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Ficha temática

Sistema respiratorio

El intercambio de gases entre el organismo y el ambiente se conoce como respiración. El siguiente recurso entrega información acerca de todo el sistema que permite que respiremos. Contiene ilustraciones.

Sistema Respiratorio

La respiración permite el intercambio de gases entre el organismo y el ambiente. Durante este proceso, el organismo capta oxígeno desde el medio ambiente para suministrarlo a las células del cuerpo. Por otra parte, el dióxido de carbono generado en la respiración celular se elimina al ambiente. Este intercambio de gases es posible  gracias a las diferentes estructuras que forman el aparato respiratorio (Fig. 8).

Esquema uno sistema respiratorio

Esquema dos sistema respiratorio

Fig. 8: Estructuras del sistema respiratorio humano.

Las vías respiratorias, desde las fosas nasales hasta los bronquiolos terminales, se mantienen húmedas gracias a la presencia de una capa de células epiteliales, que produce una sustancia llamada moco. El moco humedece el aire e impide que las delicadas paredes alveolares se sequen, a la vez que atrapa a las partículas de polvo y sustancias extrañas que se inhalan.

También  existen  células  ciliadas que poseen movimientos ondulatorios. Estos movimientos hacen que el moco fluya lentamente hacia la laringe. Luego el moco y las partículas que lleva atrapadas son deglutidos o expulsados al exterior por medio de la tos.

La respiración es posible gracias a que la cavidad torácica está cerrada, de modo que el aire solamente puede entrar por la tráquea. En este proceso podemos distinguir dos fases:
Inspiración: músculos intercostales y diafragma se contraen, aumenta el volumen de la caja torácica y de los pulmones y el aire llena a estos últimos.
Espiración: músculos intercostales y diafragma se relajan, disminuye el volumen de la caja torácica y de los pulmones y el aire es expulsado de estos últimos.

¿Cómo y dónde se produce el intercambio gaseoso? Cuando el aire entra en los pulmones, circula por los bronquios y luego por las divisiones repetidas de los bronquiolos, que dan lugar a los bronquiolos terminales o respiratorios. Estos, a su vez, se abren en el conducto alveolar, del cual derivan los sacos alveolares. La pared de cada conducto alveolar y de los sacos alveolares, están formadas por varias unidades llamadas alvéolos (Fig. 9).

Esquema de alvéolo

Fig. 9: Estructura del alvéolo.

Los  alvéolos están revestidos por una monocapa muy delgada de  células epiteliales y poseen una alta irrigación sanguínea, lo que permite que los gases difundan libremente a través de la pared de los alvéolos hacia los capilares alveolares (Fig. 10), en donde los glóbulos rojos serán los encargados de transportar el oxígeno hasta las células. El CO2 hace el camino inverso pasando desde los capilares alveolares hacia el ambiente.

Esquema de intercambio gaseoso en alvéolo

 Fig. 10: Relaciones de intercambio gaseoso entre alvéolo y circulación sanguínea.

 

EL SISTEMA CIRCULATORIO

La mayoría  de las células del cuerpo humano no están en contacto directo con el ambiente externo.  El sistema circulatorio actúa como un servicio de transporte para estas células. Dos fluidos se mueven  a través del sistema circulatorio: sangre y linfa.

