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ANATOMÍA ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS CIRCULATORIO Y RESPIRATORIO EN ANIMALES ACUÁTICOS

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ANATOMÍA ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS CIRCULATORIO Y RESPIRATORIO EN ANIMALES ACUÁTICOS. Componentes del Sistema Circulatorio/Respiratorio. Sitio de intercambio Sistema ventilatorio Líquido respiratorio Sistema vascular (formado de arterias, capilares y venas )

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anatom a estructura y fisiolog a de los sistemas circulatorio y respiratorio en animales acu ticos

ANATOMÍA ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS CIRCULATORIO Y RESPIRATORIO EN ANIMALES ACUÁTICOS

componentes del sistema circulatorio respiratorio
Componentes del Sistema Circulatorio/Respiratorio
  • Sitio de intercambio
  • Sistema ventilatorio
  • Líquido respiratorio
  • Sistema vascular (formado de arterias, capilares y venas)
  • Órgano de propulsión
sitios de intercambio

Sitios de Intercambio

Lugar donde se obtiene el oxígeno del medio para ingresarlo al cuerpo y al mismo tiempo se desecha el dióxido de carbono (otros metabolitos)

También se le conoce como estructura respiratoria

estructuras respiratorias en animales sitios de intercambio
Estructuras respiratorias en animales (sitios de intercambio)
  • Tráqueas
  • Pulmones
  • Branquias
    • Branquias de penacho
    • Branquias lamelares
    • Branquias filamentosas
branquias
Branquias
  • Evaginaciones=no se les considera pulmones
  • Órganos respiratorios muy eficientes. En el agua solamente el 3% del oxígeno disponible en relación al ambiente externo
  • Por su estructura tienen un área superficial grande
  • Ayudan al intercambio de oxígeno y dióxido de carbono
tipos de branquias
Tipos de branquias

Branquias filamentosas

Branquias lamelares

Branquias de penacho

slide9

La estructura general de las branquias es constante en todos los organismos superiores. En el caso de los peces varía de acuerdo a su posición en la escala evolutiva. En peces pueden estar en bolsas y presentar aberturas branquiales; ser septados y presentar aberturas branquiales; o presentar una cámara branquial.

slide10

Larva de salamandramarmoleada a la que se le observanclaramentelasbranquiasexternas. Tomado de: http://www.naturalsciences.org/education/treks/amphibian/2007/pages/Marbled%20Salamander%20Larvae.html

sistema branquial de una lamprea
Sistema branquial de una lamprea

Bolas branquiales (GP) y aorta media ventral (MVA)

estructura de las branquias
Estructura de las branquias
  • Se dividen en:
    • Lamelas primarias
    • Lamelas secundarias

Hemibranquias: unión de dos branquias

Arco branquial: estructura rígida de soporte

slide13

Hemibranquia

Lamela Primaria

Lamela secundaria

Arco branquial

Arco branquial

Filamentos branquiales

c lulas que conforman la branquia
Células que conforman la branquia
  • Pilares: para estructura
  • Mucosas: producen mucus
  • Células epiteliales planas: cumplen con la función de intercambio gaseoso
  • Serosas (de pavimento): dan estructura, se encuentran en las lamelas secundarias
  • Ionocitos o células de cloruro: se encargan de la osmorregulación
continuaci n estructuras respiratorias

Continuación Estructuras Respiratorias

Martes, septiembre 08 de 2009.

sistema ventilatorio

Sistema Ventilatorio

Sistema que permite el intercambio del sustrato respiratorio (aire o agua) para eliminar el que esté deficiente en oxígeno y contaminado con dióxido de carbono por sustrato nuevo, rico en oxígeno y pobre en dióxido de carbono

sistema ventilatorio1
Sistema ventilatorio
  • Se requiere en animales activos para mejorar la eficiencia respiratoria al asegurar que suficiente volumen del medio externo pase por el sitio de intercambio
  • Para lograr este propósito el sitio de intercambio está interrelacionado con el sistema circulatorio
formas de crear la corriente ventilatoria
Formas de crear la corriente ventilatoria
  • Mecanismo específico
    • Bomba bucal-opercular en peces
    • Movimiento del diafragma
  • Uso del movimiento del agua durante la natación
    • Ventilación ram en peces de nado rápido y continuo
    • Movimiento de apéndices locomotores en crustáceos
flujo de agua durante los movimientos ventilatorios en un pez
Flujo de agua durante los movimientos ventilatorios en un pez

