La Respiración en Ambientes Terrestres: Eficiencia y Adaptaciones
Los animales deben renovar continuamente el aire en contacto con sus superficies respiratorias mediante contracciones musculares de los mecanismos de ventilación, lo cual consume energía. Así, por ejemplo, los mecanismos de ventilación en los peces consumen un 20% de la energía total que producen, ya que necesitan movilizar grandes cantidades de agua. Esta energía proviene del metabolismo que, a su vez, necesita O2. Se puede decir que los animales respiran (externamente) para poder respirar (internamente).
No obstante, el ambiente terrestre o aéreo, a diferencia del acuático, es rico en O2 (el aire contiene un 21% de este gas) y cuesta poco desplazarlo, por lo que los animales terrestres consumen mucha menos energía que los acuáticos. El rendimiento energético es mayor en tierra que en el agua, lo que explica en parte por qué una parte de los animales acuáticos primitivos evolucionaron hacia la conquista del medio terrestre y desarrollaron superficies respiratorias internas humedecidas y protegidas frente a la desecación.
Tipos de Respiración Terrestre
La respiración en el ambiente terrestre puede ser de 3 tipos:
- Respiración Cutánea: Algunos animales, como la lombriz de tierra y la rana, tienen piel delgada y humedecida, capaz de captar el O2 del aire a la vez que expulsa CO2.
- Respiración Traqueal: Es un sistema muy especializado que han desarrollado los insectos y otros artrópodos terrestres (cienpiés, milpiés y algunas arañas).
- Respiración Pulmonar.
Detalles de la Respiración Traqueal
Está constituido por un conjunto de tráqueas, que son tubos recubiertos de quitina y ramificados en otros más pequeños, llamados traqueolas; se abren al exterior por un orificio llamado ostilo o espiráculo, y terminan en el interior del cuerpo en unas finas membranas donde tiene lugar el intercambio gaseoso.
El sistema traqueal está diseñado para conducir el O2 a todas las células del cuerpo sin necesidad de transporte sanguíneo, al mismo tiempo que retira el CO2.
Ventilación en el Sistema Traqueal
La ventilación puede ser activa y pasiva. En las larvas de insectos, miriápodos y arácnidos es pasiva. Sin embargo, en los insectos cuya tasa metabólica es alta, la ventilación es activa; se consigue mediante la acción muscular de la pared del cuerpo, esencialmente por aplastamiento dorso-ventral, o bien por contracciones telescópicas.
Respiración Pulmonar
El intercambio de gases tiene lugar entre el aire y la sangre, por lo que necesita un sistema circulatorio que transporte el O2 hasta las células y retire el CO2. Puede ser de 2 tipos:
Pulmones Libro
Son característicos de ciertos invertebrados, como las arañas, escorpiones y algunos moluscos, como el caracol. Son pulmones muy sencillos formados por unas laminillas en forma de libro que están inmersas en la sangre, donde se realiza el intercambio gaseoso por difusión.
- Carecen de sistemas de ventilación y el orificio para la entrada del aire siempre está abierto.
- Se dan en animales de vida poco activa, pues son poco eficaces, ya que la difusión no es muy grande.
Pulmones Alveolares
Existe una gran variedad de peces que, además de la respiración branquial, han desarrollado diversas adaptaciones para respirar aire a través de la vejiga natatoria o mediante estructuras desarrolladas a partir de evaginaciones de la parte anterior del sistema digestivo y vascularizadas para realizar el intercambio de gases.
Los pulmones alveolares son característicos de los vertebrados terrestres y aparecen por 1ª vez en los peces pulmonados (dipnoos), capaces de respirar aire enterrados en el fango durante los periodos de sequía. Estos animales tragan aire y lo dirigen hacia los pulmones, dotados de una red de tabiques y crestas vascularizadas. A partir de este grupo, los pulmones de los vertebrados evolucionaron con una tendencia a la alveolización que aumentó la superficie difusora.
Mecanismos de Ventilación Pulmonar
Los pulmones alveolares se pueden ventilar mediante movimientos musculares que permiten la entrada y salida de aire. Existen 3 mecanismos posibles:
- El aire se traga por la boca y de allí se impulsa hasta los pulmones. Se presenta en los anfibios.
- Mediante la acción de los músculos intercostales, que aumentan y disminuyen la capacidad torácica. Se da en aves y reptiles.
- Mediante la acción de los músculos intercostales y el diafragma (membrana que separa la cavidad torácica y abdominal). Se presenta en los mamíferos.
El Problema del Espacio Muerto
En la ventilación pulmonar, así como en la traqueal, se presenta el problema del espacio muerto, una cámara no permeable que dificulta la ventilación. Se debe al uso de los mismos conductos, tanto para la entrada de O2 como para la salida de CO2. El aire residual de su interior no se puede expulsar totalmente y está cargado de CO2 procedente de la sangre, por lo que la cantidad de O2 que llega a las terminaciones permeables es menor que en la atmósfera.
Soluciones al Espacio Muerto
- En insectos voladores que necesitan abundante aporte de O2, esto se soluciona con la presencia de 2 espiráculos: uno de entrada y otro de salida. De esta manera se distribuye el espacio muerto.
- Las aves solucionan este problema mediante los sacos aéreos, que son dependencias que se extienden desde los bronquiolos por el resto del cuerpo y permiten 2 vías de flujo. Además de esta función, los sacos aéreos aligeran el peso del animal y facilitan el vuelo.