EL CORAZÓN

La sangre, corazón y los vasos sanguíneos forman el sistema cardiovascular.  La linfa, los ganglios linfáticos y los vasos linfáticos forman el sistema linfático. El sistema cardiovascular y el sistema linfático colectivamente conforman el sistema circulatorio. El sistema circulatorio transporta nutrientes, hormonas y gases;  lleva desechos; y ayuda a mantener una temperatura corporal constante. El órgano central del sistema cardiovascular es el corazón, el órgano muscular que bombea sangre a través de una red de vasos sanguíneos. 
Este órgano que es ligeramente más grande que un puño, se ubica dentro de la cavidad torácica, detrás del esternón y entre los dos pulmones.  Una membrana resistente,  en forma de saco llamada pericardio rodea el corazón y secreta un líquido que reduce la fricción del corazón cuando el éste late. Un tabique divide verticalmente el corazón en dos lados. El lado derecho bombea sangre hacia los pulmones y el lado izquierdo bombea sangre a las otras partes del cuerpo. Cada lado del corazón se divide en una cámara superior y una inferior. Las cámaras superiores se llaman aurículas o atrios, y las cámaras inferiores se llaman ventrículos. Entre cada aurícula y ventrículo hay válvulas de tejido que se abren en una sola dirección.  La  válvula del lado derecho del corazón se llama tricúspide. La válvula bicúspide o mitral, se encuentra en el lado izquierdo. Cuando los ventrículos bombean sangre, la presión arterial cierra las válvulas aurículo-ventriculares  para evitar que la sangre se devuelva a las aurículas. Desde los ventrículos, la sangre es bombeada hacia fuera del corazón dentro de dos grandes vasos.  Una válvula semilunar separa los ventrículos de estos grandes vasos en cada lado del corazón. La válvula semilunar del lado derecho se conoce como válvula pulmonar, y la válvula semilunar del lado izquierdo se conoce como válvula aórtica. Las válvulas semilunares evitan que la sangre fluya hacia los ventrículos cuando el corazón se relaja.

Circulación en el corazón

La sangre que regresa  al corazón de distintas partes del cuerpo -exceptuando los capilares alveolares de los pulmones- tiene una alta concentración de dióxido de carbono y una baja concentración de oxígeno.
A continuación se detalla la secuencia de la circulación que sigue esta sangre dentro del corazón:
• La sangre entra en la aurícula derecha.
• La aurícula derecha envía sangre desoxigenada al  ventrículo derecho.
• Los músculos del ventrículo derecho se contraen forzando a la sangre a entrar en las arterias pulmonares.
• La arteria pulmonar envía la sangre a los pulmones. 
• En los pulmones,  el dióxido de carbono difunde fuera de la sangre y el oxígeno difunde hacia la sangre. 
• La sangre oxigenada vuelve a la aurícula izquierda del corazón.
• La sangre oxigenada, a continuación, es bombeada hacia el ventrículo izquierdo.
• La contracción de las paredes musculares del  ventrículo izquierdo fuerza a la sangre a entrar en un gran vaso sanguíneo llamado aorta.
• De la aorta, la sangre es transportada a todas las partes del cuerpo.

El ventrículo izquierdo es la cámara más grande del corazón, ya que tiene que trabajar más para bombear sangre a todas las partes del cuerpo. La sangre desoxigenada comúnmente se representa con el color azul.  Sin embargo, es un error pensar que la sangre desoxigenada es azul.  Cuando el oxígeno está acoplado a la hemoglobina, la sangre es de color rojo brillante. Sin oxígeno, la sangre es de color rojo oscuro. La sangre de color rojo oscuro en las venas aparece como azul cuando se ve a través de las paredes de las venas y la piel.

