Atividade | Respiração - Fisiologia Animal Comparada

Prévia do material em texto

Disciplina: Fisiologia Animal Comparada
Assunto: Respiração
Exercício
1. Relacione a definição do termo respiração com a importância da realização das trocas gasosas para todos os animais.
O processo de respiração consiste no funcionamento coordenado das estruturas que captam o oxigênio e das estruturas que o distribuem pelo corpo para suprir as demandas energéticas dos organismos. É através desse processo que as células obtêm energia necessária para a manutenção do metabolismo por meio da respiração celular. Em alguns animais, esse processo é importante também para a regulação da temperatura e ainda para a manutenção do pH.
2. Discorra sobre as principais estratégias respiratórias utilizadas pelos animais.
Alguns dos ajustes mais simples para trocas gasosas são encontrados em animais aquáticos. Muitos pequenos organismos obtêm oxigênio sem a presença de quaisquer órgãos respiratórios especiais e na ausência de circulação sanguínea. Eles respiram por difusão ou respiração cutânea e podem, assim, obter oxigênio suficiente através do contato da superfície corporal com o meio externo. A partir dos nematelmintos envolve a pele e o sistema circulatório. Para animais maiores e mais complexos são necessárias, frequentemente, superfícies especializadas para a troca de gases e também um sistema sanguíneo para transportar o oxigênio mais rapidamente que o processo de difusão sozinho poderia fazê-lo. Se essa superfície respiratória estiver voltada para o lado externo, formando uma evaginação, o órgão resultante é normalmente chamado de brânquia, mesmo que esteja dentro de uma cavidade, como acontece nos peixes. Se a superfície respiratória estiver invaginada, a cavidade resultante é chamada de pulmão, que é uma adaptação tanto para animais terrestres quanto para animais aquáticos. Em geral, brânquias servem para respiração aquática e pulmões para respiração aérea (mas existem exceções). Existe também a respiração do tipo traqueal, onde pequenas aberturas na superfície corpórea unem-se a um sistema de tubos (traqueias) que se ramifica e se distribui para todas as partes do corpo. O órgão respiratório combina um sistema de distribuição com um sistema de troca de gases. Assim, a maior parte do gás passa através das paredes das ramificações mais finas e difunde-se diretamente para as células. Esse tipo de respiração está presente nos insetos.
3. Explique a importância dos principais mecanismos de ventilação utilizados pelos animais e do fluxo do meio externo (ar ou água) e do fluxo de sangue para a eficiência das trocas gasosas.
A ventilação pode ser unidirecional, bidirecional ou não direcional. Na ventilação unidirecional, o meio entra em contato com a membrana respiratória apenas em uma direção, como acontece nos peixes. Esse tipo de ventilação é importante para reduzir o custo energético que seria necessário para alterar a energia cinética (direção) do meio. Na ventilação bidirecional, o meio flui para e da membrana de trocas gasosas, tendo, assim, duas direções de movimento. É o que acontece com os pulmões, mas não representa custo energético tão significativo pelas características do meio. Na ventilação não direcional, o meio flui pela membrana de troca sem uma direção definida. É o que acontece com animais que respiram por brânquias externas, como os girinos que ventilam as brânquias através da movimentação das brânquias. Em órgãos com ventilação bidirecional, o meio em contato com a membrana de troca gasosa nunca é completamente renovado, porque o órgão nunca se esvazia completamente durante as respirações.
	Quando a ventilação é unidirecional, duas relações de fluxo de meio e fluxo de sangue podem existir: concorrente ou contracorrente. No sistema concorrente, o meio flui na membrana respiratória no mesmo sentido do sangue. No sistema contracorrente, o meio e o sangue fluem em direções opostas, o que torna a captação de oxigênio mais eficiente, já que, à medida que o sangue flui através da superfície da membrana de troca gasosa na direção oposta em que o meio flui, el constantemente encontra um meio com pressões parciais de oxigênio cada vez maiores. 
4. Discorra e exemplifique quais os tipos de respiração utilizados pelos animais, especificando também a presença ou ausência do sistema respiratório e as superfícies respiratórias utilizadas (incluindo difusão e hematose). Complemente sua resposta associando com a imagem abaixo.
