La respiración es un proceso mediante el cual los seres vivos intercambian con el medio:

• Oxígeno y
• Gas carbónico.

La energía producida en la respiración es utilizada en todos los procesos biológicos para las funciones vitales de: relación, reproducción, crecimiento, síntesis y metabolismo.   

Respiración Directa

La respiración en seres vivos poco evolucionados, se realiza directamente por medio de un intercambio de gases entre el medio y la célula. Así, pueden obtener el oxígeno (O₂) y liberar el dióxido de carbono (CO₂). Este proceso se realiza por difusión.

Respiración Indirecta

La respiración en seres vivos más evolucionados, el intercambio de gases se realiza entre el medio ambiente y los órganos especializados que forman el aparato respiratorio.

El oxígeno (O₂)  el interior de las células ayuda a la "combustión u oxidación" de los alimentos liberando energía y produciendo gas carbónico (CO₂) y agua (H₂O).

Existen sustancias que son afectadas por la respiración celular y en orden de importancia son:

• Los carbohidratos (Hidratos de Carbono).
• Lípidos y
• Proteínas.

En la combustión de carbohidratos o glúcidos de tipo monosacárido como la glucosa; se puede representar mediante la ecuación química:

Ecuación que se lee:

Glucosa más oxígeno produce  gas carbónico (dióxido de carbono) más agua más  energía (686 kilocalorías).

Ecuación Química:

Ecuación que se lee:

Una molécula de glucosa más seis moléculas de oxígeno producen seis moléculas de gas carbónico más seis moléculas de agua, más energía total.

La glucosa para iniciar el proceso necesita de la energía de activación en forma de ATP.

• Cuando la glucosa se ha activado se fragmenta y se deshidrogena para originar el ácido pirúvico y liberar parte de la energía (E₁).
• El ácido pirúvico, a su vez, continua el proceso de oxidación; se deshidrogena y libera energía (E₂).
• En la última fase, el oxígeno recibe los hidrógenos y los electrones agotados para formar agua.

Respiración anaerobia

No requiere la presencia del oxígeno atmosférico para que se realice; este proceso se realiza:

• La glucosa se deshidrogena y al hacerlo libera una parte de la energía.
• Al suceder esto el proceso se detiene en reacciones intermedias.

El proceso en los animales se realiza según las siguientes etapas:

• Deshidrogenación de la glucosa por acción de la energía de activación para producir ácido pirúvico y liberar una parte de energía.
• El hidrógeno reacciona nuevamente con el ácido pirúvico para producir ácido láctico o etanol.

Ecuación Química:

Ecuación que se lee:

Una molécula de Glucosa produce dos moléculas de alcohol etílico más dos moléculas de dióxido de carbono más energía.

La degradación de glucosa en ácido láctico es un proceso que se lleva a cabo en los músculos durante el ejercicio intenso, en el cual se producen grandes cantidades que pueden ocasionar los denominados calambres por acumulación del mismo.

Cuando el ácido láctico sigue la vía aeróbica para ser degradado.

En el caso de los vegetales:

• La glucosa por acción de la energía de activación, se deshidrogena produciendo ácido pirúvico y parte de energía.
• El ácido pirúvico reacciona con el hidrógeno para producir alcohol y gas carbónico como productos finales.

Representación gráfica de la respiración aerobia.

Respiración  en células

En todos los seres vivos la respiración se realiza a nivel celular. En las células, el intercambio de gases ocurre de manera directa por simple difusión.

PARA RECORDAR:

DIFUSIÓN SE REALIZA CUANDO LAS MOLÉCULAS DE UNA SUSTANCIA PENETRAN EN OTRA.

La respiración se realiza en el citoplasma, donde el oxígeno oxida los carbohidratos liberando energía, una porción de ésta es utilizada inmediatamente, otra parte se pierde en forma de calor, y las demás se almacena en la molécula de ATP (Adenosín Trifosfato).

El proceso de liberación de energía, se realiza en las mitocondrias, organelo que se encuentra abundantemente en los tejidos muy activos como el muscular y a las cuales conocemos como las "centrales energéticas".

Representación respiración celular.

Las mitocondrias, están formadas por una doble membrana: la interna: presenta numerosos pliegues donde se producen las enzimas que intervienen en las reacciones intermedias del proceso respiratorio.

