Capítulo 12 – Respiração

Do metabolismo celular resulta um conjunto de produtos tóxicos que tem de ser eliminados para que a constituição do meio interno se mantenha dentro dos limites da vida. São a função respiratória e a função excretora as principais através da qual se processa a eliminação desses produtos.

A hematose pulmonar consiste na troca de gases nos pulmões, para que estes sejam transportados pelo sangue até as células e suceda a respiração celular, ou seja, a troca de gases entre as células e o sangue.

A vida aeróbia que se desenvolveu há milhões de anos atrás, caracteriza hoje a maioria dos seres vivos que passou a necessitar de um fluxo constante de oxigénio para as células e da remoção eficiente do CO₂ que se forma como resíduo do metabolismo.

Um sistema respiratório é um grupo de células, tecidos e órgãos envolvidos no intercâmbio de gases entre o organismo e a ambiente. As trocas gasosas realizam-se pelos processos de difusão de substâncias. As estruturas onde os gases entram e saem dos organismos chamam-se superfícies respiratórias. Nestas superfícies, as trocas gasosas podem ocorrer directamente do meio externo para as células – Difusão directa ou então os gases respiratórios podem ser transportados por um fluido circundante que faz a ligação entre o meio externo e as células – Difusão indirecta.

Todas as superfícies respiratórias tem as seguintes características:

. apresentam-se sempre húmidas, o que permite uma difusão mais fácil dos gases.

. são estruturas finas, na maioria dos casos com apenas uma camada de células que separa o meio interno do meio externo (epitélios respiratórios).

. apresentam elevada vascularização.

. a sua forma permite aumentar a área de contacto entre os dois meios.

Estas superfícies respiratórias surgiram nos diversos grupos animais que variam consoante: o tamanho do organismo, a estrutura do corpo, a sua história evolutiva e a natureza do ambiente em que vivem.

Nos organismos unicelulares, as trocas gasosas realizam-se por difusão directa. Em muitos organismos aquáticos e alguns terrestres, o tegumento funciona como superfície respiratória. Nos animais de maior dimensão, as superfícies do corpo torna-se insuficiente para realizar eficazmente as trocas gasosas, surgindo então regiões localizadas, devidamente especializadas para a troca de gases com o ambiente. Na maioria dos animais aquáticos, as superfícies respiratórias são expansões da superfície do corpo chamadas brânquias ou guelras que se mantém em contacto com a água. Nos animais terrestres estas expansões da superfície do corpo, uma vez expostas ao ar, não poderiam manter-se húmidas. A evolução dos organismos favorecem os que apresentam invaginações para o exterior do corpo que comunicam com a atmosfera através de finos canais reduzindo assim a evaporação. Os pulmões dos vertebrados e a traqueia dos insectos representam duas variações deste modelo.

A realização das trocas gasosas num ambiente terrestre trás dificuldades. O oxigénio e o dióxido de carbono são gases solúveis em água, por isso nos animais aquáticos estes podem-se difundir facilmente de um meio paa o outro. Nos animais terrestres tem de existir uma superfície húmida para que estes gases se dissolvam. A presença de glândulas produtoras de muco também torna eficiente o tegumento de certos animais (como a minhoca) pois mantém a pele húmida.

Os anfíbios e alguns peixes possuem também hematose cutânea, em caso de emergência ou como suplemento da hematose pulmonar e branquial.

Brânquias

São órgãos do sistema respiratório dos animais aquáticos – guelras. Estas estão protegidas por estruturas apropriadas. No caso dos peixes ósseos existem os opérculos. Nestes peixes, as guelras são ventiladas continuamente por uma corrente de água que entra na boca, passa para a faringe, banha as guelras e sai através das fendas operculares. O movimento dos opérculos ajudam a bombear a água através da boca. Nas guelras distinguem-se os arcos branquiais, estruturas esqueléticas que suportam séries duplas de filamentos que se inserem obliquamente. Esta divisão das brânquias em filamentos aumenta extraordinariamente a superfície de difusão.

Sistema Branquial

A água entra na boca do peixe, ao passar por entre as lamelas cruza com o sangue que circula nos capilares sanguíneos em sentido contrário, ou seja, o sangue flui num sentido contrário ao da água – sentido contracorrente. Este mecanismo permite aumentar significativamente a eficiência das trocas gasosas a nível dos capilares. Quando o sangue flui através dos capilares torna-se cada vez mais enriquecido em oxigénio e, porque circula no sentido contrário ao da água, vai contactando com a água que é sucessivamente mais rica em oxigénio. O sangue recebe o oxigénio até que se atinja um ponto em que a concentração de oxigénio nos dois meios seja idêntica. É por este motivo que o dióxido de carbono se difunde para a água, pois esta tem uma pequena concentração deste gás.

