UNIDAD II: FUNCIONES VITALES Y SALUD

BIOLOGIA MENCIÓN BM-24

FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

Presión

alveolar=

762 mmHg

Presión

intrapleural=

756 mmHg

ESPIRACIÓN

2

INTRODUCCIÓN

Las células requieren continuamente oxígeno (O2) para realizar las reacciones metabólicas que les

permiten captar la energía de las moléculas de los alimentos y producir ATP. Al mismo, tiempo

estas reacciones liberan dióxido de carbono (CO2). El exceso de CO2 produce acidez que puede ser

tóxica para las células, por lo cual debe eliminarse de manera rápida y eficaz. Los dos sistemas

que contribuyen al aporte de O2 y eliminación de CO2 son el cardiovascular y el respiratorio. Este

último realiza el intercambio de gases. La falla de uno u otro altera la homeostasis al causar la

muerte rápida de las células por falta de oxígeno y acumulación de productos de desecho.

1. RESPIRACIÓN

El término respiración se usa para referirse a dos procesos diferentes. Uno describe una etapa del

metabolismo celular en la que participa un organelo citoplasmático denominado mitocondria

proceso llamado respiración celular. El otro proceso se desarrolla a nivel del sistema

respiratorio y consiste en el ingreso de grandes cantidades de aire hacia las superficies

respiratorias ubicadas en los pulmones (alvéolos), con el fin de realizar el intercambio gaseoso

entre la sangre y el medio ambiente, fenómeno conocido como ventilación pulmonar, que

consiste fundamentalmente en movilizar grandes masas de aire hacia los pulmones

(inspiración), y de igual manera movilizar volúmenes de aire hacia el exterior (espiración).

Figura 1. Relación existente entre la ventilación pulmonar y la respiración celular.

O2

CO2

C6H12O6

O2

CO2 H2O

ATP

3

Las funciones del sistema respiratorio son:

Intercambiar gases respiratorios (O2 y CO2) entre la atmósfera y la sangre, a nivel de los

alvéolos pulmonares (hematosis).

Controlar el grado de acidez sanguínea (pH), mediante la regulación de la concentración de

CO2 en la sangre.

Excretar sustancias volátiles nocivas (cuerpos cetónicos, anestésicos, entre otros).

Excretar H2O, lo que ayuda a la regulación de la temperatura corporal.

Ventilación pulmonar.

Las estructuras anatómicas involucradas en la respiración, tal como se han definido, están

divididas funcionalmente en una porción conductora, y otra respiratoria (Figura 2).

La porción conductora está formada por un sistema complejo de vías aéreas que se inicia en las

fosas nasales y que se continúan en la faringe, laringe y tráquea (Figura 3). Esta última se

subdivide en dos bronquios principales; derecho e izquierdo, cada uno se vuelve a subdividir

unas 20 veces, con lo que se forman bronquiolos de calibres cada vez menores, hasta llegar a

los bronquiolos terminales. La porción conductora no efectúa el intercambio gaseoso y es

conocido como espacio muerto (unos 150 ml de aire).

La porción respiratoria la constituyen los bronquiolos y los alvéolos, los que se encuentran al

final de la porción conductora. Las paredes alveolares son muy delgadas, lo que permite un

eficiente intercambio (por difusión simple) de gases (O2 y CO2), proceso denominado

hematosis (Figura 3). Por lo mismo, son estructuras extremadamente frágiles que deben ser

mantenidas y protegidas de factores adversos. Las delgadas paredes que separan a alvéolos

vecinos, presentan poros que proveen ventilación colateral, importante en la prevención del

colapso pulmonar. Cada alvéolo está recubierto por un epitelio constituido por dos tipos de

células:

los neumocitos tipo I, que constituyen al epitelio respiratorio, y

los neumocitos tipo II, células secretoras que producen el surfactante pulmonar, que

impide el colapso pulmonar.

Además, es una región altamente colonizada por células de defensa (Ej. Macrófagos), que evitan

la aparición de infecciones locales.

Vías respiratorias

Porción conductora Porción

respiratoria

Nariz Faringe Laringe Tráquea Bronquios Bronquiolos

Alvéolos

Transporte del aire Hematosis

Figura 2. Porciones conductora y respiratoria de las vías respiratorias.

