Biología, la vida en la tierra con fisiología TOMO 02-páginas-45

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6 5 2 A n a t o m í a y ( B i o l o g ía animal
(a) Inha lación (b) Exhalac ión
A F IG U R A 33-11 L a m e c á n ic a d e la r e s p ir a d ó n ( a ) Durante la Inhalación, tos impulsos nerviosos 
rítmicos del cerebro estimulan e l diafragma para contraerlo (halándolo hacia abajo) y los músculos que 
rodean las costillas se contraen (moviéndolas hacia arriba y hacia fuera). El resultado e s un Incremento del 
tamaño de la cavidad torácica, lo cual provoca que el a ire entre, ( b ) Durante la exhalación, estos músculos 
se relajan; esto permite que e l d iafragma forme un domo hacia arriba y que las costlBas se colapsen, 
haciendo que el a ire salga d e tos pulmones.
P R E G U N T A ¿Por q ué la contracción d e l músculo d e l d iafragma (que reduce su tamaño) aumenta el 
volumen de la cavidad torácica?
m ú scu los q ue la causan. C u a n d o el d iafragm a se relaja( fo rm a 
u n d o m o h a d a arriba; a l m ism o tiem p o , las costillas b a jan y se 
m ueven h a d a dentro . A m bo s m o v im ie n to s reducen el tam año 
d e la cavidad to rád ca y hacen q ue e l a ire salga d e los pu lm ones 
( f i g u r a 33-11 b ). Es posib le hacer q ue salga m ás a ire provocando 
la co n tra cd ó n de los m úsculos abdom inales. Después d e la exha­
lac ió n , lo s pu lm ones con tienen to d a v ía algo d e aire, lo q u e evita 
q ue los delgados a lveo los se co lapsen y llena los esp ado s e n el 
in te r io r de la parte conducto ra d e l s is tem a resp ira torio . U n a res­
p ira d ó n típ ica m u eve a lrededo r d e 500 m L d e a ire 'n u e v o ’ hacia 
el s is tem a resp iratorio. D e éstos, só lo a lrededo r d e 3 5 0 m i. llegan 
a los a lveo los d o n d e ocurre el in te rcam b io de gases. D u ran te el 
e je rd a o , un a resp iración m ás p rofunda p uede m o ve r varias veces 
m ás aire.
R io F l ix Gas Exchange (disponible en inglés)
E l c e n t r o r e s p ir a t o r io d e l c e r e b r o c o n t r o la 
la f r e c u e n c ia r e s p ir a t o r ia
Im ag in a có m o sería tener q ue pensar cada vez que respiraras. Po r 
suerte, la resp iradón ocurre d e m anera rítm ica y autom ática s in 
ipner q ue pensar consden tem ente en e lla . Pero , a d iferen ria del 
m ú scu lo cardiaco, los m úsculos utilizados e n la re sp irad ó n n o se 
activan solos; cada con tracdón es estim ulada p o r im pulsos d e las
célu las nerviosas. D ich os im pu lsos se o rig inan e n el c e n tro re s ­
p ira to r io , q ue se localiza e n la m édula, un a parte del cerebro 
q ue se encuentra justo arriba d e la m édu la esp inal (léase la figura 
38-1?). L i s célu las nerviosas e n el centro resp iratorio generan ex­
p losiones cíclicas d e im pu lsos (p o tend a les d e a c d ó n ) q ue p ro ve ­
a n la co n tracd ó n (seguida por la re la jadón pasiva) d e los múscu­
los respiratorios.
