Nutrición

La nutrición es el proceso por el cual todos los seres vivos obtienen la materia y energía que necesitan para formar sus propias estructuras y realizar sus funciones vitales. Tanto la materia como la energía son utilizadas por los animales para crecer, desarrollarse, reproducirse y relacionarse. La energía procede del catabolismo de la materia orgánica en animales heterótrofos y multicelulares.

Procesos:

1. Ingestión y digestión del alimento para liberar los nutrientes que contiene.
2. Distribución de los nutrientes a todas las células del organismo.
3. Absorción del oxígeno del medio externo y posterior transporte a las células.
4. Metabolismo celular.
5. Retirada de los desechos producidos por las células en la fase anterior.
6. Expulsión de dichas sustancias al exterior.

Digestión

La digestión consiste en la transformación de las macromoléculas que forman los alimentos en pequeñas moléculas más sencillas que puedan ser absorbidas por las células.

Procesos:

• Físico o mecánico: Fragmenta los grandes trozos de alimento en otros más pequeños y los mezcla con las secreciones digestivas.
• Químico: Separa estos últimos en unidades moleculares mediante la acción de enzimas digestivas.

Digestión sin necesidad de aparato digestivo

Los poríferos realizan la digestión de las partículas alimenticias en unas células especiales llamadas coanocitos, que tapizan el interior de su cuerpo. Los coanocitos poseen un flagelo y una estructura a modo de collar en su extremo libre. El alimento penetra por los poros hacia el interior del animal. El flagelo impulsa el agua hacia el collar, y este filtra las partículas del alimento que entran en el coanocito por endocitosis. La vacuola que se forma se rodea de lisosomas con enzimas digestivas que degradan el alimento en moléculas más sencillas. Los residuos que no se han digerido son expulsados por exocitosis. A este tipo de digestión se le denomina digestión intracelular. La digestión intracelular solo permite procesar partículas microscópicas de alimento, y cada célula debe poseer la maquinaria necesaria para digerirlas y asimilarlas.

Digestión dentro de una cavidad

Trozos grandes de alimento. Se desarrolla una bolsa dentro del cuerpo llamada cavidad gastrovascular que posee un único orificio que funciona como boca y ano. En animales con escasa demanda energética. El alimento se va rompiendo en trozos más pequeños por la acción de enzimas digestivas, que son vertidas directamente a esta cámara. A este tipo de digestión se le denomina digestión extracelular. En los cnidarios y los platelmintos la cavidad digestiva está muy ramificada para facilitar que los nutrientes lleguen a todas las células del cuerpo a un ritmo adecuado. La digestión en la cavidad gastrovascular no es completa. El alimento predigerido penetra en las células que revisten la cavidad donde se completa su catálisis (digestión intracelular).

Digestión dentro de un tubo

La simetría bilateral se completa con la aparición de un tubo digestivo que recorre todo el cuerpo del animal y posee dos aberturas, una de entrada (la boca) y otra de salida (el ano). El nuevo aparato digestivo permite al animal comer con frecuencia grandes cantidades de alimento y digerirlo de manera más eficaz porque cada porción del tubo se especializa en una parte del proceso digestivo (primero se tritura el alimento, después se degrada enzimáticamente y por último se absorben los nutrientes).

Esquema básico en vertebrados y en casi todos los invertebrados:

• Región receptora.
• Región de almacenamiento y transporte.
• Región de molido y digestión inicial.
• Región de digestión final y absorción de nutrientes.
• Región de absorción de agua y expulsión del alimento no digerido.

Región receptora

Boca o cavidad bucal, una faringe muscular, para el paso de alimento, y pinzas bucales. Está adaptada al tipo de alimento que consume el animal. Los animales que se alimentan de líquidos han desarrollado estructuras que funcionan como pajitas para absorber el alimento. La espiritrompa de mariposas y polillas que se alimentan del néctar. Aparato bucal perforador-chupador de los mosquitos. En los crustáceos el primer par de apéndices marchadores se ha transformado en poderosas pinzas con las que capturan caracoles y gusanos. Las arañas cuentan con una uña en la base de la boca para atravesar y sujetar a la presa mientras le inyectan enzimas digestivas que la convierten en una sopa nutritiva que luego absorben. Los cefalópodos capturan pececillos con sus tentáculos y los desgarran con un pico córneo. Las estrellas de mar abren las valvas de ostras y almejas con sus pies ambulacrales para proyectar su estómago hacia el exterior e ingerir el cuerpo blando del bivalvo. La rádula de los gasterópodos (una lengua con diminutos dientes que sirve para roer las hojas). La linterna de Aristóteles de los erizos de mar (unas piezas calizas a modo de dientes que utilizan para raspar las algas incrustadas en las rocas). Entre los vertebrados aparecen por primera vez los dientes y la lengua. En las aves y las tortugas los dientes se sustituyen por un pico. Los mamíferos comienzan su digestión en la boca. La acción conjunta de dientes y lengua tritura el alimento y lo mezclan con la saliva que contiene una enzima llamada ptialina o amilasa salival, que rompe las moléculas de almidón liberando maltosa.

