Respiración (fisiología) para niños
La respiración es un proceso vital para los seres vivos. Imagina que tu cuerpo es como un motor que necesita combustible y aire para funcionar. La respiración es la forma en que tu cuerpo toma el aire que necesita y se deshace de lo que no le sirve.
Este proceso consiste en que el oxígeno entra al cuerpo y el dióxido de carbono sale. ¿Para qué sirve? Para que las células de tu cuerpo puedan producir la energía que necesitan para todo: pensar, correr, crecer. A este proceso dentro de las células se le llama respiración celular.
En los seres humanos y otros animales complejos, la respiración es un trabajo en equipo. Incluye varios pasos:
- La ventilación pulmonar: Es cuando el aire entra y sale de tus pulmones.
- La hematosis: Es el intercambio de gases entre tus pulmones y tu sangre.
- La circulación de la sangre: La sangre lleva el oxígeno a todas las partes de tu cuerpo.
- El intercambio gaseoso interno: Es cuando el oxígeno pasa de la sangre a las células y el dióxido de carbono de las células a la sangre.
La respiración es fundamental para la vida de los organismos aeróbicos, que son aquellos que necesitan oxígeno. Dependiendo del animal, la respiración puede ser diferente:
- Pulmonar: Como en los mamíferos (incluidos los humanos).
- Traqueal: En los artrópodos (como los insectos).
- Branquial: En los peces.
- Cutánea: En los anélidos (como las lombrices de tierra).
El intercambio de gases puede ocurrir con el aire que respiramos o con el oxígeno disuelto en el agua. El sistema respiratorio y el aparato circulatorio trabajan juntos para que todo el cuerpo funcione bien, manteniendo el equilibrio de gases en el aire de los alvéolos y en la sangre.
Contenido
¿Cómo respiran los animales?
Los animales tienen diferentes formas de respirar, adaptadas a su tamaño y al lugar donde viven.
Respiración en invertebrados
Los animales muy pequeños, como el plancton, no necesitan órganos especiales para respirar. El oxígeno entra directamente a través de su piel delgada por un proceso llamado difusión. Así respiran las esponjas, las medusas y algunos gusanos planos.
Los artrópodos terrestres, como la mayoría de los insectos y arácnidos, usan un sistema de tubos llamados tráqueas. Estos tubos tienen pequeñas aberturas en la piel y llevan el aire directamente a la hemolinfa (su "sangre") que baña sus órganos. Algunas arañas tienen estructuras especiales llamadas "pulmones en libro". Los artrópodos que viven en el agua, como algunas larvas de insectos, tienen branquias formadas por tráqueas.
Los moluscos (como los caracoles y las almejas) suelen tener branquias para respirar bajo el agua, que les permiten tomar oxígeno del agua y pasarlo a su sistema circulatorio. Los moluscos terrestres, como los caracoles de jardín, tienen un tipo de pulmón que funciona de manera similar a los pulmones de los vertebrados, pero su origen y estructura son diferentes.
Respiración en vertebrados
Los peces óseos tienen branquias protegidas por una tapa ósea llamada opérculo, que ayuda a controlar el flujo de agua. Los tiburones, que no tienen opérculo, deben nadar rápido con la boca abierta para que el agua pase por sus branquias.
Los vertebrados terrestres, como los anfibios, reptiles, aves y mamíferos, respiran con pulmones. El intercambio de gases ocurre en los alvéolos pulmonares, que son pequeñas bolsitas con muchas venas y arterias. Allí, el oxígeno pasa al torrente sanguíneo y el dióxido de carbono sale. La entrada y salida de aire se produce por movimientos de los músculos del tórax.
Los anfibios también pueden respirar a través de su piel, que es muy delgada, húmeda y tiene muchos vasos sanguíneos.
Los reptiles tienen pulmones menos complejos que los mamíferos. Las aves tienen un sistema respiratorio muy especial, con bolsas de aire que les permiten obtener mucho oxígeno, algo necesario para volar.
Todos los mamíferos, incluso los que viven en el agua, respiran con pulmones. Tienen dos pulmones grandes divididos en partes llamadas lóbulos. Los pulmones están protegidos por el diafragma, un músculo que ayuda a que el aire entre y salga. El aire viaja por la tráquea, que se divide en dos bronquios, y estos a su vez en bronquiolos más pequeños, hasta llegar a los alvéolos, donde ocurre el intercambio de gases.
