anatomÍa estructura y fisiologÍa de los sistemas circulatorio y respiratorio en animales...
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ANATOMÍA ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS CIRCULATORIO Y RESPIRATORIO EN ANIMALES ACUÁTICOS. Componentes del Sistema Circulatorio/Respiratorio. Sitio de intercambio Sistema ventilatorio Líquido respiratorio Sistema vascular (formado de arterias, capilares y venas ) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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ANATOMÍA ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA DE LOS SISTEMAS CIRCULATORIO Y
RESPIRATORIO EN ANIMALES ACUÁTICOS
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1. Sitio de intercambio
2. Sistema ventilatorio
3. Líquido respiratorio
4. Sistema vascular (formado de arterias, capilares y venas)
5. Órgano de propulsión
Componentes del Sistema Circulatorio/Respiratorio
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Sitios de Intercambio• Lugar donde se obtiene el oxígeno del medio para ingresarlo al cuerpo y al mismo tiempo se desecha el dióxido de carbono (otros metabolitos)
•También se le conoce como estructura respiratoria
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Tráqueas
Pulmones
Branquias◦ Branquias de penacho◦ Branquias lamelares◦ Branquias filamentosas
Estructuras respiratorias en animales (sitios de intercambio)
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Traqueas
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Sistemas traqueales acuáticos
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Evaginaciones=no se les considera pulmones
Órganos respiratorios muy eficientes. En el agua solamente el 3% del oxígeno disponible en relación al ambiente externo
Por su estructura tienen un área superficial grande
Ayudan al intercambio de oxígeno y dióxido de carbono
Branquias
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Tipos de branquias
Branquias de penacho
Branquias filamentosas
Branquias lamelares
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La estructura general de las branquias es constante en todos los organismos superiores. En el caso de los peces varía de acuerdo a su posición en la escala evolutiva. En peces pueden estar en bolsas y presentar aberturas branquiales; ser septados y presentar aberturas branquiales; o presentar una cámara branquial.
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Larva de salamandra marmoleada a la que se le observan claramente las branquias externas. Tomado de: http://www.naturalsciences.org/education/treks/amphibian/2007/pages/Marbled%20Salamander%20Larvae.html
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Sistema branquial de una lamprea
Bolas branquiales (GP) y aorta media ventral (MVA)
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Se dividen en:◦ Lamelas primarias◦ Lamelas secundarias
Hemibranquias: unión de dos branquiasArco branquial: estructura rígida de soporte
Estructura de las branquias
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Arco branquial
Lamela Primaria
Hemibranquia
Lamela secundaria
Arco branquial
Filamentos branquiales
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Pilares: para estructura
Mucosas: producen mucus
Células epiteliales planas: cumplen con la función de intercambio gaseoso
Serosas (de pavimento): dan estructura, se encuentran en las lamelas secundarias
Ionocitos o células de cloruro: se encargan de la osmorregulación
Células que conforman la branquia
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Continuación Estructuras Respiratorias
Martes, septiembre 08 de 2009.
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Estructuras Pulmonares
Son invaginacionesde tejido vascularizado
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Sistema VentilatorioSistema que permite el intercambio del sustrato respiratorio (aire o agua) para eliminar el que esté deficiente en oxígeno y contaminado con dióxido de carbono por sustrato nuevo, rico en oxígeno y pobre en dióxido de carbono
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Se requiere en animales activos para mejorar la eficiencia respiratoria al asegurar que suficiente volumen del medio externo pase por el sitio de intercambio
Para lograr este propósito el sitio de intercambio está interrelacionado con el sistema circulatorio
Sistema ventilatorio
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Mecanismo específico◦ Bomba bucal-opercular en peces◦ Movimiento del diafragma
Uso del movimiento del agua durante la natación◦ Ventilación ram en peces de nado rápido y
continuo◦ Movimiento de apéndices locomotores en
crustáceos
Formas de crear la corriente ventilatoria
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Flujo de agua durante los movimientos ventilatorios en un pez
Cavidad bucal
Cavidad opercular
Esó
fago
Opérculo
Cubierta branquialArco
branquial
