Fisiologia da respiração animal

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Fisiologia humana e animal comparada
Prof. Me. Victor rennan s. ferreira
Campus de nova xavantina
Oxigênio (o²) e dióxido de carbono (Co²)
Respiração
Circulação sanguínea
 Respiração 
Qual a importância do O²?
Por que respiramos?
Por que inspiramos O² e expiramos Co²?
Como funciona nossos pulmões?
Por que respiramos? 
Os animais respiram para poderem capturar um gás fundamental para o funcionamento do corpo. O oxigênio!!! 
Há uma distinção de dois processos respiratórios, sendo eles:
Respiração celular
Respiração externa 
Respiração celular e A importância do Oxigênio
A maioria dos animais obtêm energia por meio da oxidação dos alimentos;
R. Celular - Processos oxidativos que ocorrem no interior das células.
ATP
ADP
Respiração externa 
Acontece por meio de trocas gasosas (hematose) entre o organismo e se ambiente externo, através de seus respectivos órgãos respiratórios. 
Em organismos aeróbicos, independente da complexidade de seu corpo, sempre ocorrerá a entrada de O² e a saída de CO², através de processos difusivos.
Difusão – Passagem de substâncias (soluto) do local de maior concentração para o local de menor concentração, até estabelecer um equilíbrio.
Conforme os animais foram se tornando maiores e mais complexos, foi necessário a adaptação de seus órgãos respiratórios, tornando-os mais especializados;
Uma vez que a respiração externa é baseada exclusivamente na difusão, o que os órgãos respiratórios fazem é, tornar mais eficiente esses processos difusivos de acordo com suas necessidades e ambiente;
Movimento de grandes massas de gás
Aumento da área de contato com os gases atmosféricos
Adaptação ao uso de gases dissolvidos na água
Antes de entrar nos Tipos de sistemas respiratórios, vamos falar 1° das dificuldades enfrentadas pelos diferentes ambientes....
Respiração aquática vs Aérea
A forma pela qual um animal respira é relacionada, em grande parte, pela natureza do seu meio;
A diferença mais notável entre esses ambientes é que o ar possui muito mais O² do que a água, pelo menos 20x mais!!!
Viscosidade: a água é aproximadamente 50x mais viscosa que o ar.
É a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento
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Difusão: As moléculas de gás se difundem 10.000x mais rápido no ar do que na água..
Densidade: a água é aproximadamente 800x mais densa do que o ar, ou seja, a água apresenta mais massa por um dado volume.
Essas diferenças significam que os animais aquáticos desenvolveram mecanismos muito mais eficientes para extrair o O² da água. 
Contudo, até os peixes mais complexos, com brânquias altamente eficazes, chegam a gastar até 20% da sua energia nesse processo de extração.
Em comparação, para mamíferos é de apenas 1% ou 2%. 
Adaptações a respiração aquática: Brânquias
As brânquias são extensões externas da superfície do corpo, que são utilizadas para a respiração aquática.
As brânquias são estruturas filamentosas e delgadas, ricamente irrigadas por vasos sanguíneos; 
em função da baixa quantidade de O² e baixa taxa de difusão na água, as brânquias requerem grande superfície de contato e cutícula fina;
Fluxo contracorrente - O fluxo da água segue em direção oposta ao do sangue, possibilitando um maior atrito, o que gera uma maior eficiência na troca gasosa;
Fluxo unidirecional da água – em função da maior viscosidade e densidade da água, a passagem da água pelas brânquias, deve acontecer em apenas uma direção! 
Ventilação das brânquias
Se não houvesse nenhum sistema que permitisse a retirada da água encontrada na superfície das brânquias, em pouco tempo, o organismo morreria asfixiado.
Portanto, a renovação da água é importante. O fluxo aumentado pode ser obtido através de duas formas:
Movimentação da brânquia pela água;
Movimentação da água sobre a brânquia.
Movimentação da brânquia pela água
Viável apenas para pequenos organismos;
O problema é na força necessária para vencer a resistência que a água exerce sobre a brânquia;
Movimentação da água sobre a brânquia
Movimentar a água sobre as brânquias é uma solução muito mais eficiente, pode ser feita de algumas formas:
Movimentação através da ação de cílios ou flagelos (e.g. Poríferas e mexilhões).
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Bombeamento opercular - Por meio do bombeamento mecânico, através das paredes da boca e opérculo.
Movimentação da água sobre a brânquia
Contudo, alguns peixes não possuem opérculo (ou possuem, mas são imóveis, e.g. Atum,) portanto, precisam ficar nadando o tempo todo, para movimentar a água sobre as suas brânquias, mecanismo chamado de Ventilação forçada (e.g. Condrictes).
Movimentação da água sobre a brânquia
Atum
Por que os peixes asfixiam fora da água???
Entretanto, existem exceções...
Birgus latro
Cardisoma sp.
Tatuzinho de jardim
Sistemas de respiração
Respiração cutânea: é realizada através do tegumento (pele), por processos difusivos dos gases entre o organismo e o ambiente.