Control del ritmo cardíaco

El corazón está conformado por células musculares que se contraen en forma secuencial a partir de un punto inicial. Cuando el primer grupo de células es estimulado, éstas a su vez estimulan a las células vecinas. Esas células, a continuación, estimulan más células.  Esta reacción en cadena continúa hasta que todas las células se contraen. La onda de actividad se propaga de tal forma, que las aurículas y los ventrículos se contraen con un ritmo constante. El primer grupo de células de músculo cardíaco en ser estimuladas se encuentra en una zona conocida como el nodo sinusal. El nodo sinusal es un grupo de células especializadas situadas en la aurícula derecha. Estas células musculares inician espontáneamente su propio impulso eléctrico y se contraen. El nodo sinusal es a menudo llamado el marcapasos, porque controla la frecuencia de contracción de todo el corazón. El impulso eléctrico iniciado por el nodo sinusal posteriormente llega a otra zona especializada del corazón, conocida como el nódulo auriculoventricular. El nodo auriculoventricular se encuentra en el tabique entre las aurículas. El nodo auriculoventricular retransmite el impulso eléctrico hacia las células musculares que componen los ventrículos. Como resultado, los ventrículos se contraen una fracción de segundo después que las aurículas, completándose un latido cardíaco.  En un adulto promedio en reposo, el corazón late acerca de 70  veces cada minuto. Un latido tiene dos fases. La primera fase, llamada sístole, se produce cuando los ventrículos se contraen, cerrando las válvulas auriculoventriculares y abriendo las válvulas semilunares, bombeando sangre hacia los principales vasos que salen del corazón. La fase dos, llamada diástole, ocurre cuando los ventrículos se relajan, permitiendo que la presión de la sangre vuelva a su nivel basal, cerrando las válvulas semilunares y abriendo las válvulas auriculoventriculares.  El cierre de estas dos válvulas origina el característico sonido que llamamos latido cardíaco.  Si una de las válvulas no se cierre correctamente, la sangre puede fluir hacia atrás, creando un sonido diferente, que es conocido como soplo cardíaco. El pulso de una persona,  es una serie de ondas de presión dentro de una arteria causada por la contracción del ventrículo izquierdo. Cuando el ventrículo se contrae, la sangre fluye a través de las arterias y las paredes elásticas de los vasos se expanden y estiran. El pulso promedio oscila entre 70 y 90 latidos por minuto para adultos.
 
VASOS SANGUÍNEOS

El sistema circulatorio es conocido como un sistema cerrado porque la sangre está dentro del corazón o los vasos sanguíneos todo el tiempo.  Este tipo de sistema difiere de un sistema abierto, en el que la sangre deja los vasos y circula dentro de los tejidos a lo largo del  organismo. Los vasos sanguíneos que forman parte del sistema circulatorio cerrado de los seres humanos forman una vasta red que ayuda  a mantener la sangre fluyendo  en una dirección.

Las arterias y la presión arterial

Los grandes vasos, que transportan la sangre desde el corazón se llaman arterias.  Las gruesos paredes de las arterias tienen tres capas: una capa endotelial interna, una capa media de músculo liso y una capa externa de tejido conectivo. Esta estructura le da a las arterias una combinación de fuerza y elasticidad, que les permite dilatarse cuando la sangre con alta presión entra desde el corazón.  Tu puedes sentir este estiramiento de las arterias — es tu pulso. La contracción del  corazón mueve la sangre a través de las arterias con mucha fuerza.  La fuerza que ejerce la  sangre en contra de las paredes internas de un vaso sanguíneo, es conocida como la presión arterial.  La presión arterial es más alta en las dos arterias principales que salen del corazón, y por lo general es medida en la arteria que suministra sangre al brazo.  Para medir la presión arterial, una persona capacitada infla un brazalete que se coloca alrededor del  brazo de un paciente, deteniendo  temporalmente el flujo de sangre a través de la arteria. Conectado al brazalete hay un indicador que contiene una columna de mercurio (Hg) que se eleva cuando la presión en el brazalete aumenta. A continuación, se libera el aire en el brazalete poco a poco, mientras se escucha la arteria con un estetoscopio y se observa la columna de mercurio. Los primeros sonidos de sangre pasando a través de la arteria indican la presión sistólica, o la presión de la sangre cuando los ventrículos se contraen.  En un adulto normal,  la presión sistólica es de aproximadamente 120 mm de Hg para hombres y 110 mm de Hg para mujeres.  Siguiendo a la  liberación del aire en el brazalete, la persona capacitada está  atenta a escuchar la desaparición del sonido, lo que indica un flujo constante de sangre a través de la arteria en el brazo.  Esto indica la presión diastólica.  En un adulto normal, es la presión diastólica es de alrededor de 80 mm de Hg para hombres y 70 mm de Hg para mujeres. La presión arterial alta, o hipertensión, es la principal causa de muerte en muchos países.  Una presión sanguínea  superior a la normal ejercería una presión excesiva sobre las paredes de las arterias y aumentaría  la posibilidad de que un vaso sufra daños.

