Las aves son animales muy activos. Si pensamos en los papamoscas cazadores de insectos, en las aves costeras que vuelan lejos y en los colibríes que revolotean, nos hacemos una idea de lo activas que pueden ser las aves. Por eso prefieren los alimentos de alto valor energético y tienen altas tasas metabólicas que exigen enormes niveles de oxígeno.
Los sistemas respiratorios de los mamíferos son lamentablemente inadecuados para proporcionar las cantidades de oxígeno que necesitan las aves.
En los humanos, por ejemplo, un tubo llamado tráquea conecta nuestra nariz y la parte posterior de la boca con nuestros pulmones. La tráquea se divide en dos bronquios primarios que entran en los pulmones, donde se dividen en bronquios secundarios, que a su vez se ramifican en bronquios terciarios. Éstos dan lugar a pequeños tubos denominados bronquiolos, que terminan en racimos de paredes finas con forma de uva llamados alvéolos (mostrados en la parte inferior izquierda del diagrama anterior). Rodeados de redes capilares, los alvéolos son los lugares de intercambio de gases. Debido a las diferencias de presión, el oxígeno se difunde desde los alvéolos hacia los capilares sanguíneos, y el dióxido de carbono se difunde desde los capilares sanguíneos hacia los alvéolos.
La naturaleza de los pulmones en forma de callejón sin salida significa que el aire fluye normalmente en dos direcciones, es decir, desde nuestras fosas nasales a través de la tráquea hasta los alvéolos y de vuelta a través de los mismos conductos. De ello se deduce que el primer aire respirado en los alvéolos sobra y está viciado, ya que ha cedido la mayor parte de su oxígeno antes de la última exhalación. El flujo de aire bidireccional, por tanto, es ineficaz.
Un sistema más eficaz
Las aves emplean un sistema más eficaz, uno en el que los sacos de aire de paredes finas están conectados a los pulmones. Como se muestra en la ilustración del cardenal, los sacos de aire llenan la cavidad corporal. No participan directamente en el intercambio de gases, sino que funcionan como fuelles para dirigir el flujo de aire a través de los pulmones en una dirección, de atrás hacia adelante. Esto aumenta la eficiencia pulmonar.
Otra diferencia importante entre los mamíferos y las aves es que los alvéolos en forma de uva son sustituidos por estructuras tubulares de paredes finas llamadas parabronchi (mostradas en la parte inferior derecha del diagrama). Al igual que los alvéolos humanos, los parabronquios aviares están cubiertos por una gran cantidad de capilares y son los lugares de intercambio de gases. Los parabronquios se encuentran en todos los pulmones entre los bronquios secundarios. Al igual que el aire se mueve en una dirección a través de los pulmones, también fluye en una dirección a través de los parabronquios, de un bronquio secundario a otro.
La genialidad de los sacos de aire es que permiten un flujo continuo y unidireccional tanto durante la inspiración como la espiración. Los sacos aéreos están dispuestos en dos grupos: uno que sale de la parte delantera de los pulmones (anterior) y el otro de la parte trasera de los pulmones (posterior). Así es como funciona el sistema:
Durante la inspiración, los sacos aéreos posteriores se expanden, arrastrando el aire hacia los bronquios primarios, que terminan cerca del extremo de los pulmones. Mientras que parte del aire se desvía a través de los bronquios secundarios cerca de la parte posterior de los pulmones y hacia los parabronquios, la mayor parte pasa directamente al grupo posterior de sacos aéreos. Al mismo tiempo, los sacos aéreos anteriores se expanden, arrastrando el aire de los parabronquios a través de los bronquios secundarios. Esto crea el flujo unidireccional de atrás hacia adelante a través de los pulmones.
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Durante la espiración, los sacos aéreos se contraen, forzando el aire de ambos grupos de sacos aéreos. El aire de los sacos aéreos posteriores se desplaza a través de los parabronquios, mientras que el aire de los sacos aéreos anteriores se desplaza hacia los bronquios primarios y la tráquea y luego sale del cuerpo. Queda algo de aire viciado en el sistema, pero no lo suficiente como para restarle importancia a la eficiencia general. Obsérvese que tanto durante la inspiración como durante la espiración, el aire fluye en un sentido a través de los parabronquios.
Las aves respiran de forma diferente a los mamíferos porque carecen de diafragma. Mueven el aire dentro y fuera de sus pulmones y sacos aéreos por medio de músculos especiales que mueven las costillas y el esternón hacia abajo y hacia delante, expandiendo la cavidad corporal y provocando la inspiración, y luego hacia arriba y hacia atrás, contrayendo la cavidad corporal y provocando la espiración.
La hermorregulación es otra función esencial de los sacos aéreos. El alto nivel de actividad de las aves genera un calor excesivo que debe ser disipado. Las aves, sin embargo, carecen de las glándulas sudoríparas disipadoras de calor que poseemos nosotros.
Recuerda que las glándulas sudoríparas enfrían produciendo una secreción salada que se evapora de la piel. El calor necesario para que el sudor pase de líquido a vapor procede de la piel, lo que la enfría. Las aves transforman el agua en vapor de forma similar en los sacos aéreos, salvo que el calor necesario para vaporizar el agua procede de los órganos y tejidos que rodean los sacos aéreos.
Un sistema respiratorio finamente ajustado que mueve el aire en una dirección permite el alto nivel de actividad de las aves. Y los sacos de aire ayudan a regular la temperatura proporcionando un mecanismo para disipar el exceso de calor corporal. El sistema es un ejemplo más de la asombrosa biología de las aves.
Este artículo de la columna «Amazing Birds» de Eldon Greij apareció en el número de marzo/abril de 2014 de BirdWatching.