CAPÍTULO 2: Entrada, transformación y salida de materia

El organismo humano en acción
PARTE I
¿Qué es un sistema?
¿Por qué respiramos
más rápido cuando
corremos?
¿Cómo se vería un auto
con “anteojos de ver sistemas”?
¿Cómo entra
y sale aire
por la nariz
y la boca?
¿Por qué cuando dejamos
de correr volvemos a
respirar normalmente?
¿Qué materiales
entran y cuáles
salen del cuerpo?
¿Cómo se explica la diferencia
entre la composición
de los alimentos y la
composición de la caca?
¿Cómo y dónde ocurre la
transformación de los alimentos?
CAPÍTULO
Entrada, transformación
y salida de materia
¿Es posible
estudiar una
canasta
como un sistema?
2
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41
41
Sistemas en Ciencias Naturales
¿Qué es un sistema?
¿Es posible estudiar la canasta como un sistema?
¿Cómo se vería un auto con “anteojos de ver sistemas”?
El concepto sistema es muy importante en las Ciencias Naturales. Para comenzar su
estudio lean el siguiente relato:
Un día de paseo
La familia de Pedro y Alejandra disfrutan de paseos que realizan los días de sol.
Un viernes por la tarde Pedro escuchaba con atención el pronóstico del tiempo para el fin
de semana. Las condiciones eran inmejorables: sol radiante, cielo sin nubes y una temperatura aproximada a los 25 º C. Pedro no perdió el tiempo y enseguida planificó un día de paseo.
Llamó a Alejandra y le pidió que preparara todo lo necesario. Mientras ella lo hacía, Pedro
se encargó de poner el auto en condiciones. Primero, pasó por el mecánico y lo hizo revisar.
Encontró que tenía las gomas delanteras un poco bajas y les agregó aire. Como sabía que del
caño de escape salía demasiado humo, cambió el aceite del motor. Revisó la batería, los frenos
y la electricidad. Por suerte todo estaba en orden.
Finalmente llegó el sábado. Pedro y Alejandra se levantaron temprano. Luego de un desayuno rápido despertaron a sus hijos. Mientras los chicos tomaban el desayuno, Alejandra se
encargó de colocar todo en la canasta: sándwiches para el almuerzo, fruta para el postre, galletitas dulces para el viaje y el equipo de mate. Llenó el termo con agua caliente y lo colocó en
la canasta junto con la yerba y el azúcar. También puso en la canasta cubiertos, servilletas de
papel, un mantel, vasitos plásticos y bolsas de residuos. En la heladerita colocó hielo y bebidas.
Mientras tanto, Pedro buscó en el galpón algunas sillas, la mesa plegable y un pequeño
equipo de música.
Finalizados los preparativos, Pedro acomodó todas las cosas en el auto; subieron y comenzó el viaje.
Los chicos estaban más que contentos, cantaban e inventaban juegos con los carteles
indicadores de la ruta. De vez en cuando pedían a su padre que tocara la bocina para saludar a
los autos que pasaban. Mientras tanto Pedro y Alejandra conversaban y tomaban mate.
Actividades
❚ Relean
el texto “Un día de
paseo” y aíslen mentalmente
el auto de lo que ocurre a
su alrededor. Para lograrlo
hagan una lista de las cosas y
personas que ingresan en él,
otra lista de las que salen, y
una tercera de las actividades
que allí dentro se desarrollan.
No olviden leer atentamente
el texto para no dejar pasar
ningún detalle del relato.
Con la misma consigna
anterior, aíslen mentalmente
el aula.
A mitad del viaje, se detuvieron en una estación de servicio para cargar combustible. Nuevamente en la ruta, los chicos quisieron escuchar la música de su grupo favorito.
Entre todos eligieron el lugar para pasar el día. Cuando llegaron, bajaron las cosas del auto
dispuestos a disfrutar. Comieron, se divirtieron, tomaron sol, jugaron a la pelota y dieron un
paseo en bici.
Al caer la tarde juntaron y guardaron nuevamente todo en el baúl del auto. Alejandra había
colocado en varias bolsas los residuos del día para tirarlos a la basura cuando llegaran a su
casa. En una de las bolsas colocó las cáscaras de la fruta, la yerba usada del mate y algunos
restos de comida. En otra, los vasos plásticos, las servilletas, los envoltorios de las galletitas y
las botellas de gaseosa vacías.
Cuando todo estuvo en su lugar emprendieron el viaje de regreso. Durante la vuelta, el
silencio acompañó a la familia. Los chicos, rendidos por el cansancio, se durmieron. Sólo se
escuchaban de vez en cuando las voces de Pedro y Alejandra que comentaban lo bien que
habían pasado ese día al aire libre.
42 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Un sistema: el auto
Si del relato anterior se extraen todas las expresiones relacionadas con el auto, es posible
imaginarlo como “separado” o aislado de todo lo que sucede a su alrededor. En Ciencias Naturales, muchas veces es preciso imaginar o aislar mentalmente un objeto o un conjunto de
ellos de su entorno para poder estudiar cómo está compuesto o cómo funciona. Se denomina
sistema el recorte imaginario de la realidad que se hace cuando se quiere estudiar la composición y el funcionamiento de un objeto o un conjunto de ellos. También se lo define como un
conjunto de estructuras relacionadas y organizadas entre sí.
Para comenzar a estudiar el auto como
un sistema, es necesario imaginarlo
aislado del entorno.
La composición de los sistemas
Un auto está constituido por variadas
partes: el motor, el habitáculo, el
chasis, etcétera. Cada una de ellas está
compuesta por piezas.
Actividades
El motor de un auto está conformado por los cilindros, el cigüeñal, las bielas, las tapas, el carburador, sensores, válvulas, aceite lubricante, combustible y aire. El habitáculo, por los asientos,
el piso, las puertas, las ventanillas, el volante, la consola y la guantera, entre otros componentes.
