A respiração

A RESPIRAÇÃO

Ambystoma mexicanum

Bom dia!

Respiração Anaeróbica – ocorre no citosol sem a presença de ar através da Glicólise Anaeróbia ou Fermentação. O lucro líquido da Glicólise é de 2 ATPs.Muitos invertebrados (geralmente parasitos) podem sobreviver a períodos de exaustão de oxigênio, quer reduzindo sua taxa metabólica ou mudando para respiração anaeróbia. Respiração Aeróbica – ocorre na mitocôndria pelo chamado Ciclo de Krebs ou fosforilação oxidativa. O lucro líquido do Ciclo de Krebs é 30 ATPs.

A necessidade da respiração - O oxigênio, na maioria dos casos é indispensável

ao metabolismo celular (obtenção de energia), pois a oxidação faz com que elementos químicos percam elétrons que serão transferidos a outros elementos. Ele participa da cadeia de transferência de elétrons que culminará na produção do ATP, combustível celular de todos os seres vivos.

- O dióxido de carbono (CO2), e água são produtos do metabolismo celular a serem eliminados.

Em animais inferiores, as trocas gasosas são diretas (difusão) .

Nos mais complexos, ou providos de revestimento seco e impermeável, a respiração dá-se em dois estágios:

- Respiração externa – trocas entre o ambiente e os órgãos respiratórios.

- Respiração interna – trocas entre os líquidos do corpo e as células dos tecidos (difusão).

Respiração celular aeróbica

(nas mitocôndrias) C6H12O6 + 6O2

6CO2 + 6H2O + energia (ATP)

Outros autores fazem a seguinte distinção:

- Trocas gasosas – absorção de oxigênio e perda de dióxido de carbono.

- Respiração – atividade metabólica de produção de energia (ATP) que ocorre dentro da célula.

Como ocorrem as trocas gasosas?Lei dos gases: quando existe uma

diferença de pressões de difusão entre os dois lados de uma membrana, passam mais moléculas para a região de pressão menor do que na direção oposta.

A pressão do oxigênio no ar ou na água é maior do que no corpo de um animal, onde o oxigênio é constantemente usado, de modo que tende a entrar por qualquer membrana apropriada.

Proteínas transmembrana formam poros funcionais, ou seja, caminhos hidrofílicos pelos quais passam muitos íons e moléculas insolúveis em lipídios.- Todos os sistemas respiratórios possuem uma membrana úmida permeável. O sistema deve estar umedecido porque os gases têm de estar em solução para que sejam difundidos através da membrana.

Euglena viridis

Para definir um gás é necessário explicitar:

- Volume - medido em mm3, cm3 (mL) ou m3 (SI).

- Temperatura – medida em °C ou K.

- Pressão – medida em torr (Torricelli).

1 torr = 1mm Hg

1 atm = 760 mm Hg = 760 torr

1. Lei de Boyle-Mariotte: o volume de um gás é inversamente proporcional à pressão, mantida constante a temperatura. Explica as mudanças de pressão que o ar sofre ao entrar e sair dos pulmões.

Robert Boyle (1627-91)

2. Lei de Gay-Lussac-Charles: o volume de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta, mantida constante a pressão. Permite calcular a variação de volume que o ar sofre ao entrar e sair do pulmão.3. Lei geral dos gases: é a combinação das leis anteriores obtida através da teoria cinética da matéria.

P = pressão

V = volume

n = número de moles

R = constante universal dos gases (8,3 J.10-1 °K-1)

T = temperatura

PV = nRT

4. Lei de Henry – o volume de um gás dissolvido em um líquido é proporcional à pressão do gás sobre o líquido, a uma fator de solubilidade e ao volume do líquido.

Vd = P . f . V1

P = pressão (em torr)

f = fator de solubilidade

V1 = volume do líquido (em L)

Vd = volume (do gás) dissolvido (em mL)

William Henry (1774-1836)

5. Lei de Graham: a difusão de um gás é inversamente proporcial à raiz quadrada de sua massa molecular. Se aplica em estudos de difusão de gases em biossistemas.

Na Biologia, várias constantes foram acrescentadas:

Cs = constante de solubilidade

T = temperatura M = massa molecular

A = área de difusão L = distância

∆P = coeficiente de pressão n = viscosidade do meio

v = 1 √M

v = Cs . T. A. ∆P

M . L . n

Thomas Graham (1805-1869)

Mecanismos de Respiração

Filo Ctenophora Beroe sp.

