Sistema Respiratório: Funções e Órgãos

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Sistema	
  respiratório	
  
Prof.	
  Dra.	
  Bruna	
  Bezerra	
  
	
  
*  Um	
  sistema	
  metabólico	
  eficiente,	
  as	
  células	
  dos	
  
vertebrados	
  precisam	
  repor	
  oxigênio	
  utilizado	
  e	
  
eliminar	
  os	
  subprodutos	
  acumulados	
  durante	
  o	
  
metabolismo.	
  Para	
  isso,	
  utilizam:	
  
*  Sistema	
  respiratório	
  	
  
*  Envolve	
  a	
  troca	
  gasosa	
  entre	
  a	
  superfície	
  de	
  um	
  organismo	
  
e	
  seu	
  ambiente	
  
*  Sistema	
  circulatório	
  
*  Conecta	
  as	
  células	
  de	
  dentro	
  do	
  corpo	
  com	
  o	
  meio	
  exterior	
  
Sistema	
  respiratório	
  
*  A	
  água	
  é	
  mais	
  densa	
  e	
  mais	
  viscosa	
  que	
  o	
  ar	
  e	
  contém	
  
menos	
  O2	
  
*  As	
  bombas	
  de	
  ventilação	
  dos	
  vertebrados	
  diferem	
  na	
  
água	
  e	
  no	
  ar	
  
Sistema	
  respiratório	
  
*  Presença	
  de	
  “bombas”	
  que	
  movimentam	
  fluidos	
  (ar	
  e	
  
água	
  na	
  respiração;	
  sangue	
  na	
  circulação)	
  
*  Nos	
  peixes,a	
  bomba	
  predominante	
  é	
  o	
  aparato	
  
branquial	
  (conduz	
  água	
  através	
  da	
  brânquias)	
  e	
  sua	
  
musculatura	
  
*  Nos	
  tetrápodes,	
  um	
  exemplo	
  de	
  bomba	
  é	
  a	
  caxa	
  
torácica	
  (algumas	
  vezes	
  auxiliada	
  pelo	
  diafragma	
  para	
  
movimentar	
  o	
  ar	
  dos	
  pulmões)	
  e	
  a	
  cavidade	
  bucal	
  
*  A	
  bomba	
  do	
  sistema	
  circulatório	
  é	
  o	
  coração	
  
*  Outros	
  aparatos	
  complementares	
  	
  
Sistema	
  respiratório	
  
*  Embora	
  funcionalmente	
  distintos,	
  o	
  sistema	
  respiratório	
  e	
  
o	
  circulatório	
  estão	
  funcionalmente	
  acoplados	
  no	
  processo	
  
de	
  respiração	
  
*  Ocorre	
  o	
  transporte	
  de	
  oxigênio	
  para	
  os	
  tecidos	
  e	
  a	
  
remoção	
  de	
  resíduos	
  metabólicos,	
  principalmente	
  CO2	
  
*  Respiração	
  interna	
  
*  Troca	
  gasosa	
  entre	
  o	
  sangue	
  e	
  os	
  tecidos	
  profundos	
  do	
  corpo	
  
*  Respiração	
  externa	
  
*  Troca	
  gasosa	
  entre	
  o	
  ambiente	
  e	
  o	
  sangue	
  através	
  da	
  
superfície	
  respiratória	
  
Sistema	
  respiratório	
  
*  Difusão	
  de	
  gases	
  entre	
  o	
  ambiente	
  e	
  o	
  organismo	
  (O2	
  
entra	
  e	
  sai	
  CO2)	
  
