Las adaptaciones para la respiración
Ernesto sube al Pico Turquino, en la Sierra Maestra, y a medida que gana altura nota que respira cada vez más rápido. ¿Por qué lo hace? ¿Qué necesitan sus células para que el cuerpo reaccione así? Al final de la página volveremos a esta pregunta.
Respiración celular e intercambio de gases
En biología la palabra «respiración» se usa para dos procesos distintos que están muy relacionados.
La respiración celular es el conjunto de reacciones químicas que ocurre dentro de las células y que libera la energía de los nutrientes (por ejemplo, la glucosa) para formar ATP. En la respiración aerobia se consume O₂ y se produce CO₂ y agua. Ocurre en las mitocondrias (la glucólisis, antes, en el citoplasma).
El intercambio de gases es el proceso físico por el que el organismo toma O₂ del medio y expulsa CO₂. Ocurre en un órgano respiratorio por difusión: las moléculas pasan de donde hay más concentración a donde hay menos.
Distingue la respiración celular del intercambio de gases. Indica en qué orgánulo de la célula ocurre la respiración celular aerobia.
Distingue la respiración celular del intercambio de gases. Indica en qué orgánulo de la célula ocurre la respiración celular aerobia.
Superficies y órganos respiratorios
Toda superficie respiratoria cumple las mismas condiciones, porque la difusión funciona mejor así: es delgada, húmeda (los gases se disuelven para atravesarla), extensa y suele estar muy vascularizada o en contacto con los líquidos del cuerpo. Lo que cambia entre los animales es el órgano que las reúne, según el medio y el modo de vida.
| Organismo | Órgano respiratorio | Medio |
|---|---|---|
| Lombriz de tierra | Piel húmeda | suelo húmedo |
| Insecto (saltamontes) | Tráqueas con espiráculos | aire |
| Pez | Branquias | agua |
| Rana adulta | Pulmones y piel húmeda | aire y agua |
| Reptil, ave, mamífero | Pulmones | aire |
Los insectos no usan la sangre para llevar el O₂: sus tráqueas son tubos ramificados que se abren al exterior por orificios (espiráculos) y llevan el aire hasta casi cada célula. Las ranas adultas combinan pulmones sencillos con la piel húmeda y muy vascularizada.
Menciona el órgano respiratorio característico de cada uno de estos organismos: un pez, un insecto, una rana adulta y un mamífero terrestre.
Menciona el órgano respiratorio característico de cada uno de estos organismos: un pez, un insecto, una rana adulta y un mamífero terrestre.
El sistema respiratorio humano
El aire sigue un camino fijo hasta los alvéolos. Cada tramo lo prepara: la nariz lo filtra (vellos y moco), lo humedece y lo calienta.
Orden: fosas nasales → faringe → laringe → tráquea → bronquios → bronquiolos → alvéolos. En los alvéolos, el O₂ pasa a la sangre y el CO₂ sale de ella. Los músculos intercostales y el diafragma cambian el volumen del tórax y mueven el aire (inspiración y espiración).
Enumera, en orden, las estructuras por las que pasa el aire en el ser humano desde que entra por la nariz hasta que llega a los alvéolos pulmonares.
Enumera, en orden, las estructuras por las que pasa el aire en el ser humano desde que entra por la nariz hasta que llega a los alvéolos pulmonares.
El alvéolo: una superficie muy eficiente
Los pulmones tienen cientos de millones de alvéolos, pequeños sacos rodeados de capilares. Cada característica favorece la difusión de los gases:
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Pared muy delgada (una capa de células): la distancia por recorrer es mínima.
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Superficie total enorme: muchísimos alvéolos dan mucha área de contacto.
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Humedad: el O₂ y el CO₂ se disuelven y atraviesan la pared.
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Red de capilares: la sangre se lleva el O₂ y trae CO₂ constantemente, y así se mantiene la diferencia de concentración.
Explica por qué los alvéolos pulmonares son una superficie respiratoria eficiente. Menciona al menos tres de sus características, como el grosor de la pared, la humedad…
Explica por qué los alvéolos pulmonares son una superficie respiratoria eficiente. Menciona al menos tres de sus características, como el grosor de la pared, la humedad y la vascularización, y relaciónalas con la difusión de los gases.
Branquias y contracorriente
El agua tiene mucho menos O₂ disuelto que el aire, así que un pez debe aprovecharlo al máximo. Las branquias son láminas finas con muchos capilares. El agua entra por la boca y sale por debajo del opérculo, y la sangre circula por las láminas en sentido contrario al agua: es el flujo a contracorriente.
