Respiración, Osmorregulación y Homeostásis EL AGUA COMO AMBIENTE RESPIRATORIO El agua es mucho más densa que el aire y posee proporcionalmente mucho menos oxígeno AIRE DENSIDAD: 1,18 x 10-3 g/cm³ (a 25 °C) Oxígeno disuelto: 20.94% de O2, 247 mg/L
NOCHE fotorrespiración
DIA fotosíntesis AGUA DENSIDAD: 1 g/cm³Oxígeno disuelto: 8,26 mg/L (saturado a 25 C)
Por la densidad del agua, un pez debe utilizar hasta el 10 por ciento del oxígeno que botiene del medio sólo para hacer circular el agua a través de las branquias, mientras que un animal terrestre sólo consume entre un 1 y un 2 por ciento.
Tabla de solubilidad del Oxígeno en agua de acuerdo con la temperatura y la salinidad (ppt=partes por mil de sal= gramos por litro) El oxígeno disuelto disminuye con la TEMPERATURA y la SALINIDAD
Tabla de solubilidad del Oxígeno en agua de acuerdo con la temperatura y la salinidad (ppt=partes por mil de sal= gramos por litro) El oxígeno disuelto disminuye con la TEMPERATURA y la SALINIDAD
PROCESO DE FOTORRESPIRACIÓN (por parte del fitoplancton)
Se consume O2
Se produce CO2
OXÍGENO DISUELTO (ppm a 25 C)
El oxígeno se disuelve rápidamente en las capas superficiales del agua, las cuales están siempre saturadas de oxígeno Sin embargo, los procesos metabólicos del SATURACIÓN cuerpo de agua consumen rápidamente el oxígeno desde el fondo. En aguas muy calmas, donde hay muy poco flujo de agua y en con altas demandas biológicas de oxígeno, se genera un gradiente de O2, con más concentración en las porciones superiores de la columna de agua y menores concentraciones a medida que la profundidad aumenta
SEGUNDOS LUEGO DE LA EXPOSICIÓN AL AIRE
Los peces responden a esta distribución del oxígeno conductualmente, mediante la respiración acuática superficial (RAS). La RAS es la utilización selectiva de la porción más superficial de la columna de agua para obtener oxígeno disuelto en condiciones de hipoxia ambiental Algunas especies de peces Characiformes desarrollan extensiones dérmicas reversibles en torno a la boca para canalizar selectivamente el agua más superficial hacia las branquias
RESPIRACIÓN ACUÁTICA Sistema de intercambio contracorriente de gases entre el agua del ambiente y la sangre Laminilla secundaria Branquias
Laminilla primaria
Vaso sanguíneo aferente
Esqueleto del arco Flujo de agua Cámara bucal
Dirección del Músculo flujo de agua constrictor Esqueleto branquial
Vaso sanguíneo eferente
Laminillas branquiales de un teleósteo
Vasos sanguíneos Flujo de agua Cámara opercular Laminilla primaria
Dirección del flujo de sangre
Septo Laminilla secundaria
Laminilla primaria
Laminillas secundarias Dirección del flujo de agua
Dirección del flujo de sangre
Laminillas branquiales de un condrictio
Ventilación por BOMBEO (por diferencias de presión generadas por el sistema respiratorio) Ventilación por EMPUJE (por impulso natatoria al nadar con la boca abierta) Respiración cutánea Boca o válvula oral abierta
Boca o válvula oral cerrada
Cámara bucal en contracción (presión positiva)
Cámara opercular en expansión (presión negativa) Válvula opercular cerrada Fase de bombeo por succión
Válvula opercular abierta Fase de bombeo por presión
Sin aleta adiposa Aleta dorsal con 14 a 15 radios
Cuerpo cilíndrico (rollizo) de color verdoso y vientre blanco
Presencia de dientes caninos en ambas quijadas
Mecánica respiratoria en mixines y lampreas
RESPIRACIÓN AEREA Se conocen al menos 370 especies y 49 familias de peces con respiración aérea Respiradores aereos facultativos y obligatorios Anfibios y acuáticos Los órganos utilizados para la respiración aérea se pueden agrupar en tres grandes grupos 1) Derivados del intestino: pulmnones, esófago, estómago, vejiga gaseosa, intestino. 2) Estructuras de la cabeza y las branquias: modificaciones de las branquias, boca, faringe u opérculos 3) Piel: puede ser muy eficiente si está bien vascularizada y se mantiene húmeda
Ventajas de la respiración aérea: permite sobrellevar episodios de anoxia acuática y de sequía Desventajas: El acceso repetido a la superficie puede ser energéticamente costoso y aumentar el riesgo de depredación por parte de depredadores aéreos. Respiración aérea en el cascarudo, Hoplosternum littorale
Expulsión anal de burbujas
Expulsión branquial de burbujas
Los respiradores aéreos deben tolerar la disminución del pH sanguíneo y la acumulación de desechos nitrogenados
Branquias modificadas en Channa micropeltes
Quijada inferior de la anguila eléctrica. Elecrophorus electricus)
Branquias modificadas en forma de órganos arborescentes para la respiración aéres en el bagre caminador Clarias batrachus
Vejiga natatoria del jejú (Hoplerythrynus uniteniatus)
TRANSPORTE DE GASES La sangre de todos los peces (excepto los peces antárticos de la fam. Channichthydae) contiene eritrocitos con hemoglobina como transportador de O2.