*  Ocorre	
  ventilação:	
  processo	
  ativo	
  de	
  mover	
  o	
  meio	
  
respiratório	
  (água	
  ou	
  ar)	
  através	
  da	
  superfície	
  de	
  troca	
  
*  Ocorre	
  apnéia:	
  cessação	
  do	
  movimento	
  do	
  meio	
  
respiratório,	
  prender	
  a	
  respiração	
  
*  Ocorre	
  perfusão:	
  bombeamento	
  de	
  sangue	
  por	
  um	
  órgão	
  
através	
  de	
  capilares	
  
*  Basicamente,	
  os	
  órgãos	
  respiratórios	
  se	
  especializaram	
  na	
  
ventilação	
  para	
  transportar	
  oxigênio	
  e	
  remover	
  CO2	
  
acumulado	
  durante	
  a	
  perfusão	
  
Respiração	
  externa	
  
*  Brânquias	
  
*  Pulmões	
  
*  Bexigas	
  de	
  gás	
  
*  Órgãos	
  respiratórios	
  cutâneos	
  
Órgãos	
  respiratórios	
  
*  Projetadas	
  para	
  respiração	
  na	
  água	
  
Brânquias	
  
*  São	
  densos	
  leitos	
  capilares	
  na	
  região	
  branquial,	
  que	
  servem	
  para	
  
respiração	
  externa	
  
*  As	
  trocas	
  gasosas	
  ocorrem	
  no	
  meio	
  aquático	
  onde	
  há	
  uma	
  
absorção	
  de	
  
*  O2	
  dissolvido	
  na	
  água	
  e	
  liberação	
  de	
  CO2.	
  
*  São	
  sustentadas	
  por	
  elementos	
  esqueléticos,	
  os	
  arcos	
  branquiais	
  
*  De	
  maneira	
  geral,	
  não	
  se	
  prestam	
  para	
  a	
  respiração	
  aérea.	
  Se	
  
removermos	
  um	
  peixe	
  da	
  água,	
  os	
  moles	
  filamentos	
  branquiais	
  
aderem-­‐se	
  uns	
  aos	
  outros	
  fazendo	
  com	
  que	
  a	
  maior	
  parte	
  da	
  
superfície	
  da	
  brânquia	
  não	
  entre	
  em	
  contato	
  com	
  o	
  ar.	
  
*  Em	
  alguns	
  casos,	
  as	
  brânquias	
  podem	
  ser	
  modificadas	
  para	
  
permitir	
  a	
  respiração	
  aérea	
  e	
  nesse	
  caso	
  estão,	
  freqüentemente,	
  
cobertas	
  ou	
  localizadas	
  numa	
  cavidade	
  que	
  ajudam	
  a	
  reduzir	
  a	
  
evaporação	
  da	
  água.	
  
Brânquias	
  
*  O	
  mecanismo	
  de	
  ventilação	
  das	
  brânquias	
  depende	
  delas	
  serem	
  
localizadas	
  internamente	
  ou	
  externamente	
  
*  Branquias	
  internas:	
  associadas	
  à	
  fendas	
  e	
  bolsas	
  faríngeas.	
  São	
  
protegidas	
  lateralmente	
  por	
  dobras	
  de	
  pele	
  mole	
  como	
  o	
  septo	
  
interbranquial	
  dos	
  condrictes	
  ou	
  um	
  opérculo	
  duro	
  como	
  nos	
  
osteíctes.	
  Nesse	
  caso,	
  a	
  ventilação	
  se	
  dá	
  por	
  uma	
  bomba	
  
muscular	
  na	
  cavidade	
  bucal	
  que	
  conduz	
  ativamente	
  água	
  através	
  
das	
  brânquias	
  internas	
  
*  Brânquias	
  externas:	
  leitos	
  capulares	
  filamentosos	
  que	
  se	
  
projetam	
  para	
  a	
  água	
  circundante.	
  Comuns	
  em	
  muitas	
  larvas	
  de	
  
vertebrados,	
  incluindo	
  peixes	
  pulmonados,	
  alguns	
  
actinopterígios	
  e	
  anfíbios.	
  Ventilação	
  acontece	
  pelo	
  fluxo	
  da	
  
