Trocas Gasosas nos Animais

A respiração celular nos animais, tal como nas plantas, encontra-se expressa nas trocas gasosas que ocorrem entre o organismo e o meio. Este intercâmbio de gases, tal como o que ocorre a nível celular, realiza-se por fenómenos de difusão. Para que tal se verifique, os animais possuem estruturas denominadas superfícies respiratórias, através das quais os gases entram e saem do organismo.

As trocas de gases respiratórios entre o indivíduo e o meio podem ocorrer por dois processos:

• Difusão directa – Os gases respiratórios difundem-se directamente através da superfície respiratória para as células sem intervenção de um fluido de transporte, ocorrendo por exemplo nos protozoários e nos insectos.

• Difusão indirecta – Os gases respiratórios passam através da superfície respiratória para um fluido circulante, normalmente o sangue, que estabelece comunicação entre as células e o meio externo, como no caso da minhoca e dos Vertebrados.Na difusão indirecta o intercâmbio de gases que ocorre nas superfícies respiratórias designa-se por HEMATOSE (troca de gases respiratórios entre o sangue e as superfícies respiratórias).

Apesar da grande diversidade que as superfícies respiratórias apresentam, é possível encontrar em todas elas um conjunto de características que tornam a difusão mais eficiente:

• São superfícies húmidas, o que possibilita a difusão do O₂ e do CO₂, uma vez que estes gases têm de estar dissolvidos;
• São estruturas finas constituídas, na maioria dos casos, por uma única camada de células;
• São muito vascularizadas, para facilitar o contacto com o fluido circulante (isto no caso da difusão ser indirecta);
• A sua morfologia permite uma grande superfície de contacto entre o meio interno e o meio externo.

DIVERSIDADE DE SUPERFÍCIES RESPIRATÓRIAS

• Tegumento
• Brânquias ou guelras
• Traqueias
• Pulmões

Como consequência da evolução, surgiu uma diversidade de superfícies respiratórias nos diversos grupos animais. Esta diversidade está relacionada com factores tão diversos, como o tamanho e a estrutura corporal do organismo, a sua história evolutiva e a natureza do ambiente em que vive. Muitos organismos aquáticos e alguns terrestres realizam as suas trocas gasosas através do tegumento. Em animais de maiores dimensões, no entanto, a superfície corporal deixa de ser suficiente para assegurar a eficácia das trocas gasosas. Nestes casos, os animais possuem regiões especializadas onde se localizam as superfícies respiratórias. Na maioria dos animais aquáticos, a superfície respiratória é constituída por brânquias ou guelras, que se encontram em contacto directo com a água.  Os animais terrestres apresentam invaginações para o interior do corpo, que comunicam com a atmosfera através de canais estreitos, reduzindo, assim, a evaporação e permitindo à superfície respiratória manter-se húmida. São exemplos deste tipo de estruturas, as traqueias dos insectos e os pulmões dos vertebrados.

Trocas gasosas através da superfície corporal

Nos animais de dimensões reduzidas, como as hidras e as planárias, os gases respiratórios difundem-se directamente através da superfície do corpo. Na hidra, a camada de células exterior realiza trocas com o ambiente aquático envolvente, enquanto que a camada de células interior realiza essas trocas com a água que circula na cavidade gastrovascular. A planária possui uma forma achatada, que facilita o contacto de todas as células com o meio externo. No caso da Hidra e Planária não falamos em hematose porque nestes animais não existe nenhum fluido circulante a levar os gases até às células. A difusão na Hidra e Planária é directa).

Em animais mais complexos, como na minhoca, o aparecimento de um sistema circulatório aumenta a eficiência das trocas gasosas através do tegumento. Apesar de viver num ambiente terrestre, a minhoca possui uma pele húmida, graças à existência de numerosas glândulas produtoras de muco. Para além disso, o sistema circulatório está muito próximo da pele, o que possibilita a hematose através do tegumento, apesar das suas dimensões corporais consideráveis. O oxigénio difunde-se através da pele para o sistema circulatório e é transportado por este até ás restantes células do corpo - HEMATOSE CUTÂNEA.

