Practica 1 "Aparato Respiratorio Humano"

Funcionamiento del aparato respiratorio humano

Integrantes:

• Felix Alberto Nieto García
• Velasco Vázquez Mariela
• Villavicencio Carapia Azul
• Andrea Ximena Suárez Ortiz
• Miguel González Gómez

Preguntas generadoras:

¿Cuál es la función principal del aparato respiratorio humano?

Tomar el oxígeno que se encuentra en el aire y distribuirlo a todas las células del organismo, y así  al mismo tiempo eliminar el CO2, producto de desecho.

Además es esencial para lograr la oxidación completa de los alimentos además de obtener energía para el resto de los procesos corporales.

Para llevar a  cabo  este  objetivo  son  necesarios los cuatro  fenómenos siguientes:   

• Movimiento  de  aire  hacia  los  pulmones   y  desde  ellos. (respiración  ventilación).   
• Intercambio  de  O2  del  aire  inspirado  por el CO2  de  la  sangre (respiración externa).   
• Transporte  de  O2  y  CO2  hacia  las  células  y  desde  ellas  (transporte  de  gases).  
• Intercambio  de  CO2  por O2  en  la  cercanía  de  las células  (respiración interna).   El sistema  respiratorio  se  subdivide  en  dos  porciones:  conductora y  respiratoria.   

¿Qué relación hay entre la frecuencia respiratoria y el ritmo cardiaco?

La frecuencia cardíaca es el número de veces por minuto que el corazón late o se contrae, se puede calcular a través del pulso o ritmo cardíaco y  el ritmo cardíaco o pulso  es el incremento temporal de la presión en nuestras arterias.

La frecuencia respiratoria es el número de exhalaciones e inhalaciones por minuto.

En la respiración de las células es  necesario tener oxígeno para poder llevarla a cabo. Este oxígeno es introducido al cuerpo por el sistema respiratorio  hasta llegar a los alvéolos donde se lleva el proceso de intercambio de gases. El alveolo está rodeada por una red capilar  donde el oxígeno se transfiere a ella y al mismo tiempo el Co2  al los alvéolos, de esta manera el oxígeno entra al sistema circulatorio en forma de oxihemoglobina o disuelta en la sangre que será transportada a todo el organismo y de la misma manera pero en sentido contrario sucede con el Co2 liberado en la respiración celular, será desechada a través de la sangre y el sistema respiratorio.

Cuando existe un aumento de la actividad física, aumenta la frecuencia respiratoria y cardiaca, ya que las aumenta la respiración celular para poder obtener energía más rápido y satisfacer la demanda de ella.

¿Qué relación existe entre el aparato respiratorio pulmonar del ser humano y la respiración de las células?

Los pulmones van a tomar el O2 del aire, el cual pasará al torrente sanguíneo para que  las células a través de las mitocondrias tomen este O2 y produzcan energía.

Los pulmones y el sistema circulatorio son importantes porque ayudan a la eliminación del CO2 producto de la respiración celular

En la respiración pulmonar se intercambia CO2 y O2, este último es utilizado durante la respiración celular, las células lo consumen para extraer energía del alimento y liberar CO2 como producto de desecho.

¿De dónde proviene el oxígeno y  cómo se libera éste?

El oxígeno que se utiliza en la respiración proviene del aire y se introduce al cuerpo mediante la respiración mecánica ventilatoria, que funciona con principio de diferencia de presión en dos medios. El aire es introducido por los pulmones hasta llegar a los bronquios donde existe un doble efecto:

• En primer lugar, el efecto de competencia con el oxígeno: la hemoglobina es más afín con el dióxido de carbono pero la presión de CO2 es menor que la presión de O2 por lo que la hemoglobina se carga de oxígeno, así cuando aumenta la presión de CO2, el CO2 tiende a desplazar al oxígeno de la molécula de hemoglobina.

• En segundo lugar, cuando la hemoglobina llega a un tejido con una alta concentración de CO2 baja la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y se libera ése.

Planteamiento de las hipótesis:

• A través de la práctica experimental se observa de manera indirecta  que el aparato circulatorio y el respiratorio realizan funciones complementarias.
• Al final del ejercicio físico la frecuencia respiratoria y el pulso aumentará al mismo tiempo .
• Se tardará un tiempo determinado para que el pulso y el ritmo respiratorio regrese a la normalidad.
• Al aumentar el ritmo respiratorio existirá un aumento en la exhalación de CO2.

