Respiración para niños
La respiración es un proceso vital para los seres vivos. Es la forma en que intercambiamos gases con el ambiente que nos rodea. Básicamente, consiste en tomar oxígeno del aire o del agua y liberar dióxido de carbono. Este intercambio es fundamental para que nuestras células puedan producir la energía que necesitan para funcionar.
En el cuerpo humano y en otros animales complejos, la respiración es un proceso que tiene varias etapas:
- La ventilación pulmonar: Es el movimiento del aire entre la atmósfera y los pulmones.
- La hematosis: Es el intercambio de gases que ocurre en los pulmones, donde el oxígeno pasa a la sangre y el dióxido de carbono sale de ella.
- La circulación de la sangre: La sangre transporta el oxígeno a todas las partes del cuerpo.
- El intercambio gaseoso interno: Es cuando el oxígeno pasa de la sangre a las células y el dióxido de carbono, un desecho, pasa de las células a la sangre.
La respiración es esencial para la vida de los organismos que necesitan oxígeno. Dependiendo del animal, el órgano encargado de la respiración puede ser diferente:
- Pulmones: Como en los mamíferos (incluidos los humanos) y las aves.
- Tráqueas: En los artrópodos (como los insectos).
- Branquias: En los peces.
- Piel: En algunos animales como los anélidos (lombrices de tierra).
El sistema respiratorio y el aparato circulatorio trabajan juntos para asegurar que todo el cuerpo reciba el oxígeno necesario y elimine el dióxido de carbono.
Contenido
Respiración en animales
Invertebrados
Los animales muy pequeños, como el plancton, no necesitan órganos especiales para respirar. El oxígeno entra directamente a su cuerpo a través de su piel delgada, por un proceso llamado difusión. Así respiran las esponjas, las medusas y los platelmintos.
Los artrópodos que viven en tierra, como la mayoría de los insectos y arácnidos, tienen un sistema de tubos llamados tráqueas. Estos tubos se abren al exterior por pequeños poros y llevan el aire directamente a los tejidos del animal. Algunas arañas tienen una estructura especial llamada pénfigo pulmonar.
Los moluscos, como los caracoles, suelen tener branquias si viven en el agua, que les permiten tomar oxígeno del agua. Los moluscos terrestres, como los caracoles de jardín, tienen un tipo de pulmón que funciona de manera similar a los nuestros, pero es diferente en su origen y estructura.
Vertebrados
Los peces óseos tienen branquias protegidas por una tapa llamada opérculo, que ayuda a controlar el flujo de agua. Los tiburones, que no tienen opérculo, nadan con la boca abierta para que el agua pase por sus branquias.
Los vertebrados que viven en tierra y tienen pulmones, como los mamíferos, reptiles y aves, respiran a través de estos órganos. En los pulmones, el intercambio de gases ocurre en unas pequeñas bolsitas llamadas alvéolos pulmonares. Las paredes de los alvéolos tienen muchos vasos sanguíneos donde el oxígeno pasa a la sangre y el dióxido de carbono sale de ella. 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 y siempre húmeda. Los reptiles tienen pulmones menos complejos que los mamíferos. Las aves tienen un sistema respiratorio muy especial, con bolsas de aire, que les permite obtener mucho oxígeno para volar.
Todos los mamíferos, incluso los que viven en el agua, respiran con pulmones. Sus pulmones son muy desarrollados y se dividen en partes llamadas lóbulos. El diafragma, un músculo debajo de los pulmones, ayuda a que el aire entre y salga. El aire entra por la tráquea, que se divide en dos bronquios, y estos se ramifican en tubos más pequeños llamados bronquiolos, que terminan en los alvéolos.
Tipos de respiración
Los seres vivos que necesitan oxígeno han desarrollado diferentes formas de intercambiar gases con su entorno:
- Respiración pulmonar: Con pulmones.
- Respiración traqueal: Con tráqueas.
