A respiração

Slides sobre a Respiração (trocas gasosas) para a disciplína de Biofísica do curso de Ciências Biológicas da UFMT

1. A RESPIRAÇÃO
Ambystoma mexicanum
Bom dia!

2. Respiração Anaeróbica – ocorre no citosol sem a
presença de ar através da Glicólise Anaeróbia ou
Fermentação. O lucro líquido da Glicólise é de 2 ATPs.
Muitos invertebrados (geralmente parasitos) podem sobreviver a
períodos de exaustão de oxigênio, quer reduzindo sua taxa
metabólica ou mudando para respiração anaeróbia.
Respiração Aeróbica –
ocorre na mitocôndria
pelo chamado
Ciclo de Krebs ou
fosforilação
oxidativa. O lucro líquido
do Ciclo de Krebs
é 30 ATPs.

3. A necessidade da respiração
- O oxigênio, na maioria dos casos é indispensável ao
metabolismo celular (obtenção de energia), pois a
oxidação faz com que elementos químicos percam
elétrons que serão transferidos a outros elementos.
Ele participa da cadeia de transferência de elétrons
que culminará na produção do ATP, combustível
celular de todos os seres vivos.

- O dióxido de carbono
(CO
2
), e água são produtos
do metabolismo celular a
serem eliminados.

4. Em animais inferiores, as trocas gasosas são diretas
(difusão) .
Nos mais complexos, ou providos de revestimento seco e
impermeável, a respiração dá-se em dois estágios:
- Respiração externa – trocas entre o ambiente e os órgãos
respiratórios.
- Respiração interna – trocas entre os líquidos do corpo e
as células dos tecidos (difusão).



Respiração celular aeróbica
(nas mitocôndrias)
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2

6CO
2
+ 6H
2
O + energia (ATP)

5. Outros autores fazem a seguinte distinção:
- Trocas gasosas – absorção de oxigênio e perda de
dióxido de carbono.
- Respiração – atividade metabólica de produção de
energia (ATP) que ocorre dentro da célula.

6. Como ocorrem as trocas gasosas?
Lei dos gases: quando existe uma diferença de pressões
de difusão entre os dois lados de uma membrana,
passam mais moléculas para a região de pressão menor
do que na direção oposta.
A pressão do oxigênio no ar ou na água é maior do que
no corpo de um animal, onde o oxigênio é
constantemente usado, de modo que tende a entrar por
qualquer membrana apropriada.

7. Proteínas transmembrana formam poros funcionais, ou
seja, caminhos hidrofílicos pelos quais passam muitos
íons e moléculas insolúveis em lipídios.
- Todos os sistemas respiratórios possuem uma
membrana úmida permeável. O sistema deve estar
umedecido porque os gases têm de estar em solução
para que sejam difundidos através da membrana.
Euglena viridis

8. Para definir um gás é necessário explicitar:
- Volume - medido em mm
3
, cm
3
(mL) ou m
3
(SI).
- Temperatura – medida em °C ou K.
- Pressão – medida em torr (Torricelli).
1 torr = 1mm Hg
1 atm = 760 mm Hg = 760 torr
1. Lei de Boyle-Mariotte: o volume de um gás é
inversamente proporcional à pressão, mantida
constante a temperatura. Explica as mudanças de
pressão que o ar sofre ao entrar e sair dos pulmões.
Robert Boyle (1627-91)

9. 2. Lei de Gay-Lussac-Charles: o volume de um gás é
diretamente proporcional à temperatura absoluta,
mantida constante a pressão. Permite calcular a
variação de volume que o ar sofre ao entrar e sair do
pulmão.
3. Lei geral dos gases: é a combinação das leis anteriores
obtida através da teoria cinética da matéria.
P = pressão
V = volume
n = número de moles
R = constante universal dos gases (8,3 J.10
-1
°K
-1
)
T = temperatura
PV = nRT

10. 4. Lei de Henry – o volume de um gás dissolvido em
um líquido é proporcional à pressão do gás sobre o
líquido, a uma fator de solubilidade e ao volume do
líquido.
V
d
= P
.
f
.
V
1
P = pressão (em torr)
f = fator de solubilidade
V
1
= volume do líquido (em L)
V
d
= volume (do gás) dissolvido (em mL)
William Henry (1774-1836)

11. 5. Lei de Graham: a difusão de um gás é inversamente
proporcial à raiz quadrada de sua massa molecular. Se
aplica em estudos de difusão de gases em biossistemas.
Na Biologia, várias constantes foram acrescentadas:
Cs = constante de solubilidade
T = temperatura M = massa molecular
A = área de difusão L = distância
∆P = coeficiente de pressão n = viscosidade do meio

v = 1
√M
v = C
s

.
T
.
A
.
∆P
M . L . n
Thomas Graham (1805-1869)