Corte de una mitocondria.

Esta respiración varía de acuerdo al grado de evolución de los organismos y ocurre:

- Seres unicelulares.                                - Seres pluricelulares.

Respiración en animales unicelulares

La respiración en animales unicelulares se realiza por medio del proceso de difusión.

En los organismos unicelulares es el oxígeno el que  pasa por la membrana celular hasta la estructura encargada de la respiración, que es la mitocondria. Este proceso es muy dinámico y permite almacenar  la energía dentro de la célula para realizar futuros trabajos.

Reino mónera

A este reino pertenecen las bacterias, las algas verde – azules.

Algunas bacterias realizan fotosíntesis, es decir, que producen ATP, al utilizar la energía solar. Este ATP se utiliza  para producir alimentos.

Normalmente, las bacterias son aerobias. Ellas utilizan el oxígeno para la respiración por medio del proceso de difusión.

PARA RECORDAR

Aerobia: Se utiliza el oxígeno.

Anaerobia: Se realiza en ausencia de oxígeno.

Otras bacterias,  pueden crecer y multiplicarse en un medio anaeróbico como las bacterias no fotosintetizadoras, que obtienen la energía por medio de procesos de fermentación sin utilizar el oxígeno atmosférico.

Reino protistos

A este reino pertenecen los rizópodos, los ciliados, los flagelados, los sarcodinos y los esporozoarios cuentan con respiración aerobia.

Utilizan el oxígeno del azúcar a falta de oxígeno libre, también lo toman del agua o en los líquidos del hospedero y liberan el dióxido de carbono, mediante el mecanismo de difusión.

Los esporozoarios de vida parásita, como el plasmodium vivax, realizan el intercambio de gases con los líquidos del hospedero del que toman el oxígeno, y le ceden el dióxido de carbono por medio del proceso de difusión.

Respiración en plantas

En su proceso evolutivo las plantas han desarrollado estructuras especializadas o estomas, para captar el dióxido de carbono: (CO₂) de la atmósfera para ser utilizado en la fotosíntesis.

Las estomas aeríferos

Son los  órganos más importantes en el intercambio de gases, se encuentran en el envés de la hoja y en los tallos verdes, por ellos pasa el dióxido de carbono (CO₂).

ESTOMA:

ESTÁ FORMADO POR CÉLULAS OCLUSIVAS QUE PERMITEN ABRIR Y CERRAR EL OSTIOLO O PORO.

Están formadas por dos células en forma de riñón llamadas oclusivas y entre ellas una abertura llamada ostiolo o poro, éste se puede abrir según el volumen de agua que posean. Por debajo del ostiolo, se encuentra un espacio o cámara denominada subestomática.

El intercambio de oxígeno y dióxido de carbono, se realiza por medio de los ostiolos en la cámara subestomática, y de allí pasan a todas las células mediante el proceso de difusión.

Las estomas cumplen una función hídrica, o sea, que transpiran suficiente agua para forzar el ascenso de la savia a través de los capilares del xilema y el floema  en raíces y tallos.

Otros órganos de la respiración son:

• Lenticelas. 
• Neumatóforos.

Las lenticelas

Son aberturas ovales presentes en la corteza de los árboles que permiten el intercambio de los gases  atmosféricos útiles para las células vivas.

Los neumatóforos

Son raíces respiratorias presentes en las plantas típicas de territorios pantanosos o de suelos de poca  aireación, comunica la raíz con el medio ambiente, además por ellos  pasa el oxígeno que las células han absorbido por difusión.

La glucosa y la respiración

Las células vivas tienen la necesidad de una fuente de energía constante, porque de lo contrario mueren. Se  ha establecido que la fuente básica de las células vivas es la glucosa.

En las células vegetales, combinan las sustancias inorgánicas simples, como el dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O) para la formación de carbohidratos en este caso la glucosa (C₆H₁₂ O₆).

Los vegetales obtienen la energía de la luz solar. Este proceso en el que se involucra la vida del planeta es la fotosíntesis, por medio de dicho proceso se logra liberar el oxígeno molecular que es utilizado para la respiración.

Las plantas y los organismos que posean clorofila, son los únicos seres  que pueden realizar el proceso de fotosíntesis.