Minhoca
Sapo*
Salamandras*
Relação superfície/volume 
A necessidade de O² e produção de CO² aumenta em função da massa, mas a taxa de hematose através do tegumento depende diretamente da superfície corporal.
Portanto, a respiração cutânea deixa de ser adequada para organismos acima de 1mm de diâmetro; 
A área de superfície de um dado animal (esférico) aumenta ao quadrado enquanto o seu volume aumento ao cubo;
V=Comp. X Larg. X Altura
A=Comp. X Altura
R = A
 V
Tomada de O² (cutânea)
Excreção de CO² (cutânea)
Uma solução é achatar o corpo no eixo dorso-ventral
Outra saída é a Projeção e/ou dobramento tegumentar
Rã Titicaca (Telmatobius culeus)
Salamandra Gigante (Andrias davidianus)
Sistemas de respiração
Consiste em um sistema ramificado de tubos (traqueias) que se estendem por todas as partes do corpo;
Um dos sistemas mais simples e eficientes encontrados em animais ativos;
Bem comum em insetos, mas também é encontrado em outros artrópodes terrestres, como: centopeias, miriápodes e algumas aranhas
Respiração traqueal
Espiráculos: aberturas no tórax e abdômen, por onde entra e sai o ar;
Traqueia e traquéolas: Tubos por onde fluxo de ar passa até chegar nas células;
Saco de ar: traqueias dilatadas com função de aumentar a quantidade de O² respirado. Insetos aquáticos os utilizam para acumular O² e também auxiliam no voo.
Alguns insetos podem ventilar o sistema traqueal através dos movimentos do corpo;
Uma vez que as células possuem um duto direto realizando as hematoses, a respiração desses organismos independem dos seus sistemas circulatórios.
REspiração traqueal
Respiração pulmonar
Cavidade interna altamente vascularizada;
Podemos distinguir 2 tipos de pulmões:
De difusão;
De ventilação.
Pulmões de difusão
Caracterizados pelo fato de que a troca de ar com a atmosfera se dá apenas por difusão, sem a necessidade de mecanismos ventilatórios;
Encontrado em animais pequenos, como gastrópodes pulmonados e alguns aracnídeos.
Pulmões de ventilação
Típico em vertebrados, uma vez que esse grupo apresenta alta taxa metabólica;
Diferente do pulmão de difusão, pois nesse caso, existe uma renovação e regulação constante do ar dentro dos pulmões realizado através dos movimentos respiratórios.
Ventilação pulmonar
Pode ocorrer de duas formas: 
Através de bomba de pressão;
Através de bomba de sucção
Anuros
Ventilação pulmonar – Bomba de pressão
O ar é forçado para dentro dos pulmões pela ação de uma pressão positiva gerada da seguinte forma:
Chuckwalla
Ventilação pulmonar – Bomba de sucção
Mecanismo mais eficiente, sendo necessário para organismos com alta taxa metabólica, como os répteis, aves e mamíferos;
O ar é puxado para dentro dos pulmões através de uma diferença de pressão ocasionada pelo aumento da caixa torácica.O ciclo completo da ventilação é composto por dois hemiciclos:
movimentos ventilatórios 
Inspiração: o ar atmosférico penetra para o interior dos pulmões.
Expiração: o ar pulmonar é expelido para o ambiente.
Lei de Boyle-Mariotte - O volume de um gás é inversamente proporcional a sua pressão.
2º Lei da Termodinâmica – A energia tende a passar do sistema que tem menos para o sistema que tem mais, até igualarem-se.
Músculos envolvidos nos movimentos ventilatórios dos humanos
Na respiração normal, apenas a contração e relaxamento dos músculos intercostais externos e diafragma são necessários. Contudo, na respiração forçada, entra em ação outros músculos.
Trocas gasosas (Hematose)
AnaTomia básica
Proporções
A membrana que separa o ar do sangue deve ser extremamente fina. Nos humanos não ultrapassa de 0.2 µm de espessura.
50 µm 
Cortada 250x em camadas paralelas 
0.2 µm 
Proporções
Área de superfície total do pulmão humano é de aproximadamente 100 m².
Pressão – Milímetros de mercúrio
760mm
1 atm = 760mmHg
Torricelli 
Proporção dos gases e pressão atmosférica
Ar atmosférico e a Lei de Dalton
Lei de Dalton - a pressão parcial de um gás é a pressão que este exerceria se ocupasse sozinho, todo o volume da mistura gasosa à qual pertence. 
Ptotal = P1 + P2 + ... + Pn 
Pressão parcial: 
O² = 0.20 x 760 = 159mmHg (20.9%)
CO² = 0.0003 X 760 = 0.23mmHg (0.03%)
N² = 597mmHg (78%)
Ar inspirado...
 Assim que o ar entra nas vias aéreas, sua composição muda basicamente por dois motivos:
Torna-se saturado com vapor d’água;
Se mistura com espaço morto ou
 volume residual;
Volume Corrente – 500 cm³
Espaço morto – 150 cm³ (1/3)
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Portanto, a pressão parcial do O² cai e a do CO² sobe, MAS...
O²159
Pressões dadas em mmHg
O²100
CO²40
CO²46
O²40
O²100
CO²40
CO²0.23