Región de almacenamiento y transporte

El esófago es la siguiente región del tubo digestivo y se encarga del transporte del alimento al estómago. Anélidos, insectos y aves ingieren grandes cantidades de alimento de una sola vez y lo almacenan temporalmente en el buche, una dilatación del esófago.

Región de molido y digestión inicial

El estómago, una bolsa donde el alimento se almacena y se mezcla con los jugos gástricos para digerirse parcialmente. Es una dilatación del tubo digestivo. Mediante sus movimientos de contracción y batido, agita y mezcla los alimentos con los jugos gástricos secretados por las células estomacales. Los animales que carecen de dientes o que no los utilizan para masticar poseen una molleja, un preestómago muscular donde se tritura el alimento. Este estómago alberga piedras que traga el propio animal. Los crustáceos poseen un conjunto de piezas calcáreas que forman el molinillo gástrico, y en los insectos, aparecen dientes quitinosos. En los rumiantes los alimentos, casi sin masticar, llegan al rumen, donde los microorganismos comienzan la fermentación, posteriormente este bolo alimenticio se regurgita y las duras fibras vegetales se trituran por los poderosos molares del animal. Se vuelve a tragar y pasa al resto de las cámaras, retículo, omaso y abomaso. Las tres primeras cámaras surgen a partir del esófago. El abomaso es el verdadero estómago donde tiene lugar la digestión química. Algunos herbívoros no son rumiantes, fermentan los alimentos vegetales en grandes ciegos que se encuentran en la unión entre el intestino delgado y el grueso.

Región de digestión y absorción de los nutrientes

El intestino se divide en dos tramos que desempeñan funciones diferentes y distinto grosor, intestino delgado e intestino grueso. En el intestino delgado se lleva a cabo la mayor parte de la digestión química del alimento y los nutrientes se absorben, atraviesan su pared y llegan al torrente circulatorio, que los transporta a todas las células del organismo. Hay dos tipos de secreciones digestivas, las producidas por las células intestinales y las que se fabrican en glándulas anejas. En los vertebrados las glándulas son el hígado y el páncreas. En los anélidos la pared dorsal del intestino se pliega formando el tiflosol. En los tiburones la mucosa intestinal se repliega a modo de muelle y forma la válvula espiral. En el resto de vertebrados el intestino se repliega aún más intensamente. Los pliegues de la mucosa poseen proyecciones digitiformes, denominados vellosidades, que albergan una red de capilares y vasos linfáticos. La membrana de cada célula individual de estas vellosidades también se encuentra replegada en microvellosidades.

Región de absorción de agua y expulsión del alimento no digerido

En el intestino grueso se lleva a cabo la reabsorción de agua, y los materiales no digeridos forman las heces, que se expulsan a través del ano. En la mayoría de los invertebrados y en muchos vertebrados (anfibios, reptiles y aves) el ano no comunica directamente con el exterior, sino que termina en una cloaca, una cámara en la que también desembocan los aparatos urinario y genital. En muchos animales, como en insectos, reptiles y aves, la reabsorción de agua es muy intensa y producen heces muy secas.

La función respiratoria

La respiración es el proceso de intercambio de gases entre el organismo y el medio externo. La respiración celular es un proceso catabólico que tiene lugar en las mitocondrias y que consiste en la oxidación de la materia orgánica para extraer la energía que encierran en sus enlaces. La entrada y salida de gases se reduce a un mecanismo de difusión gaseosa a través de una superficie corporal.

Propiedades:

• Mantenerse húmedas, porque la difusión de los gases solo es posible cuando están disueltas en agua.
• Presentar superficies amplias para permitir un intercambio eficaz.
• Ser lo suficientemente delgadas como para permitir el paso de los gases.