Capilares y venas

Recuerda que cuando el ventrículo izquierdo se contrae, fuerza la entrada de sangre en la aorta, la arteria más grande del cuerpo.  De la aorta, la sangre viaja a través de una red de arterias más pequeñas, que a su vez se dividen, formando vasos más pequeños, llamados arteriolas. Las arteriolas se ramifican en una red de diminutos vasos, llamados capilares. El diámetro de un capilar es tan pequeño que los glóbulos rojos deben moverse en una fila a través de estos vasos.  Todo el intercambio de nutrientes y desechos entre la sangre y las células se produce a través de las delgadas paredes de los capilares.

La estrecha asociación entre capilares y células permite el intercambio rápido de materiales. Las paredes de los capilares constan de una sola capa de células; gases y nutrientes pueden difundir a través de estas delgadas paredes. Cuando la concentración de oxígeno o nutrientes es mayor en las células de la sangre que en los tejidos de alrededor, la sustancia difunde desde la sangre a las células. Si las concentraciones de carbono dióxido y desechos son más elevadas en las células que en la sangre,  estas sustancias difunden desde  las células hacia la sangre. La sangre fluye a través de los capilares, los cuales se van uniendo  para formar vasos más grandes llamados  vénulas. A su vez, varias vénulas se unen para formar una vena, un vaso sanguíneo grande que lleva la sangre de vuelta al corazón. Las venas que regresan la sangre pobre en oxígeno  desde las partes inferiores del cuerpo se unen  para formar la vena cava inferior. Las venas que  regresan la sangre pobre en oxígeno desde las partes superiores del cuerpo se unen  para formar la vena cava superior.  A pesar de que las paredes de las venas están compuestas por tres capas, como las de las arterias, son más delgadas y poseen menos tejido muscular y elástico.  En el momento que la sangre llega a las venas, está bajo mucho menos presión de la que hay en las arterias. Con menor presión  ejercida sobre las venas, la sangre podría fluir hacia atrás e interrumpir el patrón de la circulación. Para evitarlo, existen  válvulas en las venas que mantienen la sangre fluyendo en una sola dirección.  Este flujo es ayudado a su vez por la contraccción y relajación de la musculatura esquelética que rodea a las venas.

PATRONES DE CIRCULACIÓN

El sistema cardiovascular consta de dos subsistemas primarios: la circulación pulmonar, en la que la sangre viaja entre el corazón y los pulmones, y la circulación sistémica, en la que la sangre viaja entre el corazón y otros tejidos del cuerpo.

Circulación pulmonar
La sangre desoxigenada que regresa de todas las partes del cuerpo -exceptuando los capilares alveolares de los pulmones- entra en la aurícula derecha, donde, a continuación, entra en el ventrículo derecho. Cuando se contrae el ventrículo derecho, la sangre desoxigenada es enviada a través de la arteria pulmonar a los pulmones. La arteria pulmonar es la única arteria que lleva sangre desoxigenada en el cuerpo. La arteria pulmonar se ramifica en dos arterias más pequeñas, con una arteria que va a cada pulmón. Estas arterias se bifurcan en arteriolas y, a continuación, en capilares alveolares dentro de los pulmones. En los pulmones, el dióxido de carbono difunde fuera de los capilares alveolares y el oxígeno difunde hacia los capilares.  La sangre oxigenada, a continuación desemboca en vénulas, las que confluyen en venas pulmonares que conducen la sangre a la aurícula izquierda del corazón. Desde la aurícula izquierda, la sangre es bombeada hacia el ventrículo izquierdo y, a continuación, hacia el organismo a través de la arteria aorta.

