1. 26/08/2010
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Respiração
Prof. Ronaldo Bastos Francini Filho
Difusão
Movimentação de moléculas de áreas com alta
concentração para áreas com baixa concentração
Osmose
Movimentação da água de um meio com menor concentração
de solutos para um meio com maior concentração
Antoine Lavoisier (1743-1794)
Por que respiramos?
Respiração (= oxidação dos alimentos)
Alimento + oxigênio CO2 + água

2. 26/08/2010
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Carboidratos
Gorduras
Proteínas
Estágios da digestão
I II III
Alimento
quebrado em
moléculas
pequenas no
intestino
Moléculas de
alimento
convertidas em
ácido pirúvico no
interior do
citoplasma e
posteriormente
em Acetil-CoA no
interior da
mitocôndria
Acetil-CoA entre no
Ciclo de Krebs, onde
é completamente
oxidado a dióxido de
carbono. Processo
libera elétrons que
entram na cadeia
transportadora de
elétrons. No final da
cadeia, elétrons são
recebidos por
oxigênio, formando
água.
Não ocorre
produção de
energia
Baixa produção
de energia
Alta produção
de energia
Alimento:
Respiração (= oxidação dos alimentos)
Propriedades dos gases respiratórios
Componente %
Oxigênio 20,95
Dióxido de carbono 0,03
Nitrogênio 78,09
Argônio 0,93
Total 100
Composição da atmosfera:
• Nitrogênio e gases nobres: inertes na maioria dos
processos fisiológicos;
• Manutenção da composição da atmosfera: respiração e
fotossíntese;
Solubilidade dos gases respiratórios
• Gases são solúveis em água;
• Quantidade de gás dissolvido na água
depende de:
1) Natureza do gás;
2) Pressão do gás na fase gasosa;
3) Temperatura;
4) Presença de outros solutos na água.
Solubilidade dos gases: natureza do gás
Componente %
Oxigênio 34,1 ml/litro
Nitrogênio 16,9 ml/litro
Dióxido de carbono 1019,0 ml/litro
Solubilidade dos gases na água (15°C 1 atm
de pressão):

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Solubilidade dos gases: Pressão, temperatura e sais
dissolvidos
• A quantidade de gás dissolvido em um dado
volume de água depende da pressão do gás
(relação linear descrita pela Lei de Henry);
• Solubilidade dos gases diminui com a
elevação da temperatura e concentração de
sais.
Comparações entre água e ar
Água Ar
Razão
Água/Ar
Concentração de O2 (litro/litro) 0,007 0,209 1:30
Viscosidade (centipoise, cP) 1 0,02 50:1
Coeficiente de difusão O2 (cm2/s) 0,000025 0,198 1:8000
Desvantagens do meio aéreo
• Evaporação e risco de dessecamento. Superfícies
de trocas gasosas localizadas em cavidades
especializadas (pulmões), limitando o acesso ao ar
externo;
• Troca de gases através da superfície corpórea
(difusão) possível apenas para animais
relativamente pequenos em hábitats úmidos (ex.:
minhocas e sapos).
BrachycephalusBrachycephalus ephippiumephippium
Respiração na água
Organismos pequenos: difusão a partir da superfície
do corpo (ausência de sistema circulatório).
Respiração na água
Organismos grandes: distâncias de difusão muito
grandes. Apresentam superfícies especializadas para
trocas gasosas e sistema circulatório para transporte
de oxigênio.
Órgãos respiratórios
• Brânquias (evaginações): Mais comuns no
meio aquático (ex.: peixes, diversos
moluscos);
• Pulmões (invaginações): Raros (ex.: peixes
pulmonados, alguns pepinos-do-mar).

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Ventilação das brânquias
• Retirada contínua de O2 de água estagnada
levaria a déficit de O2 no entorno das brânquias;
• Estratégias de ventilação
Movimentação da
brânquia pela água
Movimentação de água
pelas brânquias
Movimentação da brânquia pela água
• Viável apenas para organismos pequenos, pois força para
vencer a resistência da água aumenta desproporcionalmente
com o tamanho.
Larvas de Ephemeridae
Salamandra norte-
americana (“mudpuppy”
Necturus)
Movimentação de água pelas brânquias
Mais viável
Ação de cílios: mariscos
e outros moluscos
Bomba mecânica: peixes
fluxo de água (ação ciliar)
Locomoção e movimentação simultânea de
água pelas brânquias
Atum Polvo
Ventilação forçada

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Ventilação forçada Bombeamento de água
• Abaixamento da boca;
• Abertura e fechamento do opérculo.
Fluxo de água
Morfologia das brânquias
Duas fileiras com
filamentos
Fluxo contra-corrente
• Oxigênio movimenta-se através do gradiente de
difusão, que é mantido por mais tempo com o
mecanismo de fluxo em conta-corrente.
Peixes pulmonados (Sarcopterygii: Dipnoi)
Pirambóia Lepidosiren paradoxa
Chondrichthyes
Mammalia
Placodermi
Dipnoi
Actinopterygii
Elpistotegidae
Actinistia
(Celacanto)
Lissamphibia
Testudines
Lepidosauria
Crocodylia
Aves
Grupos viventes
Grupos extintos
Origem dos pulmões
Amniota

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Peixes pulmonados Pulmão modificado em bexiga natatória
Pulmão modificado em bexiga natatória
• Bexiga natatória:
• Fisóstomos (teleósteos basais – e.g. sardinhas,
salmões e carpas): gás expelido por ducto
pneumático que conecta bexiga natatória ao trato
digestório;
• Fisóclistos (teleósteos derivados): ducto
pneumático perdido;
• Rete mirabile secreta gás na bexiga natatória de
fisóstomos e fisóclistos;
• Peixes fisóclistos liberam gás através de válvula
muscular (oval).
Pulmão modificado em bexiga natatória
Fisóstomo
Fisóclisto
Pulmão modificado em bexiga natatória Respiração aérea
Quatro tipos
de órgãos
respiratórios
Brânquias
Pulmões
Traquéias
Pele

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Porifera
Cnidaria
Platelmintes
Moluscos
Anelídeos
Artrópodes
Echinoderma
Respiração aérea: adaptação em larga escala
Vertebrados
Respiração cutânea: animais pequenos
Difusão de gases
respiratórios
Bufo valliceps
Respiração aérea com brânquias
• Pouco adequadas; ocorrem em
poucos animais
Caranguejo terrestre Birgus
latro
Respiração pulmonar: dois tipos
Ventilação (típicos
dos vertebrados)
Difusão (ex.: caracóis
terrestres)
Ventilação pulmonar
Bomba de pressão
Bomba de sucção
Anuros: papel da respiração cutânea e pulmonar

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Animais sem pulmões e sem brânquias
Salamandra Desmognathus fuscus (Plethodontidae)
Respiração através da pele e da mucosa da boca
Mammalia
Aves
Crocodylia
Lepidosauria
Testudines
Anfíbios
Anapsida Diapsida Synapsida
Amniota
Archosauria
Tetrapoda
Não-Amniota
Sauropsida
Tetrapoda: modo ancestral de locomoção Testudines
expiração
inspiração
Tartarugas aquáticas
• Pressão hidrostática ajuda na
movimentação de ar para dentro e
para fora do pulmão;
• Algumas podem trocar oxigênio e
dióxido de carbono diretamente com
a água (faringe e cloaca são principais
locais de trocas gasosas).
Respiração cloacal: Rheodytes
leukops (Austrália)
Chelonia mydas
Lepidossauria
Lagartos +
SerpentesAnphisbaenaSphenodon
Squamata
Lepidosauria

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Lepidossauria
Serpente marinha (Pelamis platurus)
respiração cutânea
Crocodylia
• Rotação dos ossos pubianos
e expansão da caixa torácica.
• Movimentos pélvicos;
•Pulmão parabronquial + sacos aéreos;
• Direção única de ventilação (fluxo contra-corrente) e
passagem de ar fresco pelos alvéolos tanto na inspiração
quanto na expiração;
• Circuito completo inclui dois ciclos respiratórios;
• Alta eficiência;
• Sistema interconectado com ossos pneumáticos: calor
dissipado com maior eficiência e aumento na flutuação.
Aves
Inspiração 1
Sacos aéreos
anteriores
Pulmão parabronquial
(único local de trocas gasosas)
Sacos aéreos
posteriores
Respiração nas aves
Expiração 1
Sacos aéreos
anteriores
Sacos aéreos
posteriores
Pulmão parabronquial
(único local de trocas gasosas)
Respiração nas aves
Inspiração 2
Sacos aéreos
anteriores
Sacos aéreos
posteriores
Pulmão parabronquial
(único local de trocas gasosas)
Respiração nas aves

10. 26/08/2010
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Expiração 2
Sacos aéreos
posteriores
Sacos aéreos
anteriores
Pulmão parabronquial
(único local de trocas gasosas)
Respiração nas aves Mamíferos
• Adotaram postura mais ereta, com membros
posicionados mais ventralmente (ondulações do
corpo abandonada);
• Desenvolvimento de diafragma muscular;
• Diafragma auxiliado por movimentos inerciais.
Mamíferos
• Pulmões complexos;
• Subdividido em pequenos sacos delicados
(alvéolos) onde ocorrem trocas gasosas.
Estrutura alveolar do
pulmão de um cão
mostrando glóbulos
vermelhos
Mamíferos
• Área superficial do epitélio respiratório: 50-100 m2
• Área superficial restante do corpo: < 2 m2
Volume pulmonar nos mamíferos
~ 5% do volume
corpóreo
Morcegos: trocas gasosas através da pele das asas
Pele fina e
desprovida de pelos

11. 26/08/2010
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Regulação da respiração
• Principal agente responsável
pela regulação da respiração
aérea: concentração de CO2 no
sangue (na verdade pH);
• Principal agente responsável
pela regulação da respiração
aquática: concentração de O2
no sangue;
Respiração nos insetos
• Cutícula dos insetos evita perda de água, mas dificulta
absorção de O2;
• Traquéias se comunicam com o exterior através de
espiráculos.