Opérculo

Cubierta branquial

Arco branquial

Cavidad bucal

Cavidad opercular

Esófago

sistema de ventilaci n ram
Sistema de ventilación ram
  • Puede asociarse con la alimentación
  • Se presenta en nadadores rápidos (escómbridos) y elasmobranquios
l quido respiratorio1
Líquido Respiratorio
  • Tejido complejo del que se vale el sistema circulatorio para transportar los materiales a través del cuerpo
  • Característico de sistemas cardiovasculares complejos
  • Además de oxígeno y dióxido de carbono ayuda a transportar nutrientes, productos de desecho, y hormonas
  • Vehículo de casi todos los procesos homeostáticos y con funciones en casi todos los procesos fisiológicos
funci n respiratoria del l quido r espiratorio
Función Respiratoria del Líquido Respiratorio
  • Fija y transporta el oxígeno del sitio de intercambio hasta los tejidos
  • Transporta dióxido de carbono de los tejidos al sitio de intercambio para excretarlo
  • Transporta otros materiales disueltos
otras funciones de los l quidos r espiratorios
Otras Funciones de los Líquidos Respiratorios
  • Buffer de la sangre
  • Transporte y vehículo del sistema inmunológico
  • Transporte de otros materiales y mensajes químicos a través del cuerpo (hormonas por ejemplo)
l quidos respiratorios en animales acu ticos
Líquidos Respiratorios en Animales Acuáticos
  • Hidrolinfa:
    • Carece de pigmento, presente en grupos evolutivos bajos (esponjas, celenterados, equinodermos), no presenta células
  • Hemolinfa:
    • Presenta células y pigmentos (vermes, moluscos, crustáceos, arácnidos), pigmento disuelto, no dentro de la células
  • Sangre:
    • Forma más desarrollada de pigmento respiratorio, pigmento dentro de la célula (vertebrados, vermes, moluscos y equinodermos)
pigmentos respiratorios
Pigmentos respiratorios
  • Compuestos que presentan la propiedad de poder fijar con facilidad el oxígeno
  • Ayudan a mantener la presión coloidosmótica del líquido respiratorio
  • Actúan como buffers en el transporte de dióxido de carbono
tipos de pigmentos respiratorios
Tipos de pigmentos respiratorios
  • Hemoglobina (Hb): vermes, moluscos, crustáceos, equinodermos, vertebrados
  • Hemocianina (Hcy): moluscos, crustáceos, arácnidos
  • Clorocruorina (Cr): vermes
  • Hemeritrina (Hry): vermes
hemoglobina hb
Hemoglobina Hb
  • Cambia sus características físicas y químicas de acuerdo a la especie
  • Puede localizarse: extracelularmente, intracelularmente (eritrocitos), tejidos (muscular y nervioso)
  • También presenta afinidad con el dióxido de carbono
  • A pH ácido disminuye la capacidad de transporte de oxígeno
estructura de la hemoglobina
Estructura de la hemoglobina
  • Es un tetrámero
  • Puede transportar cuatro moléculas de oxígeno
  • Presenta fijación cooperativa por modificaciones alostéricas
hemocianina
Hemocianina
  • Núcleo de cobre
  • Disuelto en la hemolinfa
  • Menos eficiente que Hb
  • Su afinidad por el oxígeno cambia de acuerdo a la especie:
    • Bentónicos: alta afinidad
    • Pelágicos: poca afinidad
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Solo en anélidos

