Biología, la vida en la tierra con fisiología TOMO 02-páginas-44

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6 4 8 A i i J l o m ú y f i s io l o g ía a n im a l
•>) A lveo lo s co n ca p ta re s
diafragm a
(a) A p a rato resp ira to rio s n lo s se re s hum anos
A F IG U R A 33-7 E l a p a ra to re s p ira to r io en lo s s e re s h u m a n o s (a) A q u i s e i l u s t r a n l a s p r i n c i p a l e s 
e s t r u c t u r a s d e l s i s t e m a r e s p i r a t o r i o e n l o s s e r e s h u m a n o s . L a a r t e r i a p u l m o n a r t r a n s p o r t a s a n g r e s i n o x i g e n o 
( a z u l ) a l o s p u l m o n e s ; l a v e n a p u l m o n a r t r a n s p o r t a s a n g r e o x i g e n a d a ( r o j o ) d e r e g r e s o a l c o r a z ó n .
(b ) A c e r c a m i e n t o d e l o s a l v e o l o s ( e l I n t e r i o r s e m u e s t r a e n c o r t e s t r a n s v e r s a l e s ) y l o s c a p i l a r e s q u e l o s 
r o d e a n .
dote lia les q ue fo rm an la pared d e ca d a cap ilar, un idas p o r fibras 
proteicas q ue secretan estas célu las. C o m o las paredes alveolares 
y las paredes d e los capilares adyacentes s ó lo t ien e n un a cé lu la de 
grosor, los gases d eb en recorrer u n a d is ta n d a m u y co rta para mo- 
w rs e e n tre e l a ire y la sangre (F IG U R A 33-9). Los alveo los están re­
s is tid o s con u n a capa de lgada d e liq u id o q ue co n tien e surfactante 
o tensoactivo (u n a sustancia parecida al detergente, com puesta 
d e p rote ínas y líp id o s ), la cu a l ev ita q ue las paredes a lveo lares se 
peguen e n tre s í y se co lapsen a l e x h a la r el aire. A l pasar los gases 
se d isu e lven e n este líq u id o para en tra r o s a lir del aire alveolar.
E l oxígeno y e l dióxido d e carbono se transportan 
a la sangre m ediante d istin tos mecanismos 
lo s sistem as resp iratorio y d reu la to rio trabajan e n arm on ía para 
ap o yar la resp iradón celu lar. La sangre recoge O , d e l a ire e n los
< R G U R A 33-8 L a m a n io b ra d e H e im lic h p u e d e s a lv a r v id a s S i
u n a p e r s o n a s e a t r a g a n t a y n o p u e d e r e s p i r a r , u n r e s c a t l s t a p u e d e a p l i c a r 
l a m a n i o b r a d e H e i m l i c h p a r a e x p u l s a r e l o b j e t o ; d i c h a m a n i o b r a c o n s i s t e 
e n e m p u j a r c o n r a p i d e z h a c i a a r r i b a y h a c i a d e n t r o s o b r e e l d i a f r a g m a d e 
l a p e r s o n a a f e c t a d a y f o r z a r a q u e e l a i r e s a l g a d e s u s p u l m o n e s . E s p o s i b l e 
r e p e t i r e s t a a c c i ó n , e n c a s o d e s e r n e c e s a r i o .
pulm ones — 
com prim idos
d iafragm a — 
om pujado 
h a d a arrib a
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G uard ián de la salud
Respiración 6 4 9
Fumar, una decisión de vida y respiración
Alrededor d e 440 m il p ersonasen Estados Unidos mueren 
cada año por enferm edades relacionadas con e l tabaquismo, 
entre la sq u e se Incluyen e l enfisema, la bronquitis crónica, 
las enfermedades ca rracas , e l infarto, el cáncer de pulm ón y 
muchas o tras form as de cáncer.
