Sistema respiratorio de los reptiles, adaptaciones según grupos

En anteriores publicaciones hemos hablado sobre los reptiles, grupo de animales vertebrados, tetrápodos y amniotas que se encuentran caracterizados por presentar un cuerpo recubierto de escamas y modificaciones corporales adaptadas a la vida terrestre; así como sexos separados, fertilización interna y presencia de un huevo amniota con un cascaron protector. En esos artículos, hemos hecho referencia a su sistema circulatorio, pero en esta oportunidad vamos a enfocarnos en el sistema respiratorio de los reptiles.

Recordemos que los reptiles son un grupo parafilético perteneciente a la clase Reptilia; el cual, se originó durante el Carbonífero y se diversificó durante el Mesozoico, y cuya actual clasificación taxonómica no comprende a todos sus descendientes, ya que excluyen a las aves y mamíferos modernos. Los reptiles se han adaptado de forma exitosa a la vida terrestre, aunque podemos encontrar algunos grupos como los cocodrilos y tortugas que se desenvuelven perfectamente en el medio acuático, donde se alimentan, cazan y reproducen, aunque, también son capaces de estar en tierra firme por periodos prolongados.

La gran diversidad de reptiles nos permite apreciar diferentes formas y tamaños corporales, así como adaptaciones anatómicas y fisiológicas específicas, dependiendo de los hábitats en donde se desenvuelvan, métodos de defensa o depredación que posean. La mayoría de los reptiles presentan pulmones como las estructuras principales en donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso; sin embargo, estos pueden presentar algunas modificaciones como es el caso de las serpientes en donde podemos encontrar un solo pulmón funcional. O pueden presentar otras estructuras de intercambio gaseoso, como ocurre en algunas tortugas que hacen uso de la cloaca y algunas vejigas accesorias para llevar a cabo la respiración. A continuación, vamos a ampliar un poco más la información con respecto al sistema respiratorio de los reptiles, pero antes es necesario definir qué es el sistema respiratorio y cuál es su función.

Introducción al sistema respiratorio

El sistema respiratorio comprende todos los órganos, estructuras y tejidos que se encuentran involucrados en el intercambio gaseoso entre un organismo y su entorno.

El intercambio gaseoso se basa en el proceso de difusión simple o pasiva, en donde las moléculas gaseosas se movilizan desde un área de mayor concentración a una de menor concentración por medio de una membrana celular. El oxígeno —usualmente la molécula involucrada en la respiración— tiende a desplazarse desde el medio externo en donde se encuentra en mayor concentración hacia el interior del organismo. Por el contrario, el dióxido de carbono, que se encuentra en altas concentraciones en los tejidos y células, se desplaza al exterior.

En organismos unicelulares la difusión simple es suficiente para llevar a cabo el intercambio de gaseoso requerido; sin embargo, en organismos multicelulares necesitan de un sistema de transportes que permita el intercambio gaseoso en los distintos órganos y tejidos. Durante la evolución animal se han producido distintos órganos para optimizar el intercambio gaseoso y el transporte de las moléculas involucradas, estas funciones se relacionan principalmente con dos sistemas: el circulatorio y el respiratorio. Aunque ambos son funcionalmente distintos, se encuentran involucrados en la respiración.

Teniendo en cuenta esto, podemos diferenciar dos tipos de respiración sistémicas: la respiración externa, que se refiere al intercambio de gases entre el entorno y la sangre por medio de una superficie respiratoria, y la respiración interna, en donde ocurre el intercambio gaseoso entre la sangre y los tejidos internos.

Cómo es el sistema respiratorio de los reptiles

La respiración en los reptiles se lleva a cabo principalmente por medio de los pulmones, debido a que sus cuerpos se encuentran recubiertos de escamas, lo cual impediría la respiración cutánea como ocurre en los anfibios. No obstante, se ha encontrado que la piel, entre las escamas y las áreas con pocas escamas (como la cloaca), presentan un tejido altamente vascularizado, que puede permitir el intercambio de gases.