Na respiração dos animais, as trocas gasosas acontecem por difusão. Os gases respiratórios saem ou entram pela membrana de trocas gasosas. Em animais aquáticos menores e relativamente menos complexos, a respiração vai acontecer como representado pelo item 1 da imagem, por difusão ou respiração tegumentar. Nesse tipo de respiração, não existe um sistema respiratório, por não haver a participação de órgãos respiratórios, e também não está envolvido o sistema circulatório para a distribuição dos gases. Nesse caso, acontece a difusão direta e não há hematose. No item 2, pode-se considerar a respiração cutânea como acontece em nematelmintos, anelídeos ou moluscos, por exemplo. Apesar de ainda ser por difusão direta e não apresentar um órgão respiratório, já existe a presença de vasos que fazem a distribuição do oxigênio para os tecidos. No caso do tipo de respiração número 3 da figura, corresponde à traqueal, onde, por uma abertura (espiráculo), os gases entram ou saem. Dessa abertura, partem tubos que se ramificam até os tecidos. Nessa respiração, a difusão é direta e não acontece o processo de hematose, porque não há presença de fluidos circulantes nem de vasos que realizam o transporte dos gases. Na respiração pulmonar, como exemplificada na figura pelo número 4, há a presença de um órgão respiratório (pulmão), portanto também existe um sistema respiratório. Além disso, existe a participação do sistema circulatório para fazer a distribuição dos gases, caracterizando a difusão indireta. E a hematose acontece a nível pulmonar ou alveolar, entre os alvéolos pulmonares e o sistema circulatório, e a nível tecidual ou celular, entre os tecidos e o sistema circulatório.
5. Disserte sucintamente sobre como acontece o processo de respiração para cada grupo animal estudado (Poríferos, Cnidários, Platelmintos, Nematelmintos, Moluscos, Anelídeos, Equinodermos, Artrópodes e Peixes).
Nos poríferos, a respiração é cutânea e por difusão simples entre as células e a água circundante. A água entra pelos porócitos e sai pelo ósculo, com a ajuda dos coanócitos que batem os flagelos e impulsionam a entrada e a saída de água. Nos cnidários, a respiração também é cutânea e por difusão através do epitélio. A água entra na cavidade gastrovascular por meio das contrações musculares do indivíduo. Nos platelmintos e nematelmintos, a respiração também é cutânea direta e os organismos parasitários podem realizar respiração anaeróbia. Em ambos os grupos, a superfície respiratória é a superfície corporal, porém, em nematelmintos, há a presença de vasos que distribuem os gases para os tecidos. Nos moluscos, a respiração pode ser cutânea, branquial ou pulmonar, podendo os organismos apresentarem sistema respiratório. Neles, a ventilação é unidirecional com fluxo contracorrente, tendo suas brânquias ventiladas por cílios. O manto serve de superfície respiratória em algumas espécies. Nos anelídeos, o sistema respiratório pode estar presente ou ausente, pois apresentam respiração branquial ou cutânea. A respiração branquial está presente em alguns poliquetas que apresentam brânquias em suas cerdas. Nos equinodermos, a respiração pode ser branquial ou pulmonar, apresentando, portanto, sistema respiratório. A difusão acontece entre a água do mar e a água que ocupa o sistema ambulacrário. Os artrópodes apresentam variados mecanismos de trocas gasosas, que podem ser pelo tegumento, como nos copépodes, pelas brânquias, como nos crustáceos, por pulmões foliares, como nos quelicerados, ou por um sistema traqueal, como no caso dos insetos. Portanto, o sistema respiratório pode estar ausente ou presente. Nos peixes,a respiração se dá por meio das brânquias, com ventilação unidirecional. É nesse órgão onde acontece a hematose branquial e o oxigênio presente na água passa para o interior do corpo e o gás carbônico passa do corpo do peixe para a água.
6. Compare resumidamente a respiração de todos os grupos animais estudados (Poríferos, Cnidários, Platelmintos, Nematelmintos, Moluscos, Anelídeos, Equinodermos, Artrópodes e Peixes).
Nos poríferos, cnidários, platelmintos e nematelmintos, a respiração é cutânea por difusão direta (exceto no caso de platelmintos e nematelmintos parasitários). Moluscos e anelídeos apresentam respiração cutânea ou branquial, podendo alguns moluscos apresentarem ainda respiração pulmonar. Nos equinodermos, a respiração pode ser branquial ou pulmonar. Já os artrópodes podem apresentar uma variedade de mecanismos de trocas gasosas. Os copépodes, por exemplos, respiram por difusão, os crustáceos apresentam brânquias, os quelicerados possuem pulmões foliares e os insetos possuem sistema traqueal para respiração. Os peixes respiram também por brânquias. 