Alguns animais de maiores dimensões, como os anfíbios e certos peixes, também possuem hematose cutânea, para além da hematose pulmonar ou branquial. Mesmo no caso das aves e dos répteis ovíparos, os embriões desenvolvem-se graças às trocas gasosas efectuadas através dos milhares de poros existentes na superfície dos ovos.

Trocas gasosas através das brânquias

As brânquias ou guelras são os órgãos respiratórios da maioria dos animais aquáticos e são formados, normalmente, por evaginações da superfície do corpo. Podem ter diferentes localizações e graus de complexidade, mas, normalmente, constituem uma região de aparência plumosa onde o epitélio se divide profusamente, constituindo uma extensa superfície de hematose. Esta superfície pode-se localizar no exterior do corpo ou, como na maioria dos casos, estar protegida por estruturas apropriadas. No caso dos peixes ósseos, as brânquias encontram-se numa cavidade, a câmara branquial, protegidas por uma estrutura óssea móvel, denominada opérculo. Nos peixes ósseos, as brânquias são banhadas por uma corrente continua de água, que entra pela boca e sai pelas fendas operculares. O movimento de abertura e fecho da boca e dos opérculos ajuda a esta circulação de água.

As brânquias são constituídas por séries de filamentos duplos, inseridos obliquamente em estruturas ósseas denominadas arcos branquiais. Em cada filamento branquial existe um vaso aferente, por onde o sangue entra na brânquia, e um vaso eferente, por onde o sangue sai da brânquia. Entre estes dois vasos sanguíneos existe uma densa rede de capilares, que estão contidos em dilatações do filamento branquial, chamadas lamelas branquiais- mecanismo de contracorrente.

Este mecanismo, no qual o sangue flúi no sentido contrário ao da água, permite aumentar significativamente a eficiência da hematose branquial. À medida que o sangue flúi através dos capilares vai ficando cada vez mais rico em oxigénio e, dado que circula em sentido contrário ao da água, vai contactando com a água sucessivamente mais rica em oxigénio. Mantém-se, assim, um coeficiente de difusão elevado, que permite que cerca de 80% do oxigénio presente na água se difunda para o sangue. Simultaneamente, e pelo mesmo mecanismo, o dióxido de carbono difunde-se no sentido inverso. A existência do mecanismo de contracorrente é muito importante, pois a quantidade de oxigénio dissolvido na água é muito inferior à que existe na atmosfera.

Trocas gasosas através de traqueias

Apesar da quantidade de oxigénio existente na atmosfera ser muito superior à que existe dissolvido na água, a realização de hematose, num ambiente terrestre acarreta algumas dificuldades. Tanto o oxigénio como o dióxido de carbono são solúveis na água. Enquanto que nos animais aquáticos estes gases se podem difundir facilmente, nos animais terrestres tem de existir uma superfície húmida para que estes gases se possam dissolver. Se alguns animais, como a minhoca, resolvem este problema porque possuem um tegumento húmido, outros utilizam superfícies respiratórias invaginadas no interior do corpo, que reduzem significativamente as perdas de água por evaporação.

Os insectos e outros artrópodes terrestres possuem um sistema respiratório, constituído por uma rede de traqueias, que se encontra no interior do corpo. Estas traqueias vão-se ramificando em tubos cada vez mais finos, que terminam nas traquíolas, que contactam directamente com as células (difusão directa de gases respiratórios. Os gases não são transportados pela hemolinfa mas sim por traqueias) As traqueias dos insectos contactam com o exterior através de pequenos orifícios localizados na superfície do corpo, denominados espiráculos.

Nos insectos mais primitivos, os espiráculos encontram-se permanentemente abertos, não havendo controlo do ar que circula através deles. Por outro lado, em espécies mais evoluídas, os espiráculos possuem filtros, bem como estruturas semelhantes a válvulas, que controlam a fluxo de ar. No sistema traqueal, as traqueias servem de condutas de ar e mantêm-se abertas graças à existência, na sua parede, de uma estrutura quitinizada enrolada em forma de hélice. As trocas gasosas ocorrem por difusão directa do epitélio das traquíolas para as células. O sistema circulatório não é, por isso, utilizado no transporte dos gases respiratórios.

