Trocas gasosas nos animais

Biologia e Geologia  Prof. Nuno Meia-Onça

Trocas gasosas

Trocas gasosas em diferentes meios

• As trocas gasosas que os organismos vivos realizam são manifestações do seu complexo metabolismo celular.

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• Os gases trocados entre os seres vivos e o meio são o oxigénio, o dióxido de carbono e o vapor de água.

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A atmosfera contém, em média 210 mL de O₂ por litro de ar (21%). Esta quantidade diminui com a altitude.

No oceano, a concentração máxima de oxigénio dissolvido é de cerca de 9 mg/L (ou seja, 0,009 g por litro), 0,001%. Este valor diminui com o aumento de temperatura e profundidade.

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• Os animais apresentam estruturas especializadas nas trocas gasosas – as superfícies respiratórias.

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• É através destas superfícies que o oxigénio entra e o dióxido de carbono sai do organismo.

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• Todas as superfícies respiratórias possuem as seguintes características em comum:
• Estruturas com espessura reduzida em muitos casos com apenas uma camada de células;
• Sempre húmidas de modo a permitir a difusão de gases;
• Grande superfície de contacto entre o meio interno e o meio externo;
• Muito vascularizadas.

Superfícies Respiratórias

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Superfícies Respiratórias

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Difusão Direta

• A hidra apresenta apenas duas camadas de células, contactando ambas diretamente com a água.
• A planária apresenta uma forma achatada que proporciona uma grande superfície relativamente ao volume, por isso a grande maioria das células contacta diretamente com o meio externo.

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• Os artrópodes terrestres como os insetos, aranhas e escorpiões possuem uma rede de túbulos – as traqueias.

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• As traqueias ramificam-se no interior do animais em canais mais estreitos – as traquíolas.

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• A entrada dos gases ocorre através de orifícios localizados na superfície do corpo – os espiráculos.

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Difusão Direta - Traqueias

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• No insetos voadores, em que o consumo de oxigénio é elevado, existem sacos aéreos que facilitam a ventilação.

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• O sistema circulatório (aberto) não participa na distribuição dos gases respiratórios, apenas de nutrientes.

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Difusão Direta - Traqueias

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• Os anfíbios e anelídeos realizam as trocas gasosas através do tegumento utilizando o fluido circulante – difusão indireta.
• Estes animais possuem glândulas mucosas que mantem a pele húmida e uma densa redes de vasos sanguíneos perto da superfície.
• Presente em anelídeos e anfíbios.

Hematose Cutânea

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Hematose Branquial

• Em seres aquáticos mais complexos há evaginações – prolongamentos para fora do corpo – onde ocorre difusão indireta.

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• Estas estruturas especializadas nas trocas gasosas dentro de água denominam-se brânquias e estão presentes em animais aquáticos como crustáceos, moluscos, anfíbios e peixes.

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Hematose Branquial

• Nos peixes cartilagíneos (tubarões e raias) as brânquias estão presentes em fendas branquiais abertas, nos peixes ósseos encontram-se protegidas pelo opérculo.

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(peixe ósseo)

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Trocas gasosas

Hematose Branquial

• Em cada brânquia podem observar-se estruturas ósseas chamadas arcos branquiais (1) que suportam filamentos branquiais (2). Estes estão inseridos obliquamente nos arcos branquiais e suportam duas arteríolas cada um. Entre estes dois vasos estabelece-se uma rede de capilares em dilatações do chamadas filamento lamelas branquiais (3).

1

2

3

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• As brânquias dos peixes são altamente vascularizadas e constituem uma grande superfície de contacto.

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• Para aproveitarem ao máximo o oxigénio disponível na água os peixes têm um sistema simples mas muito eficiente – o mecanismo contracorrente.

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• Neste mecanismo o sangue que irriga a superfície respiratória circula no sentido contrário da água.

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Para garantir um

fluxo contínuo de água, o peixe, com a fenda opercular fechada, abre a boca e cria uma

tensão de sucção.

A contração da cavidade bucal força a água para as brânquias e para o exterior, quando abre a fenda opercular.

Hematose Branquial

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• A colonização do ambiente terrestre por parte dos vertebrados foi possível graças a invaginações que protegeram as superfícies respiratórias da dessecação, mantendo a grande superfície de contacto com o ar – os pulmões.
• Presente em anfíbios, repteis, aves e mamíferos.

Os pulmões dos mamíferos têm a maior relação superfície/volume de todos os vertebrados.

Os pulmões das aves são pequenos e pouco elásticos, mas muito eficientes. Nas aves, o ar percorre os pulmões num só sentido.