corrente	
  de	
  água,	
  que	
  movimentam	
  os	
  capilares	
  
Brânquias	
  
*  Internas	
  
Brânquias	
  
*  Externas	
  
Brânquias	
  
Brânquias	
  
*  Sistema	
  contracorrente	
  
*  Troca	
  por	
  contracorrente	
  
entre	
  os	
  capilares	
  de	
  duas	
  
lamelas	
  adjacentes	
  e	
  o	
  fluxo	
  
de	
  água	
  entre	
  elas.	
  Por	
  
conta	
  das	
  direções	
  opostas	
  
dos	
  fluxos	
  do	
  sangue	
  e	
  da	
  
água	
  é	
  mantido	
  um	
  
gradiente	
  de	
  difusão	
  à	
  
medida	
  que	
  se	
  processam	
  as	
  
trocas	
  
Brânquias	
  
Pulmões	
  
*  Projetados	
  para	
  respiração	
  aérea	
  
*  Sacos	
  elásticos	
  alojados	
  dentro	
  do	
  corpo	
  
*  Volume	
  do	
  pulmão	
  aumenta	
  e	
  diminui	
  de	
  acordo	
  com	
  o	
  ar	
  inspirado	
  
e	
  expirado	
  
*  Geralmente	
  pares	
  em	
  adultos	
  anfíbios,	
  répteis,	
  aves	
  e	
  mamíferos.	
  
*  Estão	
  conetados	
  com	
  o	
  ambiente	
  externo	
  através	
  da	
  traquéia	
  
*  A	
  traquéia	
  por	
  sua	
  vez,	
  tem	
  sua	
  entrada	
  controlada	
  pela	
  glote	
  
*  A	
  traquéia	
  de	
  ramifica	
  em	
  dois	
  brônquios,	
  um	
  para	
  cada	
  pulmão	
  
*  Em	
  algumas	
  espécies,	
  cada	
  bronquio	
  vai	
  se	
  dividir	
  em	
  bronquíolos	
  
*  O	
  pulmão	
  é	
  um	
  órgão	
  que	
  se	
  localiza	
  no	
  interior	
  do	
  corpo	
  do	
  animal	
  
e	
  possui	
  uma	
  superfície	
  de	
  trocas	
  gasosas	
  que	
  foi	
  aumentando	
  
conforme	
  a	
  evolução	
  das	
  espécies	
  
Pulmões	
  
Pulmões	
  
*  Pulmões	
  alveolares:	
  
apresenta	
  uma	
  grande	
  
superfície	
  de	
  trocas	
  
gasosas	
  e	
  ocorre	
  nos	
  
mamíferos.	
  
Pulmões	
  
*  Composição	
  do	
  ar	
  atmosférico	
  e	
  do	
  ar	
  exalado	
  
Pulmões	
  
Bexigas	
  de	
  Gás	
  
*  Saco	
  único	
  alongadolocalizado	
  dorsalmente	
  em	
  relação	
  ao	
  
trato	
  digestivo	
  
*  Pode	
  manter	
  uma	
  conexão	
  com	
  o	
  trato	
  digestivo	
  através	
  
do	
  duto	
  pneumático	
  
*  Quando	
  empregadas	
  para	
  controlar	
  a	
  flutuabilidade	
  dos	
  
peixes,	
  são	
  chamadas	
  de	
  bexiga	
  natatória	
  
*  Quando	
  fortemente	
  vascularizadas,	
  participam	
  da	
  
respiração	
  e	
  são	
  chamadas	
  de	
  bexigas	
  respiratórias	
  de	
  gás	
  
–	
  paredes	
  vasculares	
  internas	
  das	
  bexigas	
  de	
  gás	
  são	
  
subdivididas	
  em	
  muitas	
  partes	
  que	
  aumentam	
  a	
  área	
  
superficial	
  disponível	
  para	
  troca	
  respiratória	
  com	
  o	
  exterior	
  
Bexiga	
  de	
  gás	
  
*  Diferem	
  dos	
  pulmões	
  em	
  3	
  pontos:	
  