Trocas gasosas através de pulmões

Os pulmões são as superfícies respiratórias, invaginadas no interior do corpo, mais evoluídas que existem. Todos os vertebrados terrestres os possuem, embora se encontrem diferentes graus de complexidade entre os diferentes grupos animais. Há uma tendência evolutiva que aponta no sentido de uma aumento da superfície do epitélio respiratório. Os anfíbios, para além de terem uns pulmões simples, também efectuam trocas gasosas através da pele (Hematose pulmonar + Hematose cutânea). Os répteis, mais adaptados à vida terrestre que os anfíbios, possuem pulmões um pouco mais desenvolvidos (fazem apenas hematose pulmonar). As aves e os mamíferos possuem os aparelhos respiratórios mais complexos, apresentando algumas diferenças estruturais e funcionais. 

AVES: As aves são animais com um metabolismo muito elevado, pelo que necessitam de elevadas quantidades de oxigénio. Para tal, apresentam uma grande superfície respiratória e uma eficiente ventilação pulmonar. Para além dos pulmões, as aves possuem sacos aéreos, localizados por todo o corpo, que constituem reservas de ar, melhorando assim a eficácia da ventilação. Para além disso, estas estruturas facilitam o voo das aves, pois tornam-nas menos densas e contribuem para a dissipação de calor resultante do metabolismo, sobretudo durante o voo. No sistema respiratório das aves, o ar circula apenas num sentido, num circuito que passa pelos sacos aéreos posteriores, pelos pulmões e pelos sacos aéreos anteriores. A hematose ocorre apenas nos pulmões, mais precisamente nos parabrônquios, que são finos canais, abertos nas duas extremidades. Nos sacos aéreos não ocorre hematose, mas estas estruturas matem o ar a circular apenas num sentido. Para que o ar percorra todo o sistema respiratório de uma ave, são necessários dois ciclos ventilatórios. Na primeira inspiração, o ar circula pela traqueia até aos sacos aéreos posteriores. Durante a expiração, esse ar passa para os pulmões, onde ocorre a hematose.Durante a segunda inspiração, passa ar novo para os sacos aéreos posteriores e o ar dos pulmões passa aos sacos aéreos anteriores. Quando o ar contido nos sacos aéreos posteriores passa para os pulmões, o ar dos sacos aéreos anteriores é expulso para o exterior. Tal como acontecia com a água no caso das brânquias, o ar circula nos parabrônquios no sentido oposto ao da circulação sanguínea (mecanismo de contracorrente), o que aumenta a eficiência da hematose.

MAMÍFEROS: No caso dos mamíferos, incluindo o Homem, a superfície respiratória é constituída por milhões de alvéolos pulmonares, dispostos em cacho à volta dos bronquíolos. Nestes animais, ao contrário das aves, o ar circula em dois sentidos opostos. Um ciclo ventilatório é composto por dois momentos. Inicialmente, dá-se a inspiração, na qual o ar passa através da traqueia, dos brônquios e dos bronquíolos, até chegar aos alvéolos, altamente irrigados, onde se dá a hematose pulmonar. Seguidamente, tem lugar a expiração, na qual o ar percorre o caminho inverso até ser expulso para o exterior. No Homem, mesmo depois de uma expiração profunda permanece sempre algum ar nos pulmões (ar residual). Na difusão de gases respiratórios, o factor que determina a direcção e a intensidade dessa difusão é a pressão parcial de cada um dos gases, isto é, o valor da pressão exercida por esse gás em relação aos restantes gases presentes. Assim, como nos alvéolos pulmonares, a pressão parcial de oxigénio é maior do que no sangue, este gás difunde-se dos alvéolos para o interior dos capilares. No caso do dióxido de carbono, a pressão parcial desse gás é maior no sangue do que nos alvéolos, dando-se uma difusão em sentido contrário. Nos tecidos, e como resultado da sua utilização na respiração, a pressão parcial do oxigénio é menor nas células do que no sangue que as elas chega, ao passo que a pressão parcial de dióxido de carbono é menor no sangue do que nas células onde se forma durante a respiração. Em consequência, o oxigénio difunde-se dos capilares para as células, fazendo o dióxido de carbono um percurso inverso.

Pode assim concluir-se que as trocas gasosas estão dependentes das superfícies respiratórias, que, por sua vez, estão relacionadas com a complexidade do animal e são resultado da adaptação deste ao meio em que vive.