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Intercambio gaseoso Ya se estudió el proceso de respiración, el cual les sirve a los organismos para oxidar metabolitos en presencia de oxígeno y obtener la energía contenida en los enlaces de esas sustancias. La respiración no sólo produce energía sino también los productos secundarios dióxido de carbono y agua. (Del mismo modo, en los procesos de glucólisis y fermentación se degradan metabolitos para obtener energía, con formación de productos secundarios.) Obviamente, el organismo necesita un mecanismo de intercambio gaseoso que le permita enviar oxígeno a sus células y extraer de ellas el dióxido de carbono. Por desgracia, este proceso también se llama respiración. Con el propósito de establecer la diferencia entre esas dos formas de respiración, en lo sucesivo llamaremos respiración interna o celular al proceso oxidativo y respiración externa u organísmica al proceso de intercambio gaseoso. En el presente capítulo nos concentraremos en el segundo tipo. 19.1 MECANISMOS DE RESPIRACIÓN EXTERNA En los organismos unicelulares y pluricelulares pequeños, el intercambio gaseoso se efectúa fácilmente a través de las membranas celulares. Puesto que los gases se disuelven en los líquidos, es imperativo disponer de membranas húmedas para la entrada y salida de gases de las células y los organismos. Aparte de sus otros efectos dañinos, la desecación (deshidratación) inhibe el movimiento de gases. Los organismos unicelulares dependen por completo de la difusión para el desplazamiento y el intercambio de gases asociados con la respiración interna. El oxígeno atraviesa la membrana celular para entrar en el medio de difusión. Los gases generados por la respiración interna se difunden a través del citoplasma y salen atravesando la membrana plasmática. El paso de O2 y CO2 en sentidos opuestos a través de la membrana depende de la presión parcial de los gases en el medio externo. Es decir, una presión parcial baja de O2 en la atmósfera o en el líquido que rodean al organismo disminuye la tasa de difusión de ese gas a través de la membrana celular hacia la célula. En el caso de células individuales y de organismos pluricelulares planos, la difusión es un mecanismo adecuado para satisfacer las necesidades de absorción y expulsión de gases. Puesto que la distancia respecto al medio externo es el factor que limita la eficiencia de intercambio de gases, el grosor —y por tanto el volumen—, mas no el área, son los parámetros de importancia. La capacidad de los organismos unicelulares para intercambiar gases se vuelve cada vez más difícil al aumentar sus dimensiones. Esto se debe a que la superficie celular (donde ocurre el intercambio gaseoso) sólo aumenta en razón del cuadrado del radio de la célula, mientras que su volumen (y por tanto, su actividad metabólica total) incrementa en razón del cubo del radio. El tiempo de difusión hacia la superficie celular o a partir de ella también aumenta con el volumen. Entonces, las restricciones físicas impuestas al intercambio gaseoso por la difusión sencilla señalan los límites dimensionales superiores de la célula. Asimismo, conforme aumenta la complejidad de los organismos pluricelulares, las células internas quedan cada vez más lejos de la capa celular donde ocurre el intercambio gaseoso con el medio, lo que dificulta cada vez más la posibilidad de que éstas obtengan y eliminen gases por difusión sencilla. En cuanto se rebasa cierto grado de complejidad se vuelve indispensable contar con mecanismos que complementen la difusión. Casi todos bs invertebrados tienen una actividad metabólica in ferior a la de vertebrados homeotermos como las aves y los mamíferos. Esto reduce la necesidad de un intercambio gaseoso exageradamente rápido, mas no elimina el requisito de contar con mecanismos que complementen la difusión simple. A fin de satisfacer esa necesidad, han surgido evolutivamente varios tipos de sistemas circulatorios. La difusión sigue siendo el mecanismo básico de ingreso inicial de oxígeno al organismo; pero una vez que ese gas vital pasa a través de la superficie,la sangre lo transporta en forma masiva hacia todas las partes del organismo. En la mayor parte de los casos, pigmentos respiratorios especiales como la hemoglobina o la hemocianina (Cap. 17) ayudan a la sangre a