Actividad experimental 1. Segunda etapa.
Funcionamiento del aparato respiratorio humano
Preguntas generadoras:
1. ¿Cuál es la función principal del aparato respiratorio humano?
El aparato respiratorio es el encargado de captar oxígeno O2 y eliminar el dióxido de carbono CO2 procedente del metabolismo celular. El aparato respiratorio generalmente incluye tubos, como los bronquios, usados para cargar aire en los pulmones, donde ocurre el intercambio gaseoso.
2. ¿Qué relación hay entre la frecuencia respiratoria y el ritmo cardiaco?
La frecuencia respiratoria es el número de veces que una persona respira por minuto. Se suele medir cuando la persona está en reposo, y consiste simplemente en contar el número de respiraciones durante un minuto contando las veces que se eleva su pecho. El ritmo del pulso es la medida de la frecuencia cardiaca, es decir, del número de veces que el corazón late por minuto. Cuando el corazón impulsa la sangre a través de las arterias, las arterias se expanden y se contraen con el flujo de la sangre.
3. ¿Qué relación existe entre el aparato respiratorio pulmonar del ser humano y la respiración de las células?
El paso del oxigeno desde el exterior hasta las células es directa y muy sencillas en los organismos más simples, en las que se difunden desde el medio, pero no sucede así en las especies y grupos más avanzados. En estos existen un autentico medio interno orgánicos separados del medio por una multitud de barreras constituidas por las membranas, tejidos y conductos biológicos. Por dicha razón, es preciso que tales organismos se desarrollen sistemas y aparatos adecuados que permitan que el oxígeno llegue hasta los últimos rincones del cuerpo.
Tal función la desempeña el aparato respiratorio, que adaptan diferentes estructuras y posiciones, desde formaciones de conductos y túbulos que se ramifican por el interior del organismo hasta cavidades en formas de sacos.
Estrechamente ligado a los aparatos respiratorios se hallan el sistema circulatorio, en el que se ha desarrollado elementos celulares especializados en transportar el oxigeno, lo que se consigue capturando a este mediante pigmentos respiratorios tales como la hemoglobina.
4. ¿De dónde proviene el C02 que se produce durante la respiración?
La respiración se emplea el oxígeno del aire, que a su vez es un producto de la fotosíntesis oxigénica, y se desecha dióxido de carbono; en la fotosíntesis se utiliza el dióxido de carbono y se produce el oxígeno
Planteamiento de las hipótesis:
Hipótesis Aimé:
El sistema respiratorio está íntimamente ligado con el ritmo cardiaco, ya que cada vez que hay una respiración es respuesta a que la sangre siguió su camino correctamente, están unidos porque sin el aparato circulatorio no se podría intercambiar las cargas de oxigeno a dióxido de carbono, ya que gracias a este proceso de respiración las células reciben el oxigeno.
Hipótesis de víctor:
El aparato respiratorio está dividido por varios órganos del hombre encargados de introducir (inhalar) oxigeno del medio para llevar hasta el último rincón del cuerpo, donde las células se encarguen de la degradación de la glucosa obtenida a través de la alimentación y de esta forma obtener energía, produciendo dióxido de carbono (CO2) que se eliminara del cuerpo (exhalación) de lo cual se encargaran principalmente los pulmones, al número de veces que ocurra este proceso durante un minuto se le denomina frecuencia respiratoria, el cual dependerá directamente del ritmo cardíaco.
Hipótesis Eduardo:
El objetivo principal de la práctica consiste en inferir acerca de la relación que tiene nuestro organismo en general, en este caso, la relación que tiene el sistema respiratorio con el sistema circulatorio, pues el sistema respiratorio es el que se encarga de suministrar el oxigeno a la sangre, y que a su vez esta lo distribuya a todos los tejidos del cuerpo. Nuestra frecuencia cardiaca y respiratoria aumentara conforme se realice actividad física, como resultado las células producirán una mayor cantidad de energía y deberán utilizar más oxigeno.
