Sistema respiratori
El sistema respiratori és el sistema biològic de qualsevol organisme que està implicat en l'acte de la respiració, en l'intercanvi de gasos entre l'organisme i el medi que l'envolta. Habitualment l'utilitzen per agafar oxigen de l'aire i expulsar el diòxid de carboni acumulat a l'organisme. En els peixos es realitza el mateix procés però sota l'aigua. En les plantes s'absorbeix diòxid de carboni i expulsa oxigen durant el procés de la fotosíntesi.
El sistema respiratori es responsable de fer possible el mecanisme de la respiració i, en general, es poden considerar quatre fases:
- La inspiració o inhalació que comporta l'entrada d'aire i oxigen cap els alvèols pulmonars.
- El procés de bescanvi d'oxigen i diòxid de carboni entre els alvèols pulmonars i la sang.
- L'expiració o exhalació consistent en la sortida de l'aire des dels alvèols pulmonars cap a l'exterior, amb l'eliminació de diòxid de carboni.
- Bescanvi d' O2 i CO2 entre las cèl·lules i la sang.
Segons el tipus d'organisme varia l'espai en el que es realitza l'intercanvi, generalment entre els alvèols i els capil·lars; varia l'anatomia o estructura del sistema d'intercanvi, i la utilització fisiològica dels gasos que participen de l'intercanvi. Alguns tipus d'animals, com els insectes, tenen sistemes respiratoris amb característiques anatòmiques molt simples. En els amfibis, fins i tot en la pell té un paper fonamental en l'intercanvi de gasos. En els éssers humans i en altres mamífers, per exemple, les característiques anatòmiques del sistema respiratori són les vies respiratòries, els pulmons i els músculs respiratoris. Les molècules d'oxigen i diòxid de carboni s'intercanvien passivament, per difusió, entre els gasos extern de l'entorn i la sang. Aquest procés d'intercanvi es produeix a la regió alveolar dels pulmons.[1]
Les plantes també tenen un sistema respiratori, però la direcció d'intercanvi de gasos pot ser oposada a la dels animals. El sistema respiratori de les plantes també inclou determinades característiques anatòmiques, com els forats de la part inferior de les fulles coneguts com estomes.
Taula de continguts |
[modifica] En els vertebrats
[modifica] Mamífers
Per als mamífers, com en qualsevol animal, la respiració és essencial. L'intercanvi gasos és produeix a la zona alveolar, que en els humans té una superfície mitjana d'entre 50 i 100 metres quadrats i en la que s'hi enquibeixen al voltant de 300 milions d'alvèols en un volum proper als 4 litres. Els glòbuls vermells de la sang porten oxigen (O2) als teixits i extreuen el diòxid de carboni (CO2). Als pulmons aquests glòbuls vermells descarreguen CO2 a l'aire i d'ell agafen una nova càrrega d'O2 en un procés anomenat hematosi.
En aquests organismes, el sistema respiratori es pot subdividir en les vies respiratòries superiors i les vies inferiors. El tracte respiratori superior inclou les fosses nasals (nas), la faringe i la laringe, mentre que el tracte respiratori inferior es compon de la tràquea, els bronquis principals i els pulmons.
El sistema respiratori també es pot dividir en fisiològics, o funcionals, les zones. Aquests inclouen la realització de la zona (la regió per al transport de gas des de l'exterior a l'atmosfera just per sobre dels alvèols), la zona de transició, i la zona respiratòria (alveolar regió on es produeix l'intercanvi gasós).
Com a exemple d'algunes especificitats que indiquen la variabilitat existent també dins dels mamífers, cal destacar:
- Els cavalls estan obligats a respirat pels orificis nasals. És a dir, que són diferents de molts altres mamífers i no tenen l'opció de respirar per la boca.
- L'elefant és l'únic mamífer conegut que no té espai pleural. Per contra, la pleura parietal i visceral es compon tant de teixit conjuntiu dens i se s'uneix als altres teixits a través del teixit solt.[2] Aquesta falta d'un espai pleural, juntament amb una membrana inusualment gruixuda; es creu que són adaptacions evolutives que permeten que l'elefant romangui sota l'aigua durant llargs períodes de temps, mentre que la respiració a través del seu tronc sorgeix com un snorkel.[3]
[modifica] Aus
A causa de l'alta taxa metabòlica requerida per al vol, les aus tenen una alta demanda d'oxigen. El desenvolupament d'un sistema respiratori eficient permetre l'evolució del vol en les aus. Les aus ventilen els seus pulmons per mitjà de sacs aeris, estructures que només tenen les aus i, per tant, potser també la tenien els dinosaures. Aquests sacs no tenen un paper en l'intercanvi de gasos, però emmagatzemen aire i actuen com a manxes, permetent als pulmons mantenir un volum fix d'aire fresc constantment fluint en el seu interior.[4]
El sistema respiratori de les aus difereix significativament de la que es troba en els mamífers, amb característiques anatòmiques úniques, com per exemple bosses d'aire. Els pulmons de les aus també no tenen la capacitat per a inflar ja que manquen d'una membrana i una cavitat pleural. L'intercanvi de gasos en les aus es produeix entre els capil·lars sanguinis i els capil·lars aeris, en lloc de realitzar-se als alvèols.[5] A les aus també els manca el diafragma; tota la cavitat del cos actua com una manxa per moure l'aire a través dels pulmons.