Respiración sin necesidad de aparato respiratorio

Esponjas, cnidarios, platelmintos y nematodos. Su cuerpo actúa como una membrana respiratoria, y los gases viajan, por difusión, célula a célula. Los oligoquetos y los hirudíneos mejoran la eficacia de la respiración cutánea al combinarla con una red extensa de capilares sanguíneos situados debajo de la piel, que distribuyen el oxígeno hacia todas las células y recogen el dióxido de carbono.

Respiración en el medio acuático

Las branquias o agallas son extensiones de la superficie del cuerpo hacia el medio acuático que se encuentran muy ramificadas e intensamente vascularizadas para realizar eficazmente el intercambio de gases. En algunos invertebrados acuáticos, poliquetos, crustáceos, larvas, equinodermos y anfibios, las branquias son externas, no tienen protección. En bivalvos y cefalópodos las branquias son internas y están protegidas. Se encuentran inmersas en la cavidad paleal, un espacio situado entre el manto y la masa visceral. En los peces condrictios están protegidas por septos interbranquiales blandos que proceden del tegumento. En los osteíctios aparecen cubiertas por una tapa ósea llamada opérculo.

Respiración en el medio terrestre

Las tráqueas, un sistema de tuberías que conectan el aire atmosférico con cada célula. Los pulmones, sacos más o menos ramificados y muy vascularizados. La sangre es la encargada de la distribución de los gases.

Respiración por tráqueas

Las tráqueas son conductos recubiertos por una cutícula de quitina que se ramifican para formar traqueolas, finísimos tubos ciegos formados por un solo tejido que se hunden en las membranas plasmáticas de las células para permitir el intercambio de gases. El aire penetra en las tráqueas a través de unos orificios llamados espiráculos situados en el abdomen del animal. En los insectos los espiráculos poseen válvulas que se abren y se cierran para reducir la pérdida de agua y evitar la entrada de suciedad.

Respiración por pulmones

Los pulmones son cavidades internas muy vascularizadas que proceden de la invaginación de la porción anterior del tubo digestivo y que poseen paredes muy finas para facilitar el intercambio de gases entre el medio externo y la sangre. El aire llega a los pulmones a través de las vías respiratorias que tienen las siguientes partes: Fosas nasales y cavidad bucal, faringe, laringe, tráquea y bronquios. En los peces la función del pulmón ha quedado reducida a la de órgano de flotación, vejiga natatoria.

Mecanismo de ventilación

Aseguran un flujo continuo de entrada y salida de agua o aire hacia las superficies respiratorias.

La función circulatoria

El aparato circulatorio distribuye a todas las células los nutrientes absorbidos en el tubo digestivo y el oxígeno captado por el aparato respiratorio, y traslada los desechos al aparato excretor que los eliminará del cuerpo. La sangre, un líquido que actúa como medio de transporte. Los vasos sanguíneos, un sistema de tuberías que reparte la sangre por todo el cuerpo. El corazón, una bomba propulsora que mantiene la sangre en movimiento.

Aparatos circulatorios abiertos

La sangre sale de los vasos y llena los espacios entre las células. El corazón bombea la sangre hacia vasos sanguíneos abiertos y luego vierte en los espacios intercelulares. Después del intercambio de sustancias con las células, la sangre es recogida por otros vasos que la conducen hacia las branquias o pulmones, donde se oxigena, y retorna al corazón. En los artrópodos el corazón posee unos orificios con fuerza succionadora llamados ostiolos.

Aparatos circulatorios cerrados

Los anélidos, los cefalópodos y los vertebrados poseen un aparato circulatorio cerrado en el que la sangre siempre circula por el interior de vasos sanguíneos. Cuando la sangre sale del corazón, viaja de las arterias a arteriolas, capilares, vénulas y venas, que devuelven la sangre al corazón.

