SISTEMA RESPIRATORI: FUNCIONS, PARTS, FUNCIONAMENT - BIOLOGIA - 2025

El sistema respiratori o aparell respiratori comprèn una sèrie d'òrgans especialitzats d'intervenir l'intercanvi de gasos, que implica la captació de l'oxigen i l'eliminació de l'diòxid de carboni.

Hi ha una sèrie de passos que permeten l'arribada de l'oxigen a la cèl·lula i l'eliminació de el diòxid de carboni, entre ells l'intercanvi d'aire entre l'atmosfera i els pulmons (ventilació), seguit de la difusió i intercanvi de gasos a la superfície pulmonar, el transport d'oxigen i l'intercanvi gasós a nivell cel·lular.

By LadyofHats, Jmarchn, via Wikimedia Commons

És un sistema variat en el regne animal, compost per diverses estructures depenent de l'llinatge d'estudi. Per exemple, els peixos presenten estructures funcionals en un ambient aquàtic com les brànquies, els mamífers posseeixen pulmons i la majoria dels invertebrats tràquees.

Els animals unicel·lulars, com els protozoaris, no requereixen estructures especials per a la respiració i l'intercanvi de gasos passa per simple difusió.

En els humans el sistema està compost per les fosses nasals, faringe, laringe, tràquea, i pulmons. Aquests últims es troben ramificats successivament en bronquis, bronquíols, i alvèols. En els alvèols passa l'intercanvi passiu de les molècules d'oxigen i diòxid de carboni.

Definició de respiració

El terme "respiració" pot definir-se de dues maneres. De manera col·loquial, quan fem servir la paraula respirar, estem descrivint l'acció de prendre l'oxigen i eliminar el diòxid de carboni a l'ambient extern.

No obstant això, el concepte de respirar engloba un procés més ampli que la simple entrada i sortida de l'aire a la caixa toràcica. Tots els mecanismes implicats amb utilització de l'oxigen, transport a la sang i producció de diòxid de carboni ocorren a nivell cel·lular.

Una segona manera de definir la paraula respiració és a nivell cel·lular i aquest procés s'anomena respiració cel·lular, on ocorre la reacció de l'oxigen amb molècules inorgàniques que produeixen energia en forma d'ATP (adenosina trifosfat), aigua i diòxid de carboni.

Per això, una manera més precisa per referir-se a el procés de prendre i expulsar l'aire mitjançant moviments toràcics és el terme "ventilació".

funcions

La funció principal d'sistema respiratori és orquestrar els processos de presa d'oxigen des de l'exterior mitjançant mecanismes de ventilació i respiració cel·lular. Un dels deixalles de el procés és el diòxid de carboni que arriba a el torrent sanguini, passa als pulmons i és eliminat de el cos cap a l'atmosfera.

El sistema respiratori és l'encarregat d'intervenir totes aquestes funcions. Específicament s'encarrega de filtrar i humidificar l'aire que entrarà a l'organisme, a més de filtrar molècules no desitjades.

També es encarregar de regular el pH dels fluids corporals - de manera indirecta - controlant les concentració de CO ₂, ja sigui retenint o eliminant-. D'altra banda, està involucrat en la regulació de la temperatura, secreció d'hormones en el pulmó i assisteix a sistema olfactori en la detecció d'olors.

Així mateix, cada element de el sistema s'encarrega d'una funció específica: les fosses nasals escalfen l'aire i brinden protecció als gèrmens, la faringe, laringe i tràquea intervenen el pas de l'aire.

A més, la faringe intervé en el pas dels aliments i la laringe en el procés de fonació. Finalment, en els alvèols passa el procés d'intercanvi gasós.

Òrgans respiratoris en el regne animal

En els animals petits, menors a 1 mm, l'intercanvi gasós pot ocórrer per la pell. De fet, certs llinatges animals, com els protozoaris, esponges, cnidaris i alguns cucs realitzen el procés d'intercanvi gasós per mitjà de difusió simple.

En animals més grans, com peixos i amfibis, també està present la respiració cutània, per tal de complementar la respiració realitzada per les brànquies o els pulmons.