[modifica] Altres vertebrats
L'estructura anatòmica dels pulmons és menys complexa en els rèptils que en els mamífers. Els rèptils amb que no tenen l'àmplia estructura d'arbre de les vies respiratòries de mamífers es troben en els pulmons. L'intercanvi de gasos en els rèptils encara es produeix en els alvèols, però. Rèptils no tenen una membrana. Per tant, la respiració es produeix a través d'un canvi en el volum de la cavitat del cos que està controlat per la contracció dels músculs intercostals en tots els rèptils, excepte les tortugues. En les tortugues, la contracció de determinats músculs parells de flanc regeix la inspiració o expiració.[6]
La pell és un dels òrgans respiratoris dels amfibis. És altament vascularitzat i humit, amb la humitat mantinguda a través de la secreció de moc de les cèl·lules especialitzades. Aquestes propietats ajuda ràpida l'intercanvi de gasos.
En la majoria dels peixos de la respiració té lloc a través de les brànquies. Els peixos pulmonats, però, tenen un o dos pulmons. El laberint de peixos han desenvolupat un òrgan especial que els permet aprofitar l'oxigen de l'aire, però no és un veritable alenada de peixos; també té dos pulmons.
[modifica] Invertebrats
Les esponges i les meduses no tenen òrgans especialitzats per a l'intercanvi de gasos i poden prendre directament els gasos de l'aigua que els envolta.
Els platihelmints no tenen aparell circulatori ni respiratori;[7][8] l'oxigen que necessiten per al seu metabolisme es difon a través dels prims teguments de l'animal.
L'aparell respiratori dels insectes està format per tràquees, una sèrie de tubs buits molt ramificats que en el seu conjunt formen en sistema traqueal; els gasos respiratoris circulen a través d'ell. El sistema traqueal en un individu es compon d'interconnexions transversals i longitudinals que mantenen una pressió equivalent en tot el sistema. Les tràquees s'obren a l'exterior a través dels estigmes o espiracles, en principi un parell en cada segment corporal; després van reduint progressivament el seu diàmetre fins a convertir-se en traqueoles que penetren en els teixits i aporten oxigen a les cèl·lules. En la respiració traqueal el transport de gasos respiratoris és totalment independent de l'aparell circulatori pel que, a diferència dels vertebrats, el fluid circulatori (hemolimfa) no emmagatzema oxigen.
Més enllà de la simple difusió de gasos en el sistema traqueal dels insectes, existeixen grans variacions en els patrons de ventilació i els mecanismes respiratoris semblen ser molt variables. Alguns petits insectes mostren una mena de respiració contínua i una manca de control muscular dels espiracles. D'altres, però, utilitzen la contracció muscular de l'abdomen, juntament amb la coordinació de la contracció i relaxació dels espiracle per generar l'intercanvi de gasos amb uns patrons cíclics. La forma més extrema d'aquests patrons en l'intercanvi de gasos s'anomenen cicles discontinus d'intercanvi de gasos o DGC (de l'anglès Discontinuous gas-exchange cycles).[9]
Els mol·luscs, en general, tenen brànquies que permeten l'intercanvi d'oxigen d'un entorn aquós incorporant oxigen el sistema circulatori. Aquests animals tenen també un cor que bomba la sang que conté hemocianina, pigment que intervé en la captura de la molècula d'oxigen. Per tant, aquest sistema respiratori és similar al dels peixos.
[modifica] Referències
- ↑ Maton, Anthea; Jean, Hopkins Susan, Johnson Charles William, McLaughlin Maryanna Quon Warner David, LaHart Wright, Jill D.. Human Biology and Health. Englewood Cliffs,: Prentice Hall, 2009, 108–118. ISBN 0-12-981176-1.
- ↑ West, John B.; Ravichandran. «Snorkel breathing in the elephant explains the unique anatomy of its pleura». Respiration Physiology, vol. 126 (1993), pàg. 1–8.
- ↑ West, John B.. «Why doesn't the elephant have a pleural space?». News Physiol Sci, vol. 17 (2002), pàg. 47–50.
- ↑ Ritchison, Gary. «Ornithology (Bio 554/754): Bird Respiratory System».
- ↑ Pulmons de les aus a trc.ucdavis.edu (anglès)
- ↑ Britannica On-line Encyclopedia
- ↑ Walker, J.C.; Anderson, D.T.. «The Platyhelminthes». A: Anderson, D.T.,. Invertebrate Zoology. Oxford University Press, 2001, 58–80. ISBN 0195513681.
- ↑ Ruppert, E.E.; Fox, R.S.; Barnes, R.D.. Invertebrate Zoology. 7. Brooks / Cole, 2004, 226–269. ISBN 0030259827.
- ↑ Lighton, J.R.B.. «Discontinuous gas exchange in insects». Annu Rev Entomology, vol. 41 (January 1996), pàg. 309–324.
[modifica] Enllaços externs
- Lectures d'Anatomia a Berkeley: el sistema respiratori (anglès)
- Descripció del sistema respiratori a emc.maricopa.edu (anglès)
- Introducció al sistema respiratori a leeds.ac.uk (anglès)