*  Posição	
  dorsal	
  em	
  relação	
  ao	
  trato	
  digestivo,	
  ao	
  invés	
  de	
  
dorsal	
  
*  As	
  bexigas	
  são	
  únicas,	
  enquantos	
  os	
  pulmões	
  são	
  em	
  
pares	
  
*  Nas	
  bexigas	
  de	
  gás,	
  o	
  sangue	
  que	
  retorna	
  é	
  drenado	
  
para	
  a	
  circulação	
  sistêmica	
  geral	
  (veias	
  cardinais)	
  antes	
  
de	
  entrar	
  no	
  coração.	
  Nos	
  pulmões,	
  o	
  retorno	
  venoso	
  
entra	
  no	
  coração	
  separadamente	
  da	
  circulação	
  sistêmica	
  
geral	
  
Bexiga	
  de	
  gás	
  
*  Pele	
  
Órgãos	
  respiratórios	
  cutâneos	
  
*  Cílios	
  
*  Quando	
  é	
  o	
  órgão	
  principal,	
  é	
  mais	
  eficiente	
  em	
  animais	
  
pequenos	
  -­‐	
  protocordados	
  
*  Movimentam	
  a	
  água	
  através	
  da	
  superfície	
  respiratória	
  
*  Definem	
  a	
  rota	
  em	
  que	
  a	
  corrente	
  de	
  água	
  flui	
  
*  Ineficientes	
  em	
  meios	
  “finos”	
  como	
  o	
  ar	
  
*  Estão	
  presentes	
  nos	
  canais	
  respiratórios	
  de	
  vertebrados,	
  mas	
  
então	
  mais	
  envolvidos	
  em	
  limpar	
  resíduos	
  superfíciais	
  que	
  
podem	
  obstruir	
  o	
  aparato	
  respiratório	
  
Mecanismos	
  que	
  auxiliam	
  na	
  
ventilação	
  
*  Cílios	
  
Mecanismos	
  que	
  auxiliam	
  na	
  
ventilação	
  
*  Músculos	
  
*  A	
  ventilação	
  de	
  vertebrados	
  depende	
  em	
  grande	
  parte	
  
de	
  ação	
  muscular	
  
*  Músculos	
  se	
  contraem	
  para	
  balançar	
  brânquias	
  em	
  
anfíbios	
  
*  Locomoção	
  para	
  ventilação	
  das	
  brânquias	
  em	
  alguns	
  
peixes	
  –	
  estes	
  abrem	
  a	
  boca	
  e	
  movem	
  para	
  frente	
  
*  Bombas	
  musculares	
  conduzem	
  de	
  maneira	
  ativa	
  a	
  água	
  
ou	
  o	
  ar	
  através	
  do	
  órgão	
  respiratório	
  
Mecanismos	
  que	
  auxiliam	
  na	
  
ventilação	
  
*  Músculos	
  -­‐	
  bombas	
  
*  Bomba	
  muscular	
  dupla	
  –	
  ventilação	
  na	
  água	
  
*  Bomba	
  bucal	
  e	
  opercular	
  trabalhando	
  em	
  um	
  padrão	
  simultâneo	
  para	
  
conduzir	
  a	
  água	
  em	
  um	
  fluxo	
  quase	
  contínuo	
  
*  Bomba	
  bucal	
  –	
  ventilação	
  no	
  ar	
  
*  Peixes	
  e	
  anfíbios	
  com	
  respiração	
  aérea	
  
*  A	
  bomba	
  bucal	
  ou	
  bomba	
  de	
  pulsação	
  se	
  expande	
  para	
  se	
  encher	
  de	
  
ar	
  fresco	
  e	
  depois	
  se	
  comprime	
  para	
  bombear	
  esse	
  ar	
  para	
  os	
  
pulmões	
  
*  Bomba	
  de	
  aspiração	
  –	
  ventilação	
  no	
  ar	
  
*  Essa	
  bomba	
  incluir	
  a	
  caixa	
  torácica	
  e	
  frequentemente	
  o	
  diafragma	
  
*  Répteis,	
  mamíferos	
  e	
  aves	
  
*  A	
  bomba	
  bucal,	
  a	
  alimentação	
  e	
  a	
  ventilação	
  não	
  são	
  conectados	
  