  • Similar a la Hb
  • Se “envenena” fácilmente con el dióxido de carbono
  • Más reciente en descubrirse
  • Posee 3 veces más hierro que la Hb
  • No se “envenena” con dióxido de carbono

Clorocruorina

Hemeritrina

sistema vascular
Sistema vascular

Se divide en:

  • Circulación central: compuesto por el corazón, y los principales conductos de ingreso y salida al corazón
  • Circulación periférica: formado por el sistema arterial, sistema venoso y capilares
slide35

Mantiene la presión sanguínea necesaria para mantener la circulación funcionando

  • Lleva el líquido respiratorio oxigenado hacia los tejidos
  • Sólo en organismos con sistema circulatorio cerrado
  • Colecta la sangre de los capilares y la regresa al corazón en las venas
  • Normalmente tiene baja presión
  • Actúa como reservorio de la sangre

SISTEMA ARTERIAL

SISTEMA VENOSO

slide36

Todos los tejidos tienen muchos capilares para favorecer la irrigación

  • Los capilares se localizan paralelos unos a otros para favorecer la distribución de la sangre
  • Posible únicamente en sistemas circulatorios cerrados (hay suficiente presión)
  • Principalmente en los riñones
  • Separación de ultrafiltrado (fluido libre de partículas proteínicas coloidales) del plasma sanguíneo por medio de la membrana semipermeable de los capilares por la presión sanguínea

Sistema capilar

Ultrafiltración

organo de propulsi n

ORGANO DE PROPULSIÓN

órgano encargado de generar el impulso que permite la circulación del líquido respiratorio y que este llegue a los lugares y tejidos más lejanos. Puede empujar el líquido contra la dirección de la gravedad.

mecanismo de movilizaci n del l quido r espiratorio
Mecanismo de Movilización del Líquido Respiratorio
  • Fuerza por las contracciones rítmicas del corazón
  • Fricción provocada por las arterias cuando las llena el corazón
  • Presión sobre los vasos sanguíneos durante los movimientos corporales
  • Contracciones peristálticas del músculo liso que rodea los vasos sanguíneos
el coraz n
El corazón
  • Bomba muscular (miocardio) con diferentes válvulas
  • Bombea sangre hacia el cuerpo, movimiento regulado por el metabolismo del Ca
  • Consta de una o más cámaras conectas en series (normalmente 2 o 4) que están protegidas por válvulas y en algunos casos esfínteres
  • Solo permite la circulación en una dirección
pericardio
Pericardio
  • Membrana de tejido conectivo que rodea al corazón
  • Su rigidez o elasticidad determinan la magnitud del cambio de presión que se observa en el corazón y que determinará la presión de los latidos
latidos del coraz n
Latidos del corazón
  • Consisten de una contracción rítmica (sístole) y la consecuente relajación (diástole)
  • La contracción de cada célula está asociada con su potencial eléctrico
  • La actividad eléctrica se inicia en la región del marcapaso y se transfiere de célula a célula debido a que están eléctricamente conectadas por uniones de abertura
control de los latidos del coraz n
Control de los latidos del corazón
  • Se controlan eléctricamente
  • Las membranas de los miocitos siempre presentan polarización llamada potencial de marcapasos
  • El potencial eléctrico de la membrana está regulado por las concentraciones de potasio, calcio y sodio dentro y fuera de las células
  • Acetilcolina: latidos más lentos los latidos, al incrementar la conductividad de potasio y disminuir la conductividad de calcio
  • Adenosina: también disminuye ritmo cardíaco con un mecanismo similar
  • Catecolaminas (norepinefrina): acelera el potencial marcapasos incrementando el ritmo cardíaco
slide43

Aumento en la temperatura

  • Concentración extracelular de Ca++
  • Arginina, vasotocina, oxitocina, adenosina, prostaciclina
  • Hipoxia
  • Acidosis
  • Acetilcolina