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Sistema de ventilación ram Puede asociarse
con la alimentación
Se presenta en nadadores rápidos (escómbridos) y elasmobranquios
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Líquido Respiratorio
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Tejido complejo del que se vale el sistema circulatorio para transportar los materiales a través del cuerpo
Característico de sistemas cardiovasculares complejos
Además de oxígeno y dióxido de carbono ayuda a transportar nutrientes, productos de desecho, y hormonas
Vehículo de casi todos los procesos homeostáticos y con funciones en casi todos los procesos fisiológicos
Líquido Respiratorio
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Fija y transporta el oxígeno del sitio de intercambio hasta los tejidos
Transporta dióxido de carbono de los tejidos al sitio de intercambio para excretarlo
Transporta otros materiales disueltos
Función Respiratoria del Líquido Respiratorio
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Buffer de la sangre
Transporte y vehículo del sistema inmunológico
Transporte de otros materiales y mensajes químicos a través del cuerpo (hormonas por ejemplo)
Otras Funciones de los Líquidos Respiratorios
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Hidrolinfa:◦ Carece de pigmento, presente en grupos
evolutivos bajos (esponjas, celenterados, equinodermos), no presenta células
Hemolinfa:◦ Presenta células y pigmentos (vermes, moluscos,
crustáceos, arácnidos), pigmento disuelto, no dentro de la células
Sangre:◦ Forma más desarrollada de pigmento
respiratorio, pigmento dentro de la célula (vertebrados, vermes, moluscos y equinodermos)
Líquidos Respiratorios en Animales Acuáticos
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Compuestos que presentan la propiedad de poder fijar con facilidad el oxígeno
Ayudan a mantener la presión coloidosmótica del líquido respiratorio
Actúan como buffers en el transporte de dióxido de carbono
Pigmentos respiratorios
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Hemoglobina (Hb): vermes, moluscos, crustáceos, equinodermos, vertebrados
Hemocianina (Hcy): moluscos, crustáceos, arácnidos
Clorocruorina (Cr): vermes
Hemeritrina (Hry): vermes
Tipos de pigmentos respiratorios
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Cambia sus características físicas y químicas de acuerdo a la especie
Puede localizarse: extracelularmente, intracelularmente (eritrocitos), tejidos (muscular y nervioso)
También presenta afinidad con el dióxido de carbono
A pH ácido disminuye la capacidad de transporte de oxígeno
Hemoglobina Hb
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Estructura de la hemoglobina
Es un tetrámero Puede transportar
cuatro moléculas de oxígeno
Presenta fijación cooperativa por modificaciones alostéricas
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Núcleo de cobre
Disuelto en la hemolinfa
Menos eficiente que Hb
Su afinidad por el oxígeno cambia de acuerdo a la especie:◦ Bentónicos: alta afinidad◦ Pelágicos: poca afinidad
Hemocianina
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Clorocruorina Hemeritrina
Solo en anélidos
Similar a la Hb
Se “envenena” fácilmente con el dióxido de carbono
Más reciente en descubrirse
Posee 3 veces más hierro que la Hb
No se “envenena” con dióxido de carbono
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SISTEMA VASCULARCONDUCTOS CIRCULATORIOS
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Se divide en:1. Circulación central: compuesto por el
corazón, y los principales conductos de ingreso y salida al corazón
2. Circulación periférica: formado por el sistema arterial, sistema venoso y capilares
Sistema vascular
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SISTEMA ARTERIAL SISTEMA VENOSO
Mantiene la presión sanguínea necesaria para mantener la circulación funcionando
Lleva el líquido respiratorio oxigenado hacia los tejidos
Sólo en organismos con sistema circulatorio cerrado
Colecta la sangre de los capilares y la regresa al corazón en las venas
Normalmente tiene baja presión
Actúa como reservorio de la sangre
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Sistema capilar Ultrafiltración
Todos los tejidos tienen muchos capilares para favorecer la irrigación
Los capilares se localizan paralelos unos a otros para favorecer la distribución de la sangre
Posible únicamente en sistemas circulatorios cerrados (hay suficiente presión)
Principalmente en los riñones
Separación de ultrafiltrado (fluido libre de partículas proteínicas coloidales) del plasma sanguíneo por medio de la membrana semipermeable de los capilares por la presión sanguínea
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ORGANO DE PROPULSIÓN
órgano encargado de generar el impulso que permite la circulación del líquido respiratorio y que este llegue a los lugares y tejidos más lejanos. Puede empujar el líquido contra la dirección de la gravedad.
