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26/08/2010
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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
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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 atmde pressão):
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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 ArRazão
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).
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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 EphemeridaeSalamandra norte-
americana (“mudpuppy” Necturus)
Movimentação de água pelas brânquias
Mais viável
Ação de cílios: mariscos e outros moluscos
Bomba mecânica: peixesfluxo de água (ação ciliar)
Locomoção e movimentação simultânea de água pelas brânquias
Atum Polvo
Ventilação forçada
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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
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Grupos viventes
Grupos extintos
Origem dos pulmões
Amniota
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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
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Respiração aérea: adaptação em larga escala
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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
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Animais sem pulmões e sem brânquias
Salamandra Desmognathus fuscus (Plethodontidae) Respiração através da pele e da mucosa da boca
Mam
mal
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Ave
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Cro
cod
ylia
Lep
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Test
ud
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An
fíb
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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
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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
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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
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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.