Tanto el motor como el habitáculo pueden considerarse sistemas. En ese caso, como forman parte de un sistema mayor, el auto, se denominan subsistemas.
Además, se puede considerar que un auto forma parte de un sistema mayor. Por ejemplo,
el sistema integrado por todos los autos de la misma marca, o por todos los autos del mismo
color, o por todos los autos del barrio.
Por este motivo, resulta necesario marcar los límites del sistema en estudio. Estos límites
pueden ser reales o imaginarios y son determinados por la persona que estudia el sistema.
En el caso del automóvil, los límites son reales. Las superficies de metal y de vidrio permiten
separar el auto del entorno.
❚ Analicen una cartuchera
como un sistema…
- ¿Cuál es su composición?
- ¿Qué tipo de límites tiene?
- Si la cartuchera se encuentra
dentro de una mochila… ¿cuál
de ellas puede ser estudiada
como un sistema y cuál como
un subsistema?
❚ Ahora analicen el aula como
sistema…
- ¿Cómo está compuesta?
- ¿Cuáles son sus límites?
- ¿Qué subsistemas pueden
aislarse para su estudio?
43
Estructura de un
sistema
Dinámica de los sistemas
consiste en el estudio de
Así como para estudiar los sistemas se toma en cuenta su composición o estructura, también
es muy importante analizar su funcionamiento o dinámica. Para este tipo de estudio es necesario
límites
componentes
pueden ser
tales como
reales
materiales
considerar cómo se relaciona el sistema con el entorno. Por ejemplo, es necesario estudiar qué
tipos de materiales y de energía ingresan en el sistema, y cuáles salen de allí. Además, es preciso
analizar cómo se relacionan los componentes entre sí y qué transformaciones ocurren.
Clasificación de los sistemas
La diversidad de sistemas en estudio pueden ser clasificados en abiertos, cerrados o aislados.
imaginarios
energía
Un sistema es abierto cuando intercambia materia y energía con su entorno. El auto es
un sistema abierto porque su funcionamiento depende de la entrada y la salida de materiales
y de energía.
información
Cuando el sistema sólo intercambia energía con el medio, se lo considera cerrado. Por
ejemplo, las botellas de gaseosa que lleva la familia al paseo. Aunque las botellas se mantengan en la heladera portátil, luego de un determinado tiempo la bebida no se mantendrá fresca.
Mientras las botellas permanezcan cerradas y sin ser utilizadas, sólo intercambian energía con
el medio.
Dinámica de un
sistema
Si el sistema no intercambia materia ni energía con el medio, se lo considera aislado. Apenas
consiste en el estudio de
colocada el agua en el termo, éste muy bien cerrado y durante un corto período, la temperatura
y la cantidad del líquido se conserva independientemente del medio externo. Un termo con agua
flujos
intercambios
transformaciones
caliente no es un ejemplo de sistema aislado permanentemente. La variación en la cantidad de
agua introducida y en su temperatura depende de condiciones como la calidad de los materiales
con los que está construido el recipiente y el tiempo que permanece el líquido dentro de él.
circulación
salidas
de
materiales
pueden ser
entradas
energía
entrada
de materiales
y de energía
Sistema abierto
salida
de materiales
y de energía
Sistema aislado
información
entrada
de energía
Sistema cerrado
salida
de energía
Estas imágenes representan
tipos de sistemas y sus respectivos
intercambios con el medio.
Actividades
❚ Revisen
En los termos que se utilizan habitualmente, siempre se produce intercambio
de energía y de materia con el medio.
la actividad propuesta en la página 42. De las listas que elaboraron, subrayen
aquellas palabras que designan cosas materiales y dejen sin subrayar las que nombran
formas de energía. Si en las listas no encuentran formas de energía, piensen en algunas
que respondan la consigna y completen la enumeración. Dibujen el auto del relato e
indiquen con flechas la entrada y la salida de materiales y de energía.
44 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Equilibrio en los sistemas
Si continúan imaginando el final del día de paseo de la familia de Pedro y Alejandra, es probable que piensen que, al llegar a su casa, bajaron del auto todo lo que llevaron.
Poner el coche “en condiciones” exigió a la familia del aporte de energía. La energía que
ingresó en el sistema auto durante su aseo reestableció su estado de equilibrio. Si no hubiera ingresado energía en el auto y hubiera quedado sucio y desordenado, el sistema mantenía
su estado de desequilibrio.
Regulación en los sistemas
Para que un auto funcione correctamente, las partes que lo componen deben estar en
perfecto estado. Una falla, por mínima que sea, altera su funcionamiento. En otras palabras, el
sistema se desequilibra.
Actividades
❚ Imaginen
su cartuchera
como un sistema en estudio.
- ¿Se encuentra en estado de
equilibrio o de desequilibrio?
- Si su estado es de
desequilibrio… ¿qué deben
aportar al sistema para
reestablecer su estado de
equilibrio?
- ¿Puede considerarse que
la cartuchera es un sistema
autorregulado?
Otros sistemas, en cambio, pueden reestablecer por sí solos el equilibrio perdido. En esos
casos, se dice que los sistemas se autorregulan o autocontrolan porque su funcionamiento depende de un agente que lo constituye.
Actividades
❚ ¿Cómo
funciona el depósito de agua de un inodoro?
Si en el baño de sus casas tienen un inodoro “con mochila”, levanten la tapa con mucho
cuidado y apóyenla en un lugar seguro. Observen cómo está compuesto el dispositivo
y compárenlo con el dibujado. Aprieten el botón y observen la serie de fenómenos que
ocurren hasta que vuelve a llenarse. Registren en orden cada uno de los procesos.
¿Cuál es el desencadenante de la serie de procesos que finalizan con el llenado del
depósito de agua?
¿Qué materiales ingresan en el inodoro y egresan de él durante su funcionamiento?
Mencionen varios casos en los que la limpieza del inodoro podría dejar de realizarse.