- Respiración branquial: Con branquias.
- Respiración cutánea: A través de la piel.
Mediante cualquiera de estos sistemas, los organismos toman oxígeno y liberan dióxido de carbono y vapor de agua, que son productos de su metabolismo. Los humanos y los mamíferos solo tienen respiración pulmonar, pero algunos animales como los anfibios pueden usar varios sistemas a la vez (por ejemplo, piel y pulmones).
- 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. En los alvéolos de los pulmones, que están rodeados de capilares sanguíneos, el oxígeno pasa a la sangre y el dióxido de carbono sale. La sangre con oxígeno es luego distribuida por todo el cuerpo.
- Respiración traqueal
Se encuentra en muchos invertebrados como insectos, miriápodos y algunos arácnidos. Estos animales tienen pequeños orificios en su cuerpo llamados estigmas. El aire entra por los estigmas y viaja por una red de tubos llamados tráqueas que se ramifican por todo el cuerpo, permitiendo el intercambio de gases.
- Respiración branquial
Los animales acuáticos obtienen oxígeno del agua, donde hay menos oxígeno que en el aire. Animales más grandes, como los peces, tienen branquias o agallas. Las branquias son láminas muy finas con muchos vasos sanguíneos. Cuando el agua pasa por las branquias, el oxígeno del agua entra a la sangre.
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- Respiración cutánea
Algunos animales respiran directamente a través de su piel. Para que esto sea posible, la piel debe ser muy fina y no tener escamas. Los anélidos (como las lombrices de tierra) respiran así. La respiración cutánea también es importante para algunos reptiles y anfibios. 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 varias etapas:
- Ventilación: Incluye la inspiración (entrada de aire a los pulmones) y la espiración (salida de aire de los pulmones).
- Intercambio gaseoso en los alvéolos: El oxígeno pasa de los alvéolos a la sangre.
- Transporte de oxígeno: La sangre y el sistema circulatorio llevan el oxígeno a todos los tejidos.
- Intercambio gaseoso interno: El oxígeno pasa de la sangre a las células, y el dióxido de carbono pasa 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 nutrientes (como azúcares y grasas) y liberar la energía que necesitan para vivir. Esta energía se almacena en moléculas llamadas adenosín trifosfato (ATP).
Inspiración o inhalación
La inspiración es cuando el aire rico en oxígeno entra a los pulmones desde el exterior. El aire entra por la nariz o la boca, pasa por la faringe, la laringe y la tráquea. Para que esto ocurra, varios músculos se contraen, haciendo que el tórax se agrande. Los músculos principales son el diafragma y los músculos intercostales. Al expandirse el tórax, los pulmones se llenan de aire.
Espiración o exhalación
La espiración es cuando el aire, ahora con menos oxígeno y más dióxido de carbono, sale de los pulmones. Es lo contrario de la inspiración. Esta fase suele ser pasiva: los músculos se relajan, el tórax vuelve a su tamaño normal y el aire es expulsado.
Si hacemos una espiración forzada (como al soplar fuerte), algunos músculos del abdomen también se contraen para ayudar a expulsar más aire.
Mecánica
Los pulmones no se inflan solos. Se expanden cuando el volumen de la caja torácica aumenta. En los humanos, esto se logra principalmente por la contracción del diafragma y de los músculos intercostales, que tiran de la caja torácica hacia arriba y hacia afuera. Durante la exhalación, estos músculos se relajan y el tórax vuelve a su posición de reposo. Incluso después de exhalar al máximo, siempre queda un poco de aire en los pulmones.
Cuando respiramos con más fuerza (por ejemplo, al hacer ejercicio), los músculos abdominales también se contraen para ayudar a empujar el diafragma hacia arriba y reducir el tamaño del tórax, expulsando más aire.
La respiración en la que el abdomen se mueve rítmicamente se llama "respiración abdominal" o "respiración diafragmática".
