As guelras são órgãos respiratórios internos ou externos que permitem que muitos animais aquáticos, especialmente peixes , respirem extraindo oxigênio da água . A palavra "gill", do gênero feminino, é derivada do grego antigo βράγ l'intermédiaireια, passando pelo latim gill usado por Columella .
As brânquias são evaginações de tecido vascularizado que formam uma superfície de troca respiratória. Eles constituem a principal superfície de troca gasosa especializada em animais aquáticos.
As brânquias dos invertebrados ( moluscos , anelídeos , certas larvas de insetos ) vêm das dobras da ectoderme, enquanto as brânquias dos cordatos (incluindo os vertebrados ) são compostas principalmente por endoderme e, portanto, não são estruturas homólogas. Alguns vertebrados, entretanto, apresentam brânquias externas exclusivamente do ectoderma (no caso da primeira geração de brânquias de girinos de anfíbios ) e algumas espécies de salamandras adultas, o axolote , a sereia ou o papa-lama . As brânquias são formados por arcos de emalhar ( homólogas para os arcos da faringe em humanos) onde são inseridos lâminas guelras (linhas de filamentos).
Além do seu papel fundamental na respiração , as guelras são utilizadas para reter alimentos, em particular para filtrar animais micrófagos ( mexilhões , ascídias, etc.) e para regular a concentração iónica do ambiente interior (nos peixes).
Existem quatro guelras sob cada opérculo em um peixe. Uma brânquia é composta de um osso (arco branquial) no qual são inseridas duas lâminas de brânquia feitas de filamentos finos (cerca de 200 por lâmina, ou seja, 400 por brânquia). Cada filamento é ricamente irrigado e o sangue é separado da água apenas por alguns micrômetros, ou até menos do que um micrômetro .
As brânquias funcionam em parte comparáveis aos pulmões , na medida em que constituem uma superfície de troca, muito extensa em pequeno volume graças à sua forma; a membrana atua como um filtro permitindo que o oxigênio (para o interior do corpo) e o dióxido de carbono (para o exterior) passem.
Em Peixes, a água entra pela boca e sai pelas guelras, um fluxo suficiente de água sendo criado pelo movimento do animal e pelos movimentos de bombeamento da boca ou músculos operculares (Nota: em espécies com guelras externas, apenas o movimento do corpo permite a criação do movimento da água). De passagem, o sangue capturou (parte) do oxigênio dissolvido na água e rejeitou o dióxido de carbono previamente dissolvido no sangue, por difusão osmótica .
Essa analogia entre pulmões e guelras pode ser ilustrada pelo caso de um homem que está se afogando: os pulmões podem filtrar o oxigênio da água, mas nosso sistema respiratório não consegue bombear água rápido o suficiente para renovar o suprimento de oxigênio com eficiência. Animais com guelras têm órgãos que funcionam, não como um beco sem saída, mas como um túnel, ou mesmo como uma árvore ao vento (guelras externas), o que permite que a água circule com bastante rapidez.
Para cumprir sua função de superfície de troca, as guelras são abundantemente irrigadas com sangue. Em Peixes, esse sangue vem do coração, passando pelos arcos aórticos (4 em número nos teleósteos e também nos girinos anfíbios).
Do ponto de vista da evolução da vida, os pulmões não são considerados como uma evolução das brânquias (uma das hipóteses era que as brânquias se tornaram internas e invaginadas, ou seja, uma única abertura). O orifício branquial tornou-se um dos órgãos da audição .
A água, como o ar, é um fluido no qual há oxigênio, mas em menor quantidade: uma membrana pulmonar deve filtrar cerca de 25 litros de ar para extrair um litro de oxigênio (o rendimento é modesto, l ar compreendendo 21% de oxigênio), mas as brânquias devem ver de 300 a 500 litros de água para obter a mesma quantidade. A água, por outro lado, é 800 vezes mais densa que o ar e 60 vezes mais viscosa. O sistema de guelras, portanto, possibilita a passagem de um máximo de líquido em uma direção com um mínimo de esforço muscular (requer oxigênio).
Em peixes como em invertebrados bivalves (por exemplo, ostras do gênero Crassostrea ), as guelras são protegidas pelo sistema imunológico, mas também são um local de parasitose por vários micróbios, fungos aquáticos (por exemplo, microsporídios ) ou invertebrados que se aproveitam da proximidade do sangue e dificuldade dos peixes em limpá-los mecanicamente. Alguns peixes limpadores limpam as guelras de outros peixes.
A poluição térmica tende a diminuir o nível de oxigênio na água, e vários tipos de poluição química podem afetar as guelras e suas funções. Por exemplo, as brânquias de três peixes de água doce ( pique , pique vara e peixe-gato ) exposto a água poluída da Timiş , um afluente do Danúbio (localizado em Sérvia ) mostrou moderada a intensa histopatológicas alterações . O dano "progressivo" mais comum é a hiperplasia do epitélio branquial. Os distúrbios circulatórios ocorrem com frequência, geralmente sob a forma de hiperemia . As mudanças foram menos para o lúcio e mais intensas para o bagre (P <0,05). A alteração regressiva (erosão do epitélio) foi mais acentuada na perca-pique (p <0,001). Este experimento mostrou que as guelras de três espécies de predadores que vivem nas mesmas águas reagem de maneira muito diferente ao mesmo coquetel de poluentes, o que sugere mecanismos ecotóxicos ligeiramente diferentes dependendo da espécie; que deve ser levado em consideração para limitar o enviesamento em estudos ecotoxicológicos .
Alguns peixes (peixes de tronco ) são capazes de inflar sua câmara braquial com água e prender a respiração por vários minutos. Ao esvaziar essa água, eles esvaziam, perdendo de 20 a 30% do seu volume aparente.
O campo da biomimética diz respeito às brânquias que apresentam qualidades ou potencialidades excepcionais em termos de trocas filtrantes, autolimpantes, químicas, gasosas, térmicas e filtrantes . Os pesquisadores estão tentando, em particular, produzir guelras artificiais que permitiriam aos mergulhadores se beneficiarem diretamente do oxigênio dissolvido na água, sem garrafas.