Mecanismos	
  que	
  auxiliam	
  na	
  
ventilação	
  
*  Brânquias	
  
*  Pulmões	
  e	
  bexigas	
  de	
  gás	
  
*  Bomba	
  dupla	
  
*  Bomba	
  bucal	
  
Respiração	
  em	
  peixes	
  
*  Peixes	
  de	
  respiração	
  aérea	
  -­‐	
  Resposta	
  adaptativa	
  à	
  
ambientes	
  hipóxicos	
  (e.g.	
  águas	
  em	
  ambiente	
  amazônicos)	
  
*  Facultativo	
  
*  Fazem	
  uso	
  da	
  respiração	
  aérea	
  quando	
  expostos	
  a	
  condições	
  
desfavoráveis	
  para	
  respiração	
  aquática	
  –	
  ou	
  como	
  resposta	
  ao	
  
aumento	
  de	
  requerimentos	
  de	
  O2	
  (temperatura	
  da	
  água	
  e	
  
atividade)	
  
*  Obrigatório	
  
*  Não	
  são	
  capazes	
  de	
  sobreviver	
  com	
  a	
  quantidade	
  de	
  O2	
  obtida	
  
pela	
  respiração	
  aquática,	
  dessa	
  forma,	
  sempre	
  precisam	
  de	
  O2	
  
aéreo	
  suplementar	
  
*  Captam	
  O2	
  em	
  intervalos	
  de	
  tempo	
  regulares	
  
Respiração	
  em	
  peixes	
  
Respiração	
  em	
  peixes	
  
*  Pele	
  (em	
  alguns	
  chega	
  a	
  ser	
  o	
  órgão	
  respiratório	
  
exclusivo)	
  
*  Brânquias	
  internas	
  
*  Brânquias	
  externas	
  
*  Pulmões	
  
*  Bomba	
  bucal	
  
Respiração	
  em	
  anfíbios	
  
Respiração	
  em	
  anfíbios	
  
*  Respiração	
  
	
  bimodal	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
Respiração	
  em	
  anfíbios	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
	
  
*  Ventilação	
  em	
  anfíbios	
  anuros	
  -­‐	
  vocalização	
  
Respiração	
  em	
  anfíbios	
  
Are	
  entra	
  nos	
  
bolsos	
  da	
  
cavidade	
  bucal	
  
Glotis	
  abre,	
  
compressão	
  do	
  
peitoral	
  reduz	
  o	
  
volume	
  do	
  pulmão,	
  
expulsando	
  ar	
  
Narinas	
  fecham,	
  a	
  
parte	
  inferior	
  da	
  
cavidade	
  bucal	
  
levanta	
  e	
  o	
  ar	
  dos	
  
bolsos	
  vão	
  para	
  os	
  
pulmões	
  
Glotis	
  fecha	
  
Troca	
  gasosa	
  
inicia	
  nos	
  
pulmões	
  
*  Variação	
  no	
  consumo	
  de	
  O2	
  em	
  uma	
  rã	
  através	
  da	
  
pele	
  e	
  do	
  pulmão	
  
Respiração	
  em	
  anfíbios	
  
*  Pele	
  (complementar)	
  
*  Pulmões	
  
*  	
  Grandes	
  e	
  variáveis.	
  Um	
  deles	
  pode	
  está	
  reduzido	
  ou	
  ausente	
  
*  Podem	
  apresentar	
  apenas	
  uma	
  câmara	
  em	
  cada	
  pulmão,	
  com	
  
muitos	
  compartimentos	
  e	
  repartições	
  ao	
  longo	
  de	
  suas	
  
paredes.	
  
*  	
  A	
  traquéia	
  e	
  os	
  brônquios	
  são	
  mais	
  longos	
  que	
  nos	
  anfíbios	
  e	
  
são	
  sustentados	
  por	
  anéis	
  cartilaginosos.	
  