¿Qué tipo de sistema es el inodoro? ¿Por qué?
Con-Texto de la Tecnología
La historia del inodoro
Dicen algunos historiadores que en
1775 Alexander Cummings inventó
un depósito de inodoro metálico
constituido por un depósito, una
cadena y una tapa.
Los primeros inodoros de cerámica
equipados con un sifón fueron fabricados en 1870 por el ceramista
inglés William Twyford. La incorporación de un sifón al artefacto solucionó el problema de los malos
olores. Por eso, el nombre en español es “inodoro”.
Otros historiadores adjudican el
invento del depósito al inglés Thomas Crapper, quien lo diseñó aproximadamente en 1800.
Un sistema automático: el inodoro
El ciclo de procesos que ocurre dentro del depósito del inodoro se repite una y otra vez y
en un orden programado. La causa siempre precede al efecto, nunca lo sigue.
Cuando el depósito funciona adecuadamente, el ciclo de procesos tiende a mantenerlo lleno
y en equilibrio. El agua regula el funcionamiento del dispositivo y el flotante actúa como el componente que re-equilibra del sistema. Por eso se dice que el funcionamiento es automático.
Sin embargo, si no ingresa agua en el sistema, el inodoro no se “adapta” utilizando otro
material a disposición. Asimismo, si el agua servida no puede salir del sistema, tampoco funciona. Lo mismo ocurre si se rompe alguna de las piezas que lo componen. Un inodoro no
cuenta con dispositivos que reparen desperfectos ni reemplacen piezas rotas.
Actividades
❚ Relean
el texto y piensen en
otro ejemplo de sistema que
se autorregule.
¿Conocen algún ejemplo
de sistema que supere los
desperfectos que no puede
reparar un inodoro por sí
solo?
45
Organismo humano: un sistema
¿Qué materiales entran y cuáles salen del cuerpo?
¿Cómo se explica la diferencia entre la composición de los alimentos
y la composición de la caca?
¿Cómo y dónde ocurre la transformación de los alimentos?
Materiales que entran y salen del organismo
En las páginas anteriores se analizó un automóvil como sistema abierto. Este mismo tipo
de análisis puede realizarse para estudiar la estructura y el funcionamiento del organismo
humano.
Entrada de materiales
Entrada de energía
Entrada de información
Salida de materiales
Salida de energía
Salida de información
Entrada de materiales
Salida de materiales
Entrada de energía
Salida de energía
Entrada de información
Salida de información
Sin alimentos y sin agua, nuestro organismo puede funcionar sólo unos pocos días.
Por la boca ingresa una variedad de materiales en el organismo, los alimentos y el agua
son parte de ellos. La materia fecal, en cambio, es uno de los materiales que egresan del cuerpo.
Agua y alimentos
compuestos
por carbohidratos,
proteínas, lípidos,
vitaminas y minerales
Materia fecal compuesta
por agua, bacterias,
restos de células, grasa,
mucus, materiales sin
digerir y pigmentos.
La mayoría de los materiales que habitualmente ingresan en el cuerpo es muy diferente
de los liberados.
Si se colocan los “anteojos de ver sistemas” podrían aislar del cuerpo el conjunto de órganos
que intervienen en la alimentación para conocer su estructura y funcionamiento. Si logran aislar
mentalmente ese conjunto de órganos que forman el sistema digestivo podrán saber por qué
varía la composición de los materiales que entran y salen del organismo.
46 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Transformación de los alimentos
en el organismo
Si preguntan en casa cuánto pesaron
el día de su nacimiento, es probable
que ese valor sea aproximado a 3 kg
porque éste es el peso promedio de
un ser humano en el momento de su
nacimiento. Sin embargo, hoy pesan
mucho más que 3 kg. ¿Cómo pueden
explicar esto?
La incorporación de alimentos provoca el aumento del peso corporal. Los alimentos constituyen la principal fuente de materia y energía para el organismo. Es decir, ingerir alimentos
no sólo es importante para obtener la energía que demandan las actividades que se realizan;
también lo es para obtener la materia que permite “construir” o “armar” el cuerpo.
¿Qué sucede con los alimentos una vez incorporados por el organismo?
Para comprender el proceso de la nutrición, imaginen que dentro de la sala de un museo
hay una escultura que debe ser transportada a otra sala. Esta escultura es desarmable, por lo
que puede ser fraccionada en partes para facilitar su traslado y posterior reconstrucción. Personal especializado se encarga de desmontar la escultura y hay especialistas para cada parte
de la escultura: unos que sólo desmontan las extremidades, otros que se encargan del tronco
y finalmente otros que separan la cabeza del resto del cuerpo. Una vez desarmada, las piezas
se embalan en cajas y son transportadas a su nuevo destino.
Ya en la nueva sala, las personas encargadas del ensamble final se encuentran con una
dificultad: el lugar donde deben rearmar la escultura es de un tamaño considerablemente
menor que el anterior. Entonces deciden desechar partes de la estructura de la escultura, por
considerarlas innecesarias o poco importantes para la reconstrucción final. Ese material es
descartado y transportado fuera del museo. Finalmente, la escultura queda armada pero con
una forma diferente de la que tenía originariamente.
Una situación análoga a la anterior ocurre durante la nutrición del organismo. Al comparar
los procesos de desarmado y rearmado de la escultura con los procesos involucrados en la
nutrición, podrían establecerse las siguientes relaciones:
La escultura inicial representa la comida, por ejemplo una milanesa con papas fritas y la sala
de menor tamaño donde debe ser rearmada, el interior de las células que componen el organismo.
Actividades
❚ Relean el texto de esta
página y resuelvan las
siguientes consignas:
- ¿Cuál es el objetivo que se
pretende lograr en el museo?
- Realicen una síntesis de los
procesos y los agentes que
intervienen en el desarmado y
rearmado de la escultura.
