La utilización del

alimento

El aparato

respiratorio

Tema 11

LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE LOS ALIMENTOS

Para que los nutrientes liberen laenergía que contienen es necesarioque se degraden.

Esta degradación se producen en elcatabolismo celular, conoxígeno, producción de energía ysustancias de desecho:agua, dióxido de carbono y residuosnitrogenados.

La energía obtenida en estosprocesos puede disiparse en formade calor o almacenarse en forma deATP (moneda de intercambioenergético) hasta que el organismola necesite

Degradación de materia orgánica

Procesos anaerobios

(sin oxígeno)

Fermentación

Libera poca energía (2 ATP por cada molécula de glucosa)

Procesos aerobios

(con oxígeno)

Respiración celular

Libera mucha energía (36 ATP por cada molécula de glucosa)

Se puede realizar de dos

formas:

En animales:

Realizar trabajos mecánicos

Transmitir el impulso nervioso

Transportar sustancias en el interior

Regular la temperatura corporal (Homeotermos)

En vegetales

Incorporan sustancias nutritivas a partir de las del

suelo: sales minerales

Apertura y cierre de estomas

Transporte de nutrientes

UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA EN LOS SERES VIVOS

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LOS ALIMENTOS

No todos los alimentos producen la misma cantidad de energía debido a su diferente composición.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LOS ALIMENTOS

La FAO recomienda una cantidad mínima de energía (en calorías) que debe tener toda persona para cumplir con sus necesidades energéticas.

Este aporte energético debe proceder de una dieta equilibrada

No todos los alimentos producen la misma energía:

• 1 g glúcidos: 4 Kcal• 1g lípidos: 9 Kcal• 1 g proteínas: 4 Kcal

• Reduce el colesterol porque los alimentos que la forman contienen pocas grasas saturadas.

• Minimiza los problemas cardiovasculares.• Retrasa el envejecimiento por ser rica en antioxidantes que se encuentran en los

vegetales, frutas, legumbres, hortalizas y cereales integrales.

La dieta Mediterránea es una dieta sana y equilibrada que además tiene efectos favorables para la salud:

LA RESPIRACIÓN EN ANIMALES

La respiración celular es idéntico en animales y vegetales, e implica un continuo intercambio de gases entre las células y el medio externo, entra oxígeno y sale dióxido de carbono.

En los animales, para que se de esteintercambio en todas las células esnecesario un sistema circulatorio quetransporte el oxígeno, y retireel dióxido de carbono.

El intercambio de estos gases seproduce por medio del sistemarespiratorio y a través de la respiraciónexterna.

La respiración se divide en tres fases:

Respiración fisiológica:

Consiste en captar oxígeno del exterior y expulsar dióxido de carbono.

Intercambio de gases:

El O2 captado del exterior difunde en el líquido interno que baña las células del animal y el CO2

sale al medio externo.

Respiración celular o mitocondrial:

Oxidación de materia orgánica utilizando O2 y liberando CO2.

Respiración fisiológica o ventilación pulmonar

Así se llama a la entrada y salida de aire de los pulmones. Consta de dos movimientos respiratorios: inspiración y espiración.

INSPIRACIÓN:

Se produce por contracción del diafragma (desciende) y de los

músculos que elevan las costillas. Aumento de la capacidad

torácica y entrada de aire en los pulmones.

ESPIRACIÓN:

Ocurre lo contrario que en la inspiración: diafragma y los músculos de las costillas se

relajan, disminuyendo la capacidad torácica. Esto provoca

la salida pasiva del aire.

Intercambio de gases

• Las paredes de los alvéolos pulmonares son muy delgadas y están rodeadas poruna red de capilares sanguíneos. Esto permite que se produzca el intercambiode gases entre el aire y la sangre.

• En los alvéolos se realiza el intercambio de gases (O2 y CO2) entre el aire quehay en el interior de los alvéolos y la sangre que circula por los capilaressanguíneos.

• El intercambio de gases ocurre mediante un proceso físico llamado difusión,que consiste en que las moléculas se desplazan desde donde hay másconcentración a donde hay menos.

• Cuando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido en CO2 y muyescaso en O2 .

• El O2 pasa por difusión a través de las paredes alveolares y capilares a la sangre.Allí es transportada por la hemoglobina, localizada en los glóbulos rojos, que lallevará hasta las células del cuerpo donde por el mismo proceso de difusiónpasará al interior para su posterior uso.

• El O2 es transportado en la sangre por una molécula muy conocida, lahemoglobina, de intenso color rojo. En ella hay hierro y es a él al que se uneel O2 .

• La hemoglobina está dentro de los glóbulos rojos o hematíes. Tiene unapeculiaridad: tiene más apetencia por la molécula de monóxido decarbono (tóxico) que por la de O2 .