Hipótesis Aarón:
El aparato respiratorio humano tiene una gran importancia en el organismo ya que el aparato respiratorio está encargado de introducir o inhalar oxigeno al cuerpo y por medio de la hemoglobina que se encuentra en la sangre, el oxigeno es transportada a todas las células del cuerpo, así también la función del aparato respiratorio de exhalar el CO2 del cuerpo que se produce en las células durante la degradación de la glucosa.
Hipótesis Oscar
La respiración no solo es el intercambio de gases con la atmosfera, sino el transformar la energía de los alimentos en energía que puede utilizar las células del cuerpo humano.
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
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.
Registra tus datos en un cuadro como el siguiente:
| Ximena. | Reposo. | Caminando. | Trote. | Corriendo. |
| Frecuencia cardiaca. | 80 pulsaciones/min | 100 pulsaciones/min | 120 pulsaciones/min | 149 pulsaciones/min |
| Frecuencia respiratoria. | 18 respiraciones/min | 22 respiraciones/min | 32 respiraciones/min | 37 respiraciones/min |
| Eduardo. | Reposo. | Caminando. | Trote. | Corriendo. |
| Frecuencia cardiaca. | 62 pulsaciones/min | 110 pulsaciones/min | 118 pulsaciones/min | 150 pulsaciones/min |
| Frecuencia respiratoria. | 18 respiraciones/min | 27 respiraciones/min | 43 respiraciones/min | 45 respiraciones/min |
Repite la operación al menos con una persona más y compara los datos registrados.
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 comienzan a producir más energía para el cuerpo lo que llevara a que la frecuencia cardiaca aumente y a su vez que la frecuencia respiratoria también tenga una aceleración.
¿Para qué debemos respirar más rápido en esta situación?
Porque al llevarse a cabo la respiración estas tomando oxigeno del medio a través del mecanismo respiratorio que será el encargado de llevarlo hasta las células y estas lo tomaran para que junto con algunos compuestos de los alimentos brinden al cuerpo energía la cual requerirá para realizar las actividades que dicho ejercicio necesite.
¿Qué sucede con la frecuencia cardiaca y respiratoria durante el ejercicio?
¿Qué pasa con los niveles de oxígeno en tus pulmones durante el ejercicio?
El nivel de oxigeno aumenta en los pulmones debido a que en la práctica que hicimos pudimos observar que la velocidad de la frecuencia respiratoria aumento por lo tanto es lógico que si entra una cierta cantidad de oxigeno normalmente y de repente esta se altera la cantidad de oxigeno que hay dentro de los pulmones aumenta a cierta cantidad donde las células puedan realizare el proceso de respiración de manera correcta.
¿Qué relación hay entre el aumento de la frecuencia cardiaca y el aumento de la frecuencia respiratoria durante la actividad física?
La relación que este entre el aparato respiratorio es que este se ocupa de capturar el oxigeno, mientras que el aparato circulatorio se encarga de transportar el oxigeno a cada una de las células de nuestro organismo para que ellas realicen el proceso de respiración y obtención de energía
Realiza la caracterización de los conceptos:
Inhalación
La inhalación o inspiración es el proceso por el cual entra aire desde un medio exterior hacia el interior de un organismo (pulmones). La comunicación de los pulmones con el exterior se realiza por medio de la tráquea.
Exhalación
Emisión de un gas, vapor u olor.
Pulmones
Los pulmones son los órganos en los cuales la sangre recibe oxígeno desde el aire y a su vez la sangre se desprende de dióxido de carbono el cual pasa al aire. Este intercambio, se produce mediante la difusión del oxígeno y el dióxido de carbono entre la sangre y los alvéolos que forman los pulmones.
Alvéolos
Los alveolos son sacos recubiertos en su pared interna por líquido blanco y pegajoso. Los alveolos pulmonares son los divertículos terminales del árbol bronquial, en los que tiene lugar el intercambio gaseoso entre el aire inspirado y la sangre.