Tipos de respiración en seres vivos
Los seres vivos que necesitan oxígeno han desarrollado diferentes sistemas para intercambiar gases con su entorno. Estos sistemas son: cutáneo, traqueal, branquial y pulmonar. Con cualquiera de ellos, toman oxígeno y liberan dióxido de carbono y vapor de agua, que son productos de la energía que usan.
- Respiración pulmonar: Es la que tienen la mayoría de los vertebrados terrestres: anfibios, reptiles, aves y mamíferos (incluidos los humanos). El aire entra por la nariz o boca, pasa por la laringe y la tráquea hasta los pulmones. Dentro de los pulmones, los alvéolos están rodeados de pequeños vasos sanguíneos (capilares) donde el oxígeno pasa a la sangre y el dióxido de carbono sale. La sangre con oxígeno se distribuye por todo el cuerpo.
- Respiración traqueal: La tienen muchos invertebrados como insectos, miriápodos y algunos arácnidos. Tienen pequeños orificios en su cuerpo llamados estigmas por donde entra el aire. Estos estigmas se conectan a tubos llamados tráqueas que se ramifican por todo el cuerpo para el intercambio de gases.
- Respiración branquial: Los animales acuáticos necesitan obtener oxígeno del agua, donde hay menos que en el aire. Animales grandes como los peces tienen branquias o agallas. Las branquias son láminas muy finas con muchos vasos sanguíneos. Cuando el agua pasa por ellas, el oxígeno del agua se intercambia con la sangre.
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- Respiración cutánea: Algunos animales respiran directamente a través de su piel. Para que esto funcione, la piel debe ser muy fina y estar siempre húmeda, sin escamas ni otras cubiertas duras. Los anélidos (como las lombrices de tierra) respiran así. En algunos reptiles y anfibios, la respiración cutánea también es importante. Además, los hongos, las plantas sin vasos y los microorganismos también respiran por difusión a través de su superficie.
Respiración humana
La respiración humana es de tipo pulmonar y tiene varios pasos:
- Ventilación: Es la inspiración (entrada de aire) y la espiración (salida de aire) de los pulmones.
- Intercambio de gases en los alvéolos: El oxígeno pasa de los alvéolos a la sangre.
- Transporte de oxígeno: La sangre lleva el oxígeno a todos los tejidos del cuerpo.
- Intercambio de gases interno: El oxígeno pasa de la sangre a las células, y el dióxido de carbono de las células a la sangre.
El aparato respiratorio y el sistema circulatorio trabajan juntos para asegurar que todas las células del cuerpo reciban oxígeno constantemente.
La Respiración celular es un proceso químico que ocurre dentro de las células. En este proceso, las células usan oxígeno para "quemar" azúcares, grasas y proteínas, liberando la energía necesaria para vivir. Esta energía se guarda en una molécula llamada adenosín trifosfato (ATP).
Inspiración o inhalación
La inspiración es cuando el aire rico en oxígeno entra desde el exterior hacia tus pulmones. El aire entra por la nariz o la boca, pasa por la faringe, la laringe y la tráquea hasta los pulmones.
Para que esto suceda, varios músculos se contraen, haciendo que tu tórax se haga más grande. Los músculos más importantes son el diafragma (que baja) y los músculos entre las costillas (que las elevan). Al expandirse el tórax, los pulmones también se expanden y el aire entra para igualar la presión.
Espiración o exhalación
La exhalación es cuando el aire con poco oxígeno y mucho dióxido de carbono sale de tus pulmones. Es lo contrario a la inspiración.
Esta fase suele ser pasiva: los músculos que se contrajeron para la inspiración se relajan, y el tórax vuelve a su tamaño normal gracias a su elasticidad. Las costillas bajan y el diafragma sube. Al disminuir el tamaño del tórax, la presión dentro de los pulmones aumenta y el aire sale.
Si haces una espiración forzada (como al soplar fuerte), algunos músculos del abdomen también se contraen para ayudar a empujar el aire hacia afuera.
¿Cómo se mueven los pulmones?
Los pulmones no se inflan solos. Se expanden cuando el volumen de la cavidad torácica aumenta. En los humanos y otros mamíferos, esto se logra principalmente por la contracción del diafragma y los músculos intercostales, que tiran de la caja torácica hacia arriba y hacia afuera.