O primeiro habitat da vida animal, foi provavelmente o meio aquático. A evolução dos grupos terrestres esteve associada ao aparecimento de sacos de ar. Em períodos de seca, os vertebrados primitivos puderam sobreviver devido à existência de uma bolsa procedente da parede ventral da faringe que se manteve ligada à mesma por um canal. Esta bolsa era muito vascularizada e o ar que entrava pela boca podia realizar, a esse nível, as trocas gasosas.

Destes vertebrados terrestres tiveram origem dois grandes grupos: peixes ósseos, que a bolsa passou a funcionar com bexiga natatória. Os membros do outro grupo são os vertebrados terrestres, que para além destes sacos de ar especiais – pulmões, apareceram os tubos de ar, as traqueias que originou uma colonização do ambiente terrestre pelos insectos e artrópodes.

Traqueias

A existência de um sistema de canais ramificados invaginados dentro do corpo reduz significativamente as perdas de água por evaporação. Este sistema de traqueias pode encontrar-se nos artrópodes terrestres, principalmente os insectos. Há medida que as traqueias se vão ramificando, designam-se traquíolas, que contactam directamente com as células. Na superfície do corpo existem alguns orifícios por onde entra o ar – espiráculos. Nos insectos primitivos estes orifícios estavam sempre abertos, enquanto hoje em dia os insectos possuem válvulas nesses orifícios, que permite controlar a entrada e saída de ar. O movimento do corpo, por vezes, ajuda a que haja o controlo de volume e da direcção do ar. O facto do sistema circulatório dos insectos não transportar gases, pois estes são transferidos directamente nas células, faz com que estes animais não atinjam tamanhos maiores.

Sistema de traqueias de um insecto

Pulmões

Este sistema é constituído por superfícies respiratórias muito vascularizadas que surgiram à 450 M. a. por invaginação do corpo e restritas a um local. Esta ventilação pulmonar permite:

- o progressivo aumento da área de superfície do epitélio respiratório;

- especialização no sistema ventilatório;

- aparecimento de uma circulação eficiente.

Superfícies respiratórias das Aves

Superfícies respiratórias dos Mamíferos

No homem estima-se que existam cerca de 300 milhões de alvéolos que correspondem a uma superfície de 75 m² ou seja 50% maior que a área da superfície do corpo. No homem as células do organismo utilizam cerca de 250 ml de oxigénio por minuto, ou seja, 300 litros em 24 horas.

Para que os gases sejam transportados, é necessária a existência de pigmentos respiratórios, na maioria dos animais:

Pigmento respiratório	Elemento metálico	Grupo taxionómico	Localização
Hemoglobina	Ferro (vermelho)	Vertebrados, Anelídeos	Glóbulos vermelhos, plasma
Hemocianina	Cobre (azul esverdeado)	Molluscos	Plasma
Hemoeritrina	Ferro (vermelho)	Anelídeos	Corpúsculos amebóides

A hemoglobina é um grupo de compostos que tem em comum ferro ou grupo heme ligado a uma parte proteica a globina. Esta porção proteica varia nas diferentes espécies, por isso a hemoglobina humana possue quatro cadeias polipeptídicas estando cada uma delas ligada ao oxigénio. Por esta razão cada molécula de hemoglobina humana pode transportar 4 moléculas de oxigénio. As trocas dos gases respiratórios a nível das superfícies respiratórias e dos tecidos realiza-se por difusão. O factor que determina a direcção e intensidade dessa difusão é a pressão parcial de cada um dos gases, ou seja, a pressão exercida por esse gás em relação aos gases presentes. Mas atenção que o oxigénio não é transportado somente pelas hemácias, mas também se encontra dissolvido no plasma. Por litro de sangue 98% de oxigénio é transportado pelas hemácias e 2% é transportado pelo plasma.

O dióxido de carbono é dissolvido também no plasma (8%): CO₂ + H₂O H₂CO₃ (anidrase carbónica)

H₂CO₃ HCO₃^- + H⁺ (ionização) o ião bicarbonato (HCO₃^-) depois é transportado pelo plasma, transportado.

O CO₂ é também transportado pela molécula de hemoglobina (HbCO₂) cerca de 11%.

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