• Las arterias: Paredes gruesas de músculo liso y tejido conjuntivo elástico que les permiten variar su diámetro, dilatándose cuando reciben sangre durante la contracción cardiaca, o volviendo a su forma inicial durante la relajación del corazón.
• Las arteriolas: Poseen una pequeña capa de musculatura lisa que en la unión entre arteriola y capilar, forma unos anillos llamados esfínteres precapilares, que regulan el paso de la sangre hacia estos pequeños vasos.
• Los capilares: Son los vasos donde se produce el intercambio, por difusión, de nutrientes y desechos entre la sangre y las células del cuerpo. Poseen paredes muy delgadas formadas por una única capa de células de diámetro microscópico formando redes extensas, llamadas plexos capilares.
• Las vénulas: Recogen la sangre de los capilares y la vierten en las venas, de mayor diámetro. Las venas son los vasos encargados de devolver la sangre al corazón y sus paredes presentan una capa de músculo liso mucho más delgada que la de las arterias. Válvulas unidireccionales que impiden que la sangre vuelva hacia atrás. Las contracciones de los músculos presionan las venas y empujan la sangre hacia el corazón.

La presión sanguínea que se consigue es más alta que en los aparatos circulatorios abiertos, la llegada de nutrientes y la retirada de desechos se realiza de una manera más rápida y eficaz. Abriendo o cerrando los vasos sanguíneos se consigue una irrigación selectiva, llevar más sangre y de forma más rápida a las regiones del cuerpo que más lo necesitan.

• Circulación simple: La sangre sale del corazón y efectúa un circuito completo por el cuerpo antes de regresar a él. Los anélidos, los cefalópodos y los peces.
• Circulación doble:
  • Circulación pulmonar: la sangre desoxigenada sale del corazón por las arterias pulmonares, llega a los pulmones, donde se oxigena, y regresa al corazón por las venas pulmonares.
  • Circulación sistemática: La sangre oxigenada sale del corazón por la arteria aorta, se distribuye por todo el organismo y regresa al corazón por las venas cavas.

En mamíferos el corazón es tetracameral, posee dos aurículas y dos ventrículos que funcionan como dos bombas independientes. Al ser homeotermos (mantienen constante su temperatura corporal) necesitan llevar continuamente sangre rica en oxígeno a los tejidos. La concentración de oxígeno sanguíneo es máxima cuando se separan totalmente la sangre oxigenada y la desoxigenada, que se consigue con un tabique interventricular completo.

La función excretora

Los principales desechos son dióxido de carbono, agua y residuos nitrogenados. Eliminación de estos desechos, mantener la homeostasis.

Homeostasis

Las reacciones metabólicas que sostienen la vida solo pueden producirse si los organismos mantienen relativamente constantes las características de su medio interno (la concentración de sales y de otras sustancias y el pH). Implica la acción coordinada de los sistemas nervioso y endocrino, del aparato circulatorio y de algunas superficies en contacto con el medio exterior: la piel y aparatos respiratorio, digestivo y excretor.

• Excreción: consiste en la eliminación de los desechos metabólicos que continuamente producen las células.
• Osmorregulación: Es el intercambio de sales y agua entre el medio extracelular y el mundo exterior para compensar las pérdidas y ganancias de estas sustancias.

Estructuras excretoras

Sistema de tubos que colectan fluidos de la sangre, de la hemolinfa o del líquido extracelular para ajustar su composición mediante la reabsorción de sustancias útiles y la secreción activa de más desechos. El riñón es el aparato excretor de los vertebrados y está formado por miles de nefronas, diminutos filtros que constituyen las unidades funcionales de estos sistemas excretores y que desembocan en un conducto colector. Cada nefrona está formada por tres partes:

• Glomérulo: un ovillo de capilares donde la sangre es filtrada a gran presión. Las paredes de los capilares son muy permeables al agua y a las sustancias disueltas, pero no dejan pasar ni proteínas, ni células sanguíneas.
• La cápsula de Bowman: Un saco en forma de cuenco que rodea completamente al glomérulo y recoge el ultrafiltrado sanguíneo, una mezcla de desechos y nutrientes, y lo transfiere a la siguiente región.
• El túbulo renal: Un tubo largo y de pequeño diámetro que cambia la composición del ultrafiltrado por reabsorción y secreción tubular. Consta de una porción proximal, una distal, y, en aves y mamíferos, de un segmento adicional en forma de horquilla, llamado asa de Henle.

Osmorregulación en vertebrados

Los vertebrados terrestres poseen mayor concentración de agua en el aire circundante, esta se pierde por evaporación a través de la piel y de los pulmones, y al eliminar las heces y la orina. Los mamíferos excretan urea. Sus nefronas poseen un segmento tubular adicional, el asa de Henle, que permite recuperar agua y producir orinas hipertónicas.