- ¿Qué transformaciones se
produjeron en la escultura?
Así como la estatua es fraccionada para facilitar su transporte, los alimentos son degradados en unidades menores, proceso que facilita su incorporación o absorción.
El personal especializado que desarma cada parte de la estatua, está representado por
un conjunto de sustancias denominadas enzimas, que actúan sólo sobre un determinado
nutriente en el organismo.
Una vez finalizado el fraccionamiento de la estatua, algunas partes son transportadas a
su destino final; de manera similar, los nutrientes circulan por la sangre hacia todas las células
del cuerpo. Las partes sobrantes de la estatua son eliminadas fuera del museo así como los
materiales no absorbidos son expulsados del organismo.
47
Actividades
❚ Relean
el texto de esta
página y resuelvan las
siguientes consignas:
Realicen una síntesis de los
procesos y los agentes que
intervienen en la degradación
de los alimentos.
Comparen con la síntesis
realizada en la actividad
anterior.
Elaboren un cuadro
comparando los procesos de
desarmado y rearmado de la
estatua, y los de nutrición del
organismo humano.
Proceso de la alimentación
En el sistema digestivo ocurre una serie de procesos que modifican los materiales que
ingresan en el organismo. Mediante esos procesos, el alimento es transformado física y químicamente. Los alimentos, en su mayoría conformados por moléculas complejas, se transforman o degradan en otras más sencillas y pequeñas, condición de importancia para su absorción. En general, un material complejo que no puede ser desdoblado, es eliminado al exterior.
Dentro del sistema digestivo, la secuencia de procesos que transforman los alimentos es
la siguiente:
❚ Ingestión: proceso
de incorporación de alimentos en el sistema digestivo, a través de
la boca.
❚
Digestión: serie de procesos que ocurre en diversos órganos del sistema digestivo y
que transforma los alimentos. Comprende transformaciones de tipo físico y químico.
- Transformación física: en la boca, la acción de los dientes, la lengua y la saliva,
fragmenta los alimentos en porciones pequeñas.
- Transformación química: en la boca, el estómago y el intestino delgado, las enzimas digestivas desdoblan los alimentos transformándolos en moléculas sencillas.
❚ Absorción: proceso de transporte de las moléculas sencillas desde el sistema digestivo
hacia la sangre.
❚ Egestión: proceso
de expulsión de los materiales no absorbidos, la materia fecal, hacia
el exterior del organismo.
moléculas que ingresan al cuerpo
trozos de alimento
alimento
moléculas pequeñas
materiales sin digerir
INGESTIÓN
48 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
DIGESTIÓN
ABSORCIÓN
EGESTIÓN
Sistema digestivo humano
En las páginas anteriores se analizó la totalidad del organismo humano como un sistema.
Para ampliar el estudio de su estructura y funcionamiento, en las próximas páginas se aísla
uno de los sistemas que intervienen en el proceso de nutrición del organismo: el sistema
digestivo humano.
Boca
Glándulas salivales
Esófago
Hígado
Estómago
Páncreas
Intestino delgado
Intestino grueso
Recto
Principales órganos que forman parte
del sistema digestivo humano.
El sistema digestivo está compuesto por dos partes principales. Una de ellas es el tubo o
tracto digestivo. Es un conducto por el cual transitan los materiales ingeridos. Este conducto está formado por porciones o regiones que se diferencian entre sí por su estructura, tamaño y función. Dichas regiones u órganos son: la boca, la faringe, el esófago, el estómago, el
intestino delgado, el intestino grueso, el recto y el ano.
La segunda parte que conforma el sistema digestivo es un conjunto de órganos denominado glándulas anexas. Si bien el alimento no pasa a través de esas glándulas, son indispensables para la digestión. En las glándulas anexas se elaboran jugos digestivos compuestos por sustancias que facilitan el desdoblamiento de los alimentos en moléculas sencillas. Las glándulas
salivales, el hígado y el páncreas son glándulas anexas que intervienen en la digestión de los
alimentos, junto a otras glándulas microscópicas ubicadas en las paredes del tubo digestivo.
49
Digestión en la boca
Supongan la siguiente situación cotidiana…
Es el mediodía de un día cualquiera, han pasado unas cuantas horas desde que desayunaron y ya es hora de almorzar. Mientras se acercan a la cocina el olor de la comida invade el
ambiente. En la mesa observan la comida servida: pizza de mozzarella y jamón. Antes de sentarse a comer pasan por el baño y se lavan las manos. Sienten que la boca se llena de saliva,
en otras palabras, se les hizo “agua la boca”.
Digestión mecánica
La masticación es uno de los procesos que intervienen en la digestión bucal. Esta digestión de tipo mecánica consiste en el cortado, molido y triturado del alimento sólido ingerido.
Durante la masticación, el bocado de alimento se fragmenta en trozos más pequeños. A través
de ese proceso, cada porción de alimento tiene mayor superficie en contacto con la saliva.
Caninos superiores
Incisivos superiores
Actividades
❚ Mírense al espejo y
comparen sus bocas con la
de esta imagen.
Molares inferiores
Premolares inferiores
No todos los dientes son iguales entre sí, tienen formas y tamaños variados. Los dientes
pueden ser clasificados en cuatro tipos:
❚ Los incisivos: tienen forma de cuña o navaja, sirven para cortar los alimentos.
❚ Los caninos: tienen forma piramidal, sirven para desgarrar el alimento.
❚ Los premolares y los molares: tienen forma de columnas, sirven para moler el alimento.
Actividades
❚ Supongan que muerden un bocado de pizza. La mastican bien, tragan la “pasta” que
quedó de la pizza bien masticada, y beben un sorbo de gaseosa.
Describan el recorrido que realizan por el interior del cuerpo todos esos materiales. Escriban
la descripción y compárenla con la relatada en las siguientes páginas del libro.