Per exemple, les granotes poden dur a terme tot el procés d'intercanvi de gasos per la pell en les etapes d'hibernació, ja que aquestes es troben totalment submergides en basses. En el cas de les salamandres, hi ha espècimens que no tenen completament de pulmons i respiren via cutània.

No obstant això, amb l'augment de la complexitat animal, és necessària la presència d'òrgans especialitzats per a l'intercanvi de gasos i poder complir amb les altes demandes energètiques dels animals multicel·lulars.

A continuació es descriurà amb detall l'anatomia dels òrgans que intervenen l'intercanvi de gasos en diferents grups animals:

tràquees

By BruceBlaus. When using this image in external sources it can be cited es: Blausen.com staff (2014). «Medical gallery of Blausen Medical 2014». WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. From Wikimedia Commons

Els insectes i alguns artròpodes tenen un sistema respiratori molt eficient i directe. Consisteix en un sistema de tubs, anomenats tràquees, que s'estenen per tot el cos de l'animal.

Les tràquees es ramifiquen en tubs més estrets (d'aproximadament 1 micres en diàmetre) denominats tranqueolas. Estan ocupats per fluid i acaben en associació directa amb les membranes de les cèl·lules.

By Indolences (File: Throat Diagram.svg), via Wikimedia Commons

L'aire ingressa a sistema per una sèrie d'obertures que es comporten com una vàlvula, anomenats espiracles. Aquests tenen la capacitat de tancar-se en resposta a la pèrdua d'aigua per evitar la dessecació. Igualment, compta amb filtres per evitar l'entrada de substàncies no desitjades.

Certs insectes, com les abelles, poden realitzar moviments corporals que tenen com a objectiu la ventilació de el sistema de tràquees.

brànquies

Les brànquies, també anomenades agalles, permeten la respiració efectiva en ambients aquàtics. En els equinoderms consisteixen en una extensió de la superfície dels seus cossos, mentre que en els cucs marins i en amfibis són plomalls o flocs.

Les més eficients són als peixos i consisteix en un sistema de brànquies internes. Són estructures filamentoses i amb una irrigació sanguínia adequada que va en contra del corrent d'aigua. Amb aquest sistema "a contracorrent" es pot assegurar la màxima extracció d'oxigen provinent de l'aigua.

La ventilació de les brànquies està associada als moviments de l'animal ia l'obertura de la boca. En ambients terrestres, les brànquies perden el suport flotant de l'aigua, s'assequen i els filaments s'uneixen, portant a el col·lapse de tot el sistema.

Per aquesta raó, els peixos es asfixien quan estan fora de l'aigua, encara que tinguin grans quantitats d'oxigen al seu voltant.

pulmons

Els pulmons dels vertebrats són cavitats internes, proveïdes de gots abundants la funció és intervenir l'intercanvi gasós amb la sang. En alguns invertebrats es parla de "pulmons", encara que aquestes estructures no siguin homòlogues entre si i són molt menys eficients.

En els amfibis, els pulmons són molt simples, similars a una bossa que en algunes granotes es troba subdividit. La superfície disponible per a l'intercanvi s'incrementa en els pulmons dels rèptils no aviaris, que se subdivideixen en nombrosos sacs interconnectats entre si.

En el llinatge de les aus, l'eficiència dels pulmons incrementa gràcies a la presència de sacs aeris, que serveixen com un espai de reserva de l'aire en el procés de ventilació.

Els pulmons arriben a la seva màxima complexitat en els mamífers (veure apartat següent). Els pulmons són rics en teixit connectiu i estan envoltats d'una capa fina d'epiteli anomenat pleura visceral, que continua a la pleura visceral, alineat amb les parets de pit.

Els amfibis fan servir la pressió positiva per a l'ingrés de l'aire en els pulmons, mentre que els rèptils no aviaris, aus i mamífers fan servir la pressió negativa, on l'aire és empès als pulmons per l'expansió de la caixa toràcica.

Parts (òrgans) de sistema respiratori en humans

En els humans, ia la resta dels mamífers, el sistema respiratori està constituït per la porció alta, composta amb boca, cavitat nasal, faringe i laringe; la porció baixa constituïda per la tràquea i els bronquis i la porció de teixit pulmonar.