A l I n h a l a r e l h u m o , s u s t a n c i a s t ó x i c a s c o m o l a n i c o t i n a y 
e f d i ó x i d o d e a z u f r e p a r a l i z a n l o s c i l i o s q u e r e c u b r e n l a s v í a s 
( e s p i r a t o r i a s ; u n s o l o c i g a r r i l l o p u e d e d e s a c t i v a r l o s d u r a n t e 
u n a h o r a . C o m o l o s d io s e l i m i n a n l a s p a r t í c u l a s I n h a l a d a s , e l 
t a b a q u i s m o l o s i n h i b e J u s t o c u a n d o m á s s e n e c e s i t a n , l a p a r t e 
v i s i b l e d e l h u m o d e l c i g a r r i l l o e s t á c o n f o r m a d a d e m i l e s d e 
m l H o n e s d e p a r t í c u l a s d e c a r b o n o . A d h e r i d a s a e s t a s p a r t í c u l a s 
m i c r o s c ó p i c a s , s e e n c u e n t r a n a l r e d e d o r d e 200 s u s t a n c i a s t ó x i c a s 
d i f e r e n t e s , d e l a s c u a l e s m á s d e u n a d o c e n a s o n c a r c i n ó g e n o s 
( s u s t a n c i a s q u e c a u s a n e l c á n c e r ) c o n o c i d o s o p o s i b l e s 
c a r c i n ó g e n o s . C o n l o s c i l i o s i n c a p a c i t a d o s , l a s p a r t í c u l a s s e p e g a n 
a l a s p a r e d e s d e l a s v í a s r e s p i r a t o r i a s y e n t r a n e n l o s p u l m o n e s .
E l h u m o d e l d g a r r l B o t a m b i é n a f e c t a l a s c é l u l a s s a n g u í n e a s 
q u e d e f i e n d e n e l s i s t e m a r e s p i r a t o r i o f a g o c i t a n d o l a s p a r t í c u l a s 
e x t r a ñ a s y l a s b a c t e r i a s . C o m o c o n s e c u e n c i a , t o d a v í a u n a m a y o r 
c a n t i d a d d e b a c t e r i a s , p o l v o y p a r t í c u l a s d e h u m o e n t r a n e n l o s 
p u l m o n e s . E n r e s p u e s t a a l a I r r i t a c i ó n c a u s a d a p o r e l b u r r o d e l 
c i g a r r i l l o , e l s i s t e m a r e s p i r a t o r i o p r o d u c e m a y o r c a n t i d a d d e 
m o c o , o t r o m é t o d o p a r a a t r a p a r l a s p a r t í c u l a s e x t r a ñ a s . P e r o s i n 
q u e l o s d l i o s l o a r r a s t r e n , e l m o c o s e a c u m u l a y p u e d e o b s t r u i r 
l a s v í a s r e s p i r a t o r i a s , p r o d u c i e n d o l a y a f a m i l i a r t o s d e l f u m a d o r " . 
P a r t í c u l a s d e h u m o m i c r o s c ó p i c a s s e a c u m u l a n e n l o s a l v e o l o s 
a l p a s o d e l o s a ñ o s h a s t a q u e l o s p u l m o n e s d e u n f u m a d o r 
c o n s t a n t e l i t e r a l m e n t e s e e n n e g r e c e n ( c o m p a r a e l p u l m ó n n o r m a l 
e n l a R G U R A E 3 3 - 3 « c o n e l p u l m ó n e n f e r m o d e l a F IG U R A E 3 3 - 3 b . 
C u a n t o m á s t i e m p o s e e x p o n g a n l o s d e l i c a d o s t e j i d o s d e l o s 
p u l m o n e s a l o s c a r c i n ó g e n o s e n l a s p a r t í c u l a s a t r a p a d a s , m a y o r e s 
l a p r o b a b i l i d a d d e d e s a r r o l l a r c á n c e r (FIG U R A E 3 3 - 3 c ) .