Os pulmões dos anfíbios

são pequenos e pouco

compartimentados.

Hematose Pulmonar

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Hematose Pulmonar

• Durante o processo evolutivo, os sistemas respiratório adquiriram três adaptações:
• Aumento da superfície respiratória, por compartimentação,

ramificação e pregueamento no interior do pulmão.

• Ventilação mais eficiente, com participação de um maior número de músculos e estruturas.
• Circulação sanguínea mais eficaz, por aumento da

vascularização e aquisição de circulação dupla e completa.

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Hematose Pulmonar

• A ventilação pulmonar é o conjunto de movimentos respiratórios que permitem a inspiração (entrada de ar rico em O₂) e a expiração (saída de ar rico em CO₂).�Funciona graças a alterações de volume da caixa torácica, que provocam variações de pressão no interior dos pulmões, permitindo o fluxo de ar:

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Hematose Pulmonar

• Na Inspiração ocorre a entrada de ar, rico em oxigénio:
• Diafragma contrai → desce e fica mais plano.
• Músculos intercostais externos contraem, puxando as costelas para cima e para fora.
• A caixa torácica expande-se, aumentando o volume da cavidade torácica.
• O volume pulmonar aumenta e a pressão intrapulmonar baixa (fica inferior à pressão atmosférica).
• O ar entra nos pulmões.

Os músculos

intercostais

externos

contraem.

O diafragma contrai.

Inspiração

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Hematose Pulmonar

Os músculos

intercostais

externos

relaxam.

Expiração

O diafragma relaxa.

• Expiração (saída de ar)
• Diafragma relaxa e sobe, voltando à forma de cúpula.
• Músculos intercostais externos relaxam, as costelas descem e movem-se para dentro.
• A caixa torácica diminui de volume.
• O volume pulmonar diminui levando ao aumento da pressão intrapulmonar (fica superior à pressão atmosférica).
• O ar sai dos pulmões.

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• Nos anfíbios a ventilação pulmonar é feita apenas com recursos à musculatura bucal (não apresentam costelas nem diafragma).

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• A ventilação pulmonar é insuficiente e, portanto, tem de ser auxiliada pela respiração cutânea.

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• Para além destes fatores, possuem circulação incompleta, o que os impede de terem taxas metabólicas muito elevadas.

Hematose Pulmonar - Anfíbios

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• Nas aves, o sistema respiratório é constituído por vias respiratórias, sacos aéreos posteriores, anteriores e pulmões.
• Os sacos aéreos diminuem a densidade da ave, ajudam a dissipar o calor e constituem reservas de ar.
• No interior dos pulmões, existem estruturas tubulares, parabrônquios, onde ocorre a hematose.
• Os movimentos respiratórios são da responsabilidade de vários músculos, que levam à expansão ou contração dos sacos aéreos, visto que os pulmões

são relativamente rígidos.

• O ar flui num só sentido, o que o torna

mais eficaz, permitindo as aves

respirarem em altitudes elevadas.

Hematose Pulmonar - Aves

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Ventilação nas aves

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Inspiração 1:

Passagem do ar pelas vias respiratórias para os sacos aéreos posteriores.

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Expiração 1:�Passagem do ar para os pulmões e hematose pulmonar.

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Inspiração 2

Passagem do ar para os sacos aéreos anteriores.

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Expiração 2

Passagem do ar das vias respiratórias para o exterior.��O ar só flui num sentido.

Hematose Pulmonar - Aves

Inspiração 1

Inspiração 2

Expiração 2

Expiração 1

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• No ser humano, tal como em outros mamíferos, a ventilação pulmonar envolve um número alargado de músculos.

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• O ar entra pelas vias respiratórias superiores até atingir os alvéolos.

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• Nos alvéolos ocorre a hematose pulmonar.

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• O facto de existirem os alvéolos pulmonares com

uma grande superfície de contacto e muito

vascularizados permitiram a colonização com

sucesso de todos os ambientes terrestres

devido a taxas metabólicas muito elevadas.

Hematose Pulmonar - Mamíferos

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Hematose Pulmonar - Mamíferos

A superfície respiratória dos pulmões humanos é extraordinariamente grande, porque os alvéolos pulmonares aumentam muito a área de contacto entre o ar e o sangue.

• Em média, um adulto possui cerca de 300 a 500 milhões de alvéolos.
• A área total de troca gasosa é de aproximadamente 70 m² (pode variar entre 50 e 100 m² consoante a estatura, sexo e condição física do indivíduo).

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Trocas gasosas

Trocas gasosas nos animais – pulmões

• A troca de gases ao nível dos tecidos ou dos alvéolos ocorre sempre por difusão.

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