4

Figura 3. Anatomía del Sistema respiratorio e intercambio de gases a nivel alveolar.

bronquiolo

5

Mecánica respiratoria

La ventilación pulmonar es un proceso mecánico por el cual el aire del ambiente es obligado a entrar a los pulmones (inspiración) y luego, el aire alveolar es obligado a salir de ellos (espiración). Este proceso permite satisfacer tanto la demanda por oxígeno como la de la eliminación del anhídrido carbónico, por parte de los tejidos corporales, ya sea durante el estado de reposo (respiración en reposo) o el de ejercicio físico (respiración forzada). Sin embargo, como los pulmones carecen de movimiento propio, el cambio en el volumen pulmonar se logra cuando ellos, pasivamente, siguen los movimientos que los músculos respiratorios le imprimen a la caja torácica, en los que ellos están contenidos. En la respiración en reposo, la inspiración es activa y la espiración es pasiva (Figura 4 y Tabla 1). En cambio en la respiración forzada tanto la inspiración como la espiración son activas (Tabla 2 y Figura 5).

Figura 4 .Durante la inspiración se incrementa la presión negativa de la cavidad pleural, expandiendo el tejido pulmonar elástico y succionando aire hacia el interior. Durante la espiración disminuye la presión

negativa en la cavidad pleural, lo que permite que el tejido elástico pulmonar se repliegue y cree una presión positiva dentro de los pulmones que expulsan aire.

6

Tabla 1. Respiración en reposo.

INSPIRACIÓN (activa) ESPIRACIÓN (pasiva)

Durante la inspiración se produce la contracción del diafragma y de los músculos intercostales externos, lo que produce un aumento del volumen de la caja torácica. Como consecuencia disminuye la presión intrapulmonar y el aire ingresa a los pulmones.

Durante la espiración, se relaja la musculatura que se ha contraído durante la inspiración, con lo cual el volumen de la caja torácica disminuye. Esto último produce un aumento de la presión intrapulmonar respecto de la presión atmosférica, lo que provoca la salida del aire desde los pulmones.

Tabla 2. Respiración forzada.

Inspiración Espiración

Figura 5. Radiografía de tórax en inspiración y espiración forzada.

INSPIRACIÓN (activa) ESPIRACIÓN (activa)

Durante la inspiración forzada, se contraen el

diafragma y los músculos intercostales externos y además los músculos accesorios: los esternocleidomastoídeos (que eleva el esternón) y los escalenos y pectorales (que elevan las costillas) y se relajan los músculos espiratorios (abdominales e intercostales internos), lo que produce un gran aumento del

volumen de la caja torácica. Como consecuencia disminuye la presión intrapulmonar y el aire ingresa a los pulmones.

Durante la espiración forzada, se relajan los músculos inspiratorios y se contraen los músculos espiratorios, abdominales e intercostales internos, con lo cual el volumen de la caja torácica disminuye. Esto último produce un aumento de la presión intrapulmonar respecto de la presión atmosférica, lo que provoca la

salida del aire desde los pulmones.

7

Volúmenes Respiratorios

Cuando respiramos, inspiramos o espiramos unos 500 ml. (1/2 l) de aire, que suele ser

denominado volumen corriente (VC). Durante el ejercicio físico, nuestra respiración se hace

más profunda y más acelerada, lo cual permite ingresar mayor cantidad de aire a nuestros

pulmones. Eventualmente, uno podría inspirar unos 3.300 ml. de aire adicionales a los 500 ml que

solemos inspirar normalmente. Este volumen adicional es conocido como volumen de reserva

inspiratorio (VRI) o volumen complementario. En la situación opuesta suele ocurrir que de

cuando en cuando, espiramos volúmenes de aire mayores a los 500 ml que hemos inhalado

tranquilamente. Piense en un bostezo, usted podría espirar un volumen de aire que se aproxima

a los 2 l. lo que significa que ha espirado un volumen adicional al volumen corriente, de 1200 ml

Este volumen adicional es conocido como volumen de reserva espiratoria (VRE) o volumen

suplementario (Figura 6).