E l cen tro resp iratorio recibe in fo rm a d ó n d e diversas fuen­
tes y ajusta la frecuencia resp iratoria y e l vo lu m e n para cu b rir las 
necesidades cam bian tes d e l o rganism o. La frecuencia es tá regula­
d a sobre to d o p o r los receptores d e C O , , q ue tam b ién se loca lizan 
e n la m édu la. Éstos ajustan la frecuencia resp iratoria para m an te ­
ner u n n iv e l ba jo u n tan to c o n s u m e d e d ió x id o d e ca rb o n o e n la 
sangre, a l tiem po q ue g iran tizan que los n iveles d e oxígeno sigan 
s iendo adecuados. Po r e jem p lo , s i corres h a d a n i clase, nis m úscu­
los neces iun m ás A T P . Esto requiere un increm ento e n la respira­
c ió n celu lar, q ue g enera m ás C O ,. Lo s receptores e n la m édula 
d etectan el exceso d e C O , y te hacen resp irar co n m ayo r rap idez 
y p ro fu n d id ad , para e lim in a r m ás C O , y o b ten e r m ás O , . Estos 
receptores son m u y sensib les; u n in c rem en to e n e l C O , d e só lo
0 .3 % p uede d u p lica r la frecuencia resp iratoria. C o m o un a espede 
d e s is tem a d e respaldo, tam b ién h a y receptores d e O , e n la aor­
ta y e n las arterias carótidas q ue estim uLm e l cen tro resp iratorio 
p a ra au m en ta r la v e lo d d a d y la p ro fu nd idad d e la re sp irad ó n si 
bajan los n ive les de oxígeno e n la sangre.
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R e s p i r a c ió n 6 5 3
Estudio de caso o t r o v i s t a z o
vidas entre humo
*Por alguna razón, se cree que un papel enrollado con tabaco y 
nicotina e n su interior te hace ser más popular, confiar más en ti 
mismo o estar más a la moda. En realidad, no e s a$r, comenta James, 
quien finalmente dejó d e fumar en su tercer intento, Justo antes de 
cumplir 21 años. 'Estaba cansado de nocosiiarto. de sentirme ansioso, 
del olor y del sabor. Estaba cansado de las miradas de otras personas, 
de la vergüenza que sentía. del dolor Infligido a m is seres queridos... 
la lista es Interminable.*
0 éxito d e Jam es no es la norma. Casi todos los fumadores que 
Inician e l tabaquismo en la preparatoria afirman que lo dejarán en 
cinco años, pero más de la mitad siguen fumando siete años después, 
l a nicotina e n el tabaco es una droga adjetive muy poderosa, tan 
adictiva como la cocaína o la heroína. Al igual que éstas, la nicotina 
activa el centro cerebral de recompensa, un grupo d e células que se 
encuentran en lo más profundo d e l cerebro. Normalmente, este centro 
es activado por estímulos naturales que nos ayudan a sobrevivir y 
reproducirnos, como comer alimentos ricos en calorías y participar en 
una actividad sexual. Pero todas las drogas adictlves también activan 
el centro cerebral de recompensa, a menudo con mayor intensidad 
que los estímulos naturales. 0 cerebro se adapta al volverse menos 
sensible a estas drogas, y necesita de mayores cantidades para 
experimentar e l mismo efecto estimulante. Estos cambios hacen que 
el centro d e recompensa se sienta menos estimulado e n ausencia 
de la nicotina, produciendo síntomas de abstinencia como deseo de 
nicotina, depresión, ansiedad, irritabilidad, dificultad para 
concentrarse, dolores de cabeza y trastornos d e l sueño.
Ftor desgracia, la adolescencia e s una época e n la que el cerebro 
todavía e n desarrollo e s particularmente susceptible a la adicción a 
la nicotina. Evidencias recientes sugieren que los adolescentes que 
fuman sólo unos cuantos cigarrillos a la semana pueden volverse 
dependientes d e l hábito, experimentando ansiedad y otros 
síntomas de abstinencia cuando tratan de dejarlo. Aunque al menos 
7C94 d e los fumadores quisieran dejar el hábito, sólo cerca de la mitad 
lo lograrán. De aquellos que continúan fumando, casi la mitad morirán 
por enfermedades relacionadas con el tabaquismo.