Circulación sistémica
La circulación sistémica es el movimiento de sangre entre el corazón y todas las partes del cuerpo exceptuando los capilares alveolares de los pulmones. La sangre oxigenada es bombeada fuera del ventrículo izquierdo hacia la aorta. Desde la aorta, la sangre fluye en otros subsistemas de circulación sistémica. La circulación coronaria es el subsistema de circulación sistémica que suministra sangre al corazón mismo.  Si el flujo sanguíneo en las arterias coronarias, que suministran sangre al corazón, se reduce o corta, las células musculares cardíacas podrían morir.  Esto puede ocurrir cuando se bloquea una arteria por un coágulo de sangre o por aterosclerosis, una enfermedad que se caracteriza por la acumulación de lípidos en el interior de las paredes de las arterias coronarias. Cualquier tipo de bloqueo puede llevar a un ataque al corazón. La circulación portal hepática es un subsistema de la circulación sistémica. Los nutrientes son absorbidos en los capilares en el intestino y son transportados por la sangre al hígado. Un exceso de nutrientes se almacena en el hígado para necesidades futuras. El hígado recibe sangre oxigenada de una gran arteria que proviene de la aorta. La circulación renal, otro subsistema de la circulación sistémica, suministra sangre a los riñones. Casi una cuarta parte de la sangre que es bombeada en la aorta por el ventrículo izquierdo fluye hacia los riñones.
Los riñones filtran los desechos metabólicos de la sangre.
 
LA SANGRE

La sangre es un tejido conectivo líquido. Las dos funciones principales de la sangre son el transporte de nutrientes y oxígeno a las células y llevar dióxido de carbono y otros residuos de materiales desde las células. La sangre también transfiere calor a la superficie corporal y juega un rol importante en la defensa del cuerpo contra las enfermedades.

COMPOSICIÓN DE LA SANGRE

La sangre se compone de una parte líquida o plasma, y elementos figurados. Los elementos figurados incluyen  glóbulos rojos, blancos y plaquetas.  El plasma constituye cerca del 55% de la sangre y los elementos figurados constituyen el 45% restante. Un adulto sano tiene alrededor de 4 a 5 Litros de sangre en su cuerpo.

Plasma
El plasma, es un líquido viscoso, compuesto en un 90% de agua, e incluye metabolitos, nutrientes, desechos, sales y proteínas. Las células reciben nutrientes de las sustancias disueltas transportadas en el plasma. Estas sustancias, que pueden incluir vitaminas, minerales, aminoácidos y glucosa, son absorbidas en el sistema digestivo y transportadas a las células. El plasma también transporta hormonas y lleva los desechos de las células hacia los riñones o los pulmones para ser eliminados del cuerpo. Una  variedad de proteínas son transportadas en el plasma. Estas proteínas plasmáticas tienen varias funciones.  Algunas son esenciales en  la formación de coágulos de sangre. Otra proteína, llamada albúmina, desempeña un papel importante en la regulación del la presión osmótica entre las células de la sangre y el plasma,  y entre el plasma y los tejidos. Otras proteínas, llamadas anticuerpos, ayudan al cuerpo a combatir las enfermedades.

Glóbulos rojos
Glóbulos rojos o eritrocitos transportan oxígeno a las células de todo el cuerpo. Los glóbulos rojos se forman en la médula roja de los huesos. Los glóbulos rojos inmaduros sintetizan grandes cantidades de una proteína que contiene hierro llamada hemoglobina. La hemoglobina es la molécula que realmente transporta el oxígeno y, en menor medida,dióxido de carbono. Durante la formación de los glóbulos rojos, el núcleo de la célula y su organelos se desintegran. Un glóbulo rojo maduro es poco más que una membrana plasmática que contiene hemoglobina. Ya que los glóbulos rojos carecen de núcleo, no pueden dividirse y tienen un período de vida limitada, por lo general de 120 a 130 días.

Glóbulos blancos
Los glóbulos blancos o leucocitos, ayudan a defender al cuerpo contra las enfermedades.  Se forman en la médula roja, pero algunos deben viajar a los ganglios linfáticos, las amígdalas, el timo o el bazo para madurar. Los glóbulos blancos son más grandes que los glóbulos rojos y significativamente menos abundantes. Cada milímetro cúbico de sangre normalmente contiene cerca de 4 millones de glóbulos rojos de y 7.000 glóbulos blancos. Los glóbulos blancos pueden atravesar las  paredes de los vasos sanguíneos y llegar al líquido intersticial. De esa forma los glóbulos blancos pueden llegar al sitio de la infección y ayudar a destruir microorganismos invasores. En contraste con la corta vida de los glóbulos rojos, los glóbulos blancos pueden funcionar por años. Y mientras que hay sólo un tipo de glóbulos rojos, hay varios tipos de glóbulos blancos. Hay algunos glóbulos blancos capaces de fagocitar o "comerse" a microorganismos invasores. Otro tipo de glóbulos blancos produce anticuerpos. Los anticuerpos son proteínas que ayudan a destruir bacterias y virus que entran en el cuerpo y que pueden causar enfermedades.