A l g u n o s f u m a d o r e s d e s a r r o l l a n b r o n q u i t i s c r ó n i c a , u n a 
I n f e c c i ó n p u l m o n a r p e r s i s t e n t e c a r a c t e r i z a d a p o r t o s . h i n c h a z ó n 
d e l r e v e s t i m i e n t o d e l a s v í a s r e s p i r a t o r i a s , i n c r e m e n t o e n l a 
p r o d u c c i ó n d e m o c o y r e d u c c i ó n t a n t o e n n ú m e r o c o m o e n
actividad de los cilios. El resultado e s un menor flq|o de aire 
hacia los alveolos. El monóxido de carbono, presente en altos 
rtve lcs en el humo del cigarrillo, se une tenazmente a los 
ló b u lo s rojos en lugar d e l oxigeno, reduciendo la capacidad 
de la sangre para transportar oxigeno y aumentando la 
carga de trabajo sobre e l corazón. La bronquitis crónica y el 
enfisema aumentan este problema.
El tabaquismo promueve también la ateroesderosls, o 
engrasamiento de la s paredes arteriales debido a depósitos 
grasos q ue pueden d ar lugar a ataques cardiacos (véanse las 
páginas 632 y 6 3 3 ). Corro resultado de e llo , los fumadores 
Oenen 70% m ás probabilidades que los no fumadores de 
rro rlrd e una enfermedad cardiaca. El monóxido de carbono 
en el humo del cigarra puede contribuir a los problemas 
reproductivos que experimentan las m o eres q ue fuman, 
porque priva de oxigeno al feto e n desarrollo. Estas 
complicaciones incluyen un aumento e n la incidencia de la 
^fertilidad y los abortos, bebés con bajo peso a l nacer y, 
posteriormente, problemas d e aprendizajey conductuales 
en los niños. A pesar de lo anterior, por lo m eros 1034 d e las 
mujeres embarazadas e n Estados Unidos siguen fumando.
E l tabaquism o pasivo, o e l hecho de respirar humo de 
dgarrlllo. representa un verdadero peligro para la salud de 
niños y adultos, lo s investigadores han llegado a la conclusión 
de que los niños cuyos padres fuman, tienen menor capacidad 
pulmonar y m ayor probabilidad de contraer bronquitis, 
neumonía, infecciones d e l oído, to s y resfriados. Los niños 
que crecen con fumadores tienen m ás probabilidades de 
desarrollar asm a y alergias, el tabaquism o pasivo aum enta el 
número y la gravedad d e los ataques d e asma, lo s cónyuges 
no fumadores d e personas que fuman enfrentan un riesgo 
3034 m ás alto d e sufrir un ataque cardiaco y cáncer de 
pulmón que los cónyuges d e no fumadores. Los Centers for 
O sease Control and Prcventlon (Centros para e l Control y la 
Prevención de las Enfermedades) estiman que el tabaquismo 
pasivo e s responsable de aproximadamente 49 m il muertes 
relacionadas con el tabaco cada año en Estados Unidos.
▲ F IG U R A E33-3 E l tabaqu ism o d añ a los pu lm ones (a ) P u l m ó n n o r m a l , (b ) P u l m ó n d e u n f u m a d o r q u e m u r i ó d e 
e n f i s e m a , e l t e j i d o e s t á e n n e g r e c i d o y c o l a p s a d o p o r q u e s u s a l v e o l o s s e r o m p i e r o n , ( c ) U n c á n c e r d e p u l m ó n e s v i s i b l e e n 
f o r m a d e m a s a p á l i d a ; e l t e j i d o p u l m o n a r q u e l o r o d e a s e e n c u e n t r a e n n e g r e c i d o p o r l a s p a r t í c u l a s d e h u m o a t r a p a d a s .
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6S0 A iu io m ú y ftsiologvi animal
(a ire en los 
alveo los)
A R G U R A 33-9 E l in te rca m b io d e g a s e s e n t r e lo s a lv e o lo s
y lo s c a p ila re s l a membrana respiratoria consiste en alveo los y 
paredes de los capilares (cada una con e l grosor de una célula), lo s 
g ises se difunden a través d e esta membrana entre los pulmones 
y e l sistem a circulatorio. El interior del a lveo lo es tá cubierto por un 
fluido que contiene un tcnsoacttvo resbaladizo que Impide que las 
paredes alveolares se peguen entre si.