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Fuerza por las contracciones rítmicas del corazón
Fricción provocada por las arterias cuando las llena el corazón
Presión sobre los vasos sanguíneos durante los movimientos corporales
Contracciones peristálticas del músculo liso que rodea los vasos sanguíneos
Mecanismo de Movilización del Líquido Respiratorio
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Bomba muscular (miocardio) con diferentes válvulas
Bombea sangre hacia el cuerpo, movimiento regulado por el metabolismo del Ca
Consta de una o más cámaras conectas en series (normalmente 2 o 4) que están protegidas por válvulas y en algunos casos esfínteres
Solo permite la circulación en una dirección
El corazón
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Membrana de tejido conectivo que rodea al corazón
Su rigidez o elasticidad determinan la magnitud del cambio de presión que se observa en el corazón y que determinará la presión de los latidos
Pericardio
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Consisten de una contracción rítmica (sístole) y la consecuente relajación (diástole)
La contracción de cada célula está asociada con su potencial eléctrico
La actividad eléctrica se inicia en la región del marcapaso y se transfiere de célula a célula debido a que están eléctricamente conectadas por uniones de abertura
Latidos del corazón
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Control de los latidos del corazón
Se controlan eléctricamente
Las membranas de los miocitos siempre presentan polarización llamada potencial de marcapasos
El potencial eléctrico de la membrana está regulado por las concentraciones de potasio, calcio y sodio dentro y fuera de las células
Acetilcolina: latidos más lentos los latidos, al incrementar la conductividad de potasio y disminuir la conductividad de calcio
Adenosina: también disminuye ritmo cardíaco con un mecanismo similar
Catecolaminas (norepinefrina): acelera el potencial marcapasos incrementando el ritmo cardíaco
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Factores que incrementan la contractibilidad cardiaca
Factores que disminuyen la contractibilidad cardíaca
Aumento en la temperatura
Concentración extracelular de Ca++
Arginina, vasotocina, oxitocina, adenosina, prostaciclina
Hipoxia
Acidosis
Acetilcolina
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Es la circulación que provee de oxígeno y nutrientes al corazón
Se requiere en organismos que presentan áreas de tejido cardíaco muy denso
Está presente en tiburones
Circulación Coronaria
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TRANSFERENCIA DE MATERIALES DEL SISTEMA CIRCULATORIO A LOS TEJIDOS
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Mecanismos de intercambio comunes en animales
Consisten de una vena y una arteria que van paralelas con flujos a contracorriente
Normalmente se trata de vénulas y arteriolas o capilares
El flujo contracorriente y el diámetro pequeño permite el intercambio de calor y gas
Ayudan en muchos casos a controlar la temperatura
Intercambiadores de Contracorriente
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Sistema de contracorriente de pequeñas vénulas y arteriolas
Son comunes entre los peces para varios mecanismos tales como llenado de la vegija gaseosa o en peces heterotermos
Rete mirable
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Sistema de contracorriente que favorece el intercambio
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Difusión de gases respiratorios
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Los capilares tienen diferente permeabilidad dependiendo del tejido al que irriguen y se dividen en:
Capilares continuos: los menos permeables, se localizan en músculo, tejido neuronal, pulmones, tejido conectivo y glándulas exocrinas
Capilares fenestrados: permeabilidad intermedia, en glomérulos renales, intestinos y glándulas endocrinas
Capilares sinusoides: los más permeables, en el hígado, médula ósea, bazo, nódulos linfáticos y corteza adrenal
Transferencia de Materiales a Través de las Paredes Capilares
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Infiltración de la Sangre a los Tejidos en Capilares Continuos
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Infiltración de la Sangre a los Tejidos en Capilares Fenestrados
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Infiltración de la Sangre a los Tejidos en Capilares Sinusoides
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RELACIÓN DEL SISTEMA CIRCULATORIO CON OTROS SISTEMAS FISIOLÓGICOS
DEL CUERPO
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Su relación más estrecha es con el sistema respiratorio
Por llegar a todos los órganos y tejidos también ayuda al funcionamiento y regulación de muchas otras funciones fisiológicas
Transporta los insumos y subproductos de todos los sistemas del cuerpo
Sistema Circulatorio como Sistema Integrador
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Las paredes capilares son permeables por lo que a altas presiones sanguíneas se pierde líquido de la sangre el cual se aloja en los espacios intersticiales
Sistema Linfático
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Carece de eritrocitos y es casi incoloro por lo que es difícil de observarlo