Porció alta o vies respiratòries superiors

Els nostrilos són les estructures per les quals ingressa l'aire, a aquestes els segueix una càmera nasal entapissada per un epiteli que secreta substàncies mucoses. Les narius internes connecten amb la faringe (el que anomenem comunament gola), on ocorre l'encreuament de dues vies: la digestiva i la respiratòria.

L'aire entra per l'obertura de la glotis, mentre que l'aliment segueix el seu camí per l'esòfag.

L'epiglotis es situa sobre la glotis, amb l'objectiu d'impedir l'entrada de l'aliment a les vies respiratòries, establint un límit entre l'orofaringe - porció situada darrere de la boca - i la laringofaringe - segment més baix -. La glotis s'obre a la laringe ("caixa de veu") i aquesta al seu torn dóna pas a la tràquea.

Porció baixa o vies respiratòries inferiors

La tràquea és un conducte té forma de tub, amb un diàmetre de 15 a 20 mm i 11 centímetres de longitud. La seva paret està reforçada amb teixit cartilaginós, per tal d'evitar el col·lapse de l'estructura, gràcies a això és una estructura semiflexible.

El cartílag es situa en forma de mitja lluna en 15 o 20 anells, és a dir, no envolta completament a la tràquea.

La tranquea es ramifica en dos bronquis, un per a cada pulmó. El dret és més vertical, en comparació amb l'esquerre, a més de ser més curt i voluminós. Després d'aquesta primera divisió, segueixen successives subdivisions en el parènquima pulmonar.

L'estructura dels bronquis s'assembla a la tràquea per la presència de cartílag, múscul i mucosa, encara que les plaques cartilaginoses disminueixen fins a desaparèixer, quan els bronquis arriben a un diàmetre de 1 mm.

Dins d'ells, cada bronqui es divideix en petits tubs anomenats bronquíols, que dirigeixen a l'producte alveolar. Els alvèols posseeixen una sola capa de cèl·lules molt fina que facilita l'intercanvi de gasos amb el sistema de gots capil·lars.

teixit pulmonar

Macroscópicamente, els pulmons es divideixen en lòbuls per cissures. El pulmó dret es compon de tres lòbuls i l'esquerre només posseeix dos. No obstant això, la unitat funcional d'intercanvi gasós no són els pulmons, sinó la unitat alveolo.

Els alvèols són petits sacs amb formes de raïms de raïm que es localitzen a la fin dels bronquíols i corresponen a la subdivisió més petita de les vies aèries. Estan recoberts per dos tipus de cèl·lules, les I i la II.

alvèols

Les cèl·lules de l'tipus I es caracteritzen per ser primes i permeten la difusió dels gasos. Les de l'tipus II són més que petites que el grup anterior, menys prima i la seva funció és secretar una substància de l'tipus surfactant que facilita l'expansió de l'alvèol a ​​la ventilació.

Les cèl·lules de l'epiteli estan intercalades amb fibres de teixit connectiu, perquè el pulmó sigui elàstic. De la mateixa manera, hi ha una xarxa extensa de capil·lars pulmonars on es porta a terme l'intercanvi de gasos.

Els pulmons estan envoltats d'una paret amb teixit mesotelial anomenat pleura. A aquest teixit sol anomenar espai virtual, ja que no conté aire en el seu interior i només posseeix un líquid en quantitats ínfimes.

3D illustration of Larynx Trachea Bronchi Part of Respiratory System.

Desavantatges dels pulmons

Un desavantatge dels pulmons és que l'intercanvi dels gasos ocorre solament en els alvèols i en el producte alveolar. El volum de l'aire que arriba als pulmons però s'ubica en una zona on no passa l'intercanvi gasós, es denomina espai mort.

Per tant, el procés de ventilació en humans és summament ineficient. La ventilació normal només aconsegueix reemplaçar un sisè de l'aire trobat en els pulmons. En un esdeveniment de respiració forçada, queda atrapat un 20 o 30% de l'aire.

Caixa toràcica

Caixa toràcica

La caixa toràcica alberga els pulmons i està formada per un conjunt de músculs i ossos. El component ossi el formen la columna cervical i la dorsal, la graella costal i l'estèrnum. El diafragma és el múscul respiratori més important, trobat en el fons de la casa.