Introducción

El aparato respiratorio humano se integra por un grupo de órganos encargados de introducir el oxígeno al cuerpo y conducirlo hasta los glóbulos rojos, así como de recoger y desechar el dióxido de carbono (CO2) que se produce en las células durante la degradación de la glucosa.

El proceso por el cual se introduce aire, y por tanto el oxígeno disuelto en él, se conoce como inhalación. Durante esta actividad el diafragma se contrae desplazando las costillas hacia arriba y hacia afuera con lo que se agranda el tórax permitiendo la entrada de aire a los pulmones y la consecuente difusión del oxígeno a la sangre. Otro proceso sucede cuando se expulsa el CO2: la exhalación. En este caso el diafragma se relaja desplazando las costillas hacia abajo y hacia adentro disminuyendo la cavidad torácica con lo que se facilita la salida de este gas. La inhalación  y la exhalación generan un ciclo básico de respiración o frecuencia respiratoria, en un ciclo respiratorio normal se presentan de 10 a 16 inhalaciones y exhalaciones por minuto, aunque pueden llegar a presentarse hasta 20.

Aunque la inhalación y la exhalación de aire son fases importantes de la respiración, ambas actividades representan sólo una parte del proceso respiratorio que lleva a cabo un organismo multicelular que depende del oxígeno para transformar la energía de las moléculas orgánicas en energía inmediatamente utilizable.

La respiración incluye todos los mecanismos involucrados en la toma de oxígeno, su difusión en la sangre y transporte a todas las células del cuerpo donde participa en las reacciones químicas que desdoblan las moléculas orgánicas, así como la eliminación del dióxido de carbono que se produce durante este proceso.

En el hombre como en muchos animales la respiración de las células individuales depende de los mecanismos empleados para hacer llegar el oxígeno hasta ellas y de la eliminación del dióxido de carbono que se produce durante su actividad respiratoria. En este sentido los pulmones juegan un papel relevante en el proceso respiratorio de los seres humanos ya que se encargan de remover continuamente los gases que se introducen o desechan durante esta función.

La respiración de un ser humano se puede medir cuantificando la cantidad de oxígeno o dióxido de carbono que se consume y desecha durante este proceso. El dióxido de carbono producido durante el desdoblamiento de glucosa en las células puede ser determinado empleando un sensor de gas, instrumento altamente preciso que puede registrar pequeños cambios en la concentración de dióxido de carbono disuelto en la atmósfera como los producidos por ejemplo durante la exhalación de aire en la respiración.

Objetivos:

§  Comprobar la relación que existe entre el aparato respiratorio y circulatorio a través del registro de cambios en la frecuencia respiratoria y el ritmo cardiaco ocasionado por la exposición a una actividad física (ejercicio).

§  Utilizar el sensor de gas CO2 para determinar los cambios en la concentración de CO2 debidos a la respiración de un ser humano.

§  Relacionar el mecanismo respiratorio pulmonar del ser humano con la respiración a nivel celular.

§  Reconocer que el dióxido de carbono desechado durante la exhalación es resultado de la respiración individual de las células.

Material:

1 cronómetro

1 lápiz

cuaderno

1 matraz kitazato de 250 ml

30 cm de manguera de hule nueva

1 pinzas Mohr

Masking tape

Equipo:

Sensor de gas CO2

Interfase ULI para el sensor de gas CO2

Lap top

Software Logger Pro

Procedimiento:

A. Frecuencia respiratoria y ritmo cardiaco.

Toma la frecuencia cardiaca de un integrante de tu equipo que debe estar en reposo. Para ello, con los dedos índice y medio localiza en la parte lateral del cuello la carótida y presiona levemente hasta sentir pulsaciones. Cuantifica cuantas pulsaciones se perciben en un minuto y registra este dato en tu cuaderno. Lo normal son 80 pulsaciones por minuto.

Del mismo compañero toma ahora la frecuencia respiratoria, para hacerlo observa los movimientos de su tórax; un ascenso y un descenso del diafragma equivalen a un movimiento respiratorio. Lo normal es de 16 a 20 movimientos por minuto.

Posteriormente el mismo estudiante deberá realizar 20 sentadillas, subir escaleras o ejecutar brevemente algún ejercicio, después de terminar esta actividad física se deberán realizar nuevamente las dos mediciones anteriores.

Repite la operación al menos con una persona más y compara los datos registrados.

B. Empleo del sensor de gas CO2 para determinar la concentración de dióxido de carbono producido durante la respiración.

Conecta la interfase a la lap top y al sensor de gas CO2. Después enciende la computadora y la interfase.

Abre el programa Logger Pro y activa el sensor de gas CO2.