50 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Esmalte
Corona
Dentina
Pulpa
Encía
Raíz
Nervio y vasos sanguíneos
Hueso del maxilar
La lengua también es parte de la boca e interviene en la digestión mecánica. Es un órgano musculoso que al moverse amasa los alimentos dándoles forma de una bola de consistencia pastosa, el bolo alimenticio. La parte superior de la lengua está cubierta por papilas
gustativas, estructuras que permiten identificar los sabores: dulce, salado, ácido y amargo
de los alimentos disueltos por la saliva.
La lengua también interviene en el proceso de tragar el bolo alimenticio, empujándolo
hacia la faringe.
Actividades
❚ ¿Qué
ventajas tiene masticar los alimentos sólidos?
Muchos animales, como por ejemplo, las serpientes, no mastican a sus presas y las tragan
enteras. No sucede lo mismo con la ingestión en los humanos, en la que la masticación es un
proceso muy importante en la digestión.
Para responder la pregunta inicial, deben conseguir ocho dados de las mismas dimensiones
y una regla.
Cálculo 1: Tomen uno de los dados y calculen su área. Recuerden que la fórmula para realizar
ese cálculo es:
6 . a2
(a es la medida de la arista)
Una vez obtenida el área de un dado, calculen el área total de los ocho cubos.
Resultado 1: ¿Cuál es la suma de las áreas de los ocho dados?
Cálculo 2: Junten los ocho dados formando un cubo como indica la imagen. Calculen el área
de ese cubo utilizando la fórmula anterior.
Resultado 2: ¿Cuál es el área del cubo formado por ocho dados?
- ¿En qué caso el área es mayor?
Supongan que el cubo grande representa un bocado de alimento y los dados representan los
fragmentos del mismo después de masticarlos…
- ¿En qué caso hay mayor superficie de contacto del alimento con la saliva?
- ¿Por qué es importante masticar bien los alimentos sólidos antes de tragarlos?
51
Con-sumo cuidado
Digestión química
Las manchas y los alimentos
Algunos jabones y detergentes
en polvo contienen enzimas que
degradan los materiales que
manchan la ropa. Las proteasas
degradan las proteínas que originan
las manchas de huevo. Las lipasas
degradan los lípidos que causan las
manchas de aceite, grasa o manteca.
Cuando se desea eliminar este
tipo de manchas, es conveniente
mantener en remojo la ropa en agua
y esos jabones porque el proceso
de degradación requiere de cierto
tiempo. También es adecuado no
utilizar agua a una temperatura
superior a 50 °C porque, en ese
caso, las enzimas se inactivan.
El bocado de pizza se transforma en una pasta no sólo por la acción de los dientes, sino
también de la saliva. Este líquido está compuesto principalmente por agua y una enzima
denominada amilasa salival. Esta enzima inicia el proceso de degradación del almidón, carbohidrato componente de las harinas, el arroz, las papas y las legumbres. Es decir, la amilasa
salival interviene en la transformación del almidón, un polisacárido, en una sustancia de composición más sencilla denominada maltosa, un disacárido. Esa transformación de degradación puede representarse de la siguiente manera:
almidón + amilasa salival + agua
maltosa + amilasa salival + agua
Todo proceso de degradación de los alimentos es una transformación química porque los materiales iniciales, de composición compleja, se transforman en otros materiales de
composición más sencilla. En esas transformaciones intervienen enzimas digestivas.
Las enzimas son proteínas que aceleran la velocidad de una reacción química. Reacciones que normalmente tardarían años en producirse fuera del cuerpo, se realizan en cuestión
de minutos en presencia de las enzimas.
Una particularidad que presentan las enzimas es que no se transforman durante la reac-
Actividades
❚ ¿Cómo
ción. Finalizada una reacción de degradación, pueden intervenir en otra.
transformar una
galletita de agua en una
galletita dulce?
Tomen una galletita de agua
y mastíquenla durante 2 o 3
minutos.
- ¿Qué sabor tiene la galletita
de agua antes de masticarla?
- ¿Cuál es su sabor después de
un tiempo de masticarla?
- Relean el texto anterior y
expliquen la transformación del
sabor de una misma galletita.
- Respondan la pregunta inicial
de la actividad.
Del bocado de pizza y el sorbo de gaseosa, en la boca sólo comienza a degradarse uno de
los materiales componentes. La amilasa salival sólo actúa sobre el almidón de la masa de la
pizza, transformándolo en otro carbohidrato de composición más sencilla: la maltosa.
Modelos científicos para comprender
la digestión del almidón en la boca
almidón + amilasa salival
maltosa + amilasa salival
La transformación de almidón en maltosa se produce en medio acuoso
almidón
maltosa
Modelo escolar para comprender la digestión del almidón en la boca
almidón
+
amilasa
maltosa
+
amilasa
En este modelo, cada clip representa una unidad-monosacárido, es decir, un conjunto definido de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.
52 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
52
Si toman un espejo y suben la lengua hacia arriba, observarán en el piso de la boca dos
pequeños orificios de los cuales emergen chorritos de saliva. Son los orificios de salida a la
boca de las glándulas sublinguales.
También se produce saliva en las glándulas submaxilares y las glándulas parótidas.
1
Éstas últimas son las que se inflaman al enfermar de paperas o parotiditis.
El proceso por el cual los alimentos que ingresan en la boca se embeben en saliva se
2
3
denomina insalivación. Una de las sustancias que componen la saliva es la mucina, que
sirve como lubricante en la deglución del bolo alimenticio.
En la saliva también se encuentran agentes antibacterianos, que destruyen algunos
tipos de bacterias que eventualmente pueden entrar en la boca junto con la comida.
En las glándulas salivales se produce y
libera o secreta diariamente más de un
litro de saliva.
1. Glándulas parótidas
2. Glándulas sublinguales
3. Glándulas submaxilares
Deglución
El bolo alimenticio está listo para ser tragado. En él ya ha comenzado el proceso de
degradación de una de las sustancias que pueden componerlo: el almidón. También se traga
el sorbo de gaseosa.
