lunes, 27 de junio de 2016

14 EL SISTEMA RESPIRATORIO DE LOS MAMÍFEROS

En los mamíferos el pistón hepático que mueve la parte baja de los pulmones pasa de ser el hígado a una capa reforzada y muscularizada que conforma el piso sobre el cual están los pulmones, conocido como el diafragma. El diafragma se divide en las regiones crural, costal y esternal, todas las cuales convergen en un tendón central. A diferencia de los músculos diafrágmales de los cocodrilos o de los dinosaurios que se ubican detrás del hígado desde la cola hasta las gastralia, el diafragma de los mamíferos se ubica delante del hígado. A parte de los músculos del diafragma, encontramos los músculos intercostales que controlan el movimiento de las costillas.

Referencias bibliográficas generales: (Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013; Sadler, 2012)


14.1 Paladar secundario

La adquisición de aire en los mamíferos es más compleja que en otros vertebrados debido a su etapa de lactancia y a la evolución de los dientes especializados. En los vertebrados más cercanamente emparentados a los reptiles la boca y la cavidad nasal son una y la misma, lo que implica que el animal no puede masticar, al consumir su alimento lo tienen que seccionar en grandes tajos y tragarlo inmediatamente. Si se ponen a masticar mucho la comida obstruye el paso de aire.

Adicionalmente la lactancia crea el mismo problema, al mamar leche del pezón materno la cría con un paladar simple no podría respirar por lo que tendría que abandonar constantemente el pezón y aguantar la respiración cuando bebe. Es por esto que al mismo tiempo en que se tiene evidencias de la evolución de la lactancia un nuevo hueso aparece en la boca de los animales ancestros de los mamíferos, el paladar secundario.

El paladar secundario permite la existencia de dos cavidades, por lo que mientras que el  animal come o mastica también puede realizar su ventilación, sin embargo la separación de las dos cavidades es imperfecta. Al ser una adaptación generada solo para masticar y/o mamar, solo la cavidad bucal y nasal se separan, pero los dos canales se combinan nuevamente en la laringe, y lo peor de todo es que se cruzan en la faringe.

Normalmente un colgajo muscular aísla el canal respiratorio cuando pasamos el alimento llamado glotis, un evento muy poco permanente en comparación con masticar o mamar, pero en ocasiones el reflejo de la glotis falla y el alimento ingresa al canal respiratorio, fenómeno que varía de incómodo a potencialmente fatal.

Referencias bibliográficas generales: (Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013; Sadler, 2012)

14.2 Ventilación

La ventilación en los mamíferos es bidireccional "el aire va y regresa por los mismos conductos", aunque la arquitectura de sus pulmones cambia de ser una esponja llena de celdas minúsculas a una bolsa en la cual penetra el árbol respiratorio de forma profunda generando ramificaciones cada vez más pequeñas hasta llegar al nivel de capilaridad. Las puntas tienen forma de esferas o bolsas ciegas con un solo orificio, que sirve tanto de entrada como de salida, estas estructuras reciben el nombre de alveolos.

Los alveolos al tener solo un orificio deben recibir y expulsar gases por el mismo conducto, y lo mismo pasa con todos los conductos del árbol respiratorio, por eso se dice que el sistema respiratorio de los mamíferos es bidireccional.

La musculatura respiratorio de los mamíferos revela su modo de vida activo y la enorme necesidad de intercambio de gases, además aparentemente los músculos de aspiración son diferentes de los que controlan la expulsión de los gases, y solo se activan de forma simultánea cuando se realiza ejercicio de alta intensidad.

La superficie de intercambio de gases alveolar es superior a la faveolar, de forma tal que si se compara a un mamífero y un anfibio de masa semejante, el mamífero tendrá diez veces más superficie de intercambio de gases, para alimentar a un metabolismo más demandante. 

La mayoría de ese oxígeno extra se dirige a calentar el cuerpo por medio de un metabolismo pasivo necesario para sustentar la endotérmica activa de la sangre, en otras palabras, los mamíferos necesitan diez veces más oxígeno para poder calentar su sangre.