(difusão do oxigênio por membranas úmidas)

I. Difusão do oxigênio por membranas úmidas

Uronychia sp.Renilla reniformis

O ar é absorido pelas células da parede do corpo e difunde-se para as outras células. (PROTOZOÁRIOS, AMEBAS, TURBELÁRIOS, ESPONJAS E CNIDÁRIOS)

Planocera graffii

Stylochus insolitus

Muitos oligoquetas (Annelida) como esta minhoca apresentam uma rede de capilares intra-epidérmicos - derivada dos vasos sanguíneos dentro da parede do corpo – que fornecem um fluxo sanguíneo constante do vaso ventral à parede do corpo em uma ampla área de superfície para trocas gasosas.

Lumbricus terrestris

II. Difusão do oxigênio pela parede do corpo para vasos

sanguíneos

Todos os anfíbios têm tegumento glandular altamente permeável aos gases e à água. A função primária do muco é manter o tegumento úmido e permeável para viabilizar as trocas gasosas, especialmente a liberação do CO2, que se dá por capilares que se ramificam das artérias pulmocutâneas.

Pele da rã

III. Respiração branquialNOS MOLUSCOS

Ocorre nos ctenídios,

organizados a partir de um eixo longo e achatado que se projeta da

cavidade do manto, mantido suspenso

em uma membrana. De ambos os lados

deste eixo, fixam-se filamentos

triangulares ou cuneiformes que se

alternam em posição com os

filamentos do lado oposto (condição

bipectinada).

Classe Cephalopoda – Loligo sp.

Os cílios laterais do ctenídio movimentam a água para dentro da câmara inalante e os cílios abfrontais propulsionam a água para que banhe os filamentos no sentido oposto à do fluxo de hemolinfa no interior destes filamentos, fenômeno de contracorrente que maximiza o gradiente de difusão.

Cílios abfrontais

Classe Bivalvia

A hemolinfa flui através dos filamentos, do vaso aferente para o eferente.

O poliqueto (Annelida)

Neanthes virens possui

notopódios (a parte superior

de cada parapódio)

que servem como brânquias.

Corte transversal em um segmento do poliqueto Neanthes virens (Annelida)

'

Alitta nereis, outro poliqueto marinho com parapódios que funcionam como brânquias

As brânquias de peixes ósseos são formadas por filamentos branquiais agrupados em arcos situados da cavidade do opérculo. A troca de gases ocorre nas inúmeras projeções microscópicas chamadas lamelas secundárias.

Brânquias de atum

Rastelos branquiais expandidos protegem os filamentos branquiais de partículas duras e evitam a passagem de alimento pelas fendas branquiais.

Durante a respiração os opérculos fecham-se e água entra na boca, passando pelas brânquias que aumentam (bombeamento bucal) e saindo pelo opérculo (agora aberto) prevenindo o fluxo reverso. Alguns peixes criam uma corrente respiratória através da natação com a boca entreaberta (ventilação forçada).

Os vasos aferentes levam o sangue não-oxigenado às lamelas secundárias para que seja oxigenado e os vasos eferentes retornam o sangue para o arco. A direção do fluxo sanguíneo pela lamela é oposta à direção do fluxo da água que atravessa

a brânquia.

Troca gasosa branquial

por contra-corrente

Três pares de brânquias externas ocorrem em todos os embriões e larvas e persistem nos adultos de algumas salamandras estritamente aquáticas. Salamandras agitam suas brânquias para auxiliar a aeração. Nos girinos, a água entra pela boca e sai pelas narinas, depois é forçada por entre as brânquias e sai pelo espiráculo. Larva de Ambystoma marvotium em metamorfose

Girino de Rana catesbeiana

Ambystoma tigrinum

Embrião de Ichthyophis kohtaoensisClasse AmphibiaOrdem Gymnophiona (Cecílias)

IV. Traquéias

Dissosteira longipennis

As traquéias, tubos finos re-vestidos de quitina que se ori-ginam na parede do corpo e se ramificam a todos os órgãos e tecidos, terminam em células traqueais microscópicas, que se estendem como traquéolas intracelulares, formando às vezes, redes capilares. A parte final da traquéola é cheia de líquido, pelo qual o oxigênio se difunde para as células e o CO2, destas para as traquéolas.