• El CO2 se transporta disuelto en el plasma sanguíneo (la parte líquida de lasangre).

• En las células, el intercambio se produce en sentido contrario: el O2 pasa dela sangre a los tejidos y el CO2 pasa de los tejidos a la sangre.

• Las células toman el O2 que les lleva la sangre y/o utilizan para quemar losalimentos que han absorbido, lo que se conoce como respiracióncelular, allí producen la energía que el cuerpo necesita y en especial el calorque mantiene la temperatura del cuerpo humano a unos 37 grados.

Mecanismo de intercambio

Se denomina difusión y se basa en lasdiferencias de concentración de losgases, CO2 y O2 , (entre la sangre y el aireque entra dentro de los pulmones).

Los gases pasan del lugar de masconcentración al de menos concentraciónen este caso, en el aire la concentración deoxígeno es mayor que en los capilares quellegan a los pulmones, por lo tanto el CO2

pasa al interior de la sangre.

Con el CO2 pasa lo contrario; suconcentración en la sangre es mayor queen el aire de los pulmones y por lo tantosale de la sangre.

La sangre que llega a los pulmones tiene unalto contenido en CO2 y muy escaso en O2. ElO2 pasa por difusión a través de las paredesalveolares y capilares a la sangre. Allí estransportada por la hemoglobina, que lallevará hasta las células del cuerpo donde porel mismo proceso de difusión pasará al interiorpara su posterior uso.

El mecanismo de intercambio de CO2 es igual,pero en sentido contrario, pasando el CO2 a losalvéolos. El CO2, se transporta disuelto en elplasma sanguíneo y también en parte lotransportan los glóbulos rojos.

SUPERFICIES DE INTERCAMBIO

Para realizar el intercambio gaseoso es necesario que la estructuraimplicada cumpla las siguientes condiciones:

•Las paredes del órgano donde seproduce el intercambio de gasesdeben ser delgadas (facilita ladifusión).

•La superficie debe estar húmeda, yaque el agua facilita la difusión.

•La zona adyacente debe estar muyirrigada, es decir, con mucho líquidodel medio interno del animal (sangrehemolinfa…), de forma que los gasespuedan ser captados o expulsadosrápidamente.

SISTEMAS RESPIRATIORIOS

Animales poco evolucionados

Difusión

Animales más evolucionados

Sistemas especializados,

dependen del tipo de organismo

Cutánea

Traqueal

Branquial

Pulmonar

Protozoos, esponjas y celentéreos, el O2 disuelto en el agua pasa por difusión a las células y de la misma forma el CO2 se difunde al agua.

Animales poco evolucionados

CO2

O2

O2

O2

O2

Video sobre los distintos tipos de respiración http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=_IWk0_6_hfw

RESPIRACIÓN CUTÁNEA

Se necesita que la piel seafina y permeable a los gases,además de estarcontinuamente húmeda.La piel además tienenumerosos capilares pordebajo.En general se da en animalesde pequeño tamaño ynecesidades de oxígenobajas.

Se da en animales que viven en ambientes húmedos oacuáticos como ciertos anélidos, algunos artrópodos yanfibios (que además tienen pulmones).

RESPIRACIÓN TRAQUEAL

Propia de insectos y otros artrópodos terrestres.

Este aparato está formado por una serie de tubos, las tráqueas, con quitina para no aplastarse, producidas por invaginaciones del tegumento, en las que el aire entra a través de unos pequeños orificios de la superficie del cuerpo, llamados estigmas o espiráculos

Las tráqueas se van ramificando ydisminuyendo de diámetro, hasta quecontactan directamente con las células, serealiza el intercambio gaseoso por difusión.Son las traqueolas, sin quitina y llenas delíquido. No necesitan, por tanto, un aparatocirculatorio para el transporte de gases.

La renovación o ventilación, se consigue pormovimientos de paredes corporales o de lostubos.

Los insectos voladores, que necesitan mayorrenovación, presentan sacos elásticos (sacosaéreos) que se expanden y contraen gracias almovimiento del cuerpo

RESPIRACIÓN BRANQUIAL

La cantidad de O2 disuelto en el agua es 1% por lo que los organismos acuáticos deben incrementar la superficie respiratoria para obtener la cantidad de O2

necesaria. Las branquias son características de animales acuáticos, como algunos anélidos, moluscos, crustáceos, equinodermos y peces.Son proyecciones de la superficie externa del cuerpo o de la capa interna del intestino hacia el exterior del animal, muy vascularizadas.Están formadas por muchas laminillas con diferentes formas, para facilitar el intercambio de gases y reducir el gasto energético de la ventilación. El agua que baña las branquias debe circular y renovarse continuamente

Hay dos tipos de branquias: externas e internas. Las primeras evolutivamente son más primitivas.