En el sistema respiratorio de los reptiles podemos identificar estructuras como las narinas o fosas nasales externas —las cuales son cavidades que permiten la entrada y salida del aire—, cámaras olfativas, una hendidura en la parte inferior de la faringe que actúa como una válvula, y que se encarga de controlar el flujo del aire dentro y fuera de las vías respiratorias, conocida como la glotis; la cual, comunica con la laringe —una estructura tubular conformada por anillos rígidos cartilaginosos—, que a su vez da inicio a la tráquea. La tráquea tiene forma tubular y se extiende por debajo del cuello hasta que se bifurca en un par de bronquios, que se extienden hacia el interior de los pulmones.

Este patrón de las vías respiratorias se puede apreciar en la mayoría de los reptiles.

Pulmones

Los pulmones son sacos elásticos que se encuentran en el interior del cuerpo. Su volumen se expande cuando se encuentran llenos del aire por inhalación y decrece cuando el aire es exhalado. En algunos ejemplares, los bronquios se ramifican en estructuras más pequeñas denominadas bronquiolos, los cuales suministran el aire a las superficies respiratorias dentro del pulmón.

Como mencionamos, la estructura de los pulmones es variable entre la diversidad de reptiles. La mayoría de los lepidosaurios —tuátaras, lagartijas, serpientes y anfisbenios— presentan estructuras simples en formas de saco, donde cada bronquio desemboca en una cámara central en el interior del pulmón. La pared de esta cámara central se describe como porosa debido a los pequeños sacos o cámaras que se irradian desde ella, conocidos como faveolos. Esta pared compuesta por faveolos se encuentra abastecida por sangre y representa la superficie principal para el intercambio gaseoso en el sistema respiratorio de los reptiles.

Las iguanas presentan pulmones cuyas cámaras centrales se encuentran divididas en cámaras más pequeñas por septos, en donde cada cámara se encuentra recubierta por paredes con faveolos y aumenta la superficie respiratoria. Igualmente, los varánidos, cocodrilos y tortugas, presentan pulmones con múltiples cámaras. En estos casos, los bronquios se extienden a cada pulmón y se subdividen en bronquiolos que desembocan en cada cámara. En algunos lagartos, los sacos de las paredes pulmonares se proyectan más allá de la superficie del pulmón; en ellos no se produce intercambio gaseoso, sino que se utilizan para retener un mayor volumen de aire o incluso como método de defensa, al inflar sus cuerpos y utilizarlos para intimidar a los depredadores.

La condición común en serpientes es la presencia de un pulmón simple y funcional, así como un pulmón atrofiado y no funcional, en algunos casos, incluso carecen de un pulmón. La presencia de un pulmón izquierdo funcional ocurre en muy pocas serpientes como es el caso del género Loxocemus, y, aun así, en estas serpientes el pulmón es mucho más pequeño que el derecho. En serpientes, la tráquea y los bronquios se extienden al interior del pulmón, a una cámara con una pared de poros como en la mayoría de las lagartijas. Los pulmones en serpientes son normalmente alargados, extendiéndose hasta un tercio de su tamaño corporal.

Ventilación en el sistema respiratorio de los reptiles

Una de las características más llamativas del sistema respiratorio de los reptiles es que el llenado de los pulmones ocurre con un mecanismo de bomba de aspiración. La mayoría de los escamosos —lagartos, camaleones, iguanas—, la cavidad torácica se alarga durante la inhalación por la contracción de los músculos intercostales, debido al movimiento activo de las costillas hacia adelante y hacia afuera. Esto produce que la cavidad alrededor de los pulmones se agranda, disminuya la presión en su interior y atraiga el aire. Mientras que la exhalación ocurre durante la relajación de los músculos intercostales. Entre respiraciones, la glotis permanece cerrada para evitar el escape prematuro del aire.