Cuando respiras con más fuerza (por ejemplo, al hacer ejercicio), los músculos abdominales también se contraen para empujar el diafragma hacia arriba, haciendo que salga más aire. Sin embargo, los pulmones de los mamíferos nunca se vacían por completo; siempre queda un poco de aire residual.
La respiración diafragmática (o "respiración abdominal") es cuando el abdomen se mueve rítmicamente al respirar, porque el diafragma es el músculo principal que trabaja.
Control de la respiración
La respiración se controla en el centro respiratorio, un grupo de células nerviosas en el cerebro que funciona de forma automática. Este centro recibe información de sensores (quimiorreceptores) que detectan los niveles de dióxido de carbono y oxígeno en la sangre.
Si el dióxido de carbono aumenta, el centro respiratorio envía señales para que respires más rápido y profundo hasta que los niveles se equilibren. Por eso, cuando haces ejercicio, tu frecuencia respiratoria aumenta de inmediato. En reposo, un adulto respira unas 15 veces por minuto, pero al hacer ejercicio intenso, puede llegar a 60 veces por minuto. Otros factores como el frío, el dolor, el miedo o la alegría también pueden afectar la respiración.
Cuando un bebé nace, el dióxido de carbono se acumula en su sangre y el oxígeno disminuye. Esto estimula el centro respiratorio, haciendo que los músculos respiratorios se contraigan y los pulmones se expandan, produciendo la primera respiración, a menudo acompañada de un llanto.
Intercambio de gases en los alvéolos pulmonares
El intercambio de gases ocurre en los alvéolos de los pulmones y los pequeños vasos sanguíneos (capilares) que los rodean. El oxígeno y el dióxido de carbono se mueven por difusión: van de donde hay más concentración a donde hay menos. Para esto, deben atravesar las paredes del alvéolo y del capilar.
El aire que respiramos tiene mucho oxígeno (21%) y poco dióxido de carbono (0.04%). El aire que exhalamos tiene menos oxígeno (16%) y más dióxido de carbono (3.5%).
Transporte de gases por la sangre
Una pequeña parte del oxígeno viaja disuelta en la sangre, pero la mayor parte se une a la hemoglobina. La hemoglobina es una proteína que se encuentra dentro de los glóbulos rojos y es la encargada de llevar el oxígeno a los tejidos. La sangre que sale del corazón hacia el cuerpo tiene mucho oxígeno, pero después de entregarlo a las células, su nivel de oxígeno baja.
El dióxido de carbono se transporta de varias maneras: una parte se une a la hemoglobina, otra se disuelve en el plasma sanguíneo, y la mayor parte se convierte en una sustancia llamada ion bicarbonato.
Intercambio de gases interno
Este intercambio ocurre entre la sangre y los tejidos de todo el cuerpo. La sangre con oxígeno llega a las células a través de los capilares.
- El oxígeno pasa de la sangre a las células.
- El dióxido de carbono y el vapor de agua (productos de desecho) pasan de las células a la sangre.
La sangre con dióxido de carbono regresa al corazón y luego es enviada a los pulmones para liberar el dióxido de carbono y tomar más oxígeno.
Respiración vegetal
Las plantas también respiran. Este proceso también consume oxígeno y libera dióxido de carbono. No hay que confundirlo con la fotosíntesis, que es cuando las plantas usan la luz del sol para producir su propio alimento y liberan oxígeno.
En las plantas, el intercambio de gases ocurre principalmente a través de:
- Estomas: Son pequeños orificios en las hojas (generalmente en la parte de abajo) y en los tallos verdes. Están formados por células especiales que pueden abrirse y cerrarse para controlar el intercambio de gases y evitar la pérdida de agua.
- Lenticelas: Son aberturas en la corteza de los tallos y raíces. Permiten que los gases se intercambien entre los tejidos internos de la planta y el aire.
Respiración y fotosíntesis
La fotosíntesis y la respiración son procesos opuestos pero complementarios en las plantas.
- Fotosíntesis: Las plantas toman dióxido de carbono, agua y luz solar para producir azúcares (su alimento) y liberar oxígeno.
- Respiración: Las plantas usan los azúcares y el oxígeno para obtener energía, liberando dióxido de carbono y agua.