Plaquetas
Las plaquetas son esenciales para la formación de un coágulo de sangre. Un coágulo de sangre es una masa de fibras entrelazadas y células que impide la excesiva pérdida de sangre en una herida. Las plaquetas no son células completas.  Son fragmentos que provienen de células muy grandes que se forman en la médula ósea,  llamadas megacariocitos. Las plaquetas carecen de un núcleo y tienen una vida útil de 7 a 12 días. Un µm3 de sangre puede contener alrededor de medio millón de plaquetas. Cuando un vaso sanguíneo es dañado, las plaquetas se congregan en el sitio dañado, y forman un pequeño tapón.  El vaso se contrae disminuyendo el flujo sanguíneo al área de la lesión.  Entonces, factores  especiales de coagulación son liberados por las plaquetas y el tejido dañado. Estos factores comienzan una serie de reacciones químicas que se producen en el lugar del sangrado.  El último paso de esta serie, trae consigo la producción de una proteína llamada fibrina.  Las moléculas de fibrina consisten en cadenas largas y pegajosas. Estas cadenas forman  una red que atrapa glóbulos rojos, y la masa de fibrina y glóbulos rojos  se endurece formando un  coágulo, o costra. La hemofilia es un trastorno causado por la ausencia de uno o más de las proteínas necesarias para la coagulación de la sangre. Cuando una persona con hemofilia es herida,  el sangrado  continúa durante mucho más tiempo de lo que sería en una persona normal.  Heridas grandes, o lesiones internas pueden ser potencialmente mortales.  Hoy en día, las personas con hemofilia son tratadas con inyecciones que contienen los factores de coagulación que les faltan.

SISTEMA RESPIRATORIO

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Sistema respiratorio

 

La estructura y función del sistema respiratorio es relativamente simple. Podemos separar la función respiratorio en dos eventos:

 

·        El aire entra  y sale de los pulmones (mecánica respiratoria)

·        se produce el intercambio de los gases respiratorios (hematosis).

 

Pedir a los alumnos que con cuadros resumen indiquen los cambios de volumen y presión que ocurren en los pulmones para que el aire entre (inspiración) y salga (espiración). Es importante ue el alumno se dé cuenta que son las diferencias entre la presión atmosférica y la presión intrapulmonar las que permiten la salida y entrada de aire en los pulmones. Es importante también saber cuáles son las estructuras por donde pasa el aire, y cuáles otras están involucradas en los cambios de forma de la caja toráxica.

 

Es importante que el alumno comprenda que la hematosis es un proceso de difusión simple en donde el O2 y el CO2 se mueven a favor de su gradiente de concentración (presión parcial), entre la sangre y el espacio alveolar. Pedir a los alumnos que trabajen con esquemas que indiquen la dirección del movimiento de los gases respiratorios, dependiendo de sus concentraciones en los tejidos y aparato respiratorio.

 

Es esencial que el alumno entienda el objetivo final del intercambio de gases: la respiración celular, en donde los gases respiratorios son sustrato (O2) y producto (CO2) de este proceso.

Información

Técnica

Descripción BreveEl intercambio de gases entre el organismo y el ambiente se conoce como respiración. El siguiente recurso entrega información acerca de todo el sistema que permite que respiremos. Contiene ilustraciones.
Temas relacionados

>>Recurso Interactivo: La estructura y el mecanismo e la respiración

>>Recurso Interactivo: El intercambio de gases

>>Recurso Interactivo: Adaptación de los alvéolos

 

IdiomaEspañol (ES)
Autoreducarchile
Fuenteeducarchile
Clasificación Curricular
NivelSectorUnidad o eje
1° medioBiologíaEstructura y función de los seres vivos

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