12. Mecanismos
de Respiração
Filo Ctenophora
Beroe sp.
(difusão do oxigênio
por membranas úmidas)

13. I. Difusão do oxigênio por membranas úmidas
Uronychia sp.
Renilla
reniformis
O ar é absorido pelas células da parede do corpo e
difunde-se para as outras células. (PROTOZOÁRIOS,
AMEBAS, TURBELÁRIOS, ESPONJAS E CNIDÁRIOS)

14. Planocera graffii
Stylochus insolitus

15. Muitos oligoquetas (Annelida)
como esta minhoca apresentam
uma rede de capilares intra-
epidérmicos - derivada dos
vasos sanguíneos dentro da
parede do corpo – que
fornecem um fluxo sanguíneo
constante do vaso ventral à
parede do corpo em uma ampla
área de superfície para trocas
gasosas.
Lumbricus terrestris
II. Difusão do oxigênio pela parede do
corpo para vasos sanguíneos

17. Todos os anfíbios têm tegumento glandular altamente
permeável aos gases e à água. A função primária do muco é
manter o tegumento úmido e permeável para viabilizar as
trocas gasosas, especialmente a liberação do CO
2
, que se dá
por capilares que se ramificam das artérias pulmocutâneas.
Pele da rã

18. III. Respiração
branquial
NOS MOLUSCOS
Ocorre nos ctenídios,
organizados a partir de
um eixo longo e achatado
que se projeta da cavidade
do manto, mantido
suspenso em uma
membrana. De ambos os
lados deste eixo, fixam-se
filamentos triangulares ou
cuneiformes que se
alternam em posição com
os filamentos do lado
oposto (condição
bipectinada).
Classe Cephalopoda – Loligo sp.

19. Os cílios laterais do ctenídio movimentam a água para
dentro da câmara inalante e os cílios abfrontais
propulsionam a água para que banhe os filamentos no
sentido oposto à do fluxo de hemolinfa no interior destes
filamentos, fenômeno de contracorrente que maximiza o
gradiente de difusão.
Cílios abfrontais
Classe
Bivalvia

20. A hemolinfa flui através dos filamentos, do vaso aferente
para o eferente.

21. O poliqueto
(Annelida) Neanthes
virens possui
notopódios (a parte
superior de cada
parapódio)
que servem como
brânquias.

22. Corte transversal em um segmento do poliqueto
Neanthes virens (Annelida)

23. '
Alitta nereis, outro poliqueto marinho com parapódios que funcionam
como brânquias

24. As brânquias de peixes ósseos são formadas por
filamentos branquiais agrupados em arcos situados da
cavidade do opérculo. A troca de gases ocorre nas
inúmeras projeções microscópicas chamadas lamelas
secundárias.
Brânquias de atum
Rastelos branquiais
expandidos protegem os
filamentos branquiais de
partículas duras e evitam
a passagem de alimento
pelas fendas branquiais.

25. Durante a respiração os opérculos fecham-se e água
entra na boca, passando pelas brânquias que aumentam
(bombeamento bucal) e saindo pelo opérculo (agora
aberto) prevenindo o fluxo reverso. Alguns peixes
criam uma corrente respiratória através da natação com
a boca entreaberta (ventilação forçada).

26. Os vasos aferentes
levam o sangue
não-oxigenado
às lamelas secundárias
para que seja
oxigenado e os vasos
eferentes retornam o sangue
para o arco. A direção do fluxo
sanguíneo pela lamela é oposta à
direção do fluxo da água que atravessa
a brânquia.
Troca gasosa
branquial por
contra-corrente

27. Três pares de brânquias externas ocorrem em todos os
embriões e larvas e persistem nos adultos de algumas
salamandras estritamente aquáticas. Salamandras agitam
suas brânquias para auxiliar a aeração. Nos girinos, a água
entra pela boca e sai pelas narinas, depois é forçada por
entre as brânquias e sai pelo espiráculo.
Larva de Ambystoma marvotium em metamorfose

28. Girino de Rana catesbeiana
Ambystoma tigrinum
Embrião de Ichthyophis kohtaoensis
Classe Amphibia
Ordem Gymnophiona (Cecílias)

29. IV. Traquéias
Dissosteira longipennis

30. As traquéias, tubos finos re-
vestidos de quitina que se ori-
ginam na parede do corpo e se
ramificam a todos os órgãos e
tecidos, terminam em células
traqueais microscópicas, que se estendem como traquéolas
intracelulares, formando às vezes, redes capilares. A parte
final da traquéola é cheia de líquido, pelo qual o oxigênio se
difunde para as células e o CO
2
, destas para as traquéolas.