Diafragma
El diafragma, que se localiza debajo de los pulmones, es el principal músculo de la respiración. Es un músculo largo en forma de domo que se contrae de manera rítmica y continua y, la mayoría del tiempo, de manera involuntaria. En la inhalación, el diafragma se contrae y se allana y la cavidad torácica se amplía. Esta contracción crea un vacío que succiona el aire hacia los pulmones. En la exhalación, el diafragma se relaja y retoma su forma de domo y el aire es expulsado de los pulmones.
Glóbulos rojos
Los glóbulos rojos cumplen la importante función de transportar oxígeno. Estos glóbulos, que flotan en tu sangre, comienzan su travesía en los pulmones, donde recogen el oxígeno del aire que respiras. Después, se dirigen al corazón, que bombea la sangre, y reparten oxígeno a todas las partes del cuerpo.
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:
¿Encontraste diferencias en las concentraciones de CO2? ¿A qué crees que de deban?
¿Para qué piensas que se hizo el registro del dispositivo “control”?
¿Hubo alguna diferencia entre el registro de la respiración “en reposo” y “después de un ejercicio?
¿Qué opinas del uso de estos instrumentos para trabajar en clase?
Realiza la caracterización de los conceptos:
Degradación de glucosa
Cuando la glucosa que llega a las células es degradada, en un proceso denominado glucólisis, con ayuda del oxígeno, cuya principal función es la de combustionar la glucosa. Como producto de este proceso se reconvierte en agua (que eliminamos o reutilizamos) y anhídrido carbónico (que exhalamos por medio de la respiración).
Este es el modo principal de obtener energía para realizar todas las actividades que la requieran. Cuando falta este glúcido, las proteínas esenciales se metabolizan para convertirse en energía y evitar daños irreparables.
Aire
El aire es la mezcla gaseosa que forma la atmósfera terrestre. Más allá del vapor de agua que aparece en distintas proporciones, este fluido está compuesto por 78 partes de nitrógeno, 21 partes de oxígeno y una de argón y otros gases similares, junto a algunas centésimas de dióxido de carbono.
El término se utiliza, por extensión, para nombrar a la atmósfera en general y al viento.
Respiración pulmonar
La RESPIRACIÓN PULMONAR consta de las siguientes ETAPAS:
a) MECÁNICA RESPIRATORIA que consiste en la entrada y salida del aire. La entrada de aire (Inspiración) y su salida (Espiración) constituyen un proceso mecánico semiautomático en el que participa activamente el músculo diafragma.
b) HEMATOSIS que es el intercambio de gases a nivel pulmonar. La Hematosis es el intercambio de gases entre el pulmón y la sangre que se produce por ósmosis a nivel de los sacos alveolares de cada pulmón. En este proceso se verifica el pasaje de CO2 desde los capilares arteriales hacia el interior del saco alveolar y de O2 desde el saco alveolar hacia los capilares venosos. Las consecuencias de este proceso son la Descarboxilación y la Oxigenación de la sangre.
c) RESPIRACIÓN INTERNA que es el intercambio de gases a nivel de los tejidos. Es el proceso que se cumple a nivel de todos los tejidos del cuerpo y consiste en el pasaje, por ósmosis, de O2 desde los capilares arteriales hasta las células y de CO2 desde las células hasta los capilares venosos.
Reacción química
La reacción es una acción que obra en sentido contrario a otra acción, ofreciendo resistencia u oposición. La reacción química, por su parte, es el proceso a través del cual dos sustancias se transforman en otras por la acción de un factor energético
Energía
El concepto de energía está relacionado con la capacidad de poner en movimiento o transformar algo.
Replanteamiento de las predicciones de los alumnos
Relaciones. Con esta sencilla actividad los alumnos podrán comenzar a relacionar el proceso respiratorio con la liberación de la energía que se requiere para realizar cualquier actividad o trabajo. Además se da apertura a la concepción de la respiración como un proceso que se realiza a nivel celular.
Por otro lado involucra a los alumnos en el uso de equipos poco convencionales para comprender fenómenos biológicos y les permite aplicar conocimientos de otras disciplinas para interpretar los resultados que obtuvieron del monitoreo.