Formado de conductos que drenan los tejidos y conducen la linfa al sistema venoso
Presente en vertebrados
Sus conductos son porosos debido a espacios entre células adyacentes, favoreciendo el ingreso de fluidos al sistema
Existen válvulas para controlar el flujo en una sola dirección Los conductos mayores se contraen para crear corrientes
de succión que permiten drenar los tejidos
Características del Sistema Linfático
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Retornar a la sangre el exceso de fluido (agua) y proteínas que se infiltran hacia tejidos intersticiales, para mantener el balance de fluidos en los tejidos
Conducir las moléculas grandes, particularmente las grasas absorbidas por el tracto digestivo hacia el sistema circulatorio - existe un conducto linfático en los villi del tracto digestivo que se encarga de absorber los lípidos y transportarlos hacia el sistema circulatorio-
Funciones del Sistema Linfático
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1. Capilares linfáticos ciegos que drenan los espacios intersticiales
2. Unión de capilares linfáticos para formar estructuras ramificadas que cubren todos los tejidos
3. Los conductos linfáticos mayores se asemejan a las venas
Estructura del sistema linfático
Tanto el sistema circulatorio como el sistema linfático contribuyen con la respuesta inmune
Los componentes más importantes de la respuesta inmune son los linfocitos
La respuesta inmune consiste en reconocer al invasor y marcarlo para su destrucción
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El Sistema Circulatorio y la Respuesta Inmune
Una clase de leucocitos
Su característica única es que tienen la habilidad de reconocer sustancias extrañas (antígenos) incluyendo aquellas en la superficie de patógenos invasores, células infectadas por virus y células tumorosas
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Linfocitos
Linfocitos B (células B): secretan anticuerpos
Linfocitos T (células T): se encargan de la destrucción de células y materiales extraños◦ Células colaboradoras (Th)◦ Células citotoxicas (Tc)
Otras células que colaboran con los linfocitos:◦ Neutrófilos◦ Macrófagos
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Tipos de linfocitos
El antígeno es reconocido por Th Th secretan citotoxinas Se promueve la respuesta de células B Se promueve la respuesta de macrófagos
Los leucocitos circulan en el sistema circulatorio y en el sistema linfático
Se acumulan en nódulos linfáticos que filtran la linfa para que los linfocitos y los antígenos puedan estar en contacto
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Respuesta inmune
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Linfocitos
Cada uno responde de distinta manera
Anticuerpos fijos a la membrana de las células B y receptores de las células T reconocen y se adhieren de forma específica a los antígenos
Las células Th y Tc se distinguen por la presencia de moléculas adheridas a las membranas llamadas CD4 y CD8
Para acceder a los tejidos infectados los vasos linfáticos producen receptores que permiten el paso de linfocitos hacia el tejido
El proceso de movilización hacia tejidos inflamados se llama extravasación
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Respuesta Inmune
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Extravasación
Cuando un tejido está inflamado los leucocitos reconocen receptores de la membrana celular a los cuales se adhieren para propiciar la extravasación
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Panorama general de cómo sucede la extravasación de los leucocitos hacia los sitios de infección
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Fisiología de la Respiración y la Circulación
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La frecuencia y amplitud de los movimientos respiratorios es modificable de acuerdo a la intensidad del metabolismo
La regulación de la respiración está coordinada por el SNC
Los peces poseen un centro respiratorio entre el cerebelo y la médula
Fisiología de la respiración
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Factores Bióticos Peso del animal/edad Etapa fisiológica Actividad Estado de la alimentación Estado de salud
Factores que afectan el consumo de oxígeno
Factores Abióticos Temperatura Salinidad (presión
osmótica) Presión parcial de
oxígeno disuelto en el agua
Fotoperíodo Otros factores
ambientales (mareas, corrientes, contaminación, etc…)
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1. Los organismos pequeños tienen mayores tasas metabólicas que los organismos mayores
2. Con el crecimiento disminuye el índice de actividad
3. La respiración total de un animal grande es mayor que la de un juvenil
Tamaño/Edad
Estado Fisiológico
1. Organismos en crecimiento tienen altas tasas metabólicas
2. Durante la producción de gónadas también se incrementa la tasa metabólica
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1. Factor más difícil de determinar y controlar
2. El metabolismo puede estar a cuatro niveles:
◦ Basal◦ Estándar◦ Rutina◦ Activo
ActividadEstado de Alimentación
1. Consumir proteínas aumenta el consumo de oxígeno
2. El tracto digestivo lleno altera considerablemente el metabolismo energético
