El Sistema Respiratorio Animal: Fundamentos y Adaptaciones
Los animales satisfacen sus necesidades energéticas mediante procesos catabólicos oxidativos de respiración celular, también conocida como respiración interna o metabólica. Estos procesos oxidan los nutrientes y obtienen energía en forma de ATP. Este proceso de respiración, que transcurre en las células, requiere oxígeno (O₂) y desprende dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).
Los organismos unicelulares pueden realizar el intercambio de gases por difusión simple a través de la membrana plasmática. Sin embargo, los animales más complejos necesitan de superficies respiratorias específicas para el intercambio de gases. Por esta razón, el término «respiración» tiene dos acepciones principales:
- Respiración interna celular o metabólica: Es el término aplicado a la utilización del oxígeno (O₂) captado por las células en los procesos catabólicos, con la consiguiente producción de dióxido de carbono (CO₂).
- Respiración externa: Consiste en el intercambio de gases entre el ambiente externo y los órganos respiratorios mediante mecanismos de ventilación, que captan oxígeno (O₂) y eliminan dióxido de carbono (CO₂) como producto de desecho.
La captación del oxígeno (O₂) hasta el interior de los animales y la eliminación de dióxido de carbono (CO₂) solo puede realizarse a través de superficies respiratorias húmedas, permeables y delgadas. Este proceso se lleva a cabo mediante mecanismos de ventilación e intercambio de gases que son distintos según se trate de ambientes acuáticos o terrestres.
Respiración en Ambientes Acuáticos: Desafíos y Soluciones
Los animales acuáticos dependen del oxígeno (O₂) disuelto en el agua para la respiración. Sin embargo, el medio acuático presenta amplias variaciones en su composición gaseosa. En general, la disponibilidad de oxígeno (O₂) en el agua es como máximo del 1% en volumen. En el agua marina, la proporción es inferior a la del agua dulce, y en ambos casos varía con la agitación y la temperatura (mayor en las aguas frías que en las cálidas). Los animales acuáticos han desarrollado diversos sistemas capaces de extraer el oxígeno (O₂) disuelto en el agua: por difusión a través de la piel (respiración cutánea) o mediante branquias.
Respiración Cutánea: Intercambio Gaseoso a Través de la Piel
El oxígeno (O₂) difunde desde el agua, a través de la superficie del organismo, hacia los líquidos que circulan por el cuerpo, ya sea la sangre o los líquidos celómicos. Este tipo de respiración está presente en animales invertebrados sencillos como poríferos, cnidarios, platelmintos, anélidos y larvas acuáticas. Algunos peces, como la anguila, complementan la respiración cutánea con la branquial.
Respiración Branquial: Órganos Especializados para el Agua
Conforme aumenta el volumen de los animales, la superficie externa no es lo suficientemente grande para encargarse de las necesidades respiratorias. Como respuesta, los animales más complejos aumentan las superficies respiratorias en contacto con el medio acuático mediante un sistema de branquias. Estas pueden ser externas o internas y están muy irrigadas por vasos sanguíneos, pues el oxígeno (O₂) debe difundirse desde el agua hasta los capilares sanguíneos de las branquias.
Tipos de Branquias:
- Branquias Externas: Son sistemas primitivos que poseen algunos invertebrados, como los gusanos marinos, las estrellas de mar y algunos anfibios acuáticos. Presentan ciertas desventajas, ya que pueden sufrir lesiones y entorpecer la locomoción; además, carecen de mecanismos de ventilación, lo que obliga al animal a nadar continuamente para renovar el agua que está en contacto con las branquias.
- Branquias Internas: Son sistemas más eficaces que poseen los peces y la mayoría de los invertebrados acuáticos, como moluscos y crustáceos. Están formadas por multitud de laminillas encerradas en una cavidad branquial que se ventila mediante un flujo continuo de agua, ya que en los organismos acuáticos es preciso renovar el agua que está en contacto con las branquias, pues la cantidad de oxígeno (O₂) disuelto es muy pequeña.
Sistemas de Ventilación en Branquias Internas:
- Branquias Internas de Invertebrados:
- En los moluscos bivalvos, las branquias se localizan en la cavidad del manto y son bañadas por la acción de unos cilios que crean flujos de agua (ventilación).
- En los moluscos cefalópodos, el agua entra en la cavidad del manto y baña las branquias; a continuación, se expele con fuerza por el sifón para que no se vuelva a ingerir la misma agua de nuevo inmediatamente. Este mecanismo se adaptó posteriormente para servir como sistema de locomoción, por propulsión a chorro.
- En los crustáceos, las branquias se ventilan mediante un apéndice torácico especial llamado escafognatito, semejante a un remo, que crea corrientes de agua y facilita la circulación por las zonas branquiales.
- Branquias Internas de Vertebrados: Peces Óseos:
- En los peces óseos, las branquias internas descansan sobre los arcos branquiales, de naturaleza ósea, sobre los cuales se disponen los filamentos branquiales, que constan de una serie de laminillas. Las branquias comunican con la cavidad bucal, así como con el medio acuático, y están cubiertas por un opérculo común que las protege.
Mecanismo de Ventilación de las Branquias Internas de los Peces Óseos:
El agua penetra por la boca, al mismo tiempo que se cierran los opérculos sobre el cuerpo. Una válvula impide que el agua se dirija al sistema digestivo, de modo que se ve forzada a ir a través de las laminillas, hasta salir por el opérculo que se abre. En este proceso, el O₂ se difunde desde el H₂O hasta los capilares sanguíneos a través del tamiz de las laminillas, a la vez que se elimina el CO₂.
Sistema de Contracorriente: Optimización del Intercambio Gaseoso
El intercambio de gases se realiza con eficacia, pues el H₂O pasa por las laminillas en dirección contraria a la de la circulación de la sangre, formando un sistema de contracorriente.