Sistema respiratório de animais aquaticos

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19/05/2014
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FISIOLOGIA DOS ANIMAIS 
AQUÁTICOS
SISTEMA RESPIRATÓRIO
Edna Cunha
RESPIRAÇÃO: soma dos processos pelos
quais os gases respiratórios são transferidos
entre ambiente e tecidos.
METABOLISMO: processos que consomem
substratos para geração de energia para
realização das funções do organismo.
Síntese Transporte íons Trab. muscular
coração
Vasos 
sanguíneos
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—RESPIRAÇÃO ENVOLVE DIFUSÃO
OXIGÊNIO
difusão de O2 e CO2 através das 
membranas celulares
Respiração
difusão dos gases nas membranas e epitélios 
permeáveis dos órgãos respiratórios é um processo 
passivo: depende de uma Δ concentração
—Mecanismos de obtenção (O2)
— Difusibilidade - transporte - eliminação de 
gases respiratórios (CO2)
— Transporte – sistema circulatório
LEI DE FICK
Taxa de difusão (quantidade de gás por unidade de tempo)
Constante de difusão
Área do local para a difusão
Gradiente de 
concentração
Espessura do local para a 
difusão
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— Como a taxa de difusão pode ser otimizada?
R aumenta se: 
• Aumentar área (A) da superfície respiratória
• Aumentar o gradiente de pressão (ΔP) através da
superfície respiratória
• Diminuir a espessura (d) da superfície
respiratória
Superfícies respiratórias
• Difusão através do epitélio
• Circulação de água ou ar através do corpo sem sistemacirculatório interno
• Difusão através do epitélio+ sistemacirculatório interno
• Circulação de água ou ar através do corpo + sistema circulatório interno
Bactérias
SUPERFÍCIE RESPIRATÓRIA
delgada
úmida
vascularizada
BRANQUIAS
PULMÕES
TRAQUÉIA
TIPOS DE ÓRGÃOS 
RESPIRATÓRIOS 
DOS ANIMAIS
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COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO SECO
Componente %
Oxigênio 20,95
Dióxido de carbono 0,03
Nitrogênio 78,09
Argônio 0,93
Total 100,00
A composição do ar é mantida em equilíbrio pelo uso
do oxigênio nos processos de oxidação e a 
assimilação do CO2 pelas plantas, que por sua vez
liberam O2.
3000 mè humanos: redução no 
desempenho físico
6000 mè a maioria dos humanos 
mal consegue sobreviver.
Efeito da altitude sobre a PpO2
Ao nível do mar - Pressão 
atmosférica = 760 mmHg
6000 m de altitude - Pressão 
atmosférica = 380 mmHg
Patm = 380 mmHg
PpO2 = 380 x 0,2094
79,57 mmHg
Patm = 760 mmHg
PpO2 = 760 x 0,2094
159 mmHg
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natureza do gás (solubilidade característica)
pressão do gás na fase gasosa
temperatura
presença de solutos
SOLUBILIDADE DOS GASES NA ÁGUA DEPENDE 
Oxigênio 34,1 ml O2 . L-1
Nitrogênio 16,9 ml N2 . L-1
Dióxido de carbono 1019,0 ml CO2 . L-1
Solubilidade dos gases na água a 150C quando o gás está a 1 atm de pressão
CO2 é 30 X + solúvel que o O2
CO2 é 60 X + solúvel que o N2
A solubilidade do gás diminui com elevação da
temperatura
Temperatura
(0C)
Água doce
(ml O2 . L água-1)
Água do mar 
(ml O2 . L água-1)
0 10,29 7,97
10 8,02 6,35
15 7,22 5,79
20 6,57 5,31
30 5,57 4,46
O2
(100 mmHg)
CO2
(100 mmHg)
4,5 ml O2
litro-1
134 ml CO2
litro-1
Fontes de Oxigênio: atmosférico, fitoplâncton
NECESSIDADES DAS ESPÉCIES
Peixes: 5-6 mg/l (MAIORIA)
Espécies exigentes: trutas
< 3 mg/l – estresse
< 1 mg/l – letal
Hipóxia (< 2mg/l), anóxia
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ÁGUA X AR
• AR TEM 30 × + [O2] DO QUE A ÁGUA
– [O2]ê com o é temp., salinity
– AR É MAIS LEVE, MUITO FLUIDO, 
ÁGUA É DENSA E VISCOSA
• ENTRETANTO, DURANTE A RESPIRAÇÃO 
AÉREA OS ANIMAIS PERDEM ÁGUA
RESPIRAÇÃO NA ÁGUA
Estratégias respiratórias
Ø Difusão através do epitélio (cnidários, 
porifera)
Ø Circulação de água através do corpo + 
sistema circulatório interno
— Duas estratégias para a ventilação das brânquias
— Gastrópodes e bivalves
— Cílios nas brânquias movimenta a água através das brânquias 
UNIDIRECIONALMENTE 
— Trocas gasosas (epitélio do manto ou brânquias)
— Cefalópodes
— Contrações musculares propelem á água 
UNIDIRECIONALMENTE para as brânquias na cavidade do 
manto
— Fluxo de água e sangue: CONTRA-CORRENTE
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— Respiração através de um a vários Ctenídios de estrutura 
peculiar (brânquias) no interior da cavidade do manto.