Son propias de algunos anélidos marinos, crustáceos y larvas de insectos y anfibios.

Expansiones externas de la superficie.Principales inconvenientes frente a las internas

• Sufren lesiones• Entorpecen locomoción• Obligan a realizar continuos

desplazamientos (no tienen mecanismos de ventilación)

Branquia externa

Branquia interna

Son más complejas. La introducción de unas branquias en la cavidad favorece la aparición de un mecanismo de ventilación que permite una mayor protección de superficies respiratorias (son menos vulnerables) y mayor aerodinamismo del cuerpo.

Son propias de los peces y además algunos moluscos y crustáceos.

Branquia interna

Los peces sujetan y extienden lasbranquias mediante arcos branquiales.

En tiburones y rayas aparecen cincoarcos (seis en los menos evolucionados)y cuatro arcos en los peces óseos.

Una estructura ósea llamada opérculo,protege estos arcos branquiales.

El agua circula desde la boca a lashendiduras branquiales, presionada porla lengua y creando una corriente quefavorece el intercambio gaseoso entre labranquia y el agua.

Branquias al SEM

PECES CARTILAGINOSOS

El agua penetra por los espiráculos y sale a través de

cinco hendiduras branquiales, a ambos lados.

Carece de ventilación y se mueven de manera continua.

vs.

PECES TELEÓSTEOS.

Branquias cubiertas por opérculo. Cada branquia formada por

muchos filamentos con numerosas laminillas branquiales

para aumentar la superficie de intercambio.

Los filamentos están cubiertos de numerosos capilares.

La ventilación es por el movimiento del opérculo.

RESPIRACIÓN PULMONAR

• Es el sistema respiratorio más eficaz

• Es característico de algunos invertebrados y anfibios, reptiles, aves y mamíferos.

• El intercambio de gases se produce en cavidades internas de paredes finas muy vascularizadas: pulmones

• Comunicados con exterior a través de las vías respiratorias, que sirven además para humedecer y limpiar el aire que entra.

EVOLUCIÓN DEL SISTEMA PULMONALSu

pe

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amb

io En los anfibios es pequeña pero va aumentado hasta llegar a los mamíferos

Mec

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tila

ció

n En los anfibios, el aire es tragado y empujado a los pulmones gracias a la boca, el resto de grupos tienen mecanismos de ventilación

Cir

cula

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ulm

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ar En aves y mamíferos la eficacia respiratoria es mayor porque tienen una circulación doble completa

MODELOS DE SISTEMAS PULMONARES

Algunas arañas tienen pulmones en libro. Se trata de cavidades internas cuya pared está muy replegada, formando láminas muy finas.

ANFIBIOS

Son los pulmones más simples. Son sacos sencillos con capilares. Su poca eficiencia hace que necesiten de la respiración cutánea

REPTILES Los pulmones disponen de mayor superficie de intercambio, ya que presenta tabiques.

A pesar de este aumento, son poco eficaces, todavía.

Las serpientes poseen un único pulmón desarrollado, para evitar excesiva compresión en un cuerpo tan estrecho.

Las tortugas acuáticas manifiestan zonas de intercambio de gases con el agua en la zona rectal, en el tubo digestivo. Además, poseen modificaciones en su sistema circulatorio, que les permiten aguantar mucho tiempo bajo el agua sin necesidad de capturar oxígeno de la superficie.

AVES

Tienen sacos aéreos, que actúan comoreserva de aire y aumentan la eficiencia de larespiración. Los pulmones reciben el aire delexterior mediante unos tubos ramificados.Además reciben el aporte de oxígeno de lossacos aéreos, que han sido llenados de airecuando el animal ha inspirado.

Este tipo de respiración es muy eficaz ya que el animal,al coger el aire, llena los pulmones y los sacos aéreos.

Los pulmones se pueden vaciar en la siguienteespiración y volver a llenarse con el aire de los sacos sinnecesidad de usar para respirar los músculos del vuelo,que son los mismos que sirven para inspirar. Además, elanimal reduce su densidad al llenar su interior de aire.

MAMÍFEROS

En mamíferos, los pulmones muestran gran desarrollo de su superficie interna. Una serie de tubos ramificados transporta el aire a los sacos alveolares, compuestos por pequeñas cámaras, llamadas alveolos, que son los lugares donde se produce el intercambio gaseoso con la sangre.

LA RESPIRACIÓN EN VEGETALES

No requieren un aparato respiratorio debido a sus características particulares:

• Menor necesidad de oxígeno que los animales (tasas de respiración celular más bajas)

• Tejidos vivos cercanos al exterior (es más fácil capturar el oxígeno)• Existen muchos espacios entre las células por los cuales pueden pasar los gases.

Las estructuras especializadas en el intercambio de gases son los estomas y las lenticelas

RELACIÓN ENTRE FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR