Biología I

en todos los animales, excepto algunos tipos simples, el sistema circulatorio se utiliza para transportar nutrientes y gases a través del cuerpo. La difusión simple permite el intercambio de agua, nutrientes, desechos y gases en animales primitivos que son solo unas pocas capas de células gruesas; sin embargo, el flujo a granel es el único método por el cual se accede a todo el cuerpo de organismos más grandes y complejos.,

arquitectura del sistema circulatorio

el sistema circulatorio es efectivamente una red de vasos cilíndricos: las arterias, venas y capilares que emanan de una bomba, el corazón. En todos los organismos vertebrados, así como en algunos invertebrados, este es un sistema de circuito cerrado, en el que la sangre no está libre en una cavidad. En un sistema circulatorio cerrado, la sangre está contenida dentro de los vasos sanguíneos y circula unidireccional desde el corazón alrededor de la ruta circulatoria sistémica, luego regresa al corazón nuevamente, como se ilustra en la figura 1a., A diferencia de un sistema cerrado, los artrópodos, incluidos los insectos, los crustáceos y la mayoría de los moluscos, tienen un sistema circulatorio abierto, como se ilustra en la figura 1b. en un sistema circulatorio abierto, la sangre no está encerrada en los vasos sanguíneos, sino que se bombea a una cavidad llamada hemocoel y se llama hemolinfa porque la sangre se mezcla con el líquido intersticial. A medida que el corazón late y el animal se mueve, la hemolinfa circula alrededor de los órganos dentro de la cavidad corporal y luego vuelve a entrar en los corazones a través de aberturas llamadas ostia. Este movimiento permite el intercambio de gases y nutrientes., Un sistema circulatorio abierto no utiliza tanta energía como un sistema cerrado para operar o mantener; sin embargo, hay un compromiso con la cantidad de sangre que se puede mover a órganos metabólicamente activos y tejidos que requieren altos niveles de oxígeno. De hecho, una razón por la que los insectos con alas de hasta 70 cm de ancho no existen hoy en día es probablemente porque fueron superados por la llegada de aves hace 150 millones de años. Las aves, que tienen un sistema circulatorio cerrado, se cree que se han movido más ágilmente, lo que les permite obtener comida más rápido y posiblemente cazar insectos.,

la Figura 1. En (a) los sistemas circulatorios cerrados, el corazón bombea sangre a través de vasos que están separados del líquido intersticial del cuerpo. La mayoría de los vertebrados y algunos invertebrados, como esta lombriz anélida, tienen un sistema circulatorio cerrado. En (b) los sistemas circulatorios abiertos, un líquido llamado hemolinfa se bombea a través de un vaso sanguíneo que desemboca en la cavidad corporal. La hemolinfa regresa al vaso sanguíneo a través de aberturas llamadas ostia. Los artrópodos como esta abeja y la mayoría de los moluscos tienen un sistema circulatorio abierto.,

variación del sistema circulatorio en animales

el sistema circulatorio varía de sistemas simples en invertebrados a sistemas más complejos en vertebrados. Los animales más simples, como las esponjas (Porifera) y los rotíferos (Rotifera), no necesitan un sistema circulatorio porque la difusión permite un intercambio adecuado de agua, nutrientes y desechos, así como gases disueltos, como se muestra en la figura 2a., Los organismos que son más complejos, pero todavía solo tienen dos capas de células en su plan corporal, como las jaleas (Cnidaria) y las jaleas de peine (Ctenophora) también utilizan la difusión a través de su epidermis e internamente a través del compartimiento gastrovascular. Tanto sus tejidos internos como externos se bañan en un ambiente acuoso e intercambian fluidos por difusión en ambos lados, como se ilustra en la figura 2b. el intercambio de fluidos es asistido por el pulso del cuerpo de la medusa.

la Figura 2., Los animales simples que consisten en una sola capa celular como la esponja (a) o solo unas pocas capas celulares como la medusa (b) no tienen un sistema circulatorio. En cambio, los gases, nutrientes y desechos se intercambian por difusión.

para organismos más complejos, la difusión no es eficiente para el ciclo de gases, nutrientes y desechos de manera efectiva a través del cuerpo; por lo tanto, los sistemas circulatorios más complejos evolucionaron. La mayoría de los artrópodos y muchos moluscos tienen el sistema circulatorio abierto., En un sistema abierto, un corazón latiente alargado empuja la hemolinfa a través del cuerpo y las contracciones musculares ayudan a mover los líquidos. Los crustáceos más grandes y complejos, incluidas las langostas, han desarrollado vasos arteriales para empujar la sangre a través de sus cuerpos, y los moluscos más activos, como los calamares, han desarrollado un sistema circulatorio cerrado y son capaces de moverse rápidamente para atrapar a sus presas., Los sistemas circulatorios cerrados son una característica de los vertebrados; sin embargo, hay diferencias significativas en la estructura del corazón y la circulación de la sangre entre los diferentes grupos de vertebrados debido a la adaptación durante la evolución y las diferencias asociadas en la anatomía. La figura 3 ilustra los sistemas circulatorios básicos de algunos vertebrados: peces, anfibios, reptiles y mamíferos.