Referencias bibliográficas generales: (Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013; Sadler, 2012)

14.3 Mamíferos marinos

La capacidad de tener vidas bajo el agua no se restringe a los anfibios y los reptiles, algunos mamíferos pasan periodos de tiempo considerables bajo el agua, donde el caso más extremo sean quizás los cachalotes, estas inmensas ballenas se sumergen hasta profundidades que son problemáticas incluso para los submarinos de inmersión profunda, allí realizan tareas pesadas como la cacería del calamar gigante, para luego regresar a la superficie, todo con una bocanada de aire.

Los corazones de los mamíferos y las aves están fisiológicamente obstaculizados para realizar la desviación cardíaca propia de los reptiles. En otras palabras, las aves y los mamíferos naturalmente se encuentran bloqueados por un diseño no muy útil para las actividades bajo el agua.

Cuando se sumergen, el oxígeno en sus pulmones se consume rápidamente, y rápidamente se vuelve poco ventajoso para el corazón empujar la sangre por todo el circuito circulatorio menor en términos de volumen sanguíneo perdido y energía empleada en vano. Sin embargo, los corazones de las aves y mamíferos se encuentran tabicados, por lo que es imposible generar la desviación cardiaca. Los ajustes deben ocurrir por otros medios.

Cuando un tetrápodo se sumerge ocurren tres cambios fisiológicos en el sistema circulatorio. Primero que todo se genera bradicardia, es decir el ritmo cardiaco se hace más lento, haciendo que el ritmo metabólico se haga más relajado, lo cual de manera indirecta reduce tanto la cantidad de sangre que fluye por el circuito circulatorio menor como la cantidad de oxigeno que es consumido de los pulmones.

En segunda instancia, se incrementa el ritmo del metabolismo anaeróbico “sip, las aves y los mamíferos también tienen rutas anaeróbicas de respiración” en las fibras del musculo esquelético.

En última instancia, se abren una gran cantidad de vasos sanguíneos capilares, que desvían mucho del flujo sanguíneo hacia los órganos vitales “en temas anteriores también hablamos que el volumen total de los vasos sanguíneos capilares es superior al de los vasos sanguíneos principales”. Al mismo tiempo los capilares evitan que la sangre sea llevada a los pulmones, al musculo esquelético “que es la mayor parte del musculo corporal” el cual funciona anaeróbicamente en ese instante y al intestino.

En general, un ave y un mamífero hacen lo mejor que pueden con una fisiología no muy apta cuando se encuentran bajo el agua, adaptando las funciones secundarias de ciertos órganos como los vasos sanguíneos capilares, para prolongar su estadía sumergidos.

Cuando las aves y los mamíferos se sumergen, existe muy poco oxigeno disponible, eso sumado a la presión circundante hace que los pulmones colapsen “queden exprimidos como pasas”. Aunque una gran cantidad de oxigeno queda almacenada inicialmente como mioglobina, rápidamente es consumida. Por esta razón los tejidos echan mano de rutas metabólicas no consumidoras de oxígeno “aunque consumen muchísima energía” y al mismo tiempo, se hace más lento el pulso. Ninguna de esas estrategias es única de las aves y los mamíferos, son adaptaciones secundarias convergentes.

Adicionalmente la principal adaptación de los mamíferos marinos es la mioglobina, la mioglobina es una molécula semejante a la hemoglobina, pero esta no se disuelve en la sangre o se transporta en eritrocitos, la mioglobina se almacena en los músculos y secuestra mucho oxígeno. Los mamíferos y aves marinas tienden a almacenar mucho oxígeno en sus músculos. 

De hecho los mamíferos y aves marinos poseen tres almacenes de oxígeno, pulmones, sangre y músculo. A medida que el animal tiende a poseer un estilo de vida mas marino, la mioglobina se hace más importante y los pulmones disminuyen su importancia, pero en cualquier caso, el almacén más importante es la sangre.

Referencias bibliográficas generales: (Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013; Sadler, 2012)

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