Si e res un fumador que logra abandonar el hábito, las recompensas 
empiezan d e inmediato. Después de 20 minutos, tu presión sanguínea 
y tu pulso bajan. A las 8 horas, el nivel de monóxido d e carbono en tu 
sangre disminuye, permitiendo que e l oxigeno e n tu sangre aumente 
a los niveles normales. Después de un día. las probabilidades de que 
sufras un ataque cardiaco comienzan a disminuir. A los dos dias, 
empezarás a disfrutar más de la comida, y a que tus sentidos d e l gusto 
y el olfato aumentarán. Durante los primeros meses, te darás cuenta 
de que cada vez es más fácil hacer ejercido conforme tu circulación 
y tu función respiratoria mejoran. La tos del fumador desaparecerá 
e n forma gradual, la congestión de los senos paranasales cederá y 
tendrás más energía. Cinco años más tarde presentarás casi la mitad 
del riesgo d e padecer una enfermedad cardiovascular que un fumador 
constante. Después de 10 años, el riesgo de cáncer pulmonar será 
de casi la mitad del que tiene un fumador; asimismo, c l riesgo de 
cáncer de páncreas, riñón, vejiga, esófago, garganta y boca también 
disminuirá. En un periodo de 20 a B0 años, el riesgo de morir por 
todas las causas relacionadas con el tabaquismo será casi tan bajo 
como el de las personas que nunca han fumado.
C o n s id e ra e s to
Un estudiante de la Universidad d e Illinois habla sobre el 
tabaquismo: " la gente adquiere el hábito sin importarle nada... 
Tenemos derecho a e leg ir cómo v iv ir". Los Institutos Nacionales de 
Salud de Estados Unidos reportan que los costos médicos d irectos 
del tratam iento de las enfermedades causadas por e l tabaquismo 
son 7S mil m illones de dólares al año en d icho país, l a sociedad 
absorbe ese costo, ya sea a través de los Impuestos q ue sostienen 
a los servicios de salud Medicare y Medicaid, o a través de altas 
primas de seguros pagadas por Incfividuos y empresas. El aumento 
en las tarifas de los seguros ha provocado un incremento en el 
porcentaje de fam ilias no aseguradas, quienes a menudo reciben 
atención médica inadecuada como resultado de esto. Además, 
cada año, miles d e estadounidenses no fumadores mueren de 
cáncer de pulmón y enfermedades cardiovasculares atribulóles 
al tabaquismo pasivo. Con estos hechos en mente, analiza la 
afirmación acerca d e que la gente tiene derecho a decidir si 
fuma o no.
Repaso del capítulo
Resum en de conceptos d ave
3 3 .1 ¿ A q u é se d e b e e l in te rca m b io d e g ase s?
13 sistem a resp iratorio contribuye a la resp iración celular. EJ aire 
rico e n oxígeno es in h a lad o y abastece d e O , a la sangre, q ue lo 
transporta a las célu las d e todo e l cuerpo. La sangre tam b ién recoge 
el C O , (u n desecho d e la resp iración ce lu lar) d e las célu las d e l cuer­
p o y lo transporta a los pulm ones, d o n d e se libera a la atmósfera.
3 3 .2 A lg u n a s a d a p ta c io n e s ev o lu tiva s 
p a r a e l in te r c a m b io d e gases
E J in te rcam bio d e O , y C O , entre el cuerpo y e l am b iente ocurre 
por d ifu s ió n a través d e u n a superficie húm eda . En los am bientes 
acuáticos, los an im a les con cuerpos m u y pequeños o p lanos pue­
den carecer d e estructuras respiratorias especializadas y , e n vez de 
d ías , depender exclusivam ente de la d ifu s ión a través d e la superfi­
cie corporal. Ix » an im a les con bajas dem andas m etabólicas o siste­
m as circulatorios b ien desarro llados tam b ién pueden carecer d e es­
tructuras respiratorias especializadas. Los an im a les m ás grandes y 
activos han desarro llado sistem as respiratorios especializados. Ix » 
an im ales e n am bientes acuáticos suelen tener branquias, co m o las 
d e los peces y an fib ios. E n e l m e d io terrestre, las superficies respira­
torias deben estar protegidas y m antenerse húm edas internam ente. 
Esto h a dado lugar a la e vo lu d ó n d e tráqueas e n los insectos y 
pu lm ones e n los vertebrados terrestres.
l a transferenda d e gases en tre los sistem as resp iratorios y 
los te jido s requ iere tan to d e l flu jo m asivo co m o d e la d ifusión . 
EJ aire o el agua se m ueven m ed ian te el f iu jo m asivo p o r to d a la 
su perfide resp iratoria; los gases tam b ién son transportados e n la 
sangre p o r m e d io d e l f lu jo sanguíneo . Los gases se m ueven por 
d ifu s ió n a través d e las m em branas entre el s is tem a resp iratorio y 
los capilares y en tre los capilares y los tejidos.