como se ilustra en la figura 3a los peces tienen un solo circuito para el flujo sanguíneo y un corazón de dos cámaras que tiene solo una sola aurícula y un solo ventrículo., La aurícula recoge la sangre que ha regresado del cuerpo y el ventrículo bombea la sangre a las branquias donde se produce el intercambio de gases y la sangre se reoxigena; esto se llama circulación branquial. La sangre entonces continúa a través del resto del cuerpo antes de llegar de nuevo a la aurícula; esto se llama circulación sistémica. Este flujo unidireccional de sangre produce un gradiente de sangre oxigenada a desoxigenada alrededor del circuito sistémico del pez., El resultado es un límite en la cantidad de oxígeno que puede llegar a algunos de los órganos y tejidos del cuerpo, reduciendo la capacidad metabólica general de los peces.

en anfibios, reptiles, aves y mamíferos, el flujo sanguíneo se dirige en dos circuitos: uno a través de los pulmones y de regreso al corazón, que se llama circulación pulmonar, y el otro a través del resto del cuerpo y sus órganos, incluido el cerebro (circulación sistémica). En los anfibios, el intercambio de gases también ocurre a través de la piel durante la circulación pulmonar y se conoce como circulación pulmocutánea.,

como se muestra en la figura 3b, los anfibios tienen un corazón de tres cámaras que tiene dos aurículas y un ventrículo en lugar del corazón de dos cámaras de los peces. Las dos aurículas (cámaras superiores del corazón) reciben sangre de los dos circuitos diferentes (los pulmones y los sistemas), y luego hay alguna mezcla de la sangre en el ventrículo del corazón (cámara inferior del corazón), lo que reduce la eficiencia de la oxigenación. La ventaja de esta disposición es que la alta presión en los vasos empuja la sangre a los pulmones y el cuerpo., La mezcla es mitigada por una cresta dentro del ventrículo que desvía la sangre rica en oxígeno a través del sistema circulatorio sistémico y la sangre desoxigenada al circuito pulmocutáneo. Por esta razón, los anfibios a menudo se describen como de doble circulación.

la Figura 3. (a) los peces tienen los sistemas circulatorios más simples de los vertebrados: la sangre fluye unidireccional desde el corazón de dos cámaras a través de las branquias y luego el resto del cuerpo., b) Los anfibios tienen dos vías circulatorias: una para la oxigenación de la sangre a través de los pulmones y la piel, y la otra para llevar oxígeno al resto del cuerpo. La sangre se bombea desde un corazón de tres cámaras con dos aurículas y un solo ventrículo.

La mayoría de los reptiles también tienen un corazón de tres cámaras similar al corazón anfibio que dirige la sangre a los circuitos pulmonar y sistémico, como se muestra en la figura 4a. el ventrículo se divide de manera más efectiva por un septo parcial, lo que resulta en una menor mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada., Algunos reptiles (caimanes y cocodrilos) son los animales más primitivos que exhiben un corazón de cuatro cámaras. Los crocodilianos tienen un mecanismo circulatorio único donde el corazón desvía la sangre de los pulmones hacia el estómago y otros órganos durante largos períodos de inmersión, por ejemplo, mientras el animal espera a la presa o permanece bajo el agua esperando a que la presa se pudra. Una adaptación incluye dos arterias principales que salen de la misma parte del corazón: una lleva la sangre a los pulmones y la otra proporciona una ruta alternativa al estómago y otras partes del cuerpo., Otras dos adaptaciones incluyen un agujero en el corazón entre los dos ventrículos, llamado foramen de Panizza, que permite que la sangre se mueva de un lado del corazón al otro, y tejido conectivo especializado que ralentiza el flujo sanguíneo a los pulmones. Juntas, estas adaptaciones han hecho de los cocodrilos y caimanes uno de los grupos de animales más exitosos evolutivamente en la tierra.

en mamíferos y aves, el corazón también se divide en cuatro cámaras: dos aurículas y dos ventrículos, como se ilustra en la figura 4b., La sangre oxigenada se separa de la sangre desoxigenada, lo que mejora la eficiencia de la doble circulación y es probablemente necesaria para el estilo de vida de sangre caliente de mamíferos y aves. El corazón de cuatro cámaras de aves y mamíferos evolucionó independientemente de un corazón de tres cámaras. La evolución independiente del mismo rasgo biológico o de un rasgo biológico similar se conoce como evolución convergente.

la Figura 4. (a) los Reptiles también tienen dos rutas circulatorias; sin embargo, la sangre solo se oxigena a través de los pulmones., El corazón tiene tres cámaras, pero los ventrículos están parcialmente separados, por lo que se produce una mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada, excepto en crocodilianos y aves. (B) los mamíferos y las aves tienen el corazón más eficiente con cuatro cámaras que separan completamente la sangre oxigenada y desoxigenada; bombea solo sangre oxigenada a través del cuerpo y sangre desoxigenada a los pulmones.