Después de realizar una inspiración a nuestra máxima capacidad, podríamos llegar a albergar

unos 6 l. de aire en nuestros pulmones. Si posteriormente realizásemos una exhalación forzada,

podríamos evacuar unos 4,5 a 5 l. de aire. Este último volumen es nuestra capacidad vital y

corresponde a la suma de los volúmenes corriente, complementario y suplementario, o sea,

500 ml + 3.300 ml + 1.200 ml lo que da un total de 5.000 ml (5 L). Cierta cantidad de volumen

de aire siempre permanece alojado en nuestros pulmones, para el caso descrito, correspondería

aproximadamente a 1,0 l., y es conocido como volumen residual (VR).

Figura 6. Medición de la ventilación pulmonar con un espirómetro.

El aire inspirado es diferente al aire espirado en lo que respecta a sus riquezas porcentuales

de oxígeno, dióxido de carbono y agua (ver tabla 3).

8

Sangre venosa

Hacia el corazón

P CO2=40

P O2= 100

P O2= 40

P CO2=46

P O2= 100

P CO2=40

Desde el corazón

Aire alveolar

Sangre arterial

Conducto alveolar

Tabla 3. Composición porcentual del aire inspirado y espirado.

Oxigeno (%O2)

Dióxido de carbono (%CO2)

Nitrógeno (%N2)

Vapor de agua

Aire inspirado

21

0.03

79

Variable

Aire espirado

16

4

79

Muy abundante

Intercambio de gases en el pulmón

El grosor de la membrana respiratoria, formada por la membrana del alvéolo y la membrana del

capilar (Figura 3), es de aproximadamente 0,2 a 0,6 m (0,0002 a 0,0006 mm). Los gases

respiratorios (O2 y CO2), son capaces de difundir a favor de sus gradientes de concentración, la

que se ve además favorecida por la gran superficie disponible para tal efecto, se estima en unos

140 metros cuadrados, entre ambos pulmones, una superficie significativamente mayor a la

superficie exterior de nuestro cuerpo (Tabla 4). El resultado final de todo esto es una difusión neta

de oxígeno desde el interior de los alvéolos hacia la sangre y una difusión neta de dióxido de

carbono desde la sangre hacia el interior de los alvéolos (Figura 7).

Tabla 4. Características de la superficie de intercambio de gases a nivel alveolar.

Figura 7. Gases respiratorios en la sangre pulmonar y en el aire alveolar.

Número de alvéolos por

pulmón

Superficie total estimada en m2

Superficie de contacto aire-sangre en m2

Espesor de la membrana alvéolo-

capilar en m

Volumen total de aire inhalado en

litros

300.000.000

140

70

0,2 – 0,6

3

9

2. REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN

La respiración es un proceso finamente regulado que permite cubrir, en todo momento, las

cambiantes demandas metabólicas por parte del organismo en reposo o durante el ejercicio físico.

Sin embargo, a pesar de lo cambiante que pudieran ser las necesidades metabólicas del

organismo, las concentraciones sanguíneas de oxígeno, anhídrido carbónico y de protones, en

todo momento, se mantienen prácticamente inalterables.

La respiración se encuentra regulada por el sistema nervioso mediante un centro respiratorio

presente en el tronco encefálico (Figura 8).

Figura 8. El tronco encefálico genera y controla el ritmo respiratorio. Al seccionar el tronco en distintos niveles se revela que el ritmo respiratorio basal se genera en el bulbo raquídeo y es modificado por neuronas localizadas en la protuberancia o arriba de ella.

Centros Respiratorios

Están constituidos por varios núcleos neuronales ubicados tanto en el bulbo raquídeo (grupos

respiratorios dorsal y ventral) como en la protuberancia anular (centro neumotáxico y centro

apnéustico). Mientras los núcleos del bulbo se encargan de dar ritmicidad a la respiración (esto

es, luego de un movimiento inspiratorio viene otro espiratorio), los núcleos de la protuberancia anular

se encargan de cambiar la frecuencia respiratoria (número de inspiraciones por minuto).

10

Regulación del ritmo respiratorio

a) Grupo respiratorio dorsal

Controla la respiración normal y es estimulado por los impulsos sensitivos que provienen de

quimiorreceptores centrales (ubicados en el bulbo raquídeo), quimiorreceptores periféricos (ubicados

en la pared de las arterias carótidas y aorta), mecanorreceptores pulmonares y barorreceptores.