*  Bomba	
  de	
  aspiração	
  
Respiração	
  em	
  répteis	
  
*  Ventilação	
  pulmonar	
  nos	
  lagartos	
  ocorre	
  com	
  a	
  
compressão	
  e	
  expansão	
  da	
  caixa	
  torácica	
  –	
  através	
  do	
  
fluxo	
  de	
  ar	
  dos	
  pulmões	
  gerado	
  pela	
  bomba	
  de	
  
aspiração	
  
Respiração	
  em	
  répteis	
  
Respiração	
  em	
  répteis	
  
*  Com	
  uma	
  caixa	
  
torácica	
  rígida,	
  a	
  
tartaruga	
  resolve	
  
seu	
  problema	
  	
  
com	
  músculos	
  ao	
  
redor	
  da	
  carapaça	
  
que	
  contraem	
  e	
  
relaxam	
  para	
  
forçar	
  a	
  saída	
  de	
  
ar	
  dos	
  pulmões	
  
*  Cutânea	
  
*  Bomba	
  de	
  aspiração	
  
*  Pulmões	
  
*  Sacos	
  aéreos	
  
*  Ossos	
  pneumáticos	
  
Respiração	
  em	
  aves	
  
*  Os	
  pulmõesdas	
  Aves	
  são	
  pequenos	
  e	
  compactos,	
  fixos	
  a	
  
parede	
  dorsal	
  do	
  
*  corpo.	
  
*  Os	
  grande	
  sacos	
  aéreos	
  unem-­‐se	
  aos	
  pulmões	
  e	
  servem	
  
para	
  ventilá-­‐los.	
  	
  
*  Estão	
  presentes	
  os	
  sacos	
  aéreos	
  torácicos	
  anteriores	
  e	
  
posteriores,	
  cervicais	
  e	
  interclaviculares.	
  Estão	
  ausentes	
  
nas	
  aves	
  as	
  corda	
  vocais,	
  os	
  sons	
  são	
  produzidos	
  por	
  uma	
  
siringe	
  localizada	
  próxima	
  à	
  bifurcação	
  da	
  traquéia.	
  
Respiração	
  em	
  aves	
  
Respiração	
  em	
  aves	
  
Pulmões	
  das	
  aves	
  
*  Bomba	
  de	
  aspiração	
  
*  Pulmões	
  
*  Cutânea	
  
Respiração	
  em	
  mamíferos	
  
*  O	
  pulmão	
  dos	
  mamíferos	
  milhões	
  de	
  sacos	
  aéreos	
  em	
  
fundo	
  cego	
  que	
  se	
  encontram	
  interligados,	
  denominados	
  
alvéolos.	
  	
  
*  A	
  traquéia	
  se	
  subdivide	
  para	
  formar	
  brônquios,	
  os	
  quais	
  se	
  
ramificam	
  repetidamente,	
  levando,	
  eventualmente	
  a	
  
bronquíolos	
  terminais	
  e	
  finalmente	
  a	
  bronquíolos	
  
respiratórios,	
  cada	
  um	
  dos	
  quais	
  é	
  ligado	
  a	
  um	
  conjunto	
  
terminal	
  de	
  dutos	
  e	
  sacos	
  alveolares.	
  
*  Os	
  gases	
  são	
  transferidos	
  através	
  das	
  paredes	
  delgadas	
  
dos	
  alvéolos	
  por	
  toda	
  porção	
  do	
  pulmão,	
  distalmente	
  aos	
  
bronquíolos	
  terminais.	
  
Respiração	
  em	
  mamíferos	
  
*  A	
  ventilação	
  em	
  mamíferos	
  envolve	
  expansão	
  e	
  contração	
  
da	
  caixa	
  torácica	
  e	
  depressão	
  e	
  elevação	
  do	
  diafragma.	
  
*  Um	
  mamífero	
  pode	
  utilizar	
  alternadamente	
  o	
  diafragma,	
  
caixa	
  torácica	
  e	
  cavidade	
  oral	
  conforme	
  a	
  atividade	
  exercida	
  
Respiração	
  em	
  mamíferos	
  
*  Atividade	
  
*  Como	
  se	
  dá	
  a	
  respiração	
  em	
  mamíferos	
  aquáticos?	
  
Respiração	
  em	
  mamíferos