La clorofila, la encontramos situada entre capas de proteína y lípidos, en unos cuerpos en forma de disco denominados granas, en las estructuras conocidas como cloroplastos.

Proceso de fotosíntesis

Fases del proceso de fotosíntesis

El  proceso de fotosíntesis ocurre:

• Fase luminosa.
• Fase oscura.

Fase luminosa

Se realiza en las granas de los cloroplastos se inicia, cuando la clorofila reacciona con el agua y la luz.

• El Sol libera energía radiante en forma de luz y calor.
• La luz  solar es una forma de energía radiante, y como tal emite una mínima cantidad de energía denominada cuanto o fotón.
• Se sucede la transformación de la energía lumínica en química.
• Al llegar la luz a la clorofila, se absorben una partícula de energía o fotón y quedan electrones libres para formar el ATP; NADPH₂ (Nicotinamida, Adenina, Dinucleótido, Fosfato) y oxígeno.
• La disociación del agua, o sea, la descomposición del agua, permite la producción de oxígeno molecular.

Fase oscura

La fase oscura se realiza en el estroma del cloroplasto.

ESTROMA:

Masa de tejido conjuntivo o formado por  fibras que sirve de sostén a órganos celulares.

• En ausencia de luz, las moléculas de ATP (Adenosin Trifosfato), Oxígeno (O₂) y NADPH₂, se utilizan par la producción d carbohidratos.
• El azúcar de 5 carbonos conocida como ribulosa difosfato (RDP), que se encuentra en el cloroplasto, recibe un grupo fosfato que proviene del ATP así como también, un grupo de dióxido de carbono (CO₂), que está presente en el aire que contiene la célula.
• Así, se obtiene un azúcar fosfatada de seis carbonos, la que se separa para producir dos moléculas de tres carbonos, conocido como el ácido fosfoglicraldehído (PGA).
• El PGA, se combina rápidamente con el hidrógeno del NADPH₂ y forma el PGAL, del cual se utiliza una parte directamente para la célula y la otra para formar la glucosa.

Respiración en animales

Tanto los animales como las plantas necesitan de energía para realizar las funciones vitales. El tipo de respiración es aerobia. Los animales más rudimentarios carecen de órganos respiratorios especializados, los más evolucionados presentan diferentes clases de órganos respiratorios.

El intercambio de gases se realiza por:

Respiración directa

En organismos tales como la esponja, la hidra, la medusa; el intercambio de gases se realiza por: difusión simple a través de la membrana celular de las células epiteliales, y luego pasa al resto del organismo.

Respiración cutánea

Como su nombre lo indica se realiza por medio de la piel, la cual debe estar humedecida; ésta es característica de las ranas, babosas, lombriz de tierra.

Respiración  traqueal

Es propia de los artrópodos de vida terrestre como las arañas, saltamontes, ciempiés, milpiés y las abejas han desarrollado un sistema de tubos que se denomina tráqueola, que se encarga de distribuir el oxígeno por el cuerpo. El aire entra por los espiráculos pasa a la tráquea, que se ramifica en tubos más pequeños llamados traqueolos, ellos se colocan en contacto con las células y por difusión se realizar así el intercambio de gases (oxígeno – gas carbónico).

Clases de respiración.

PARA RECORDAR

REPRESENTACIÓN QUÍMICA:

OXÍGENO:  O₂

GAS CARBÓNICO, O DIÓXIDO DE CARBONO:  CO₂

Respiración branquial

Es muy común en animales de vida acuática, como los peces, el calamar, la langosta, la estrella de mar, el erizo, realizan el intercambio de gases mediante estructuras especializadas denominadas branquias o agallas, éstas pueden estar localizadas en la parte interna o externa.

• Branquias Internas

Tiene apariencia de pluma y se encuentran presentes en renacuajos y gusanos (en estados larvarios).

Aspecto y representantes de las branquias internas.

• Branquias Externas

Presentes en peces y langostas, se encuentran en cavidades cubiertas por ciertas partes del cuerpo (operculo).

Ubicación de las branquias externas.

Generalmente, las branquias de todos los animales son estructuras adaptadas para el intercambio de gases (oxígeno y  dióxido de carbono) disueltos en el agua. En los peces óseos el sistema branquial se encuentra muy bien desarrollado.