Factores que incrementan la contractibilidad cardiaca

Factores que disminuyen la contractibilidad cardíaca

circulaci n coronaria
Circulación Coronaria
  • Es la circulación que provee de oxígeno y nutrientes al corazón
  • Se requiere en organismos que presentan áreas de tejido cardíaco muy denso
  • Está presente en tiburones
intercambiadores de contracorriente
Intercambiadores de Contracorriente
  • Mecanismos de intercambio comunes en animales
  • Consisten de una vena y una arteria que van paralelas con flujos a contracorriente
  • Normalmente se trata de vénulas y arteriolas o capilares
  • El flujo contracorriente y el diámetro pequeño permite el intercambio de calor y gas
  • Ayudan en muchos casos a controlar la temperatura
rete mirable
Rete mirable
  • Sistema de contracorriente de pequeñas vénulas y arteriolas
  • Son comunes entre los peces para varios mecanismos tales como llenado de la vegija gaseosa o en peces heterotermos
transferencia de materiales a trav s de las paredes capilares
Transferencia de Materiales a Través de las Paredes Capilares

Los capilares tienen diferente permeabilidad dependiendo del tejido al que irriguen y se dividen en:

  • Capilares continuos: los menos permeables, se localizan en músculo, tejido neuronal, pulmones, tejido conectivo y glándulas exocrinas
  • Capilares fenestrados: permeabilidad intermedia, en glomérulos renales, intestinos y glándulas endocrinas
  • Capilares sinusoides: los más permeables, en el hígado, médula ósea, bazo, nódulos linfáticos y corteza adrenal
sistema circulatorio como sistema integrador
Sistema Circulatorio como Sistema Integrador
  • Su relación más estrecha es con el sistema respiratorio
  • Por llegar a todos los órganos y tejidos también ayuda al funcionamiento y regulación de muchas otras funciones fisiológicas
  • Transporta los insumos y subproductos de todos los sistemas del cuerpo
sistema linf tico
Sistema Linfático

Las paredes capilares son permeables por lo que a altas presiones sanguíneas se pierde líquido de la sangre el cual se aloja en los espacios intersticiales

caracter sticas del sistema linf tico
Características del Sistema Linfático
  • Carece de eritrocitos y es casi incoloro por lo que es difícil de observarlo
  • Formado de conductos que drenan los tejidos y conducen la linfa al sistema venoso
  • Presente en vertebrados
  • Sus conductos son porosos debido a espacios entre células adyacentes, favoreciendo el ingreso de fluidos al sistema
  • Existen válvulas para controlar el flujo en una sola dirección
  • Los conductos mayores se contraen para crear corrientes de succión que permiten drenar los tejidos
funciones del sistema linf tico
Funciones del Sistema Linfático
  • Retornar a la sangre el exceso de fluido (agua) y proteínas que se infiltran hacia tejidos intersticiales, para mantener el balance de fluidos en los tejidos
  • Conducir las moléculas grandes, particularmente las grasas absorbidas por el tracto digestivo hacia el sistema circulatorio - existe un conducto linfático en los villi del tracto digestivo que se encarga de absorber los lípidos y transportarlos hacia el sistema circulatorio-
estructura del sistema linf tico
Estructura del sistema linfático
  • Capilares linfáticos ciegos que drenan los espacios intersticiales
  • Unión de capilares linfáticos para formar estructuras ramificadas que cubren todos los tejidos
  • Los conductos linfáticos mayores se asemejan a las venas
el sistema circulatorio y la respuesta inmune
El Sistema Circulatorio y la Respuesta Inmune
  • Tanto el sistema circulatorio como el sistema linfático contribuyen con la respuesta inmune
  • Los componentes más importantes de la respuesta inmune son los linfocitos
  • La respuesta inmune consiste en reconocer al invasor y marcarlo para su destrucción
linfocitos
Linfocitos
  • Una clase de leucocitos
  • Su característica única es que tienen la habilidad de reconocer sustancias extrañas (antígenos) incluyendo aquellas en la superficie de patógenos invasores, células infectadas por virus y células tumorosas
tipos de linfocitos
Tipos de linfocitos
  • Linfocitos B (células B): secretan anticuerpos
  • Linfocitos T (células T): se encargan de la destrucción de células y materiales extraños
    • Células colaboradoras (Th)
    • Células citotoxicas (Tc)
  • Otras células que colaboran con los linfocitos:
    • Neutrófilos
    • Macrófagos
respuesta inmune
Respuesta inmune
  • El antígeno es reconocido por Th
  • Th secretan citotoxinas
  • Se promueve la respuesta de células B
  • Se promueve la respuesta de macrófagos
  • Los leucocitos circulan en el sistema circulatorio y en el sistema linfático
  • Se acumulan en nódulos linfáticos que filtran la linfa para que los linfocitos y los antígenos puedan estar en contacto
slide64
Linfocitos
  • Cada uno responde de distinta manera
  • Anticuerpos fijos a la membrana de las células B y receptores de las células T reconocen y se adhieren de forma específica a los antígenos
  • Las células Th y Tc se distinguen por la presencia de moléculas adheridas a las membranas llamadas CD4 y CD8
respuesta inmune1
Respuesta Inmune
  • Para acceder a los tejidos infectados los vasos linfáticos producen receptores que permiten el paso de linfocitos hacia el tejido
  • El proceso de movilización hacia tejidos inflamados se llama extravasación
extravasaci n
Extravasación