Ajusta las variables con las que se va a trabajar: partes por millón (ppm) para determinar la concentración de CO2 y minutos para medir el tiempo (5 minutos en intervalos de seis registros por minuto).

En la boca del matraz kitazato acomoda cuidadosamente el sensor. En la abertura lateral del matraz coloca el trozo de manguera, dóblala por la parte final y ajusta fuertemente este doblez con las pinzas Mohr. Coloca masking tape alrededor de la abertura para evitar fugas.

Espera 5 minutos para que se estabilice la concentración de CO2 que hay dentro del matraz, después de este tiempo comienza a colectar los datos de esta concentración haciendo click en el botón “collect”, registra los datos durante cinco minutos en intervalos de 6 registros por minuto. Esta primera muestra corresponde a tu control.

Después de transcurridos los cinco minutos asegúrate de que se haya detenido el registro de datos. En un disco de 3 1/2  “guarda” esta información en un archivo al que llamarás “control”.

Asegura nuevamente el sensor de gas CO2 a la boca del matraz, ten cuidado de que no se estén colectando datos cuando te encuentres preparando el dispositivo.

Cuando el dispositivo este listo retira de la manguera la pinza que sujeta su extremo final. Rápidamente tú o algún compañero de equipo deberán de Inhalar y exhalar normalmente 5 veces sin interrupción, el aire producido durante las exhalaciones deberá ser desechado al matraz kitazato a través de la manguera, cada vez que repitan esta operación procuren mantener cerrada al exterior la manguera, para hacerlo pueden presionar fuertemente con las manos el extremo final de ésta. Inmediatamente después de la última exhalación  comienza a registrar los datos sobre la concentración de CO2 haciendo “click" otra vez en el botón “collect” (recuerda que los registros se deben hacer durante cinco minutos en intervalos de 6 mediciones por minuto). Este registro corresponderá a la respiración en “reposo”, guarda los datos en un archivo independiente.

Posteriormente la misma persona de quien se recabaron los datos anteriores deberá realizar algún tipo de ejercicio con el fin de aumentar su frecuencia respiratoria. Después del ejercicio deberá inhalar y exhalar nuevamente siguiendo las instrucciones mencionadas en el punto número ocho. El registro de estos datos corresponderá a la respiración “después de un ejercicio”, crea un archivo nuevo para guardarlos.

Repite el mismo procedimiento con una persona más con el fin de realizar comparaciones.

Resultados:

A. Frecuencia respiratoria y ritmo cardiaco.

Discute con tus compañeros los resultados que observaron. Analicen las posibles causas que ocasionan que haya diferencias en el ritmo cardiaco y la frecuencia respiratoria entre una persona y otra. Análisis de resultados:

Responde los siguientes cuestionamientos:

• ¿Porque cuando se realiza algún ejercicio físico vigoroso se incrementa el número de inhalaciones y exhalaciones?  Porque las células demandan más oxígeno para realizar la respiración por la demanda de tanta energía,
• ¿Para qué debemos respirar más  rápido en esta situación? Al aumentar  la ventilación pulmonar durante la actividad física  el ritmo respiratorio aumenta y la velocidad de la circulación de la sangre. la frecuencia cardíaca como el flujo sanguíneo deben adecuarse a las nuevas condiciones y exigencias del organismo.
• ¿Qué sucede con la frecuencia cardiaca y respiratoria durante el ejercicio?Tan pronto como comienzas el ejercicio, los músculos esqueléticos se contraen y "exprimen las venas cercanas a ellos, forzando la sangre hacia el corazón". Los músculos esqueléticos se convierten en un "segundo corazón" de facto a medida que se contraen y relajan, bombeando más sangre a tu corazón. El exceso de sangre hace que tu ritmo cardíaco aumente. Este proceso significa que pones más presión sobre algunos de los músculos esqueléticos, como los de los brazos y las piernas, aumentando el flujo de sangre a tu corazón y tu ritmo cardiaco.
• ¿Qué pasa con los niveles de oxígeno en tus pulmones durante el ejercicio? Cuando hace ejercicio y sus músculos trabajan más intensamente, su cuerpo consume más oxígeno y produce más dióxido de carbono. Para hacer frente a esta demanda adicional, la respiración tiene que aumentar aproximadamente de 15 veces por minuto (12 litros de aire) cuando se está en reposo, hasta unas 40-60 veces por minuto (100 litros de aire) durante el ejercicio. La circulación también se acelera para llevar el oxígeno a los músculos, que pueden así mantenerse en movimiento.
• ¿Qué relación hay entre el aumento de la frecuencia cardiaca y el aumento de la frecuencia respiratoria durante la actividad física? La frecuencia respiratoria se mantiene elevada inmediatamente después del ejercicio aeróbico. La respiración rápida continúa llevando oxígeno a través de los pulmones y, en definitiva, a la sangre y músculos. Aunque los músculos no se utilizan tan ampliamente como durante la sesión de ejercicios, este aumento de la frecuencia respiratoria y cardíaca evita la concentración de dióxido de carbono y restaura el oxígeno necesario que se agotó durante el ejercicio.