Como resultado, el grupo respiratorio dorsal inicia los movimientos inspiratorios (Figura 9).

b) Grupo respiratorio ventral

Controla la respiración forzada (que permite una mayor ventilación pulmonar) al ser

estimulado por el grupo respiratorio dorsal. Como resultado de ello, el grupo respiratorio ventral

inicia los movimientos inspiratorios y espiratorios (Figura 10).

Figura 9. Mecánica de la respiración en reposo. Figura 10. Mecánica de la respiración forzada.

Regulación de la frecuencia respiratoria

Los centros neumotáxico y apnéustico actúan sobre el centro de la ritmicidad respiratoria del

bulbo raquídeo (grupos respiratorios dorsal y ventral) modificando el tiempo para la inspiración

respiratoria.

Centro neumotáxico:

Su función es limitar el tiempo para la etapa de inspiración originada por el grupo neuronal dorsal

del bulbo raquídeo, de modo que, al generar inspiraciones breves, aumenta la frecuencia

respiratoria.

Centro apnéustico:

Su función es aumentar el tiempo para la etapa de inspiración originada por el grupo neuronal

dorsal del bulbo raquídeo, de modo que, al generar inspiraciones más profundas, disminuye la

frecuencia respi ratoria.

11

a) Regulación sobre el centro respiratorio.

Existe una variedad de mecanismos regulatorios capaces de modificar la función respiratoria, al

actuar sobre el centro respiratorio nervioso del tronco encefálico. Sabemos, desde nuestra

experiencia, que tenemos un control voluntario/ involuntario sobre la respiración (haz la prueba,

de ahogarte voluntariamente por dejar de respirar, NO lo podrás hacer jamás). Por otra parte,

existe un control reflejo del llenado pulmonar, mediado por mecanorreceptores pulmonares, que

impide el excesivo llenado del pulmón. Sin embargo, más interesante que ellos, es el control

químico de la respiración.

Figura 11. Tipos de controles sobre el centro respiratorio nervioso.

Control químico de la respiración

La finalidad última de la respiración es mantener concentraciones sanguíneas adecuadas de

oxígeno, dióxido de carbono y protones a nivel tisular. Por ello, no resulta extraño que la actividad

respiratoria responda notablemente a cambios de cada uno de ellos.

Control químico directo:

Este control directo lo ejercen las concentraciones de CO2 y protones sanguíneos al actuar

directamente sobre los quimiorreceptores centrales (ubicados en el bulbo raquídeo), según lo

señala la figura 12.

Figura 12. Control químico directo sobre el centro respiratorio.

La concentración de oxígeno sanguíneo ejerce una pobre (o nula) estimulación de los receptores

centrales ubicados en el bulbo raquídeo. Sin embargo, una brutal caída de la concentración de

oxígeno sanguínea, sí sería capaz de estimular a los quimiorreceptores periféricos aórticos y

carotideos. A menos que esto último suceda, se debe considerar que el oxígeno NO ejerce un

control químico directo sobre la respiración.

Aumento de CO2. Aumento de la acidez sanguínea.

Estimulación de quimiorreceptores centrales (Bulbo).

Estimulación del centro respiratorio.

Aumento de la ventilación pulmonar.

Descenso de CO2. Disminución de la acidez sanguínea.

12

Figura 14. El organismo utiliza la información de retroalimentación

provista por los quimiorreceptores ubicados en los vasos de gran calibre y en el cerebro para coordinar la frecuencia respiratoria con las demandas metabólicas.

Figura 13. La respiración es más sensible a los aumentos de la concentración del CO2 en el aire inspirado que a la disminución de la

concentración de O2.

13

b) Regulación de la respiración durante el ejercicio físico.

Durante el ejercicio físico tanto la demanda por oxígeno como la producción de CO2, por parte de

los tejidos, aumentan hasta casi 20 veces, respecto del estado de reposo. Sin embargo , la

concentración de O2, CO2 y protones, presentes en la sangre, se mantienen

prácticamente sin cambios. Por ello, es difícil responsabilizar a dichos estímulos químicos de

provocar el aumento en la respiración, que se observa durante el ejercicio físico. Actualmente,

se cree que el responsable del aumento de la ventilación pulmonar serían estímulos

nerviosos cerebrales que partiendo de la corteza motora estimularían el centro respiratorio del

tronco encefálico.