Control de la respiración
La respiración se controla en el centro respiratorio, un grupo de células nerviosas en el cerebro. Este control es automático. El centro respiratorio recibe información de sensores que detectan la cantidad de dióxido de carbono y oxígeno en la sangre. Si el dióxido de carbono aumenta, el centro respiratorio envía señales para que respiremos más rápido y profundo hasta que los niveles se equilibren.
En un adulto, se respira unas 15 veces por minuto en reposo, pero durante el ejercicio intenso, la frecuencia respiratoria puede aumentar mucho. El dolor, el miedo, el enojo o la alegría también pueden afectar la respiración.
Intercambio de gases en los alvéolos pulmonares
El intercambio de gases ocurre en los alvéolos de los pulmones. El oxígeno y el dióxido de carbono se mueven por difusión desde donde hay más concentración a donde hay menos. 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
La mayor parte del oxígeno es transportado por la hemoglobina, una proteína que se encuentra en los glóbulos rojos de la sangre. La hemoglobina toma el oxígeno en los pulmones y lo libera fácilmente cuando llega a los tejidos del cuerpo.
El dióxido de carbono se transporta de diferentes maneras: una parte se une a la hemoglobina, otra se disuelve en el plasma de la sangre, y la mayor parte se transforma en una sustancia llamada ion bicarbonato.
Intercambio gaseoso interno
Este intercambio ocurre entre la sangre y los tejidos del cuerpo. La sangre con oxígeno llega a las células a través de pequeños vasos llamados 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.
Luego, la sangre con dióxido de carbono regresa al corazón y de ahí a los pulmones para liberar el dióxido de carbono.
Respiración vegetal
Las plantas también respiran. Toman oxígeno y liberan dióxido de carbono. Esto no debe confundirse con la fotosíntesis, que es el proceso en el que las plantas usan la luz del sol para producir su alimento y liberan oxígeno.
En las plantas, el intercambio de gases ocurre principalmente a través de:
- Estomas: Son pequeños poros en las hojas, especialmente en la parte de abajo, que se abren y cierran para controlar el paso de gases.
- Lenticelas: Son aberturas en la corteza de los tallos y raíces, que también permiten el intercambio de gases.
Respiración y fotosíntesis
La fotosíntesis y la respiración son procesos opuestos pero complementarios.
- En la fotosíntesis, las plantas usan dióxido de carbono, agua y luz solar para producir azúcares (su alimento) y liberan oxígeno.
- En la respiración, las plantas (como otros seres vivos) usan oxígeno para quemar esos azúcares y obtener energía, liberando dióxido de carbono y agua.
Las plantas respiran todo el tiempo para obtener energía, incluso de noche cuando no hay luz para la fotosíntesis. Aunque liberan dióxido de carbono al respirar, la cantidad de dióxido de carbono que absorben para la fotosíntesis es mayor. Por eso, las plantas ayudan a mantener un equilibrio de oxígeno y dióxido de carbono en la atmósfera.
La respiración es muy importante para las plantas porque les permite crear sustancias esenciales y transportar nutrientes.
Descubrimientos científicos
- 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 el papel del trifosfato de adenosina (ATP) en la respiración.
- En 1961, Peter Mitchell descubrió cómo se transfiere la energía en las mitocondrias (pequeñas partes de las células). Ambos recibieron el Premio Nobel.
- En 1967, Lynn Margulis propuso una teoría importante sobre cómo las mitocondrias, que son clave para la respiración, se originaron a partir de bacterias antiguas que vivieron dentro de otras células.
Conceptos relacionados
Respiración celular
La respiración celular es un proceso químico que ocurre dentro de cada célula para producir la energía que necesita. Aunque la respiración que hacemos con los pulmones es necesaria para que la respiración celular ocurra, son procesos distintos. La respiración celular se da en las células, mientras que la respiración fisiológica (la que hacemos al respirar) es el intercambio de gases entre el cuerpo y el ambiente.
