Circulação e Respiração
Como os animais adquirem oxigénio e eliminam dióxido de carbono, e como as bombas e os vasos distribuem estas e outras substâncias pelo corpo para satisfazer a procura metabólica.
Definition
A respiração, neste sentido fisiológico, é a troca de oxigénio e dióxido de carbono entre um animal e o seu ambiente e o seu transporte para e dos tecidos; a circulação é o movimento em massa de sangue ou hemolinfa por um sistema de bomba e vasos que distribui gases, nutrientes, resíduos, hormonas e calor por todo o corpo.
Scope
Esta área abrange a fisiologia comparativa da troca gasosa e do transporte interno: superfícies respiratórias como brânquias, pulmões e traqueias; a ligação e o transporte de oxigénio por pigmentos respiratórios; a estrutura e função dos corações e sistemas circulatórios; e a regulação da respiração e dos gases sanguíneos, incluindo o equilíbrio ácido-base. Abrange os princípios físicos da difusão e convecção e a diversidade de soluções que os animais desenvolveram em ambientes aquáticos, aéreos e terrestres. A cobertura é comparativa e mecanicista, em vez de clínica.
Sub-topics
Core questions
- Como as superfícies respiratórias maximizam a troca gasosa em diferentes meios, como água e ar?
- Como os pigmentos respiratórios carregam oxigénio onde ele é abundante e o libertam onde é necessário?
- Como os sistemas circulatórios e os corações são organizados para mover o sangue eficientemente em animais de diferentes tamanhos e estilos de vida?
- Como os animais detetam e regulam os seus gases sanguíneos e mantêm o equilíbrio ácido-base?
Key theories
- Ligação cooperativa de oxigénio e a curva de dissociação sigmoide
- Pigmentos respiratórios como a hemoglobina ligam o oxigénio cooperativamente, resultando numa curva de dissociação sigmoide que promove o carregamento eficiente na superfície respiratória e a descarga em tecidos ativos, com a posição da curva alterada pelo dióxido de carbono, pH e temperatura.
- Design de convecção-difusão do transporte de gases
- A troca gasosa eficaz combina a entrega convectiva de meio e sangue para e de uma superfície respiratória fina com a difusão através dela, e arranjos como o fluxo contracorrente nas brânquias maximizam os gradientes que impulsionam a difusão.
Mechanisms
A troca gasosa depende da difusão através de superfícies respiratórias finas e de grande área, mantidas abastecidas pela ventilação do meio externo e pela perfusão sanguínea. As brânquias utilizam o fluxo contracorrente de água e sangue para manter elevados os gradientes de difusão; os pulmões utilizam o fluxo tidal ou, nas aves, o fluxo unidirecional; os insetos entregam oxigénio diretamente aos tecidos através das traqueias. O oxigénio é transportado principalmente ligado a pigmentos respiratórios, cuja ligação cooperativa e sensibilidade ao CO2, pH e temperatura ajustam o carregamento e a descarga. Os corações geram pressão para impulsionar o sangue através de sistemas circulatórios abertos ou fechados, e a resistência e capacitância vasculares distribuem o fluxo. A respiração e a circulação são reguladas por quimiorreceptores que monitorizam O2, CO2 e pH, ajustando a ventilação e o débito cardíaco, enquanto o tamponamento e a troca iónica mantêm o equilíbrio ácido-base.
Clinical relevance
O trabalho comparativo em mamíferos mergulhadores, espécies de alta altitude e peixes que respiram ar ilumina os limites do desempenho cardiorrespiratório humano e informa a pesquisa sobre hipoxia, exercício e função respiratória e cardiovascular. Esta entrada é educacional e não fornece orientação médica.
History
Os estudos de August Krogh sobre a função capilar e a troca gasosa e a descoberta de Christian Bohr do efeito do dióxido de carbono na ligação do oxigénio estabeleceram as bases da fisiologia respiratória. Schmidt-Nielsen e outros estenderam o campo às notáveis adaptações de animais do deserto, mergulhadores e de alta altitude, enquadrando a circulação e a respiração como problemas de design sob restrições físicas.
Key figures
- August Krogh
- Knut Schmidt-Nielsen
- Christian Bohr
- John B. West
Related topics
Seminal works
- schmidtnielsen1997
- hill2016
- westsd2012
Frequently asked questions
- Por que o fluxo contracorrente é importante nas brânquias dos peixes?
- Fazer a água e o sangue fluírem em direções opostas mantém um gradiente de oxigénio ao longo de toda a superfície branquial, de modo que o sangue pode absorver muito mais oxigénio do que se os dois fluíssem juntos.
- O que torna a curva de dissociação do oxigénio em forma de S?
- A hemoglobina liga o oxigénio cooperativamente, de modo que a ligação de um oxigénio facilita a ligação do próximo; isso produz uma curva sigmoide que favorece o carregamento completo nos pulmões ou brânquias e a descarga pronta em tecidos ativos.