31. Um pulmão é uma câmara revestida internamente por
epitélio úmido, sob o qual há uma rede de capilares
sanguíneos e assemelha-se a uma brânquia, mas invaginada
ao invés de evaginada. As partições de sua parede formam
alvéolos: câmaras microscópicas abertas ao fluxo aéreo
pulmonar e circundadas por numerosos capilares
sanguíneos, onde ocorrem as trocas gasosas.
V. Pulmões

32. A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar
residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas.
Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho
da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.
Além de respirar pela
pele e pela mucosa da
cavidade bucal,
também ANFÍBIOS
respiram por pulmões,
com a boca fechada.
O assoalho da boca é
abaixado fazendo
com que o ar entre
pelas passagens nasais
até uma depressão na
bucofaringe. Pulmões de Rana catesteiana

33. A glote fecha-se a abre novamente para expelir o ar
residual dos pulmões, contraídos pelas paredes torácicas.
Depois desta exalação, as narinas fecham-se e o assoalho
da boca eleva-se para forçar o ar para dentro dos pulmões.
Além de respirar pela
pele e pela mucosa da
cavidade bucal,
também ANFÍBIOS
respiram por pulmões,
com a boca fechada.
O assoalho da boca é
abaixado fazendo
com que o ar entre
pelas passagens nasais
até uma depressão na
bucofaringe. Pulmões de Rana catesteiana

35. O pulmão das aves é mais eficiente do que de outros
invertebrados porque o ar atravessa o pulmão, ao invés de
entrar e sair dele. Capilares aéreos, em cujas paredes
ocorrem as trocas gasosas, abrem-se em canais maiores, os
Os
parabrônquios
comunicam-se
com os
brônquios e
com os sacos
aéreos que se
estendem no
celoma.
parabrônquios.
Aparelho respiratório do pombo

36. As narinas do bico de um galo ligam-se
às coanas, acima da cavidade bucal. A
glote, no assoalho da faringe, abre-se
em uma traquéia longa e flexível
reforçada por arcos cartilaginosos
parcialmente calcificados que
prolongam-se à siringe (caixa vocal)
muscular, de onde parte um brônquio
para cada pulmão.
Anatomia do
galo
(incluindo
sistema
respiratório)

37. A respiração das aves se dá
através de dois ciclos de
inalação e exalação. O ar
entra passa pelos brônquios e
a maior parte vai para os
sacos aéreos posteriores. Na
expiração ele flui para
dentro dos pulmões, expan-
dindo-os. Na seguinte inspi-
ração, uma nova leva de ar ar
passa os sacos posteriores e
ar do pulmão vai para os
sacos aéreos anteriores. O
movimento de ar atua em
uma só direção, oposta à do
fluxo sanguíneo (efeito
contra-corrente).
1
2
3
4

38. A respiração humana
A massa do pulmão é
porosa e esponjosa e
contém várias fibras
elásticas. O diafragma é
uma parede muscular
que separa o tórax,
contendo os corações e
o pulmão, do resto da
cavidade abdominal.
Diafragma no tórax em destaque
em imagem 3D

39. Os pulmões são revestidos por
uma membrana, a
pleura visceral, e uma
membrana semelhante,
a pleura parietal,
reveste a cavidade
torácica. Entre
elas há o líquido
intra-pleural, cuja
pressão é menor do
que a do ar
atmosférico.
Esquema mostrando em roxo o espaço intrapleural
preenchido pelo líquido intrapleural.

40. Na inspiração as costelas são levantadas e o diafragma
abaixado, o que aumenta o volume torácico, reduzindo a
pressão no líquido intrapleural. A pressão do líquido é,
então, menor do que a do ar do pulmão. O pulmão então se
expande e causando, na sequência, a entrada de ar. A
expiração resulta do relaxamento do diafragma, que
contrai o tecido elástico do pulmão e expele o ar.

41. Obrigado pela atenção!
FIM

42. Bibliografia
BRUSCA, R.C.; BRUSCA, G.J. Invertebrados. 2ª edição. Rio de
Janeiro – RJ: Guanabara Koogan, 2007.
JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e
Molecular, 9ª edição, Rio de Janeiro – RJ: Guanabara Koogan,
2012.
STORER, T.I.; USINGER, R.L.; STEBBINS, R.C.;
NYBAKKEN, J.W. Zoologia Geral, 6ª edição. São Paulo – SP:
Companhia Editora Nacional, 2007.
RENEINE, I.F. Biofísica básica. Rio de Janeiro: Ed. Atheneu,
1984-2000.
RUPPERT, E. BARNES, R.D. Zoologia de Invertebrados. 6ª
edição. São Paulo: Editora Roca, 1996.