3 3 .3 ¿C ó m o fu n c io n a e l s is te m a re sp ira to r io 
en b s se res h u m a n o s ?
E J sistem a resp iratorio h u m an o inc lu ye un a p an e conductora que 
consiste en nariz y boca, faringe, laringe, tráquea, b ronqu ios y 
b ronqu io los, y un a po rrió n para el in te rcam b io d e gases q ue está 
com puesta p o r alveolos. La sangre, d en tro de un a densa red capilar 
q ue rodea los alveolos, libera C O , h a d a e l a ire a lveo lar y absorbe 
O , d e éste.
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6 5 4 A i i a i o m ú y l i s io logia a n im a l
La m ayor parte del O , transportado e n la sangre se u n e a la he­
m og lob ina e n los g lóbulos rojos. A l e lim in a r el O , d e la so luc ió n 
en e l p lasm a, la hem og lob ina m antiene u n grad iente que favorece 
la d ifu s ión de oxigeno del aire e n los a lveo los e n la sangre. Pos­
teriorm ente, la hem og lob ina transporta el O , a los tejidos corpo­
rales, donde se d ifunde . E l d ió x id o de ca rbono se d ifunde de los 
tejidos hacia la sangre. La m ayor pane es transportada por ion es de 
b icarbonato, u n a parte se adhiere a la hem og lob ina y un poco es 
transponado co m o d iso luc ión e n el p lasm a sanguíneo.
La resp iración consiste d e la in h a lac ió n , q u e in troduce de 
fo rm a ac tiva a ire a los p u lm on es m ed ian te la con tracc ión del d ia ­
fragm a y los m úsculos d e las costillas, exp an d iend o la cavidad 
torácica, l a exha lac ión es pasiva y ocu rre a ta n d o estos m úsculos 
se re lajan, co n la consecuente reducc ión del vo lu m e n d e la ca v i­
dad torácica y la expu ls ión del aire. l a resp iración es con tro lada 
por el cen tro resp ira torio d e la m édu la. La frecuencia resp iratoria 
es con tro lada p o r los receptores q ue m o n ito rean los n iveles de 
d ió x id o de ca rb o n o y oxígeno, sobre to d o aque llos e n la m édu la 
q ue id en tifican los n iveles d e C O ,.
B io F l ix Gas Exchange (Intercambio de gases)
por y perm ite q ue estos m úsculos . _. l a respi-
Térm inos dave
a lv e o lo 646 
b ra n q u ia 642 
b ro n q u io 646 
h ro n q u io lo 646 
cen tro re s p ira to r io 652 
cu erdas v o ca le s 645 
d ia frag m a 651 
cp ig lo t is 645 
e sp irá cu lo 643 
ex h a lac ió n 651 
b r in g e 64.5 
f lu jo m a s iv o 642 
h e m o g lo b in a 6 5 1
in h a la c ió n 651 
in te rca m b io a
a » n trac o rn e n te 643 
Laringe 645
m a n io b ra d e H e im lic h 645 
m e m b ran a re sp ira to r ia 647 
parte co n d u c to ra 645 
parte d e in te rca m b io de 
gases 645 
p u lm ó n 643 
re sp ira c ió n 641 
tráq u e a 645 
tráq ueas 643
Razonam iento d e conceptos
U e n a lo s e s p a c io s
I . ¿Q ué porción de la parte conductora del sistema respiratorio es
com partida con el tracto d igestivo ?___________ ¿Q u é estructura
norm alm ente evita que la com ida entre en la la ring e?__________
Luego d e pasar por la laringe, el aire v ia ja en secuencia a través
d e __________ , ___________ y , después de lo cu a l entra
en la p an e donde se realiza el in tercam bio d e gases del sistema 
respiratorio, q u e consiste e n __________ .
2. En los pulm ones, el oxígeno se d ifunde a los vasos sanguíneos
conocidos c o m o ___________ . l a m ayor pane del oxígeno en la
sangre es transportado por una proteína llam ada . la
m ayor p an e del d ióx ido de ca rbono en la sangre es transportado 
en forma de iones . Las célu las requieren d e oxígeno y
liberan d ióx ido d e carbono porque generan energía m ediante el 
proceso d e __________ .