B. El empleo de sensores para medir la concentración de CO2

Observa en la computadora la forma de las gráficas en las tres distintas situaciones. Comenta con tus compañeros de equipo estas observaciones y escriban en sus cuadernos las conclusiones a las que llegaron para cada una de las situaciones.

Anota en tu cuaderno los datos que se obtuvieron en cada una de las tres situaciones en las que se registró la concentración de CO2 (control, respiración en reposo, respiración después de hacer ejercicio), arregla estos datos en tres tablas distintas y grafícalos en papel milimétrico.

Análisis de resultados:

Analiza con tu equipo las gráficas que hicieron y respondan las siguientes preguntas:

¿Para qué piensas que se hizo el registro del dispositivo “control”?

Para poder notar la diferencia antes y después de hacer ejercicio.

¿Hubo alguna diferencia entre el registro de la respiración “en reposo” y “después de un ejercicio?
 si, incremento el ritmo cardiaco y la frecuencia respiratoria lo que significaba que necesitaba mas energia y esta se obtiene a través de la respiración

Realiza la caracterización de los conceptos: Degradación de glucosa, aire, respiración pulmonar, reacción química, energía.

Replanteamiento de las predicciones de los alumnos:

Conceptos clave:

• Ritmo cardiaco: Es el número de latidos del corazón por la unidad del tiempo. El ritmo cardíaco se expresa Generalmente como batidos por minuto (BPM).

• cavidad torácica: Está formada por las costillas, los músculos del tórax, el esternón y la porción torácica de la columna vertebral. Dentro de la cavidad torácica se encuentra la cavidad pericárdica, un espacio lleno de líquido que rodea al corazón, y dos cavidades pleurales. Cada cavidad pleural rodea a un pulmón y contiene una pequeña cantidad de líquido.

• centro respiratorio: A nivel central, la respiración está controlada por diversas zonas del tronco del encéfalo que se conocen con el nombre de centros respiratorios y que son: Centros bulbares, Centro apnéustico, Centro neumotáxico, Centros superiores.

• frecuencia respiratoria: Es la cantidad de ciclos respiratorios que aparecen en un individuo durante un minuto.

• ciclo respiratorio:Un ciclo respiratorio está formado por una inspiración (aire que entra) y una espiración (aire que sale).

• Pulmones: Estructuras anatómicas pertenecientes al sistema respiratorio, que captan el aire del medio.

• Alvéolos: Son los divertículos terminales del árbol bronquial, en donde el oxígeno inspirado entra a la sangre  y al mismo tiempo el Co2 sale.

• Diafragma: Músculo ancho situado entre las cavidades pectoral y abdominal y ayuda en el proceso de inspiracion y espiracion.

• Glóbulos rojos: Son células que carecen de núcleo, se encuentran en constante movimiento a través del sistema sanguíneo y una de sus principales funciones es el transporte de nutrientes y oxígeno.

Resultados:

	Miguel	Azul
Pulso en reposo	95	67
Respiración en reposo	15	22
Pulso después de caminar	97	69
Respiración	18	18
Pulso después de subir y bajar las escaleras	113	102
Respiración	21	21
Pulso corriendo en la rampa	157	125
Respiración	45	28
Pulso corriendo hasta Audiovisual	162	132
Respiración	49	31

Conclusiones

• El aparato respiratorio y el circulatorio están altamente relacionados para poder captar y distribuir el oxígeno a todo el organismo, y al mismo tiempo desechar el dióxido de carbono. Cuando existe un aumento en la actividad física, significa que existe un consumo mayor de ATP que se traduce como un aumento de la respiración para obtener energía y por consiguiente un aumento en la respiración.

W Gowin

Bibliografía

• Eldra P. Solomon, Somonom. Octava edición: Mc Graw Hill. Pag. 1017

• Programa de Biología III
• Neil A. Campell, Lawrence G. Reece, 2007, Biología: concepto y relaciones, México, Pearson Educación, 3era Edición.