— Ctenídios – formados por filamentos reforçados por 
bastonetes esqueléticos e circundado por cílios (frontais, 
abfrontais e laterais)
CIRCULAÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS 
DO CORPO +
SISTEMA CIRCULATÓRIO 
INTERNO
BIVALVES
Ctenídeos
CIRCULAÇÃO DE ÁGUA ATRAVÉS DO CORPO 
+
SISTEMA CIRCULATÓRIO INTERNO
CEFALÓPODES
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— Filtradores (cracas) ou pequenas espécies (copépodes) 
não possuem brânquias e dependem exclusivamente
da difusão superficial.
— Camarões, caranguejos e lagostas possuem brânquias
localizadas dentro de uma cavidade branquial
— Movimentos do escafognatito propele a água para fora
da câmara branquial; a pressão negativa suga água
através das brânquias
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Escafognatitos
Brânquias
escafognatitos
H2O
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— Os animais obtêm oxigênio do ambiente e usa para a 
respiração celular e, o dióxido de carbono produzido é 
então liberado no ambiente (Randall et al., 2000). 
— Todas as células dos vertebrados usam oxigênio e liberam 
dióxido de carbono. A única maneira pela qual esses gases 
se movimentam para dentro e para fora dos tecidos é a 
difusão. 
— Vertebrados são grandes demais para que cada célula possa 
interagir diretamente com o ambiente, certos órgãos, que 
compõem o sistema respiratório, são especializados para 
realizar as trocas gasosas essenciais com o ambiente. Tal 
troca é denominada respiração externa e pode ocorrer na 
superfície da pele, nas brânquias, nos pulmões , etc.
— O oxigênio e o dióxido de carbono são então trocados com 
os tecidos nas respectivas redes capilares - processo 
denominado respiração interna. 
— Peixes na fase larval - trocas gasosas ocorrem através da 
pele (cutânea). 
— Nas larvas há uma grande superfície em relação ao volume 
corporal e não há escamas ou outros tecidos que 
representem como barreira contra a difusão. 
— As larvas de algumas espécies apresentam uma “camada 
vermelha”, rica em mioglobina, ao longo do corpo, 
subcutânea para auxiliar na captação de oxigênio. 