Hi músculs addicionals inserits en les costelles, anomenats intercostals. Altres participen en la mecànica respiratòria com el esternoclidomastoïdal i els escalens, que procedeixen del cap i el coll. Aquests elements s'insereixen a l'estèrnum i en les primeres costelles.

Com funciona?

La captació d'oxigen és vital per als processos de respiració cel·lular, on ocorre la presa d'aquesta molècula per a la producció d'ATP partint dels nutrients obtinguts en el procés d'alimentació mitjançant processos metabòlics.

En altres paraules, l'oxigen serveix per oxidar (cremar) molècules i amb això produir energia. Un dels residus d'aquest procés és el diòxid de carboni, que ha de ser expulsat de l'organisme. La respiració involucra els següents esdeveniments:

ventilació

El procés comença amb la captació de l'oxigen a l'atmosfera per mitjà de l'procés d'inspiració. L'aire entra a el sistema respiratori per les narius, passant per tot el conjunt de tubs descrits, fins arribar als pulmons.

La presa d'aire - respiració - és un procés normalment involuntari però pot passar de ser automàtic a voluntari.

En el cervell, les neurones de la medul·la s'encarreguen de la regulació normal de la respiració. No obstant això, el cos és capaç de regular la respiració depenent dels requeriments d'oxigen.

Una persona mitjana en estat de repòs respira de mitjana 6 litres d'aire cada minut i aquesta xifra pot augmentar fins a 75 litres durant períodes d'exercici intens.

intercanvi gasós

L'oxigen en l'atmosfera és una mescla de gasos, composta d'un 71% de nitrogen, 20,9% d'oxigen i una petita fracció d'altres gasos, com el diòxid de carboni.

Quan l'aire entra en el tracte respiratori, la composició canvia immediatament. El procés d'inspiració satura a l'aire d'aigua i quan l'aire arriba als alvèols es barreja amb l'aire residual provinent d'inspiracions prèvies. En aquest punt la pressió parcial de l'oxigen disminueix i la de diòxid de carboni s'incrementa.

En els teixits respiratoris, els gasos es mouen seguint els gradients de concentracions. Com les pressions parcials d'oxigen són més grans en els alvèols (100 mmHg) que a la sang dels capil·lars pulmonars, (40 mmHg) l'oxigen passa als capil·lars per un procés de difusió.

Igualment, la concentració de diòxid de carboni és més gran en els capil·lars pulmonars (46 mmHg) que en els alvèols (40 mmHg), per això el diòxid de carboni difon en direcció contrària: des dels capil·lars sanguinis, fins als alvèols en els pulmons.

By Fluid-filled_alveolus2_ja.svg: user: delldot (modified by Hatsukari715) derivative work: OSH FPAD (Fluid-filled_alveolus2_ja.svg), via Wikimedia Commons

Transport de gasos

A l'aigua, la solubilitat de l'oxigen és tan baixa que ha d'existir un mitjà de transport per complir amb els requeriments metabòlics. En alguns invertebrats de petits grandària la quantitat d'oxigen dissolt en els seus fluids és suficient per complir amb les demandes de l'individu.

No obstant això, en humans l'oxigen transportat d'aquesta manera només aconseguiria per complir amb l'1% dels requeriments.

Per aquesta raó, l'oxigen - i una quantitat significant de diòxid de carboni - és transportat per pigments a la sang. En tots els vertebrats aquests pigments es troben confinats en els glòbuls vermells.

En el regne animal, el pigment més comú és l'hemoglobina, una molècula de naturalesa proteica que conté ferro en la seva estructura. Cada molècula consisteix de 5% hemo, responsable de la color vermell de la sang i de la unió reversible amb l'oxigen, i 95% globina.

La quantitat d'oxigen que pot unir-se a l'hemoglobina depèn de molts factors, entre ells la concentració d'oxigen: quan és alta, com en els capil·lars, l'hemoglobina s'uneix a l'oxigen; quan la concentració és baixa la proteïna allibera l'oxigen.

Altres pigments respiratoris

Malgrat que l'hemoglobina és el pigment respiratori present en tots els vertebrats i en alguns invertebrats, no és l'únic.