Efecto Bohr: La afinidad de la hemoglobina disminuye al disminuir el pH
Efecto Root: La capacidad transportadora total de la hemoglobina disminuye al disminuir el pH. La desanturalización de la hemoglobina es tal que los sitios de unión no aceptan O2, aun a altas concentraciones
La afinidad de la hemoglobina por el O2 puede diferir entre las especies.
EFECTO BOHR
EFECTO ROOT
DINÁMICA DE TRANSPORTE DE GASES EN UN GLÓBULO ROJO QUE VIAJA DESDE LOS TEJIDOS HASTA LAS BRANQUIAS En los tejidos tejidos plasma
Glóbulo rojo
En las branquias agua plasma
Glóbulo rojo
El dióxido de carbono puede ser transportado a través de la hemoglobina aunque la mayor parte lo hace disuelto en el plasma, como HCO3-
METABOLISMO: Es el total de las reacciones bioquímicas que ocurren en un organismo. La producción de calor es quizás la forma más adecuada de medir la tasa metabólica, aunque no suele ser sencillo. Generalmente se utiliza el consumo de oxígeno Tanque de agua saturada de O2
Tanque de agua pobre en O2
Regulador de presión para el agua de la canilla
Solución de Na2SO3
Tanque nivelador
Cámara de mezcla
Tanque de agua pobre en O2 Respirómetro
Ingreso de agua saturada de O2
METABOLISMO: Metabolismo basal, Metabolismo de rutina, Máxima tasa metabólica, Margen metabólico Efectos del tamaño y la temperatura sobre el metabolismo. Aclimatación BOYANCIA Intercambio gaseoso en peces FISÓSTOMOS y FISOCLISTOS
Intercambio gaseoso a nivel de un capilar de la rete mirabile: El aumento de la concentración de lactato genera la liberación del O2 de la hemoglobina por los efectos de Bohr y de Root. El capilar actúa como un intercambiador contracorriente. A mayor longitud del capilar, mayor es la presión del oxígeno que sale desde el extremo del asa.
Asa del capilar de la rete mirabile
Lúmen de la vejiga gaseosa
Boyancia en condrictios Hígados masivos (30 % de la masa corporal) con gran abundancia de lípidos de baja densidad (escualeno, p.e 0,83) y esqueletos cartilaginosos (p.e. 1.1) menos densos que el hueso (2.0).
Osmorregulación en peces Pez de agua dulce (Perca) Sales Difusión
Agua
Transporte activo
Sales
Orina diluida Sales
Agua
Bebe agua Pez marino (Atún)
Sales
Orina isosmótica
Riñoes fuera de la cavidad celomática
Gónadas
Línea lateral
Audición: Aparato de Weber
APARATO DE WEBER de Pygocentrus natterei
Proceso transverso de la tercer vértebra
clastrum scaphium intercalariu m Costilla pleural de la cuarta vértebra
Proceso lateral del segundo centro tripus Cámara anterior de la vejiga
os suspensorium Costilla de la quinta vértebra
APARATO DE WEBER de Pygocentrus natterei basioccipital intercalarium
1 2
Proceso lateral del segundo centro
3
tripus
os suspensorium
costilla de la quinta vértebra
rama posterior del tripus
Costilla pleural de la cuarta vértebra