1
2
1
3
3
6
5
5
1
6
6
5
3
4
Una vez formado el bolo alimenticio, la lengua lo empuja hacia atrás y entonces ingresa
en la faringe. El pasaje del bolo alimenticio desde la boca hacia la faringe se denomina deglución y es lo que comúnmente se denomina “tragar el alimento”.
La faringe es una de las porciones del largo conducto denominado tubo digestivo. Por
uno de sus extremos se comunica con la boca y por el otro con la laringe y el esófago.
La laringe es una de las porciones del tubo respiratorio. En el origen de este tubo se
encuentra una “tapita” que, cuando tragamos, se pliega y la obtura. Cerrada la apertura hacia
la tráquea, el bolo sólo puede avanzar por el tubo digestivo hacia el esófago.
Al deglutir es difícil respirar. Esto sucede
porque durante el proceso de la deglución la epiglotis cierra la apertura hacia
la tráquea y sólo es posible el paso del
alimento hacia el esófago.
1. Bolo Alimenticio
2. Faringe
3. Epiglotis
4. Laringe
5. Tráquea
6. Esófago
Actividades
❚ Cuando
hablan y tragan al mismo tiempo, puede ocurrir que se atoren y comiencen a
toser. ¿Cuál es el significado de las expresiones populares “se me fue por el otro lado” o
“se me fue por el otro cañito”?
- ¿Cuál es la importancia de toser en esos casos?
- ¿Qué creen que sucedería si el bolo alimenticio continuara su curso por las vías respiratorias?
53
Tránsito por el esófago
El bolo alimenticio, originado a partir del bocado de pizza, recorre el esófago. Este órgano
es otra de las porciones del tubo digestivo.
Podrían imaginar que la fuerza de gravedad influye en el recorrido del bolo alimenticio
por el esófago hacia el estómago. Sin embargo, ese recorrido también ocurre permaneciendo acostados, haciendo la vertical y en los astronautas que se alimentan en situaciones de
menor gravedad que en la Tierra.
El tránsito de los alimentos es posible por una serie de movimientos coordinados de las
fibras musculares que componen las paredes del esófago: los movimientos peristálticos.
La contracción y la relajación alternada de las fibras musculares provoca el movimiento de los
alimentos hacia es estómago. Los movimientos peristálticos también ocurren en otros órganos del tubo digestivo como el estómago y el intestino.
Las paredes del esófago están
compuestas por dos capas de fibras
musculares. La contracción de las
fibras que componen la capa circular,
comprime el esófago. La contracción
de las fibras de la capa longitudinal,
lo acortan.
El recorrido del bolo alimenticio está regulado además por esfínteres. Estas estructuras
son anillos musculares que, cuando se abren, permiten el paso del alimento y, al cerrarse,
impiden que retroceda.
actividades experimentales
❚ Un trozo de media de nailon en desuso y una pelota de tenis o de tamaño similar pueden
servir para simular el proceso de tránsito del bolo alimenticio por el esófago. Corten una porción
de la media e introduzcan la pelotita por uno de sus extremos.
¿Qué harían para lograr que la pelota (el bolo alimenticio) se mueva por la media (el esófago)?
Comparen esa simulación con la imagen del texto.
54 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Con-Sumo Cuidado
Digestión en el estómago
Desde el esófago, el bolo alimenticio y el sorbo de gaseosa llegan al estómago, otra porción del tubo digestivo. El estómago es un órgano musculoso y elástico que puede contener
hasta dos litros de comida y bebida. Por uno de sus extremos se comunica con el esófago
a través de un esfínter muscular, el cardias, que permite el avance del alimento pero no su
retroceso. Por el otro extremo, se comunica con el intestino delgado. Allí se encuentra el píloro, esfínter de función similar a la del cardias.
En el estómago se produce parte de la digestión química de los alimentos que allí se
almacenan. La pared interna del estómago presenta muchos pliegues donde se encuentran
las glándulas gástricas. Esas glándulas producen variados tipos de sustancias. La mezcla de
todas ellas se denomina jugo gástrico. Algunas de las sustancias que las glándulas gástricas
producen y liberan hacia el interior del estómago, son:
❚ ácido
clorhídrico: esta sustancia actúa como bactericida, es decir, elimina gran parte
de los microorganismos que ingresan en el cuerpo con el alimento. Además brinda un medio
ácido propicio para que pueda actuar la pepsina. La acidez de este medio detiene la acción de
la amilasa salival contenida en el bolo alimenticio.
❚
moco: mezcla de sustancias que intervienen en la lubricación y protección del interior
del estómago;
❚ pepsina: enzima digestiva que degrada algunos tipo de proteínas.
¿Qué sucede cuando los
movimientos peristálticos se
invierten?
Los movimientos peristálticos del
estómago movilizan el quimo hacia
la porción siguiente del tracto
digestivo. Sin embargo, a veces estos
movimientos se invierten y conducen
el quimo en dirección opuesta, es
decir hacia la boca. En esos casos se
produce el vómito.
El vómito puede producirse por
muy diversas causas: ingestión de
alimentos en mal estado, trastornos
estomacales, ingestión de sustancias
tóxicas o venenos, etcétera.
Si recuerdan haber vomitado,
seguramente recordarán también el
sabor ácido que queda en la boca.
Este sabor se debe a la presencia de
ácido clorhídrico en el quimo.
La pepsina inicia la digestión química de las proteínas. En el ejemplo del bocado de pizza, actúa
sobre el queso y el jamón y no actúa sobre los demás componentes de la pizza ni sobre la gaseosa.
La pepsina degrada las proteínas en cadenas más pequeñas denominadas polipéptidos.