Adaptaciones del organismo a la altura

Si una persona que vive en Viña del Mar y va de paseo al lago Chungará, al extremo norte de

nuestro país, se comienza a sentir muy agotada, mareada, con dolor de cabeza, náuseas e incluso

vómitos, se dice que se apunó. El apunamiento o mal de la montaña se explica porque el lago

Chungará se encuentra aproximadamente a unos 4500 mts. altura y la presión atmosférica es de

500 mm de Hg., Sin embargo, a nivel del mar la presión atmosférica es de 760 mm de Hg. y a

pesar que en ambos casos el porcentaje de oxigeno del aire es de un 21 %, al ser la presión

atmosférica más baja (lago Chungará), la concentración de oxígeno o cantidad de moléculas

de oxígeno por unidad de volumen en la atmósfera es menor porque disminuye con la

altura, al igual que su presión parcial, lo que afecta su biodisponibilidad.

Debido a que el movimiento de oxígeno a través de las superficies de intercambio respiratorio

depende de la difusión, su velocidad de movimiento depende de la diferencia de presión de

oxigeno entre el aire y los líquidos corporales. Por lo tanto la reducción drástica de la presión

de oxígeno en el aire a gran altura limita la captación de oxígeno y esta es la razón por la

cual se producen los malestares antes descritos.

¿Cuál es el mecanismo homeostático que permite al organismo adaptarse a esta nueva

condición ambiental?

La hipoxia que se presenta cuando se aumenta en altitud, constituye un estímulo a nivel renal el

cual responde secretando eritropoyetina hormona que estimula a la medula roja de los huesos

a aumentar la producción de eritrocitos fenómeno llamado eritropoyesis. De esta manera al

aumentar la cantidad de glóbulos rojos aumenta la cantidad de hemoglobina y con ello la

posibilidad de saturarla con la escasa cantidad de oxígeno disponible.

Adaptaciones del organismo al esfuerzo

Para satisfacer la demanda metabólica durante el ejercicio físico, se producen grandes cambios

fisiológicos que afectan tanto a la mecánica ventilatoria (por estimulación del centro respiratorio)

como a la del sistema cardiovascular (por estimulación del centro vasomotor). Por una parte,

aumenta la frecuencia respiratoria y por otra el aporte sanguíneo a los órganos en activo

metabolismo.

La siguiente tabla y gráfico muestran el flujo sanguíneo en diferentes órganos durante el reposo y

durante dos niveles de actividad física; moderada e intensa.

14

En algunos órganos el flujo sanguíneo, durante el reposo y en actividad física, no

cambia, otros reciben mayor aporte sanguíneo durante el ejercicio que durante el

reposo, en cambio, algunos ven su aporte disminuido, conforme aumenta la actividad

física.

El riego sanguíneo cerebral y cardíaco permanecen constantes, el pulmonar y el renal

disminuyen, para así, derivar un mayor riego sanguíneo a la piel y los músculos.

Tabla 5. Flujo sanguíneo en diferentes órganos durante el reposo y distintos niveles de actividad física.

(*) Se refiere al riego sanguíneo nutricio del pulmón y no al riego sanguíneo funcional (aquel que realiza hematosis).

Órganos Flujo sanguíneo

(ml/min.)

Reposo Ejercicio

moderado Ejercicio intenso

Cerebro 750 750 750

Piel 500 1800 2000

Corazón

(circulación coronaria) 750 750 750

Pulmones (*) 1300 500 300

Riñones 1000 500 400

Músculos 1100 12500 14000

15

PRINCIPALES PATOLOGÍAS RESPIRATORIAS

Asma: Enfermedad que se debe a una reacción de cierre de los bronquios e inflamación de la

mucosa respiratoria. Se caracteriza por aparecer en episodios, en los que hay dificultad

respiratoria, sensación de ahogo, silbidos en el pecho y mucosidad.

Bronquitis: Trastorno en el que se produce una inflamación de la capa mucosa interna de los

bronquios. Suele acompañarse de tos, mucosidad y fiebre. La exposición a sustancias irritantes

(humo, tabaco) suele ser la causa inicial.

Edema pulmonar: Acumulación anormal de líquido intersticial en los espacios tisulares y los

alvéolos de los pulmones, debido a un aumento en la permeabilidad capilar pulmonar o en la

presión capilar pulmonar.