Así, en todo el recorrido el agua tiene siempre algo más de O₂ que la sangre de ese punto, y la difusión continúa a lo largo de toda la lámina. Si fueran en el mismo sentido, las concentraciones se igualarían a mitad de camino y se perdería oxígeno.
| Branquias de un pez | Pulmones de un mamífero | |
|---|---|---|
| Medio | agua (poco O₂) | aire (mucho O₂) |
| Flujo | unidireccional, a contracorriente | de ida y vuelta por las mismas vías |
| Ventaja | extrae gran parte del O₂ del agua | superficie interna protegida de la desecación |
Compara el intercambio de gases en las branquias de un pez con el de los pulmones de un mamífero. Explica qué ventaja ofrece el flujo de agua a contracorriente en las…
Compara el intercambio de gases en las branquias de un pez con el de los pulmones de un mamífero. Explica qué ventaja ofrece el flujo de agua a contracorriente en las branquias.
Intercambio de gases en las plantas
Las plantas intercambian gases por los estomas, pequeños poros de las hojas que abren y cierran las células oclusivas. Las células vegetales hacen respiración celular todo el tiempo, y fotosíntesis solo con luz.
| Día (con luz) | Noche | |
|---|---|---|
| Fotosíntesis | sí: consume CO₂, libera O₂ | no |
| Respiración celular | sí: consume O₂, libera CO₂ | sí |
| Balance de gases | entra CO₂ y sale O₂ (la fotosíntesis supera a la respiración) | entra O₂ y sale CO₂ |
De día, el CO₂ que libera la respiración se reutiliza en la fotosíntesis, y sobra O₂ que sale. De noche solo hay respiración, y la planta se comporta como un animal. Al abrir los estomas la planta también pierde vapor de agua (transpiración).
Las plantas intercambian gases por los estomas de las hojas. Explica cómo este intercambio se relaciona con la fotosíntesis y con la respiración celular, y qué ocurre…
Las plantas intercambian gases por los estomas de las hojas. Explica cómo este intercambio se relaciona con la fotosíntesis y con la respiración celular, y qué ocurre con el intercambio de gases durante el día y durante la noche.
Respirar en altitud y según el tamaño
Ernesto en el Turquino
A mayor altura, la presión del aire baja y cada inspiración trae menos moléculas de O₂, aunque el porcentaje de oxígeno sea el mismo. La sangre capta menos O₂ y las células reciben menos, lo que afecta la respiración celular y la producción de ATP.
El organismo responde para mantener la homeostasia:
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Sensores detectan el descenso de O₂ en la sangre (receptores).
-
El centro respiratorio del encéfalo aumenta la frecuencia y la profundidad de la respiración (efectores: músculos respiratorios).
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Aumenta la frecuencia cardíaca para llevar más sangre a los tejidos.
-
A largo plazo (aclimatación) se producen más glóbulos rojos y más hemoglobina.
Es una retroalimentación negativa: la falta de O₂ desencadena respuestas que corrigen la falta.
Vuelve al principio: Ernesto respira más rápido porque su cuerpo intenta compensar el menor aporte de O₂ para que sus mitocondrias sigan produciendo ATP.
Ernesto sube al Pico Turquino y siente que respira más rápido a medida que gana altura. Analiza por qué cambia su ritmo respiratorio en altitud y qué respuestas del…
Ernesto sube al Pico Turquino y siente que respira más rápido a medida que gana altura. Analiza por qué cambia su ritmo respiratorio en altitud y qué respuestas del organismo ayudan a mantener el aporte de oxígeno a las células. Argumenta cómo se relaciona esto con la homeostasia y con la respiración celular.
Insecto, lombriz y mamífero
El tamaño impone límites: la difusión solo es eficaz en distancias muy cortas.
| Lombriz de tierra | Insecto | Mamífero | |
|---|---|---|---|
| Superficie | piel húmeda | tráqueas | pulmones |
| Circulación | cerrada; la sangre con hemoglobina transporta los gases | la sangre (hemolinfa) no transporta O₂ | cerrada; la sangre transporta O₂ y CO₂ |
| Tamaño | cuerpo delgado | pequeño | grande |
En el insecto, las tráqueas llevan el aire directamente hasta las células. Como la difusión por los tubos de aire es rápida pero solo eficaz a corta distancia, el cuerpo no puede ser muy grande ni muy grueso: el O₂ no llegaría al interior en cantidad suficiente. La lombriz depende de la piel, y si fuera gruesa el O₂ no alcanzaría el centro del cuerpo. El mamífero, con pulmones muy extensos y sangre que lleva los gases, supera esos límites.
Compara las adaptaciones respiratorias de un insecto, de una lombriz de tierra y de un mamífero. Considera la superficie de intercambio, el papel del sistema…
Compara las adaptaciones respiratorias de un insecto, de una lombriz de tierra y de un mamífero. Considera la superficie de intercambio, el papel del sistema circulatorio en el transporte de gases y el tamaño del organismo. Argumenta por qué los insectos, con sus tráqueas, no necesitan que la sangre transporte el oxígeno, y qué limitación de tamaño esto puede implicar.