espiración respectivamente. En los vertebrados terrestres tiende el aumento de la superficie de contacto con el aire en los pulmones, desde anfibios hasta mamíferos, el los que se alcanza un máximo, teniendo divisiones en millones de pequeñas cavidades llamadas alvéolos pulmonares. Éstos tienen la pared muy fina y están rodeados de una amplia red de capilares que recogen el oxígeno y ceden el dióxido de carbono. Los anfibios tienen pulmones muy simples en forma de saco. En los reptiles los pulmones son mayores que en los anfibios y tienen cavidades divididas en cámaras por tabiques que aumentan la superficie de intercambio gaseoso. En las aves los pulmones son pequeños y se comunican con los sacos aéreos (expansiones de la propia pared de los pulmones), son pares y se extienden por varias partes del cuerpo del animal, incluso dentro de los huesos largos. En estos animales los bronquios no terminan en La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor alvéolos, sino que forman unos tubos muy finos llamados parabronquios, por los cuales pasa el aire a los sacos aéreos y se realiza el intercambio de gases. Los sacos aéreos se llenan de aire y al contraerse lo expulsan, volviendo a atravesar los parabronquios. En mamíferos los pulmones son órganos esponjosos que están en la cavidad torácica. Están formados por el árbol bronquial (conjunto de bronquios de distinto calibre) y por vesículas pulmonares divididas en alvéolos, así como vasos sanguíneos y tejido conjuntivo. 3. El aparato respiratorio humano. Los órganos respiratorios pueden dividirse en vías respiratorias superiores, vías respiratorias inferiores y pulmones. Las vías respiratorias superiores comprenden la nariz y la faringe; las vías respiratorias inferiores comprenden la laringe, la tráquea y el árbol bronquial (se ramifica hasta alcanzar los pulmones, los cuales se dividen en lóbulos). La entrada del aire se produce a través de la nariz, y llega hasta las fosas nasales, donde se calienta en la pituitaria roja (pared de la fosa nasal llena de vasos sanguíneos). Las fosas nasales desembocan en la faringe. La parte inferior de la faringe se comunica con la laringe, vía por la que discurre el aire para entrar a la tráquea. En la entrada de la laringe se encuentra una lámina cartilaginosa llamada epiglotis, que cierra su parte superior para evitar que el bolo alimenticio entre en las vías respiratorias. La laringe es un órgano rodeado de cartílagos, denominada aparato fonador. En el interior de la laringe se encuentran las cuerdas vocales. La tráquea se encuentra debajo de la laringe. Sus paredes están reforzadas con cartílagos en forma de herradura, que la mantienen constantemente abierta. La tráquea se divide en dos bronquios, los cuales tienen cartílagos que se introducen en los pulmones. Dentro de ellos, los bronquios se ramifican en tubos más pequeños denominados bronquiolos, terminados en unos ensanchamientos llamados vesículas pulmonares. 3.1 Los pulmones En la especie humana se encuentran en el tórax, encima del diafragma y protegidos por el esternón y las costillas. Están constituidos por el conjunto de bronquios y vesículas pulmonares subdivididas en alvéolos. La unidad anatómica y funcional son los alvéolos pulmonares. Existen unos 300 millones en ambos pulmones. Cada alveolo está rodeado de una red de capilares sanguíneos. 4. Respiración humana. El aparato respiratorio es el encargado de captar oxígeno (O2) y eliminar dióxido de carbono (CO2) procedente del metabolismo celular. La función del aparato respiratorio consiste en desplazar volúmenes de aire desde el exterior a los pulmones y viceversa. Es posible gracias a un proceso conocido como ventilación. La ventilación es un proceso cíclico y consta de dos etapas: la inspiración y la espiración. La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor La inspiración, la cual introduce aire en los pulmones. El movimiento se realiza al contraerse los músculos intercostales (músculos que unen costillas), los pectorales y el diafragma. Los músculos intercostales y los pectorales elevan las costillas y el diafragma desciende, lo que hace que se ensanche la caja torácica y aumente el volumen de los pulmones. Entonces la presión en el interior de los pulmones es menor y el aire entra a las vías respiratorias por las fosas nasales y la boca hasta los alvéolos pulmonares Una vez que llega el aire a los pulmones, se produce un intercambio de gases, proceso físico-químico de difusión simple entre el aire inspirado (que se encuentra en los alveolos pulmonares) y la sangre que circula por los capilares que rodean los alvéolos. El aire alveolar inspirado tiene más cantidad de oxígeno que la sangre de los capilares que rodean el alvéolo, y por ello el oxígeno tiende a entrar en el interior del capilar alveolar, donde al unirse con la hemoglobina forma oxi-hemoglobina. Del mismo modo, pero al contrario, ocurre con el dióxido de carbono. Este se libera en las células como producto de la respiración celular y pasa a la sangre donde viaja hasta los pulmones. El aire inspirado en los alvéolos tiene menor concentración de dióxido de carbono que la sangre que llega a los alvéolos, por lo que este gas difunde desde la sangre hasta el interior de los alvéolos. Después el aire cargado de dióxido de carbono sale al exterior, en otro proceso denominado espiración. La espiración es un movimiento pasivo de los músculos que se habían contraído. Los músculos intercostales y pectorales se relajan, y el diafragma se eleva, reduciendo el volumen torácico y pulmonar, lo que produce la expulsión del aire. Una vez acabado este proceso, vuelve a empezar con una nueva inspiración, donde los alvéolos se vuelven a llegar de aire con alta concentración de oxígeno. La capacidad total de los pulmones humanos es de unos cinco litros, pero por lo general, en su interior solo hay 3,5 L de aire y normalmente con los movimientos de ventilación entran o salen 0,5 L. 5. La función de excreción. La función de excreción es el proceso que completa la nutrición mediante la eliminación de los productos de desecho procedentes del metabolismo celular En vertebrados la excreción se realiza a través de la piel, aparato digestivo, y sistema renal, su órgano principal es el riñón. En invertebrados los órganos excretores son básicamente un sistema de tubos con modificaciones para la eliminación de sustancias Productos de excreción en animales: -Derivados nitrogenados; producidos en las reacciones de degradación de las proteínas y ácidos nucleídos: - Amoniaco: muy tóxico pero se diluye muy bien en el agua. - Ácido úrico: compuesto q se forma en el hígado a partir de amoniaco. - Urea: se forma en el hígado a partir de restos nitrogenados. - Agua y sales minerales: se excretan para regular la cantidad y concentración adecuada en el medio interno La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor 5.1 Órganos de excreción en invertebrados. -Protonefridios: Característico de platelmintos, tubos muy ramificados cuyo extremo interno termina en una célula con flagelos llamada flamígera. -Metanefridios: Propios de anélidos y moluscos, tubo largo con un extremo interno en forma de embudo (nefrostoma) que posee cilios y comunica con la cavidad celómica del segmento anterior. -Glandulas antenales y maxilares: órganos excretores de crustáceos, se llaman antenales o maxilares, según terminen en la base de las antenas o maxilas; en el bogavante se llaman glándulas verdes. - Tubos de Malpigui: órganos excretores de insectos miriápodos y algunos arácnidos. Tubos delgados que se distribuyen por todo el cuerpo, tienen un extremo ciego y otro abierto al intestino donde vierten los productos de desecho. 5.2 El aparato excretor en vertebrados. El aparato excretor de los vertebrados está formado por el aparato renal y las glándulas sudoríparas. Está muy perfeccionado en comparación con los cordados inferiores. Mediante estructuras especializadas se consigue filtrar los líquidos internos al margen del medio externo, a la vez que mantiene en equilibrio el nivel de todos ellos dentro del cuerpo. El aparato renal es formado por los riñones de los que salen dos conductos denominados uréteres. En el interior de los riñones encontramos las nefronas, que son unas unidades anatómicas y funcionales encargadas de filtrar la sangre y así separar los productos de desecho de los necesarios y útiles, que serán reabsorbidos. Con esos productos de desecho se forma la orina. Hay ciertas diferencias en los aparatos de los distintos vertebrados: -Peces: Tiene un riñón de forma alargada, que se encuentra encima de la vejiga natatoria en los peces óseos. De ese riñón salen dos conductos que van a parar a una vejiga urinaria. Luego la orina es expulsada por detrás del ano. -Anfibios: También tiene un riñón alargado como los peces óseos, pero en este caso la orina va a parar a la vejiga que forma parte de la cloaca. -Reptiles: Están dotados de dos riñones de forma indefinida, de los cuales salen los uréteres que transportan