Embolia pulmonar (EP): Obstrucción del flujo de sangre hacia el tejido pulmonar causado por

un coágulo sanguíneo o un cuerpo extraño que ocluye la luz de un vaso arterial pulmonar.

Enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC): Trastorno, como bronquitis o enfisema,

en el que hay cierto grado de obstrucción de los conductos respiratorios y en consecuencia,

mayor resistencia de las vías respiratorias.

Enfisema: Trastorno pulmonar con desintegración de las paredes alveolares, lo que genera

espacios aéreos anormalmente grandes y pérdida de la elasticidad pulmonar; por lo regular lo

causa la exposición al humo del cigarrillo.

Neumonía: Es la inflamación del tejido que conforma los pulmones, normalmente por causa de

infección por Neumococos.

3. INTERCAMBIO DE GASES EN LAS PLANTAS

El carbono es uno de los elementos determinantes de todos los procesos vitales. Este átomo

forma la estructura básica de las moléculas orgánicas que construyen y mantienen vivos a los

organismos. Como sabemos, este elemento es capaz de unirse fuertemente con otros átomos de

carbono y formar largas y complejas cadenas que constituyen los elementos básicos, ‘ladrillos’ con

los que se sostiene toda la estructura vital. Todos los animales, incluyendo al hombre

(heterótrofos), obtienen el carbono al consumir vegetales (autótrofos), los cuales son los únicos

capaces de asimilarlo mediante el proceso de la fotosíntesis, clave para mantener la vida en la

Tierra.

Las plantas terrestres toman de la atmósfera el CO2 que más tarde integran a las moléculas

orgánicas que forman. Este gas entra al vegetal a través de los estomas, en la mayoría de las

plantas fotosintéticas, con excepción de las plantas acuáticas que carecen de ellos y toman el CO2

disuelto en el agua. Al abrir los estomas para el intercambio de gases, las plantas pierden cierta

cantidad de agua en forma de vapor, por lo que el clima adquiere una importancia relevante como

factor limitante.

Las plantas, al igual que todos los seres vivos, requieren oxidar moléculas orgánicas para extraer

de ellas energía, la que habitualmente se obtiene en la forma de ATP. Este proceso denominado

respiración celular aeróbica se efectúa en las mitocondrias, que genera como productos de

desecho, CO2 y H2O, los que deben ser eliminados a través de los estomas (Figura 15).

16

Figura 15. Intercambio de gases respiratorios. Figura 16. Intercambio de gases fotosintéticos.

Además, los vegetales efectúan durante las horas de luz del día, fotosíntesis, que asociamos al

organelo cloroplasto. Durante dicho proceso el vegetal genera O2 y biomoléculas. El oxígeno

abandona el vegetal a través de los estomas (Figura 16).

En resumen, un vegetal debe efectuar tanto respiración celular como fotosíntesis e intercambiar

con su entorno diferentes gases. Un vegetal, libera al ambiente CO2 y O2, y consume O2 y CO2.

4. RESPIRACIÓN CELULAR: CATABOLISMO DE LA GLUCOSA

Al quemarse la glucosa en el laboratorio da como productos, CO2, H2O y energía en forma de luz y

calor. En las células ocurre la misma combustión pero en múltiples reacciones, y casi la mitad de

la energía queda atrapada en las moléculas de ATP y el resto se libera en forma de calor. La

fórmula de la reacción general es la siguiente:

C6 H12 O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + E

Etapas de la Respiración Celular Aeróbica

Las múltiples reacciones que ocurren en la célula se organizan en los siguientes pasos;

Glucólisis, oxidación del piruvato, (formación del acetil CoA), ciclo de Krebs, transporte

de electrones y fosforilación oxidativa y se detallan en la siguiente tabla resumen.

ATP calor

17

CIC

LO

DE

KR

EB

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Aceti

l- C

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Por

cada a

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(3C)

18

FERMENTACIÓN: La alternativa anaeróbica a la respiración aeróbica.

Las células musculares normalmente utilizan, la respiración aeróbica, obteniendo 38 ATP por

molécula de glucosa, pero también son capaces de sobrevivir sin O2, con las dos moléculas de

ATP de la glucólisis. El inconveniente de utilizar esta vía, está en el suministro de NAD (oxidado),

que debe ser capaz de reponer el NADH (reducido).