Estudio de caso c o n t i n u a c i ó n
Vidas entre humo
0 asm a ocurre cuando el tejido m uscu lar liso en los 
bronqulolos se vuelve hlperexcitab lc y la producción d e m oco 
aum enta, a menudo debido a una alerg ia a una sustancia 
Inhalada, com o humo o polen. Durante un ataque d e asm a, 
el músculo liso de los bronquiolos se contrae, reduciendo el 
diám etro de las vias d e aire y provocando que el afectado 
tenga q ue hacer un esfuerzo para poder respirar. Los 
Inhaladores para el asm a sum inistran m edicam ento q ue relaja 
estos m úsculos, vo lviendo a abrir las v ia s respiratorias.
Al irrita r los bronqulolos. el hum o del cigarrillo aum enta 
en gran m edida la probabilidad d e un ataque de asm a. Sin 
embargo, la nicotina es tan adictfva q ue algunos estudiantes 
llevan consigo tanto c igarros como inhaladores para el asma. 
Investigaciones recientes demuestran q ue adolescentes com o 
Jam es, quien fum a al m enos 300 cigarrillos a l año. presentan 
un riesgo cuatro veces m ás a lto d e desarro llar asm a. Los 
adolescentes que fum an y cuyas m adres fum aron durante 
el em barazo tienen casi nueve veces m ás probabilidades de 
desarro llar asm a q ue quienes no presentan n inguno d e estos 
factores d e riesgo.
pu lm ones y la su m in istra a los te jidos d e l cuerpo, abso rb iendo al 
m ism o tiem p o C O , de los tejidos para liberarlo e n los pulm ones, 
la to s in tercam bios ocurren deb ido a q ue los gradientes d e concen ­
trad ón los favorecen. En los pu lm ones, e l con ten ido d e O , es alto 
y e l d e C O , es bajo (F IG U R A 33-10), m ientras q ue e n las células
▲ F IG U R A 33-10 T r a n s p o r t e d e o x íg e n o y d ió x id o 
d e c a rb o n o (a ) El alto contenido de oxigeno del aire en los 
alveolos favorece la difusión de oxigeno a través d e la membrana 
respiratoria y e n los capilares alveolares. Aquí, e l oxigeno se une a la 
hemoglobina y e s transportado a las células de los tejidos corporales, 
cuyo contenido más bajo de oxigeno hace q ue éste salga de los 
capilares y se diríja a l líquido extracelular circundante y a las células,
(b ) El dióxido de carbono se difunde desde las células d e los tejidos 
a través d e l líquido cxtracelular y e n los capilares. O Una pequeña 
cantidad d e C O , se transporta d isuettoen el plasma. © P a r t e d c IC O , 
se une a la hemoglobina para su transpone. 0 la mayor pane del 
C O , d e los tejidos se com bina con H ,0 mediante la enzima anhldrasa 
carbónica en los glóbulos rojos, formando HCO» y H \ El H* se une a 
b hemoglobina y O * !1 NCOj difunde al plasma para su transpone. 
© E n los capilares alveolares, conforme bajan los niveles d e C O ,, el 
HCO, difunde otra ve z hacia los glóbulos rojos, donde la anhldrasa 
carbónica lo vuelve a combinar con H \ formando H ,0 y CO , © El 
CO , difunde hacia e l plasma y luego a los alveolos.
P R E G U N T A ¿Por qué e s Im ponante que los Iones de hidrógeno 
(generados al formarse bicarbonato) permanezcan unidos a la 
hemoglobina?
fe) Transporte d e C O , d e los te jidos a los pulm ones
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Respiración 6 5 1
Estudio de caso
Vidas entre humo
c o n t i n u a c i ó n
lo s pulm ones d e un fum ador se b loquean con m oco repleto 
d e sustancias tóxicas del hum o d e cigarro . El m oco causa 
irritación e in fecciones frecuentes, q ue estim ulan a los glóbulos 
blancos para que se reúnan en los pulmones. A qu i. liberan 
enzim as que atacan las paredes d e los alveo los, provocando 
q ue se vuelvan frág iles y se rom pan, causando enfisema. 
