¿Por qué la respiración cutánea?
Si bien los profesores de anatomía pueden bromear diciendo que cualquier cosa que tenga que ver con la palabra cutáneo es muy lindo, en realidad, el término no tiene nada que ver con la ternura y tiene todo que ver con la piel. Cutis- , latín para ‘piel’, es donde obtenemos palabras como cutículas, en referencia a nuestras uñas, y respiración cutánea , que es respirar a través de la piel.
Los anfibios , como recordará, son animales vertebrados (los que tienen columna vertebral) que completan una parte de su ciclo de vida en el agua y otra en tierra. También hay algunos anfibios completamente acuáticos o que viven en el agua. Debido a su dependencia del agua, muchos anfibios han conservado los rasgos de sus antepasados, incluidos los pulmones reducidos o incluso ausentes. Muchos dependen de la respiración a través de la piel, la respiración cutánea, para parte o la totalidad de su ingesta de oxígeno, y especialmente para la salida de dióxido de carbono.
El rasgo de la respiración cutánea está presente en los tres grupos de anfibios: Caudata (salamandras y tritones), Anura (ranas y sapos) y Caecilianos (anfibios sin patas).
¿Cómo funciona la respiración cutánea?
La respiración cutánea se produce por medio de un intercambio en contracorriente , donde la sangre que circula a través de la piel fluye en la dirección opuesta al oxígeno absorbente o al agua circundante. Piense en el intercambio de contracorriente como dos tuberías presionadas en paralelo, con agua fluyendo a la misma velocidad. El agua en un tubo está caliente y fluye en una dirección, y el agua en el otro tubo es fría y fluye en la dirección opuesta (contraria). Si los tubos están hechos de material conductor, como el metal, y entran en contacto entre sí, el calor pasará de un tubo al otro.
Esto es similar al intercambio de corriente cruzada , que utilizan los pulmones de las aves para recoger oxígeno. Los capilares sanguíneos se ramifican a través de un capilar de aire en ángulos rectos, casi como si estuvieran envueltos entre sí. Por el contrario, nuestros propios pulmones también pasan dióxido de carbono y oxígeno entre los capilares sanguíneos y en los pequeños espacios de nuestros pulmones, pero esta transferencia se realiza a través de un gradiente.
Tipos de anfibios, rasgos y funciones
Cutánea versus basada en pulmón
Para comprender cómo funciona la respiración cutánea, debemos observar cómo los primeros organismos comenzaron a respirar aire del agua y hacer las primeras transiciones a la tierra. La respiración cutánea puede tener lugar en el agua o en el aire, aunque es mucho más eficiente tomar oxígeno a través del aire. No obstante, es necesaria una barrera húmeda o un tensioactivo líquido para un intercambio de gases eficaz, incluso en el aire. La barrera de agua a aire reduce la tensión superficial para la absorción de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono. Nuestros propios pulmones tienen líquido tensioactivo dentro de ellos.
Puede parecer que dejar el agua en primer lugar fue una apuesta evolutiva. ¿Por qué los organismos se adaptaron para vivir en la tierra? ¿Y cómo es que organismos como los anfibios mantuvieron ambas adaptaciones simultáneamente?
Los pulmones permiten un intercambio de gas directo con un área de superficie mucho mayor, donde el oxígeno y el dióxido de carbono se intercambian dentro y fuera del torrente sanguíneo a través de bolsas en forma de uva conocidas como alvéolos , o bolsas más grandes llamadas faveolos en los anfibios. Esta adaptación permitió a los vertebrados asumir plenamente la transición a la tierra, desarrollar pieles más gruesas y secas y colonizar áreas alejadas de las fuentes de agua. A pesar de esto, la respiración cutánea aún persiste en los anfibios. Ahora veamos algunas de las ventajas y desventajas de la respiración cutánea a lo largo de la historia evolutiva de los vertebrados.
Historia evolutiva de la respiración cutánea
Los animales vertebrados embrionarios ya intercambian gases respiratorios a través de la fina membrana parecida a la piel que los rodea. Pero cuando maduran y nacen, organismos como reptiles, aves y mamíferos realizan relativamente poco intercambio de gases a través de la piel. Esto no ocurre con los anfibios.
La transición a la tierra encontró a los primeros tetrápodos , o vertebrados de cuatro extremidades, que se adaptaron a una mezcla de tragar aire y respirar con la piel. Las poblaciones de animales tenían que encontrar formas eficientes de absorber oxígeno o morirían. Los pulmones eran una forma esencial de absorber oxígeno y expulsar dióxido de carbono, y persistieron en muchos vertebrados. Aunque los pulmones y las branquias continuaron como órganos respiratorios primarios para muchos organismos, la piel siguió siendo una barrera importante con una superficie considerable para el mismo intercambio de gases.
Características de los anfibios
En los anfibios, la respiración cutánea fue un retroceso, un vestigio evolutivo de los días más acuáticos de sus antepasados, los primeros peces en tragar aire. Piense en los peces pulmonados de hoy, que aún retienen la respiración de la piel y la respiración pulmonar. Este retroceso ayuda a los anfibios a aprovechar la forma más eficiente de respirar, ya sea que estén en hibernación latente o simplemente tengan mayores necesidades metabólicas, como durante las temporadas de apareamiento.
Diferenciación
Veamos algunos anfibios y otros vertebrados que se han diferenciado o desarrollado adaptaciones especializadas para aprovechar al máximo la respiración cutánea.
Algunas ranas, como la rana de agua del Titicaca de altura, tienen grandes pliegues y bolsas de piel. Estos aumentan el intercambio de gases en ambientes como el aire enrarecido de la Cordillera de los Andes. La rana peluda produce proyecciones similares a pelos para la defensa y la respiración suplementaria durante las temporadas de reproducción.
Incluso los reptiles pueden intercambiar gases a través de la membrana de su cloaca , o una abertura similar a un ano para todo uso. Los seres humanos también respiran muy minuciosamente a través de la piel, y los murciélagos usan las membranas de sus alas para eliminar hasta un 12% de los desechos de dióxido de carbono a través de su piel altamente vascularizada (llena de vasos sanguíneos) en las alas.
Una familia de salamandras, las Plethodontidae , carece de pulmones y branquias en su forma adulta. Estas salamandras dependen completamente de la respiración cutánea para mantener su metabolismo. Esta adaptación increíblemente arriesgada se aplica de alguna manera al grupo vivo más grande de salamandras.
A pesar de la respiración cutánea generalizada en muchos animales, existen inconvenientes notables. Los anfibios son muy susceptibles a las toxinas que se absorben a través de la barrera cutánea húmeda, y el secado puede dañar o matar a los anfibios que dependen en gran parte de la respiración cutánea.
Resumen de la lección
La respiración cutánea sirve para complementar el intercambio de oxígeno en los anfibios y, a veces, es el único o principal aparato respiratorio de ciertos grupos de anfibios. Existe una historia evolutiva larga y variada que vincula la respiración cutánea con nuestros antepasados vertebrados más tempranos y con los antepasados de los anfibios.
La respiración a través de la piel tiene sus beneficios e inconvenientes, pero ha mantenido presencia en grupos de vertebrados como los anfibios por sus ventajas metabólicas. Se ha manifestado en una variedad de formas fisiológicas interesantes, como pliegues cutáneos, proyecciones cutáneas y falta de pulmones. Incluso los humanos llevamos a cabo solo una pequeña respiración cutánea. ¡Da un suspiro de alivio porque no estamos cubiertos de un surfactante para la piel viscosa!
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