Las células musculares mantienen el suministro de NAD (oxidado), a costa de la reducción del

ácido pirúvico obtenido en la glucólisis. De esta manera, el ácido pirúvico queda como ácido

láctico (lactato). La producción de ácido láctico a partir de la glucosa se denomina

fermentación láctica. Tus músculos producen ácido láctico durante el ejercicio rápido, cuando el

cuerpo no puede proporcionar suficiente oxígeno a los tejidos. Cuando hay poco oxígeno, el

cuerpo no puede producir todo el ATP que hace falta. Cuando realizas un ejercicio intenso como

correr, nadar o montar en bicicleta tan rápido como puedes, los músculos grandes de tus brazos y

piernas agotan rápidamente el oxígeno. Las células musculares aceleran su producción de ATP

mediante la fermentación de ácido láctico. Al acumularse el ácido láctico en la musculatura, baja

el pH, provocando dolores musculares (calambres). Es por eso que te duelen los músculos

después de unos segundos de actividad intensa.

Las levaduras también utilizan normalmente la vía aeróbica, pero son capaces de vivir en

ambientes sin oxígeno, realizando la fermentación alcohólica, en la cual produce etanol y

libera CO2. La fermentación alcohólica ocasiona que suba la masa de pan. Cuando la levadura de

la masa se queda sin oxígeno, empieza a fermentar produciendo burbujas de dióxido de carbono

que forman las cavidades de aire que puedes ver en una rebanada de pan. La pequeña cantidad

de alcohol que se produce en la masa se evapora al hornear el pan.

A diferencia de las levaduras y las células musculares, hay organismos anaeróbicos estrictos, lo

que significa que necesitan condiciones anaeróbicas y el oxígeno las intoxica.

Figura 17. Reacciones químicas de la Fermentación. A. Fermentación Acido Láctica. B. Fermentación Alcohólica.

A B

Glucólisis Glucólisis

Reacciones de

fermentación

Reacciones de

fermentación

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La relación entre la respiración pulmonar y la celular

La respiración pulmonar y la celular están relacionadas muy estrechamente.

Los pulmones incorporan el O2 del aire y lo pasan al torrente sanguíneo, el cual lleva el O2 a las células. Las mitocondrias de las células utilizan ese O2 en la

respiración celular, obteniendo la energía. El torrente sanguíneo y los pulmones

también llevan a cabo la función vital de desechar el CO2 producido por la respiración celular.

En la respiración pulmonar, los pulmones intercambian CO2 y O2 entre el

organismo y la atmósfera. En la respiración celular, las células consumen ese O2 al extraer la energía del alimento y liberan CO2 como un producto de

desecho.

Tabla 6. Rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O. Se sintetizan 3

moléculas de ATP, al oxidar una molécula de NADH y 2 moléculas de ATP al oxidar una molécula de FADH2

ETAPAS

TRANSPORTADORES REDUCIDOS

NÚMERO DE ATP

Glucólisis 2 NADH 2 ATP Formación de Acetil CoA 2 NADH

Ciclo de Krebs 6 NADH 2 FADH2

2 ATP

Fosforilación Oxidativa 34 ATP

Total : 38 ATP

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Figura 18. Esquema resumen de la Respiración Celular.

Resumen de reactivos y productos:

C6H12O6+6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

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Preguntas de selección múltiple

1. Sobre la fermentación alcohólica es correcto afirmar que

I) forma acetaldehído como compuesto intermedio.

II) libera dióxido de carbono.

III) la realizan las levaduras.

Es (son) correcta(s)

A) solo I.

B) solo II.

C) solo III.

D) Solo II y III.

E) I, II y III.

2. En la glucólisis se producen dos moléculas de

I) NADH.

II) ATP netos.

III) CO2.

Es (son) correcta(s)

A) solo I.

B) solo III.

C) solo I y II.

D) solo II y III.

E) I, II y III.

3. En el interior del mitocondrias NO es posible encontrar

A) agua.

B) ATP.

C) ácido láctico.

D) dióxido de carbono.

E) acetil CoA.

