Trocas Gasosas nos Seres Vivos

Biologia

Transformação e Utilização de Energia pelos Seres Vivos

• O foco principal deste estudo é a transformação e utilização de energia nos organismos vivos, com ênfase nas trocas gasosas.

Trocas Gasosas em Seres Multicelulares

• As trocas gasosas em organismos multicelulares incluem as trocas gasosas em plantas e em animais.

1. Trocas Gasosas nos Animais

1.1. Trocas gasosas entre o organismo e o meio

• Essas trocas ocorrem por difusão através de superfícies respiratórias.
• Compreende-se duas modalidades: Difusão Direta e Difusão Indireta.

1.2. Difusão Direta

• Ocorre quando os gases respiratórios (O2 e CO2) se difundem diretamente entre as células e o meio circundante através da superfície respiratória.

1.3. Difusão Indireta

• Nesse tipo, os gases são transportados por um fluido circulante, como o sangue, que depois realiza a comunicação entre as células e a superfície respiratória.

2. Características das Superfícies Respiratórias

• Para que a difusão dos gases se realize de forma eficiente, as superfícies respiratórias devem ter algumas características:
  1. Húmidas: facilitam a dissolução dos gases respiratórios (O2 e CO2) para posterior difusão.
  2. Pouco espessas: geralmente consistem de apenas uma camada de células, facilitando a troca.
  3. Muito vascularizadas: garante um bom contato com o fluido circulante (sangue).
  4. Grande área de contato: deve haver muitas invaginações ou evaginações para aumentar a área de superfície onde as trocas podem acontecer.

3. Sistemas Respiratórios em Animais

3.1 Sem Sistema Respiratório (ex. hidras e planárias)

• A difusão dos gases ocorre diretamente através da superfície do corpo. As células que estão em contato com a água absorvem O2 e expelem CO2.
• Estruturas que facilitam essa troca incluem:
  • Camada externa das células que entra em contato direto com a água;
  • Células internas que realizam trocas gasosas com a água na cavidade gastrovascular.

3.2 Com Sistema Respiratório (ex. insetos)

• Os insetos têm um sistema de traqueias que se ramificam em tubos mais finos, terminando nas traquíolas que contatam diretamente com as células.
• A ventilação ativa ocorre em insetos maiores, que possuem sacos de ar que agem como reservas de ar e ajudam na ventilação através de movimentos musculares rítmicos.

4. Trocas Gasosas nos Insetos

4.1 Estruturas Envolvidas

• As traqueias se conectam ao exterior através de pequenos orifícios chamados espiráculos.
• Essas estruturas são importantes para a alta taxa metabólica dos insetos.

4.2 Tipos de Insetos

• Insetos primitivos: possuem espiráculos que permanecem sempre abertos.
• Insetos mais evoluídos: apresentam espiráculos com filtros e válvulas (ostíolos) que controlam o fluxo de ar.

5. Hematose

• As trocas gasosas realizadas em superfícies respiratórias com fluido circulante são denominadas hematose.
• Exemplos de hematose incluem:
  • Hematose Cutânea: Trocas gasosas realizadas através da pele (tegumento) em animais mais complexos (ex. minhoca).
  • Animais maiores, como anfíbios e alguns peixes, realizam hematose cutânea além da hematose pulmonar ou branquial.

6. Trocas Gasosas em Brânquias

6.1 Estruturas

• As brânquias, também chamadas de guelras, são os órgãos respiratórios da maioria dos animais aquáticos e se encontram em contato direto com a água.
• Geralmente, as brânquias oferecem uma extensa superfície para a hematose e são localizadas externamente ou protegidas por estruturas, como o opérculo.

6.2 Processo de Troca de Gases

• O oxigênio passa através dos capilares para um fluido circulante em um sistema circulatório fechado.
• O fluxo de água nas brânquias e a circulação sanguínea nos capilares seguem um mecanismo de contracorrente, que otimiza a hematose branquial.

7. Mecanismo de Contracorrente

• A água que entra pelas brânquias cruza-se em sentido contrário à circulação sanguínea, aumentando a oxigenação do sangue.
• Este processo mantém um coeficiente de difusão elevado, permitindo que até 80% do O2 na água se difunda para o sangue, enquanto o CO2 é eliminado em sentido inverso.

8. Trocas Gasosas em Pulmões

8.1 Estruturas dos Pulmões

• Nos vertebrados, com o aumento da complexidade, os pulmões apresentam uma área de superfície respiratória maior, mais vascularizada e com um maior grau de especialização .
• Os pulmões dos mamíferos têm uma vasta rede de capilares sanguíneos, que aumenta a eficiência nas trocas gasosas.

8.2 Comparação entre Grupos de Vertebrados

• Diferentes grupos como anfíbios, répteis, aves e mamíferos demonstram variações na estrutura dos pulmões, o que aponta para uma relação entre tamanho, complexidade dos pulmões e a taxa metabólica dos animais.

8.3 Sistema Respiratório nos Mamíferos

• O sistema respiratório dos mamíferos inclui:
  • Vias respiratórias: fossas nasais, faringe, laringe, traqueia, brônquios, bronquíolos.
• As trocas gasosas nos pulmões se dá por difusão simples através da bicamada fosfolipídica das células.

8.4 Hematose Pulmonar

• As pressões parciais em alvéolos e capilares são as seguintes:

  • Para os alvéolos: $PO<em>2 = 104 mm Hg$ e $PCO</em>2 = 40 mm Hg$
  • Para o capilar: $PO<em>2 = 40 mm Hg$ e $PCO</em>2 = 45 mm Hg$

• Essa diferença de pressão é o que favorece a difusão de O2 do alvéolo para o sangue e o CO2 do sangue para o alvéolo.