Sistema de respiración branquial de un pez óseo.

Respiración pulmonar

Es propia de los de los vertebrados de vida terrestre como:

• Anfibios: ranas.
• Reptiles: lagartijas.
• Aves: gallinas, palomas.
• Mamíferos: cabras, ballenas.
• Peces pulmonados: dipnoos.

El intercambio de los gases se realiza a nivel  del aparato respiratorio que está conformado por órganos especializadas. 

 Aparato respiratorio

La función del intercambio gaseoso entre el medio y la sangre; para ello cuenta con las siguientes estructuras:

Respiración en el hombre

El hombre y los mamíferos cuentan con un aparato respiratorio compuesto por:

Movimientos respiratorios

El movimiento respiratorio está compuesto por los procesos de:

• Inspiración.
• Expiración.

INSPIRACIÓN

MECANISMO QUE PERMITE LA ENTRADA DEL AIRE AMBIENTAL A LAS VÍAS RESPIRATORIAS Y A LOS PULMONES. ES UN PROCESO ACTIVO EN EL QUE INTERVIENEN LOS MÚSCULOS QUE MODIFICAN LA CAVIDAD TORÁCICA.

EXPIRACIÓN

MECANISMO MEDIANTE EL CUAL EL AIRE QUE PROVIENE DE LOS PULMONES Y LAS VÍAS RESPIRATORIAS ES EXPULSADO AL MEDIO. ES UN MECANISMO PASIVO EN EL CUAL, EL AIRE ES FORZADO A SALIR DEBIDO A UNA PRESIÓN POSITIVA OCASIONADA POR LA ELASTICIDAD DE LA CAVIDAD TORÁCICA Y LOS PULMONES.

Morfología del aparato respiratorio humano

Vías repiratorias

Son las encargadas de transportar el aire del medio ambiente hacia los pulmones y viceversa.

Fosas nasales

Cavidades situadas por encima de la boca. Se comunican con el exterior por medio de las ventanas de la naríz y están rodeadas de huesos y cartílagos. Se encuentra separada por una lámina denominada tabique medio , el cual está formado por los huesos de la cara, el cráneo y por cartílagos.

En el interior encontramos una membrana llamada mucosa o pituitaria que consta de dos regiones:

• Región interior o respiratoria:

Es una región de color rojo, debido a los numerosos vasos sanguíneos que se encargan de irrigación. Su función es calentar el aire inspirado y eliminar los sólidos suspendidos en él.

• Región superior u olfatoria:

Se encuentra en la cúpula nasal.  De color amarillento y compuesta por prolongaciones de las células olfatorias que son receptores de los olores.

Las fosas nasales, están comunicadas con los senos paranasales, que corresponden a cavidades que penetran en los huesos vecinos a ellas.

Aparato respiratorio del hombre.

Función

Tienen como función dejar pasar el aire hacia los pulmones y percibir los olores  a través de la membrana mucosa olfatoria. En unión con los senos paranasales, se encargan de calentar, humedecer y liberar los sólidos  extraños que se han inspirado. Actúa como caja de resonancia en la producción de la voz.

Estructura interna de las fosas nasales.

Faringe

Es un órgano de función mixta, pues por ella pasa el aire desde las fosas nasales hacia la laringe y el alimento que proviene de la cavidad bucal hacia el esófago; también se comunica con el oído medio por el conducto denominado trompa de Eustaquio.

Estructura interna de la faringe.

Laringe

Ella se comunica por arriba con la faringe y abajo con la tráquea. Se encuentra formada por dos piezas cartilaginosas que se conectan entre sí por ligamentos y músculos.

Estructura interna de la laringe.

El interior de la laringe se encuentra revestido por una membrana mucosa. Ella se encuentra formada lateralmente por dos pares de repliegues musculares:

• Un par superior: las cuerdas vocales falsas.
• Un par inferior ancho: las cuerdas vocales verdaderas, entre las que se encuentra una hendidura llamada glotis.
• La laringe se comunica con la faringe, por medio de una cavidad denominada vestíbulo, en la que encontramos:
• En la parte superior: una membrana cartilaginosa conocida como epiglotis, ella en el momento de la deglución tapa la glotis e impide que los alimentos vayan a las vías respiratorias.