Los pulmones en las serpientes tienen faveolos prominentes ubicados anteriormente, estos van disminuyendo gradualmente hasta estar completamente ausentes en la parte posterior del pulmón. Por lo que se pueden diferenciar dos regiones en los pulmones: una porción respiratoria anterior y una porción sacular posterior. A su vez, las costillas y los músculos asociados a ellas, se encuentran a lo largo del tórax, estos al comprimirse o relajarse generan que el pulmón se expanda o desinflen, y por lo tanto ocasionan un cambio de presión en el interior. La apertura y el cierre de la glotis están sincronizados con estos movimientos.

El intercambio de gases ocurre en la porción respiratoria, mientras que la porción sacular actúa como un fuelle cuando el cuerpo anterior está ocupado con diferentes funciones y no disponible para comprimir y expandir el pulmón. Un ejemplo de ello, es cuando las serpientes se encuentran tragando una presa, aunque la tráquea permanece abierta, el cuerpo anterior no puede contraerse. En cambio, el cuerpo posterior detrás de la presa se expande y contrae, haciendo que el pulmón sacular se llene y vacíe los pulmones. Un caso distintivo entre el sistema respiratorio de los reptiles.

En el sistema respiratorio de los reptiles cocodrilos, el hígado participa en la respiración actuando como un pistón. Durante la inhalación, las costillas giran hacia adelante y hacia afuera, expandiendo la cavidad alrededor de los pulmones y el hígado, ubicado inmediatamente detrás de los pulmones, se desplaza hacia atrás por la acción de los músculos diafragmáticos. La contracción de los músculos diafragmáticos aumenta el volumen de la cavidad pulmonar y baja la presión dentro de los pulmones, que produce la atracción del aire. La exhalación invierte estos movimientos. Las costillas se doblan de nuevo a su posición y el hígado avanza contra el pulmón como el resultado de la contracción de los músculos abdominales. Esto ocasiona el aumento de la presión de las paredes del pulmón y el aire es expulsado.

En las tortugas, la ventilación ocurre de forma distinta. En las tortugas de caparazón blando, el movimiento del aparato hioides moviliza agua dentro y fuera de la faringe. El oxígeno es absorbido por la faringe para sostener a la tortuga mientras está sumergida. En tortugas de caparazón duro, el plastrón (parte ventral del caparazón) se reduce, permitiendo que se deforme la pared del cuerpo que contribuyen a la ventilación pulmonar. Mas comúnmente, movimiento de entrada y salida de las extremidades altera la presión sobre los pulmones y las capas especiales del músculo dentro del caparazón, y cambian la presión pulmonar. La contracción o relajación de estos músculos altera el volumen de la cavidad dentro de la concha y contribuye a la inhalación o a la exhalación de aire.

Otras superficies respiratorias

Como ya mencionamos, los reptiles son dependiente de sus pulmones para la respiración. Sin embargo, algunas especies acuáticas han desarrollado superficies substitutas para el intercambio gaseosos, las cuales, también forma parte del sistema respiratorio de los reptiles.

Los reptiles que se sumergen por largo tiempo presentan una alta tolerancia a la anoxia, suprimen su metabolismo y pueden mostrar algunos grados de respiración cutánea. Algunas tortugas obtienen más del 50% de sus necesidades respiratorias por vía cutánea o bucofaríngea cuando se sumergen. Otras tienen accesorios cloacales que pueden servir como estructuras auxiliares de respiración, además tienen paredes lisas y altamente vascularizadas, que representan superficies aptas para el intercambio gaseoso. Igualmente, se puede encontrar serpientes capaces de realizar la respiración cutánea, se ha registrado que las serpientes pueden completar hasta el 30% de su consumo de oxígeno a través de la piel de sus costados y espalda.

Durante el desarrollo embrionario, aparecen surcos faríngeos y hendiduras faríngeas, pero ninguna de esas estructuras es funcional después del nacimiento.

Bibliografía

• Kardong, K. 2012.
• Vitt & Caldwell, 2009.
• Zug et al. 2001.