Um pulmão é uma câmara revestida internamente por epitélio úmido, sob o qual há uma rede de capilares sanguíneos e assemelha-se a uma brânquia, mas invaginada ao invés de evaginada. As partições de sua parede formam alvéolos: câmaras microscópicas abertas ao fluxo aéreo pulmonar e circundadas por numerosos capilares sanguíneos, onde ocorrem as trocas gasosas.

V. Pulmões

A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas. Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.

Além de respirar pela pele e pela mucosa da cavidade bucal, também ANFÍBIOS respiram por pulmões, com a boca fechada. O assoalho da boca é abaixado fazendo com que o ar entre pelas passagens nasais até uma depressão na bucofaringe.

Pulmões de Rana catesteiana

A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas. Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.

Além de respirar pela pele e pela mucosa da cavidade bucal, também ANFÍBIOS respiram por pulmões, com a boca fechada. O assoalho da boca é abaixado fazendo com que o ar entre pelas passagens nasais até uma depressão na bucofaringe.

Pulmões de Rana catesteiana

O pulmão das aves é mais eficiente do que de outros invertebrados porque o ar atravessa o pulmão, ao invés de entrar e sair dele. Capilares aéreos, em cujas paredes ocorrem as trocas gasosas, abrem-se em canais maiores, os

Os parabrônquios comunicam-se com os brônquios e com os sacos aéreos que se estendem no celoma.

parabrônquios.

Aparelho respiratório do pombo

As narinas do bico de um galo ligam-se às coanas, acima da cavidade bucal. A glote, no assoalho da faringe, abre-se em uma traquéia longa e flexível reforçada por arcos cartilaginosos parcialmente calcificados que prolongam-se à siringe (caixa vocal) muscular, de onde parte um brônquio para cada pulmão.

Anatomia do galo

(incluindo sistema

respiratório)

A respiração das aves se dá através de dois ciclos de inalação e exalação. O ar entra passa pelos brônquios e a maior parte vai para os sacos aéreos posteriores. Na expiração ele flui para dentro dos pulmões, expan-dindo-os. Na seguinte inspi-ração, uma nova leva de ar ar passa os sacos posteriores e ar do pulmão vai para os sacos aéreos anteriores. O movimento de ar atua em uma só direção, oposta à do fluxo sanguíneo (efeito contra-corrente).

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A respiração humana

A massa do pulmão é porosa e esponjosa e contém várias fibras elásticas. O diafragma é uma parede muscular que separa o tórax, contendo os corações e o pulmão, do resto da cavidade abdominal.

Diafragma no tórax em destaque em imagem 3D

Os pulmões são revestidos por uma membrana, a pleura visceral, e uma membrana semelhante, a pleura parietal, reveste a cavidade torácica. Entre elas há o líquido intra-pleural, cuja pressão é menor do que a do ar atmosférico.

Esquema mostrando em roxo o espaço intrapleural preenchido pelo líquido intrapleural.

Na inspiração as costelas são levantadas e o diafragma abaixado, o que aumenta o volume torácico, reduzindo a pressão no líquido intrapleural. A pressão do líquido é, então, menor do que a do ar do pulmão. O pulmão então se expande e causando, na sequência, a entrada de ar. A expiração resulta do relaxamento do diafragma, que contrai o tecido elástico do pulmão e expele o ar.

Obrigado pela atenção!

FIM

BibliografiaBRUSCA, R.C.; BRUSCA, G.J. Invertebrados. 2ª edição. Rio de Janeiro – RJ: Guanabara Koogan, 2007.

JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular, 9ª edição, Rio de Janeiro – RJ: Guanabara Koogan, 2012.

STORER, T.I.; USINGER, R.L.; STEBBINS, R.C.; NYBAKKEN, J.W. Zoologia Geral, 6ª edição. São Paulo – SP: Companhia Editora Nacional, 2007.

RENEINE, I.F. Biofísica básica. Rio de Janeiro: Ed. Atheneu, 1984-2000.

RUPPERT, E. BARNES, R.D. Zoologia de Invertebrados. 6ª edição. São Paulo: Editora Roca, 1996.