Cuando un tejido está inflamado los leucocitos reconocen receptores de la membrana celular a los cuales se adhieren para propiciar la extravasación

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Panorama general de cómo sucede la extravasación de los leucocitos hacia los sitios de infección

fisiolog a de la respiraci n
Fisiología de la respiración
  • La frecuencia y amplitud de los movimientos respiratorios es modificable de acuerdo a la intensidad del metabolismo
  • La regulación de la respiración está coordinada por el SNC
  • Los peces poseen un centro respiratorio entre el cerebelo y la médula
factores que afectan el consumo de ox geno
Factores que afectan el consumo de oxígeno

Factores Bióticos

  • Peso del animal/edad
  • Etapa fisiológica
  • Actividad
  • Estado de la alimentación
  • Estado de salud

Factores Abióticos

Temperatura

Salinidad (presión osmótica)

Presión parcial de oxígeno disuelto en el agua

Fotoperíodo

Otros factores ambientales (mareas, corrientes, contaminación, etc…)

tama o edad
Tamaño/Edad

Estado Fisiológico

  • Los organismos pequeños tienen mayores tasas metabólicas que los organismos mayores
  • Con el crecimiento disminuye el índice de actividad
  • La respiración total de un animal grande es mayor que la de un juvenil

Organismos en crecimiento tienen altas tasas metabólicas

Durante la producción de gónadas también se incrementa la tasa metabólica

actividad

Estado de Alimentación

Actividad

Consumir proteínas aumenta el consumo de oxígeno

El tracto digestivo lleno altera considerablemente el metabolismo energético

Cada especie tiene su propio tiempo o velocidad de digestión

Inversión de energía en captura de alimento

Composición y calidad de la dieta determinarán la “Acción Dinámica Específica” de cada alimento

  • Factor más difícil de determinar y controlar
  • El metabolismo puede estar a cuatro niveles:
    • Basal
    • Estándar
    • Rutina
    • Activo
efecto de la actividad
Efecto de la actividad

Nado repentino:

  • La frecuencia cardiaca, el volumen de bombeo y la presión arterial decrecen
  • Actividad anaérobica desarrolla por el músculo blanco. Todos estos parámetros se incrementan durante la fase de recuperación

Actividad Prolongada

  • Volumen de bombeo se incrementa 47-200%.
  • Músculo aeróbico usado durante nados lentos prolongados. El incremento en el volumen de bombeo se da por incremento en el volumen bombeado por el corazón y no por incremento del ritmo cardíaco
slide74

Amplitud metabólica:

Diferencia de energía que se requiere para pasar de un nivel de metabolismo al siguiente. Varía con la especie

slide75

Estado de Salud

Los ectoparásitos especialmente en la branquias disminuyen la eficiencia respiratoria