7. Animais como os poríferos, cnidários, platelmintos, nematelmintos e insetos apresentam mecanismos de trocas gasosas semelhantes, os quais circulam o líquido externo por praticamente todas as células do corpo, podem contar somente com a difusão para transportar gases entre o meio externo e os tecidos. Explique quais possíveis fatores podem estar associados a este tipo de respiração nesses animais.
Nesses animais, por possuírem o corpo relativamente simples e células muito próximas ao ambiente externo, há a difusão rápida dos gases para a célula. Outro fator que permite a utilização desse mecanismo de respiração é a baixa atividade metabólica. Em animais com atividade metabólica mais alta, a difusão não é capaz de atender à demanda energética, já que apresentam menor relação superfície/volume.
8. Descreva sobre a importância dos artrópodes utilizarem uma variedade de mecanismos para realizar suas trocas gasosas. 
Devido à sua grande diversidade, os artrópodes apresentam uma variedade de mecanismos para as trocas gasosas. O ambiente onde habitam influencia bastante nesse processo. Por exemplo, artrópodes terrestres podem utilizar respiração traqueal, enquanto artrópodes aquáticos, como crustáceos, respiram por brânquias. 
9. Descreva sobre a importância das brânquias e do mecanismo de fluxo contracorrente para os peixes.
As brânquias possuem filamentos branquiais que são compostos por lamelas ricamente vascularizadas, por onde ocorre o processo de trocas gasosas do sangue. O fluxo de sangue em cada lamela segue em direção oposta à direção da água que a banha. Esse fluxo contracorrente é extremamente importante para garantir a perfeita oxigenação do sangue. Ao mesmo tempo que o sangue é oxigenado, o gás carbônico é expulso para a água. 
10. As estratégias que os animais usam para ventilar a superfície de trocas gasosas no ar e na água diferem, considerando que as propriedades do ar e da água são diferentes. Mediante isto, compare os mecanismos de trocas gasosas utilizados pelos animais que respiram no ar e na água.
As diferenças entre a água e o ar são extremamente importantes para os animais no que diz respeito ao suprimento de oxigênio. Por exemplo, a quantidade de oxigênio dissolvida na água é muito pequena em comparação à quantidade de oxigênio dissolvida no ar. Ou seja, para conseguir uma quantidade de oxigênio que seria conseguida no ar, um animal de respiração aquática precisa ventilar suas superfícies respiratórias dezenas de vezes mais. Fatores como densidade e viscosidade também influenciam (a água, por exemplo, é mais densa e viscosa que o ar). Nos sistemas respiratórios aquáticos, o movimento de água é quase sempre unidirecional. Se esse fluxo tivesse que sofrer constantes mudanças de direção, seria um alto dispêndio de energia para isso. Para órgãos respiratórios que utilizam ar atmosférico, um fluxo para dentro e para fora não é muito dispendioso. A ventilação unidirecional também permite que o fluxo sanguíneo seja contracorrente, melhorando a eficiência de extração de oxigênio.
	Para organismos que usam o ar como meio respiratório, a vantagem é que no ar, a quantidade de oxigênio dissolvido é alta e a velocidade de difusão dele também (à mesma pressão parcial ou tensão, é aproximadamente mil vezes mais rápido que na água). Esta rápida difusão no ar permite dimensões bem diferentes nos órgãos respiratórios. Enquanto nos pulmões a distância para difusão pode ser de milímetros, nas brânquias dos peixes, essa distância é uma fração diminuta de um milímetro. Apesar de apresentar várias vantagens em relação à utilização de água como meio respiratório, animais de respiração aérea precisam evitar a evaporação desnecessária. Por isso, as superfícies respiratórias não devem ficar livremente expostas ao ar externo, ficando localizadas, geralmente, em cavidades respiratórias especializadas, como os pulmões, e isso limita o acesso ao ar exterior. 
	A respiração pela superfície corpórea é normalmente possível apenas em ambientes úmidos. Animais que utilizam desse mecanismo, como as minhocas, são bastante suscetíveis à perda de água. Se permanecem expostas na superfície, rapidamente ressecam e morrem.