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Figure 9.11a
— FEITICEIRA
— Bomba muscular (velum) 
propele a água através da
cavidade respiratória
— Água entra pela boca e 
sai através das aberturas
das brânquias
— FLUXO UNIDIRECIONAL
— Fluxo de sangue:
CONTRACORRENTE
Lampréias and feiticeiras: 
7 pares de aberturas
branquiais
Myxine glutinosa
— LAMPRÉIAS
— Quando não está se 
alimentando ocorre a 
ventilação
— Durante a alimentação,a
boca fica fixada na presa
— Ventilação através das 
aberturas das bränquias
Lampetra fluvialitis
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Figure 9.12
— Fases da ventilação
— Expansão da cavidade bucal
— Aumento do volume (ê
pressão) água entra na
cavidade bucal através da boca
e espiráculos
— Boca e espiráculo se fecham
—Músculos ao redor da cavidade
bucal se contrae, forçando a 
água através das brânquias
— Fluxo de sangue é 
CONTRACORRENTE
— As brânquias estão localizadas dentro da cavidade
opercular, protegidas pelo opérculo
Arcos branquiais de Hoplias malabaricus
H2O
FLUXO DE ÁGUA ATRAVÉS DAS BRÂNQUIAS - UNIDIRECIONAL
é EFICIÊNCIA DAS TROCAS GASOSAS
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— Peixes ativos podem usar a ventilação forçada ou “ram
ventilation”
— Deslocamento ajuda a ventilação (Atuns)
— Nadam com a boca e valva opercular abertas
— Espécies + ativas > área branquial e lamelas + finas
— Peixes lentos ou sedentários (bomba de pressão + 
bomba sucção)
Cavidade oral ou 
bucal
Cavidade 
opercular
1. Abertura da cavidade bucal e diminuição da pressão dentro dessa, 
fazendocom que a água entre pela boca. 
2. Expansão da cavidade bucal seguida do aumento da cavidade opercular 
através de um movimento de expansão lateral dos opérculos e 
conseqüente redução da pressão nessa cavidade
3. A seguir, os peixes fecham a boca e começam a levantar o assoalho da 
cavidade bucal, aumentando a pressão nesta cavidade, fazendo que a 
água continue sendo empurrada para a cavidade opercular, passando 
através das brânquias. 
4. Na etapa seguinte o peixe abre novamente a boca e assoalho da cavidade 
bucal baixa de novo.
Cavidade oral ou 
bucal
Cavidade 
opercular
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Figure 9.13
Figure 9.14
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FLUXO CONTRACORRENTE AUMENTA A EFICIÊNCIA NA 
OBTENÇÃO DE O2 A PARTIR DA ÁGUA
— movimento da água pelas brânquias: 
— BOMBEAMENTO ATIVO:
— ctenídeos (cílios de bivalves)
— músculos - jatopropulsão (cefalópodes)
— escafognatito (crustáceos)
— bomba (peixes sedentários)
— Ventilação forçada ( ativos, atuns)
Ocorrência: regiões tropicais ou estuarinas, poucos marinhos
— Substâncias orgânicas em decomposição
— Temp. alta acelera ação bacteriana
— Peq taxa de fotossíntese (sombreado)
Razões para a respiração aérea acessória 
1. Depleção de O2 na água
2. Ocorrência de secas periódicas
— Peixes enterra-se na lama dentro de um casulo até próxima 
cheia
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Porque as Brânquias não são adequadas para respiração 
aérea?
— Colapsam por falta de rigidez
— Outra superfície úmida, vascularizada poderá realizar 
trocas gasosas (pele, cavidade oral, pele, estômago, 
intestino, bex nat)
— Peixes c/ resp. aérea: < área branquial, lamelas branquiais 
+ espessas
— maioria dos Peixes que realizam respiração aérea 
obrigatória e facultativa excretam co2 pelas brânquias
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— Respiração aérea é realizada através de órgãos internos 
modificados, como a bexiga natatória, estomago, pele, cavidade 
bucal ou “pulmões”
— No intestino, onde ocorrem os processos de troca, as duas 
funções desses órgãos ocorrem em porções diferentes
— A pirambóia (Lepidosiren paradoxa) - respiração aérea 
obrigatória
— Colossoma macropomum (Tambaqui) e Brycon cephalus ( 
matrinxã) – estratégia morfológica ( expansão do lábio inferior) 
– não envolve respiração aérea.
— Bexiga natatória: peixes ósseos, órgão hidrostático, 
impermeável (guanina), pouco vascularizada
ØFisóstomos
Fisóstomos (physa = vesícula; 
stoma = boca)
ØFisoclistos
Fisoclistos(physa = vesícula; 
clystere = fechado)
Rete mirabilis+glândula oval
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— Brycon cephalus
— Colossoma macropomum