En general cuando hay enfermedad se aumenta el consumo de oxígeno

Cuando se están produciendo anticuerpos se aumenta el consumo de oxígeno

slide76

Factores Abióticos que Afectan el

Consumo de Oxígeno

Temperatura

  • Determina la tasa de las reacciones químicas
  • Controla la tasa metabólica y el crecimiento, hasta un límite
  • Efecto Q10 en animales acuáticos, el metabolismo estándar incrementará con el incremento de la temperatura hasta niveles letales
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Variaciones de Salinidad

Las especies de agua dulce tienen un consumo de oxígeno mayor a sus afines de agua salada

Especies eurihalinas consumen más oxígeno en agua salobre que en agua de mar

Especies de agua salobre consumen más oxígeno en agua dulce

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Presión Parcial de Oxígeno Disuelto

Pueden ser

  • Conformadores: normalmente usan 10-25% del oxígeno disponible, organismos oceánicos
  • Reguladores: usan 60-70% del oxígeno disponible, mayoría de peces, moluscos y peneidos
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Fotoperíodo

Lo más importante es las horas luz, ya que afectan la secreción de hormonas, especialmente las tiroideas

Existen especies fotosensitivas y no fotosensitivas

Al sincronizar la reproducción también incide en el consumo de oxígeno por esta actividad

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Alcalinidad: debido al metabolismo del calcio, mayor alcalinidad normalmente implica un mayor consumo de oxígeno

Turbidez:disminuye la eficiencia de la respiración

Contaminación: normalmente aumenta el consumo de oxígeno y se aumenta el consumo de energía al activarse el sistema MXO del hígado

control de la circulaci n
Control de la Circulación
  • Para controlar la circulación en cuerpo tiene:
    • Baro-receptores: que monitorean la presión sanguínea en diferentes puntos del sistema cardiovascular
    • Quimiorreceptores: que monitorean la concentración de dióxido de carbono y pH oxígeno de la sangre
  • La información detectada es controlada por un centro nervioso regulador
slide82

Otras fuentes de información

Otros mecano-rreceptores circulatorios

Centros arteriales de control

CNS

Corazón y vasos sanguíneos

Centro de control de la respiración

Efectores Automáticos

Baro-receptores arteriales

El sistema circulatorio tiene varios circuitos de retroalimentación negativa. Varios receptores sensoriales monitorean los cambios en el estado del sistema cardiovascular y envían la información al sistema de control. Después de que se colecta toda la información de distintos sitios el SNC envía la respuesta necesaria para mantener la presión sanguínea necesaria. La información proviene de varios sitios y se procesa finalmente por el cerebro.

respuesta respiratoria
Respuesta respiratoria

De acuerdo a la respuesta fisiológica de los organismos en función de la concentración de oxígeno ambiental disponible, éstos se pueden dividir en dos grupos:

  • Conformadores de oxígeno
  • Reguladores de oxígeno
conformadores de ox geno
Conformadores de oxígeno
  • El consumo de oxígeno disminuye en proporción a la disminución ambiental de oxígeno
  • Común en organismos invertebrados sésiles y poco activos que carecen de estructuras respiratorias y circulatorias especializadas
reguladores de ox geno
Reguladores de Oxígeno
  • Animales que mantienen su consumo de oxígeno aún a presiones parciales de oxígeno por debajo de lo normal
  • Su tasa metabólica se mantiene a nivel normal hasta que se alcanza una presión parcial de oxígeno crítica
respuestas del sistema respiratorio
Respuestas del Sistema Respiratorio
  • Corazón: modificar frecuencia de latido
  • Branquias: modificación de área funcional
  • Músculos motores de las bombas bucales y operculares: modificar la tasa de ventilación
otras modificaciones
Otras Modificaciones
  • Producción de diferentes Hb dependiendo del pH de la sangre
  • Producción de proteínas anticoagulantes
  • Producción de mucus
  • Intercambio de mecanismo respiratorio