Conform e c l en fisem a progresa, los pulm ones de un fum ador 
se transform an de un aspecto sano de esponja de co lo r rosado, 
a verse como un queso suizo ennegrecido, l a pérdida de 
alveo los, donde ocu rre el intercam bio de gases, d a lugar a la 
privación d e oxigeno en todo el cuerpo, y en ocasiones a la 
m uerte. Nueve de cada 10 casos d e enfisem a son provocados 
por tabaquism o y, aunque el daño resulta perm anente, la gente 
que deja d e fum ar puede d ism inu ir en gran m edida e l progreso 
de la enfermedad.
d e l cuerpo e l co n ten id o d e C O , es a lto y e l d e O , es ba jo [lé a se la 
figura 33-11).
C as i to d o e l O , (a lreded o r d e 9 8 % ) transportado p o r la 
sangre está u n id o a la h e m o g lo b in a , un a p ro te ín a q ue d a su co ­
lo r a los g lób u lo s rojos [véase la figura 33-10). C a d a m o lécu la 
d e h em o g lob ina puede transpo rtar hasta cu a tro m oléculas d e O ,, 
cada un a u n id a a u n o d e los cu a tro grupos h e m o (q u e con tie ­
n en h ie rro ) integrados e n la p rote ína {véase la figura 3-20). A l 
e lim in a r e l ox ígeno d e la so luc ió n e n el p lasm a, la hem og lob ina 
m an tien e el grad iente d e con cen trac ión que m u eve e l ox igeno de 
los p u lm on es al p lasm a (d o n d e es recog ido p o r L i h em o g lo b in a ), 
p e rm itien d o que la sangre transpo rte m u ch o m ás ox ígeno que 
si éste se encon trara so lam en te d isu e lto e n e l p lasm a. C o m o el 
oxigeno se u n e a la h e m o g lo b in a , la p ro te ín a cam b ia d e fo rm a, lo 
que a lte ra su co lo r; la sangre oxigenada tien e un co lo r ro jo cereza 
b rillan te y la sangre s in oxígeno un c o lo r ro jo m arrón , p o r lo que 
se ve co n u n to n o azu l a través de la p ie l. P o r esta razón, la sangre 
oxigenada es representada con co lo r ro jo y la sangre s in oxígeno 
con c o lo r azul.
lil d ió x id o d e ca rbono de laresp iración celu lar e n las células 
d e l cuerpo se d ifund e a los capilares cercanos y luego es transpor­
tada e n el torrente sanguíneo hacia las m em branas respiratorias de 
los a lveo los. La sangre transporta C O , d e tres m aneras diferentes: 
«asi 1 0 % se disuelve e n e l p lasm a (F IG U R A 33-10 b 0) , aproxim a­
dam ente 2 0 % se u n e a la h em o g lob ina (H G U R A 33-10 b 0 ) y la 
m ayo r parte (a lrededor d e 7 0 % ) se com b ina con agua para form ar 
iones b icarbonato ( H C O , " ) e n la reaedón siguiente:
C O , + H , 0 —.1 1 * + H C O j~
Fs ta reaed ó n ocu rre e n los g lób u lo s rojos, d o n d e se loca liza la 
enz im a necesaria (an h id ra sa ca rb ó n ica ) (F IG U R A 33-10b O ) . 
Luego, la m ayo r parte del H C O j " se «lifunde h a d a el p lasm a, 
m ien tras casi to d o e l H * perm anece e n los g ló b u lo s rojos, un id o 
a hem o g lob ina , lo q u e ayud a a ev ita r cjue e l p lasm a sanguíneo 
se vu e lva d em asiado á d d o (u n a c o n d id ó n seria «jue p uede d ar 
lug ar al com a y a la m u erte ). La p ro d u e d ó n de ion es b icarbonato 
y la u n ió n d e parte d e l C O , a la h e m o g lo b in a reduce la concen ­
tra d ó n del C O , «lisuelto e n e l p lasm a sanguíneo , au m en tan d o así
e l grad iente p a ra q u e e l C O , se d ifu n d a d e las célu las del cuerpo 
a l p lasm a.