Para que la respiración celular funcione, 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, el oxígeno se toma del aire con los pulmones o branquias y llega a las células por la sangre, unido a la hemoglobina.
Esta reacción produce energía (en forma de ATP) y dos productos de desecho:
- Dióxido de carbono (CO2), que es expulsado por la sangre.
- Agua (H2O).
Tipo de respiración celular
| Tipo de respiración | Organismos | Reacción "fundamental" | Eo' [V] | Rendimiento energético |
|---|---|---|---|---|
| Respiración aeróbica | Aerobios obligados y facultativos (ej. eucariontes) | O2 -> H2O | + 0,82 | 30 ATP |
| Respiración férrea | Aerobios facultativos, anaerobios obligados (ej. desulfuromonadales) | Fe3+ -> Fe2+ | + 0,75 | |
| Desnitrificación | Aerobios facultativos (ej. Paracoccus denitrificans, Escherichia coli) | NO3- -> NO2- | + 0,40 | |
| Respiración fumárica | Aerobios facultativos (ej. Escherichia coli) | Ácido fumárico -> Ácido succínico | + 0,03 | |
| Desulfuricación | Anaerobios obligados (ej. Desulfobacter latus) | SO42- -> HS- | - 0,22 | |
| Metanogénesis (respiración carbónica) | Metanógenos y anaerobios obligados (ej. Methanothrix thermophila) | CO2 -> CH4 | - 0,25 | |
| Respiración sulfúrica | Aerobis facultativos y anaerobios obligados (ej. desulfuromonadals) | S0 -> HS- | - 0,27 | |
| Acetogénesis (respiración carbónica) | Homoacetógenos y anaerobios obligados (ej. Acetobacterium woodii) | CO2 -> CH4 | - 0,30 |
Respiración aeróbica
La respiración aeróbica es el proceso más común en el que los seres vivos obtienen energía de los nutrientes usando oxígeno. El oxígeno atraviesa las membranas de las células y llega a las mitocondrias, que son como las "centrales de energía" de la célula.
En este proceso, la glucosa se descompone en varias etapas. Los electrones liberados se usan para producir muchas moléculas de ATP, que es la moneda de energía de la célula. Al final, el oxígeno se combina con electrones y protones para formar agua, y se libera dióxido de carbono.
La reacción química general es:
Respiración anaeróbica
En algunos casos especiales, el oxígeno no es el que se usa para obtener energía. A este proceso se le llama respiración anaeróbica.
La respiración anaeróbica es un proceso biológico en el que algunos bacterias obtienen energía usando otras sustancias (como sulfatos o nitratos) en lugar de oxígeno. Es similar a la respiración aeróbica porque también usa una cadena de transporte de electrones, pero el último aceptor de electrones no es el oxígeno.
Como no se usa oxígeno, la respiración anaeróbica produce menos energía que la aeróbica. Es importante no confundirla con la fermentación, que es otro proceso que no usa oxígeno, pero funciona de manera diferente.
Ventilación pulmonar
En los animales con pulmones, la respiración implica ciclos de inhalación (tomar aire) y exhalación (expulsar aire). La inhalación es un movimiento activo, donde el diafragma se contrae y los pulmones se llenan de aire. La exhalación suele ser un proceso pasivo, donde los músculos se relajan y el aire sale.
Cuando inhalamos, el aire llega a los alvéolos de los pulmones, donde ocurre el intercambio de gases con la sangre. Es importante saber que los pulmones no se llenan completamente de aire nuevo en cada inhalación. El aire inhalado se mezcla con un volumen de aire que siempre queda en los pulmones, llamado capacidad residual funcional. Esto ayuda a mantener constante la composición de los gases en los pulmones y en la sangre.
Galería de imágenes
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Los anélidos como la lombriz de tierra no tienen pulmones, respiran a través de la piel (respiración cutánea).
Véase también
En inglés: Respiration Facts for Kids