Este proceso de degradación puede representarse de la siguiente manera:
proteínas + pepsina + agua
polipéptidos + pepsina + agua
En el estómago también se producen movimientos peristálticos que favorecen la digestión química de las proteínas. Como resultado de estos movimientos, los alimentos y el jugo
gástrico forman una mezcla de aspecto similar a una sopa espesa, denominada quimo. Mientras se producen estos movimientos, los esfínteres permanecen cerrados.
Modelos científicos para comprender la digestión de las proteínas en el estómago
proteínas + pepsina
polipéptidos + pepsina
La transformación de proteínas en polipéptidos se produce en medio acuoso.
proteínas
polipéptidos
Modelo escolar para comprender la digestión de las proteínas en el estómago
+
proteína
+
pepsina
polipéptidos
pepsina
En este modelo, cada clip representa una unidad-aminoácido, es decir, un conjunto definido de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
55
Con-Texto de la Ciencia
El conocimiento actual sobre la anatomía y la fisiología del cuerpo humano se desarrolló sobre gran
cantidad y variedad de saberes construidos por innumerable cantidad de antiguos científicos.
En la Edad Media, Bernardo de Chartres elaboró la siguiente metáfora:
“Somos como enanos sentados en los hombros de gigantes. Vemos más cosas que los antiguos, y cosas
más distantes, pero esto no se debe a la agudeza de nuestra visión ni a la grandeza de nuestro estado, sino
que ellos nos prestaron lo que poseían.”
Esta metáfora revela la importancia que posee la historia de la ciencia en la elaboración del conocimiento
actual. Para comprender cómo se construyó el “edificio” cuyos “ladrillos” son las teorías científicas actuales,
es fundamental conocer sus “cimientos” históricos y originales.
Lázaro Spallanzani (1729-1799) fue un científico italiano que estudió el funcionamiento del estómago en
su propio cuerpo. Sus experimentos consistían en atar un fragmento de esponja a una cuerda y tragarlo.
Después de cierto tiempo, lo extraía y exprimía los jugos sobre porciones de carne, de vegetales y de huevo
en recipientes que, para simular la temperatura corporal, colocaba en su axila.
En ciencias se dice que Spallanzani realizó experimentos in vitro porque estudió la digestión de los
alimentos en recipientes de laboratorio, es decir, fuera del organismo.
En 1822, el médico estadounidense William Beaumont (1785-1853) atendió a Alexis St. Martin, un joven
herido accidentalmente por un tiro de escopeta. Las municiones produjeron un gran orificio en el costado
izquierdo del paciente, perforándole el estómago. Las curaciones del médico alivianaron al joven pero la
herida cicatrizó dejando una abertura de unos 2 centímetros de ancho.
Beaumont encontró una interesante oportunidad para estudiar las funciones del estómago y pidió
colaboración a su paciente.
Alexis sobrevivió con su orificio hasta los 83 años y el médico realizó 238 experimentos en el interior de su
estómago.
Observó el movimiento del estómago y la producción de un líquido de olor y sabor ácido. Colocó variedad de
porciones de alimentos a través de la abertura y observó su transformación.
En ciencias se dice que Beaumont realizó experimentos in vivo porque estudió la digestión de los alimentos
directamente en el interior del organismo de su paciente.
En 1883 escribió su libro Experimentos y observaciones sobre el jugo gástrico y la fisiología de la digestión.
Entre sus fragmentos puede leerse:
“A los cuarenta minutos comenzó la digestión en la superficie de la carne. A las dos horas, el trozo parecía
haber sido completamente destruido, observándose fibras que flotaban como hilachas. Cuatro horas
después quedaban algunas de estas fibras. Al cabo de diez horas, todas las partes de la carne habían sido
digeridas por completo.”
56 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Digestión y absorción en el intestino delgado
La mayor parte de la digestión de los alimentos se realiza en el intestino delgado. Este
conducto es la porción más larga del tracto digestivo. Mide aproximadamente 6 o 7 m de largo
y unos 2,5 cm de diámetro.
En el intestino delgado se pueden reconocer tres regiones diferentes entre sí: el duodeno, el yeyuno y el íleon.
En el duodeno se vierten las secreciones del hígado y del páncreas.
El hígado es una glándula en la que se realizan variados procesos. Uno de ellos es la
producción y liberación de bilis. Este líquido está compuesto por sales que actúan sobre las
grasas. La mezcla de las sales biliares y las grasas de los alimentos forma una emulsión. En
esta mezcla, las sales biliares fragmentan las grasas y los aceites que contienen los alimentos
en diminutas gotas denominadas micelas. Como aprendieron en la actividad de los dados,
un material dividido en fragmentos pequeños ofrece mayor superficie de exposición para la
acción de las enzimas intestinales.
El hígado produce bilis y ésta se almacena en la vesícula biliar. En el momento en que
se produce el movimiento del quimo hacia el duodeno, la vesícula elimina la bilis a través del
conducto biliar.
El páncreas es una glándula que produce y libera una mezcla de sustancias denominada jugo pancreático. La mezcla contiene enzimas digestivas en una solución rica en iones
bicarbonato que neutraliza la acidez del quimo procedente del estómago.
Endoscopía del intestino delgado.
Microfotograma de vellosidades
intestinales.
57
La digestión de los carbohidratos, que comenzó en la boca, finaliza en el intestino delgado.