3. l a m em brana respiratoria se encuentra e n _____________. D icha
m em brana consta de la pared d e u n (a ) y la pared de
u n (a ) un idas por tejido conectivo. La m em brana res­
p iratoria tiene u n grosor d e (¿cuán tas?) _ _ _ _ _ células. E J inte­
rio r d e la m em brana respiratoria está revestido con u n liquido
que co n tien e___________ .
4. E l a ire es inhalado cuando e l __________ y los m úsculos de las
costillas se contraen, haciendo q ue la cavidad torácica__________ .
En contraste, la exhalación es u n proceso d e , provocado
ración es im pulsada por las neuronas d e l a localizadas
en e l _____________ del cerebro, l a frecuencia respiratoria dismi-
d e __________ e nnuye cuando los receptores detectan un 
b sangre.
5. M enciona tres enfermedades que se presentan con m ayor fre­
cuencia e n los fumadores: . ___________ y __________. M en­
ciona tres trastornos (em peorados por el tabaquism o pasivo) 
que son m ucho m ás frecuentes en h ijos d e fum adores que en 
hijos d e no fum adores:_________ , ___________y ___________.
P re g u n ta s d e rep aso
1. Describe el in tercam bio a contracorriente. ¿Cuáles son los bene­
fidos de este proceso? ¿C ó m o fundona en las branquias de los 
peces?
2. Traza la ruta tom ada p o r el aire en e l sistema respiratorio de los 
■ramíferos; m enciona las estructuras a través d e las cuales fluye 
y el punto en el q ue o a irre el intercam bio de gases.
3. Explica algunas características d e los anim ales que habitan en 
ambientes húmedos que hacen q ue los sistemas respiratorios 
especializados sean innecesarios.
4 . ¿C óm o se in ic ia la respiración? ¿C ó m o se m odifica y por qué 
estos controles son adaptativos?
5. ¿Q ué eventos ocurren duran te la in h a la rión e n el ser hum ano? 
¿En la exhaladón? ¿C u á l d e éstos siem pre es un proceso activo?
6. Describe los efectos del tabaquism o en el sistema respiratorio de 
los seres humanos.
7. Com para d flu jo m asivo y la d ifusión. Explica có m o interactúa 
el flujo y la difusión para p rom over el intercam bio d e gases en- 
Be d aire y la sangre, y entre la sangre y los tejidos.
8. Com para la m anera de transportar e l C O , y el O , e n la sangre. 
In d u ye la fuente y el destino d e cada uno.
9. Explica de q ué m anera la estructura y la organización de los al­
veo los los hacen adecuados para su fu n d ó n e n el intercam bio 
de ¡
A p licación de conceptos
1. B io É tic a lo s trasplantes d e corazón y pu lm ón se realizan 
a i algunos casos e n los q ue am bos órganos han sido dañados 
por fiimar. C o n base en n i conodm ien to actual acerca d e los sis­
temas respiratorio y circulatorio y las decisiones d e estilo de vida 
que podrían dañar estos sistemas d e órganos, ¿qué criterios utili- 
zirías para d eg ir a un receptor d e u n trasplante de este tipo? C on­
sidera la escasez de donadores de órganos al tom ar n i decisión.
2. l a nicotina es una droga contenida en d tabaco, responsable 
tfc varios de los efectos que buscan los fumadores. Analiza las 
m i la jas y desventajas de los cigarrillos bajos en nicotina.
3. Analiza por q ué una breve exposición a l m onóx ido d e carbono 
es m u ch o m ás peligrosa que un a exposición sim ilar al dióxido 
de carbono.
4. Revisa los sistemas i espiratorios d e los insectos y los mamíferos 
(coasulta d capítulo 32). ¿D e q ué m anera el sistema respira­
torio d e u n insecto tiene algunas de las funciones d d sistema 
circulatorio d e los m am íferos?
5. Mary, una niña testaruda de tres años d e edad, amenaza con 
dejar d e respirar hasta m orir si no se sale con la suya. ¿Puede 
cum plir su am enaza? Explica.
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