La reacción que p rod uce iones b ica rb o n a to es reversible 
co n fo rm e la sangre ílu y c a través de los cap ilares q ue ro dean los 
a lveo los, d on tle el C O , es bajo:
H * + H C O j- —» C O , + H , 0 
C u a n d o el C O , sa le d e la sangre y se d ifu n d e a los a lveo los, el 
H C O j ' s e d ifund e o tra vez h a d a los g lób u lo s ro jos (F IG U R A
33- 10b O ) don ile se recom bina con H * , regenerártelo C O , y 11,0 
(F IG U R A 33-10b 0). Posteriorm ente, e l C O , se d ifu n d e hacia el 
a ire e n le » alveo lo*, que es exha lado desde l<» pu lm ones, m ie n ­
tras q ue el H , 0 perm anece e n la sangre.
El aire se inhala de form a activa 
y se exhala de manera pasiva
l a respiración «Jcurre e n d e» etapas: ( 1 ) in h a la c ió n , cuando e l aire 
entra e n le » pu lm ones y (2 ) e x h a la c ió n , cuando sa le d e los p u lm o ­
nes. l a in h a la d ó n «xtirre m a n d o la cav idad torárira » agranda. FJ 
lím ite in fe rio r d e la cavidad torádea está fo rm ado p o r un a lám i­
n a muscular: el d ia frag m a , q ue tien e form a de d om o h a d a arriba 
cuan tío está re lajado . D urante la inh a lac ió n , e l d iafragm a se co n ­
trae, ja lánd o lo h a d a abajo. Ix » m úsculos d e las ce»tillas tam bién 
se contraen duran te la in h a lad ó n , levan tando las ceratillas hacia 
arriba y hacia fuera, bste» d e» m ovim ien tos m usculares agrandan 
la cavitiad torácica (H G U R A 33-11 a ). C u a n d o la cavidad torádea se 
expande, le» pu lm ones se in flan en su interior, porque u n espacio 
s in a íre co n un a capa d e líq u id o le» sella herm éticam ente contra 
la pared in terio r del pecho. C on fo rm e le» pulm ones se expanden 
duran te la in h a la d ó n , su m ayor vo lu m en crea u n va c ío parcial q ue 
suedo na aire hacia elle». U n a herida punzante en e l pecho es p e li­
grosa, e n parte porque perm ite q ue e l a ire fluya entre la pared del 
pecho y le» pu lm ones, o cas ionando que se rom pa e l se llo , lo que 
evita q ue le » pulm ones se in fle n al expandirse la cav idad torádea.
Aunejue el a ire puede exhalarse d e m anera forzada, por lo 
general la in h a la d ó n «xurre e n fo rm a espontánea al relajarse le»
¿Te has preguntado...
por qué las personas p ueden morir por respirar 
monóxido de carbono?
B monóxido de carbono (CO) es un gas tóxico producido por 
la combustión (como ocurre en los motores, hornos y a l quemar 
carbón y cigarrillos) cuando el combustible no se quema 
por completo para formar d ióxido de carbono. El monóxido de 
carbono puede ser mortal porque se une a los mismos sitios 
en la hemoglobina a los que se une el oxigeno, pero se adhiere 
con una fuerza 2 0 0 veces mayor, evitando que la hemoglobina 
transpone O ,, la s personas pueden morir de asfixia al respirar 
aire que contenga tan sólo 0 .1 % de CO.
la hemoglobina unida al CO e s d e color rojo brillante, al 
Igual que la sangre oxigenada, y como se une con tanta fuerza, 
d CO ocupa muchos m ás sitie» en ella que e l oxigeno. Como 
resultado de ello, aunque la mayoría de las vfctlmas de asfixia 
presentan los labios y las uñas azulados porque la hemoglobina 
no contiene oxigeno, los labios y uñas de las victim as de 
envenenam iento con C O son de color rojo más brillante d e lo 
normal.v y
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