Circulación y Respiración
Cómo los animales adquieren oxígeno y eliminan dióxido de carbono, y cómo las bombas y los vasos distribuyen estas y otras sustancias por el cuerpo para satisfacer la demanda metabólica.
Definition
La respiración en este sentido fisiológico es el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre un animal y su entorno y su transporte hacia y desde los tejidos; la circulación es el movimiento masivo de sangre o hemolinfa por un sistema de bomba y vasos que distribuye gases, nutrientes, desechos, hormonas y calor por todo el cuerpo.
Scope
Esta área abarca la fisiología comparada del intercambio de gases y el transporte interno: superficies respiratorias como branquias, pulmones y tráqueas; la unión y el transporte de oxígeno por pigmentos respiratorios; la estructura y función de corazones y sistemas circulatorios; y la regulación de la respiración y los gases sanguíneos, incluido el equilibrio ácido-base. Abarca los principios físicos de difusión y convección y la diversidad de soluciones que los animales han desarrollado en la vida acuática, aérea y terrestre. La cobertura es comparativa y mecanicista, más que clínica.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo maximizan las superficies respiratorias el intercambio de gases en diferentes medios como el agua y el aire?
- ¿Cómo cargan los pigmentos respiratorios el oxígeno donde es abundante y lo liberan donde se necesita?
- ¿Cómo se organizan los sistemas circulatorios y los corazones para mover la sangre de manera eficiente en animales de diferentes tamaños y estilos de vida?
- ¿Cómo detectan y regulan los animales sus gases sanguíneos y mantienen el equilibrio ácido-base?
Key theories
- Unión cooperativa de oxígeno y la curva de disociación sigmoidea
- Los pigmentos respiratorios como la hemoglobina unen el oxígeno de forma cooperativa, lo que da una curva de disociación sigmoidea que promueve una carga eficiente en la superficie respiratoria y una descarga en los tejidos activos, con la posición de la curva desplazada por el dióxido de carbono, el pH y la temperatura.
- Diseño de convección-difusión del transporte de gases
- El intercambio de gases efectivo combina la entrega convectiva de medio y sangre hacia y desde una superficie respiratoria delgada con la difusión a través de ella, y arreglos como el flujo a contracorriente en las branquias maximizan los gradientes que impulsan la difusión.
Mechanisms
El intercambio de gases depende de la difusión a través de superficies respiratorias delgadas y de gran área, que se mantienen abastecidas por la ventilación del medio externo y la perfusión de la sangre. Las branquias utilizan el flujo a contracorriente de agua y sangre para mantener altos los gradientes de difusión; los pulmones utilizan un flujo tidal o, en las aves, unidireccional; los insectos entregan oxígeno directamente a los tejidos a través de las tráqueas. El oxígeno se transporta principalmente unido a pigmentos respiratorios cuya unión cooperativa y sensibilidad al CO2, pH y temperatura ajustan la carga y descarga. Los corazones generan presión para impulsar la sangre a través de sistemas circulatorios abiertos o cerrados, y la resistencia y capacitancia vascular distribuyen el flujo. La respiración y la circulación están reguladas por quimiorreceptores que monitorean el O2, CO2 y pH, ajustando la ventilación y el gasto cardíaco, mientras que el tamponamiento y el intercambio iónico mantienen el equilibrio ácido-base.
Clinical relevance
El trabajo comparativo sobre mamíferos buceadores, especies de gran altitud y peces que respiran aire ilumina los límites del rendimiento cardiorrespiratorio humano e informa la investigación sobre hipoxia, ejercicio y función respiratoria y cardiovascular. Esta entrada es educativa y no proporciona orientación médica.
History
Los estudios de August Krogh sobre la función capilar y el intercambio de gases y el descubrimiento de Christian Bohr del efecto del dióxido de carbono en la unión del oxígeno establecieron las bases de la fisiología respiratoria. Schmidt-Nielsen y otros extendieron el campo a las notables adaptaciones de los animales del desierto, buceadores y de gran altitud, enmarcando la circulación y la respiración como problemas de diseño bajo limitaciones físicas.
Key figures
- August Krogh
- Knut Schmidt-Nielsen
- Christian Bohr
- John B. West
Related topics
Seminal works
- schmidtnielsen1997
- hill2016
- westsd2012
Frequently asked questions
- ¿Por qué es importante el flujo a contracorriente en las branquias de los peces?
- Hacer que el agua y la sangre fluyan en direcciones opuestas mantiene un gradiente de oxígeno a lo largo de toda la superficie branquial, por lo que la sangre puede absorber mucho más oxígeno que si los dos fluyeran juntos.
- ¿Qué hace que la curva de disociación del oxígeno tenga forma de S?
- La hemoglobina une el oxígeno de forma cooperativa, por lo que la unión de un oxígeno facilita la siguiente; esto produce una curva sigmoidea que favorece la carga completa en los pulmones o branquias y la descarga rápida en los tejidos activos.