3. Cada especie tiene su propio tiempo o velocidad de digestión
4. Inversión de energía en captura de alimento
5. Composición y calidad de la dieta determinarán la “Acción Dinámica Específica” de cada alimento
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Nado repentino: La frecuencia cardiaca, el volumen de bombeo y
la presión arterial decrecen Actividad anaérobica desarrolla por el músculo
blanco. Todos estos parámetros se incrementan durante la fase de recuperación
Actividad Prolongada Volumen de bombeo se incrementa 47-200%. Músculo aeróbico usado durante nados lentos
prolongados. El incremento en el volumen de bombeo se da por incremento en el volumen bombeado por el corazón y no por incremento del ritmo cardíaco
Efecto de la actividad
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Amplitud metabólica: Diferencia de energía que se requiere para pasar de un nivel de metabolismo al siguiente. Varía con la especie
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Los ectoparásitos especialmente en la branquias disminuyen la eficiencia respiratoria
En general cuando hay enfermedad se aumenta el consumo de oxígeno
Cuando se están produciendo anticuerpos se aumenta el consumo de oxígeno
Estado de Salud
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Temperatura
Determina la tasa de las reacciones químicas
Controla la tasa metabólica y el crecimiento, hasta un límite
Efecto Q10 en animales acuáticos, el metabolismo estándar incrementará con el incremento de la temperatura hasta niveles letales
Factores Abióticos que Afectan el Consumo de Oxígeno
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Variaciones de SalinidadLas especies de agua dulce tienen un consumo
de oxígeno mayor a sus afines de agua salada
Especies eurihalinas consumen más oxígeno en agua salobre que en agua de mar
Especies de agua salobre consumen más oxígeno en agua dulce
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Presión Parcial de Oxígeno Disuelto
Pueden ser ◦ Conformadores: normalmente usan 10-25% del
oxígeno disponible, organismos oceánicos
◦ Reguladores: usan 60-70% del oxígeno disponible, mayoría de peces, moluscos y peneidos
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FotoperíodoLo más importante es las horas luz, ya que
afectan la secreción de hormonas, especialmente las tiroideas
Existen especies fotosensitivas y no fotosensitivas
Al sincronizar la reproducción también incide en el consumo de oxígeno por esta actividad
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Alcalinidad: debido al metabolismo del calcio, mayor alcalinidad normalmente implica un mayor consumo de oxígeno
Turbidez: disminuye la eficiencia de la respiración
Contaminación: normalmente aumenta el consumo de oxígeno y se aumenta el consumo de energía al activarse el sistema MXO del hígado
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Para controlar la circulación en cuerpo tiene:◦ Baro-receptores: que monitorean la presión
sanguínea en diferentes puntos del sistema cardiovascular
◦ Quimiorreceptores: que monitorean la concentración de dióxido de carbono y pH oxígeno de la sangre
La información detectada es controlada por un centro nervioso regulador
Control de la Circulación
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El sistema circulatorio tiene varios circuitos de retroalimentación negativa. Varios receptores sensoriales monitorean los cambios en el estado del sistema cardiovascular y envían la información al sistema de control. Después de que se colecta toda la información de distintos sitios el SNC envía la respuesta necesaria para mantener la presión sanguínea necesaria. La información proviene de varios sitios y se procesa finalmente por el cerebro.
Otros mecano-
rreceptores circulatorios
Otras fuentes de
información
Corazón y vasos sanguíneos
CNS
Centro de control de la respiración
Baro-receptores arteriales
Efectores Automáticos
Centros arteriales de
control
De acuerdo a la respuesta fisiológica de los organismos en función de la concentración de oxígeno ambiental disponible, éstos se pueden dividir en dos grupos:
◦ Conformadores de oxígeno
◦ Reguladores de oxígeno
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Respuesta respiratoria
El consumo de oxígeno disminuye en proporción a la disminución ambiental de oxígeno
Común en organismos invertebrados sésiles y poco activos que carecen de estructuras respiratorias y circulatorias especializadas
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Conformadores de oxígeno
Animales que mantienen su consumo de oxígeno aún a presiones parciales de oxígeno por debajo de lo normal
Su tasa metabólica se mantiene a nivel normal hasta que se alcanza una presión parcial de oxígeno crítica
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Reguladores de Oxígeno
Respuestas del Sistema Respiratorio Corazón: modificar frecuencia de latido
Branquias: modificación de área funcional
Músculos motores de las bombas bucales y operculares: modificar la tasa de ventilación
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Producción de diferentes Hb dependiendo del pH de la sangre
Producción de proteínas anticoagulantes
Producción de mucus
Intercambio de mecanismo respiratorio
Otras Modificaciones