La tráquea

La tráquea es un órgano que comunica la laringe con los bronquios, es un tubo  con anillos cartilaginosos  localizados en el cuello y en la parte superior del torax. Se encuentra a continuación de la laringe y delante del esófago. 

Cara anterior y posterior de la tráquea.

La tráquea se encuentra formada por unos 16 a 20 anillos cartilaginosos incompletos, en forma de C. Se encuentran unidos por medio de tejido muscular.

Corte transversal de la tráquea.

Estructura de la tráquea

La tráquea se encuentra formada por dos túnicas:

• Túnica interna.
• Túnica externa.

Los bronquios

Son conductos resultado de la bifurcación de la tráquea; cada uno se dirige a un pulmón.

• El bronquio derecho.
• El bronquio izquierdo.

Estructura de los bronquios.

Los pulmones

Son los órganos de la respiración. En ellos ocurre la oxigenación de la sangre liberándola del gas carbónico o dióxido de carbono.

Localización de los pulmones

Los pulmones se encuentran situados en la cavidad torácica.

Estructura de los pulmones.

Apariencia externa de los pulmones

Los pulmones cuentan con una forma piramidal; normalmente el pulmón derecho es más voluminoso y más pesado que el pulmón izquierdo.

Estructura interna

Los pulmones son órganos livianos, blandos, elásticos y esponjosos. En su parte interior se encuentra el árbol bronquial.  La superficie externa es brillante y rosada; puede tornarse morada, gris o azul como consecuencia de la contaminación atmosférica.

División pulmonar

El pulmón izquierdo presenta la siguiente división:

• Lóbulo superior.
• Lóbulo inferior.
• Cisura oblicua.

El pulmón derecho se encuentra dividido en:

• Lóbulo superior.
• Lóbulo medio.
• Cisura oblicua.
• Cisura horizontal.

Cada lóbulo presenta  en su superficie,  líneas oscuras que se entrecruzan formando los lobanillos pulmonares. En cada uno de ellos se observan numerosas vesículas pulmonares simulando un racimo de uvas huecas, las que corresponden a las terminales de los bronquiolos. Las paredes de las vesículas pulmonares están formadas por pequeñas vesículas o sacos denominadas alvéolos pulmonares  dentro de los cuales se realiza  en intercambio de gases; por estar constituido por una red de capilares venosos y arteriales, actuando como un pulmón.

Los vasos sanguíneos y el pulmón

La sangre que se debe oxigenar es llevada por las arterias pulmonares, las cuales se encargan de nutrir los pulmones y los bronquios.

Las arterias pulmonares nacen en el ventrículo derecho del corazón, se comunican por medio del hilo pulmonar y se ramifican hasta llegar a las vesículas pulmonares y a los alvéolos. En donde se oxigena y es recogida por los capilares venosos hasta formar las venas pulmonares encargadas de  conducirla hasta la aurícula izquierda del corazón.

La pleura

Es una membrana serosa que envuelve los pulmones se encuentra compuesta por dos hojas:

• Una hoja parietal: que limita con las paredes de la caja torácica y adherencia con el pericardio o membrana fina que recubre el corazón.
• Una hoja visceral: que recubre toda la superficie del pulmón y penetra a través de las cisuras y límites de los segmentos pulmonares.

Las dos hojas pleurales unidas mediante una fina película de líquido pleural, que permite el desplazamiento de los pulmones que ocurren con los movimientos respiratorios.

Fisiología de la respiración humana

El mecanismo de la respiración humana se presenta en cuatro etapas:

• Ventilación pulmonar: entrada y salida del aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares.
• Difusión del oxígeno y dióxido de carbono: entre los alvéolos y la sangre.
• Transporte de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre y líquidos corporales: a las células y viceversa.
• Regulación de la ventilación y de otros aspectos de la respiración.

 Ventilación pulmonar

Se realiza en dos etapas:

• La inspiración.
• La expiración.

La ventilación pulmonar se debe a la capacidad de dilatación y contracción de los pulmones por medio de:

• Movimientos hacia arriba y hacia abajo del diafragma
• Elevación y depresión de las cosillas.