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4. La patología respiratoria que se manifiesta con “una obstrucción del flujo de sangre hacia el

tejido pulmonar causado por un coágulo sanguíneo o un cuerpo extraño que ocluye la luz del

vaso arterial pulmonar”, corresponde a

A) enfisema.

B) bronquitis.

C) neumonía.

D) edema pulmonar.

E) embolia pulmonar.

5. Para coordinar la frecuencia respiratoria con las demandas metabólicas, el organismo utiliza

la información por retroalimentación provista por quimiorreceptores. Entre éstos se

encuentran los quimiorreceptores localizados en la superficie del bulbo raquídeo, que son

sensibles a la

I) presión parcial de CO2 presente en la sangre.

II) presión parcial de O2 presente en la sangre.

III) concentración de protones (H+) presentes en la sangre.

A) solo I.

B) solo II.

C) solo III.

D) Solo I y II.

E) I, II y III.

6. Los estomas les permiten a la planta

I) liberar O2.

II) ingresar CO2.

III) ingresar CO2.

IV) liberar CO2.

Es (son) correcta(s)

A) solo I.

B) solo III.

C) solo I y II.

D) Solo III y IV.

E) I, II, III y IV.

23

7. ¿Cuál o cuáles de los siguientes procesos respiratorios libera CO2?

I) glucólisis.

II) oxidación del piruvato.

III) ciclo de Krebs.

Es (son) correcta(s)

A) solo I.

B) solo II.

C) solo III.

D) Solo I y III.

E) I, II y III.

8. En la inspiración en reposo se

I) contrae el diafragma.

II) contraen los músculos intercostales externos.

III) disminuye la presión en la cavidad pleural.

Es (son) correcta(s)

A) solo I.

B) solo II.

C) solo I y II.

D) solo II y III.

E) I, II y III.

9. Sobre el centro neumotáxico, es correcto afirmar que

I) genera inspiraciones breves.

II) disminuye la frecuencia respiratoria.

III) actúa sobre el centro de ritmicidad respiratoria del bulbo raquídeo.

A) Solo I.

B) Solo II.

C) Solo III.

D) Solo I y III.

E) I, II y III.

24

10. Al respirar aceleradamente durante un tiempo determinado se lograría modificar algunos

parámetros sanguíneos. De lo señalado, es correcto inferir que disminuirá el (la)

I) pH sanguíneo.

II) acidez sanguínea.

III) concentración de CO2 en la sangre.

A) Solo I.

B) Solo II.

C) Solo III.

D) Solo II y III.

E) I, II y III.

11. Sobre el glóbulo rojo es correcto afirmar que

I) no posee mitocondrias.

II) realiza la fermentación láctica.

III) transporta en su hemoglobina O2 y CO2.

A) Solo I.

B) Solo II.

C) Solo III.

D) Solo I y III.

E) I, II y III.

12. Al observar y comparar las dos imágenes radiográficas, se puede concluir que en

I) A los pulmones tienen más aire.

II) B el diafragma se relaja y sube.

III) A el volumen de la caja torácica es mayor que en B.

A) Solo I.

B) Solo II.

C) Solo III.

D) Solo I y II.

E) I, II y III.

A B

25

13. Es correcto afirmar que, durante el ejercicio intenso

I) la frecuencia respiratoria aumenta.

II) se produce vasodilatación en la piel.

III) el flujo sanguíneo hacia los órganos no varía.

A) Solo I.

B) Solo II.

C) Solo III.

D) Solo I y II.

E) I, II y III.

14. Si bajo el agua se respira a través de un tubo largo aumenta el (la)

I) espacio muerto anatómico.

II) capacidad vital.

III) hematosis.

Es (son) correcta(s)

A) solo I.

B) solo II.

C) solo III.

D) solo I y II.

E) I, II y III.

15. Las hojas de una planta terrestre están cubiertas de cera que las impermeabiliza. Por ello,

presenta unas estructuras llamadas estomas y a través de las cuales

I) regula la pérdida de H2O.

II) permite el intercambio gaseoso entre el medio interno y el ambiente.

III) capta la energía luminosa para realizar la fotosíntesis.

A) Solo I.

B) Solo II.

C) Solo III.

D) Solo I y II.

E) I, II y III.

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RESPUESTAS

DMDO-BM24

Preguntas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Claves E C C E A A E E D D E E D A D