En alguns crustacis decàpodes, crustacis cefalòpodes i mol·luscs ha un pigment de coloració blava anomenat hemocianina. En lloc de ferro aquesta molècula presenta dos àtoms de coure.

En quatre famílies de poliquets ha el pigment clorocruorina, una proteïna que posseeix ferro en la seva estructura i és de color verd. És similar a l'hemoglobina pel que fa a l'estructura i als el funcionament, tot i que no està confinada en cap estructura cel·lular i es troba lliure en el plasma.

Finalment, hi ha un pigment amb una capacitat de càrrega d'oxigen molt menor a la de l'hemoglobina anomenat hemeritrina. És de color vermell i està present en diversos grups d'invertebrats marins.

malalties comuns

asma

És una patologia que afecta les vies respiratòries, provocant la seva inflamació. En un atac d'asma, els músculs que envolten a les vies s'inflamen i la quantitat d'aire que pot ingressar a sistema disminueix dràsticament.

L'atac pot ser desencadenat per una sèrie de substàncies anomenades al·lèrgens, entre ells el pelatge de les mascotes, àcars, climes freds, químics presents en els aliments, floridura, pol·len, entre d'altres.

edema pulmonar

Un edema pulmonar consisteix en l'acumulació de líquid en els pulmons, la qual cosa dificulta la capacitat respiratòria de l'individu. Generalment les causes estan associades a insuficiència cardíaca congestiva, on el cor no bombeja suficient sang.

L'increment de pressió en els vasos sanguinis empeny el líquid cap als espais d'aire a l'interior dels pulmons, reduint així el moviment normal de l'oxigen en els pulmons.

Altres causes de l'edema pulmonar són la insuficiència renal, la presència d'artèries estretes que porten sang als ronyons, miocarditis, arítmies, activitat física a localitat excessivament altes, ús de certs fàrmacs, entre d'altres.

Els símptomes més comuns són la dificultat per respirar, manca d'aire, l'expectoració d'escuma o sang i augment de la freqüència cardíaca.

pneumònies

Les pneumònies són infeccions dels pulmons i poden ser causades per una varietat de microorganismes, incloent bacteris com Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae i clamídies pneumoniae, virus o fongs com Pneumocystis jiroveci.

Es presenta com una inflamació dels espais alveolars. És una malaltia altament contagiosa, perquè els agents causals poden ser disseminats per l'aire i propagar ràpidament per mitjà dels esternuts i la tos.

Les persones més susceptibles a aquesta patologia inclouen individus majors a 65 anys i amb problemes de salut. Els símptomes inclouen febre, calfreds, tos amb flegma, dificultat per respirar, manca d'aire i dolor al pit.

La majoria dels casos no requereixen hospitalització i la malaltia pot ser tractada amb antibiòtics (en cas de ser pneumònia bacteriana) administrats per via oral, repòs i presa de líquids.

bronquitis

La bronquitis es presenti com un procés inflamatori dels conductes que porten oxigen als pulmons, causada per una infecció o per altres motius. Aquesta malaltia es classifica en aguda i crònica.

Dins dels símptomes estan el malestar general, la tos amb mucositat, dificultat per respirar i pressió al pit.

Per tractar la bronquitis es recomana prendre aspirina o acetaminofén per baixar la febre, prendre quantitats importants de líquid i descans. Si és causada per un agent bacterià, es procedeix a la presa d'antibiòtics.

referències

1. French, K., Randall, D., & Burggren, W. (1998). Eckert. Fisiologia animal: Mecanismes i Adaptacions. Mc Graw-Hill Interamericana
2. Gutiérrez, AJ (2005). Entrenament personal: bases, fonaments i aplicacions. INDE.
3. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrated principles of zoology (Vol. 15). New York: McGraw-Hill.
4. Smith-Ágreda, JM (2004). Anatomia dels òrgans de el llenguatge, visió i audició. Ed. Mèdica Panamericana.
5. Taylor, NB, & Best, CH (1986). Bases fisiològiques de la pràctica mèdica. Panamericana.
6. Vived, À. M. (2005). Fonaments de fisiologia de l'activitat física i l'esport. Ed. Mèdica Panamericana.