Las plantas respiran todo el tiempo, día y noche, para obtener la energía que necesitan. Sin embargo, durante el día, la cantidad de dióxido de carbono que absorben para la fotosíntesis es mucho mayor que la que liberan al respirar. Por eso, las plantas ayudan a mantener el equilibrio de oxígeno y dióxido de carbono en la atmósfera.
La respiración es esencial para las plantas porque les permite producir las sustancias que necesitan para crecer y transportar nutrientes.
Descubrimientos importantes sobre la respiración
- En 1779, Jan Ingenhousz descubrió la respiración de las plantas y la fotosíntesis.
- Al mismo tiempo, Antoine Lavoisier, con la ayuda de Marie-Anne Paulze y Armand Seguin, demostró que la respiración humana consume oxígeno y produce dióxido de carbono y agua.
- En 1937, Hans Adolf Krebs explicó cómo el trifosfato de adenosina (ATP) es clave en la respiración celular para obtener energía.
- En 1961, Peter Mitchell descubrió cómo se transfiere la energía en las mitocondrias (las "centrales de energía" de las células). Ambos recibieron el Premio Nobel por sus descubrimientos.
- En 1967, Lynn Margulis propuso que las mitocondrias fueron bacterias antiguas que se unieron a otras células, dándoles la capacidad de respirar.
Conceptos relacionados
Respiración celular
La respiración celular es el proceso químico que ocurre dentro de cada célula para obtener la energía que necesita. Aunque la respiración que hacemos (fisiológica) es necesaria para que la respiración celular ocurra, son procesos distintos. La respiración celular sucede en las células, mientras que la respiración fisiológica es el intercambio de gases entre el cuerpo y el ambiente.
Para la respiración celular se necesitan dos cosas:
- Combustible: Puede ser glucosa (azúcar), grasas u otras moléculas. En humanos y animales, se obtiene de la digestión. En plantas, viene de la fotosíntesis.
- Oxígeno: En humanos y la mayoría de los vertebrados, se toma del aire por los pulmones o branquias y llega a las células por la sangre, unido a la hemoglobina.
Esta reacción produce energía (ATP) y dos productos de desecho:
- Dióxido de carbono (CO2), que se elimina por la sangre.
- Agua (H2O).
Tipos de respiración celular
Hay diferentes tipos de respiración celular, dependiendo de qué sustancia se use como "aceptora" de electrones al final del proceso.
- Respiración aeróbica: Es la más común y la que usa oxígeno. La realizan la mayoría de los seres vivos, incluyendo los eucariotas (como nosotros) y algunas bacterias. En este proceso, la glucosa se "quema" en las mitocondrias para producir mucha energía.
- Respiración anaeróbica: En este caso, no se usa oxígeno. En su lugar, se usan otras sustancias, generalmente inorgánicas, como sulfatos o nitratos. Solo la realizan algunos tipos de bacterias. Produce menos energía que la respiración aeróbica. No debe confundirse con la fermentación, que es un proceso diferente.
Ventilación pulmonar
La ventilación pulmonar se refiere a los ciclos de inspiración (entrada de aire) y exhalación (salida de aire) en los animales con pulmones. La inspiración es un movimiento activo, donde el diafragma se contrae y cambia la presión en los pulmones. La exhalación suele ser un proceso pasivo.
La ventilación pulmonar lleva aire a los pulmones, donde ocurre el intercambio de gases entre el aire de los alvéolos y la sangre de los capilares pulmonares.
Es importante saber que los pulmones no se llenan completamente de aire nuevo en cada respiración. El aire que inhalamos se mezcla con un volumen grande de aire que siempre queda en los pulmones (llamado capacidad residual funcional). La ventilación asegura que la composición de este aire se mantenga constante y equilibrada con los gases de la sangre.
Galería de imágenes
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El efecto de los músculos de la inhalación en la expansión de la caja torácica. La acción particular que se ilustra aquí se llama movimiento de la palanca de la bomba de la caja torácica.
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En esta vista de la caja torácica se puede ver claramente la inclinación hacia abajo de las costillas inferiores desde la línea media hacia afuera. Esto permite un movimiento similar al "efecto palanca de la bomba", pero en este caso se denomina movimiento de asa de cubo. El color de las costillas se refiere a su clasificación y no es relevante aquí.
Véase también
- Aparato respiratorio
- Aparato circulatorio
- Respiración celular
- Ventilación pulmonar
- Ventilación mecánica