la orina hasta la vejiga, antes de llegar a la cloaca. -Aves: Poseen un par de riñones bien formados con uréteres que llevan directamente a la cloaca. No poseen vejiga y el acido úrico es expulsado junto con las heces fecales. -Mamíferos: Su aparato renal está formado por dos riñones casi ovales con sus correspondientes uréteres. Los uréteres desembocan en la vejiga urinaria y esta con el exterior a través de la uretra. Esto es así en todos los mamíferos menos en los motremas que poseen cloaca. La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor 6. La formación de la orina Las unidades funcionales de los riñones son las nefronas. En cada riñón hay aproximadamente un millón de nefronas, que constan de: » La Cápsula de Bowman. Rodea a una red de capilares llamada glomérulo, conectados a una arteriola aferente (entrada) y una arteriola eferente (salida). » Túbulo contorneado proximal. » Asa de Henle. » Tubo contorneado distal. Se encuentra a continuación del asa de Henle, comunica con el tubo colector, de mayor anchura, al cual van a parar los túbulos de otras nefronas. Desemboca en la pelvis renal. El proceso de formación de la orina consta de tres etapas: 1. FILTRACIÓN GLOMERULAR. Se produce por el paso de sangre desde los capilares del glomérulo hasta la cápsula de Bowman. El líquido filtrado contiene glucosa, aminoácidos, vitaminas, sales minerales, agua y otros nutrientes, así como sustancias de desecho (urea). 2. REABSORCIÓN TUBULAR. La mayor parte del líquido filtrado se reabsorbe a lo largo de los túbulos de la nefrona, pasando a la red de capilares que lo rodean. Se realiza o bien por difusión pasiva o por transporte activo. A nivel del tubo contorneado proximal se reabsorben agua, glucosa, vitaminas, urea, aminoácidos y otras sustancias. Desde ese punto hasta el tubo contorneado distal se siguen absorbiendo agua y sodio. 3. SECRECIÓN TUBULAR. Una cierta cantidad de sustancias son secretadas desde los capilares hacia los tubos de la nefrona. El líquido producido pasa por los tubos colectores, en los que en determinadas circunstancias, todavía se puede producir reabsorción de agua. De los tubos colectores la orina pasa a la pelvis renal y de ahí, a través de los uréteres, a la vejiga de la orina. 9. Otros mecanismos de excreción. El sistema excretor regula, además de la eliminación de productos tóxicos, la cantidad de agua, iones y sales minerales disueltas en el medio. Dividiremos los mecanismos de excreción según sean terrestres o marinos. -Animales marinos. En ellos existen mecanismos especiales para eliminar el exceso de sales, ya que los riñones no pueden fabricar una orina tan concentrada como en los mamíferos. Esta función la realizan las glándulas de la sal. -En los reptiles las glándulas de la sal están cerca de las narinas (aberturas de la cavidad nasal), en tortugas y lagartos cerca de los ojos y en cocodrilos en la lengua. La nutrición en animales. Aparatos respiratorio y excretor -En los peces óseos marinos las branquias tienen células encargadas de eliminar la sal. El agua tiende a salir por osmosis de su cuerpo al medio externo, debido a la alta concentración de sales en el mar, y la mayor parte del amoníaco lo excretan por transporte activo contra el gradiente a nivel de las branquias, tomando por ello agua continuamente. Algunos peces tienen glándulas de la sal en el recto. -Las aves marinas ingieren gran cantidad de sal en el alimento y en el agua que beben; por ello, las gaviotas y otras aves similares, tienen glándulas de la sal encima de los ojos y del pico, por las que se filtra la sangre con exceso de sal y se elimina en gotas muy concentradas a través del pico. -Animales terrestres. -Algunos anélidos absorben gran cantidad de calcio del suelo con el alimento. Para reducir sus niveles, tienen glándulas calcíferas situadas a los lados del esófago. -Algunos arácnidos tienen la glándula coxal y está en el cefalotórax. Tiene un sáculo al que se filtran sustancias del hemocele y un túbulo excretor que desemboca en el exterior de un poro excretor. -Los vertebrados producen bilis en el hígado que, además de facilitar la digestión de las grasas, tiene sustancias de excreción. El hígado degrada hemoglobina de los eritrocitos muertos y la transforma en bilirrubina, pigmento amarillento que se agrega a la bilis. -Los mamíferos tienen glándulas sudoríparas, situadas en la capa profunda de la piel. Segregan sudor, están distribuidas por todo el cuerpo y participa en la regulación de la temperatura corporal.