La enzima amilasa pancreática degrada el resto del almidón aún no digerido, en un disacá-
Actividades
rido llamado maltosa. Otra enzima procedente del páncreas, la maltasa, degrada la maltosa
❚ Construyan
los modelos
necesarios para representar
cada uno de los procesos que
ocurren en la transformación
del almidón en glucosa.
en glucosa, un monosacárido. Mediante esta serie de procesos de degradación, el almidón
de la masa de la pizza es completamente degradado hasta transformarse en glucosa. Asimismo los azúcares del sorbo de bebida gaseosa son transformados en glucosa.
almidón + amilasa pancreática + agua
maltosa + amilasa pancreática + agua
maltosa + maltasa + agua
glucosa + maltasa + agua
Las proteínas que no fueron degradadas en el estómago, se transforman en el duodeno, completándose así el proceso. Las enzimas pancreáticas tripsina y quimiotripsina degradan los polipéptidos formados por la acción de la pepsina estomacal. Los polipéptidos resultantes de ese proceso
tienen una composición más sencilla (dipéptidos). Las dipeptidasas, producidas en el intestino,
completan la degradación de los polipéptidos, transformándolos en sustancias mucho más sencillas
aún: los aminoácidos. Las proteínas del jamón y del queso de la pizza han sido transformadas en aminoácidos. Sin embargo, no todo es almidón y proteínas en la pizza. Todos los materiales grasos de la
Actividades
pizza, como la grasa que contiene el queso y el aceite de la salsa de tomates, están aún inalterados.
❚ Construyan
los modelos
necesarios para representar
cada uno de los procesos que
ocurren en la transformación
de las proteínas en
aminoácidos.
polipéptidos + tripsina + agua
dipéptidos + tripsina + agua
polipéptidos + quimiotripsina + agua
dipéptidos + quimiotripsina + agua
dipéptidos + dipeptidasas + agua
aminoácidos + dipeptidasas + agua
La degradación de las grasas y los aceites se produce por la acción de enzimas secretadas
por el páncreas, las lipasas. Estas enzimas transforman los materiales grasos en sustancias
más sencillas denominadas ácidos grasos y glicerol.
La gran cantidad de jugos digestivos liberados en el interior del intestino delgado, dan al quimo otra consistencia y aspecto. Se parece a una sopa muy aguachenta y se denomina quilo.
lípidos + lipasas + agua
glicerol + ácidos grasos + lipasas + agua
Modelos científicos para comprenderla digestión de los lípidos en el intestino delgado
lípidos + lipasas
lípido
glicerol + ácidos grasos + lipasas
glicerol
+ ácidos grasos
Modelo escolar para comprender la digestión de los lípidos en el intestino delgado
+
+
lípido
lipasa
glicerol
+
ácidos grasos
lipasa
En este modelo, cada clip representa una unidad que simula el glicerol y tres unidades que simulan los ácidos grasos. Estas unidades están compuestas
por un conjunto definido de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.
58 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Hasta aquí se han explicado los procesos digestivos que ocurren en el intestino delgado.
Pero en este órgano también se produce la absorción de los nutrientes. Su pared interna presenta una gran cantidad de pliegues y proyecciones que aumentan su superficie de acción. Si
se pudiera extender la pared interna del intestino de una sola persona, se cubriría el piso de
una cancha de tenis.
La pared interior del intestino delgado presenta numerosos pliegues circulares con gran
cantidad de proyecciones, las vellosidades intestinales, semejantes a diminutos dedos de
un guante. A su vez, cada una de esas vellosidades posee en su superficie pequeñas proyecciones microscópicas llamadas microvellosidades.
Los nutrientes del bocado de pizza y el sorbo de gaseosa son incorporados y pasan al
medio interno atravesando las microvellosidades.
En el interior de cada vellosidad hay una red de capilares sanguíneos y linfáticos. Los
capilares son vasos de dimensiones microscópicas. Los nutrientes se difunden desde el interior del intestino hacia la sangre o la linfa, atravesando todas las paredes que los separan.
Por los capilares circula sangre rica en nutrientes desde las vellosidades hacia los vasos
sanguíneos de mayores dimensiones. A través de estos últimos, la sangre con los nutrientes
circulan hacia el hígado.
Una vez en el hígado, algunos nutrientes se transforman en sustancias importantes para
el funcionamiento del organismo. Allí también se retira el exceso de glucosa que circula por
la sangre y se la transforma en una sustancia más compleja, el glucógeno. Esta sustancia se
almacena en el hígado como fuente de energía.
Desde el hígado, la sangre con los nutrientes circula hacia el corazón y, desde allí, se distribuye por todo el cuerpo.
actividades experimentales
❚ ¿Cómo
actúan las sales biliares sobre el alimento?
Para responder esta pregunta deberán armar un modelo análogo. Es decir, no trabajarán
con las sustancias naturales que intervienen en el interior del duodeno, sino que
simularán el proceso a partir de materiales más accesibles.
Tomen un vaso y llénenlo con agua. Agreguen un poco de aceite de cocina y unas gotas
de detergente. Agiten bien con una cuchara. Observen y registren los resultados.
¿Qué materiales del interior del duodeno representa el aceite?
¿Cuáles representa el detergente?
¿Qué simula la agitación con la cuchara?
59
Formación de la materia fecal en el intestino grueso
El bocado de pizza y el sorbo de gaseosa no fueron totalmente degradados o digeridos.
Algunos materiales (como las semillas de tomate) no son transformados y no pueden ser
absorbidos. Mediante movimientos peristálticos, estos restos son conducidos desde el intestino delgado hacia el intestino grueso.
El intestino grueso es la última porción del tracto digestivo. Mide aproximadamente 1,5
m de longitud y 5 cm de diámetro. En él pueden reconocerse dos regiones diferentes entre sí:
el colon y el recto.
Vista endoscópica del colon
Colon transverso
Colon ascendente
Colon descendente
Colón sigmoideo
Apéndice
Recto
Dentro del intestino grueso se produce la absorción de gran parte del agua del quilo. Mientras el agua es absorbida, el material residual toma el aspecto de una masa. Los movimientos
peristálticos del intestino grueso provocan el desplazamiento de esa masa hacia el recto.
Mediante esos procesos se origina la materia fecal o las heces. Esta mezcla está compuesta principalmente por fibras vegetales de celulosa.
En el bocado de pizza, la celulosa forma parte de la harina de la masa y de los tomates de la
Desde que entra en la boca, el
alimento puede estar hasta 36 horas
en el tubo digestivo.
salsa. Los humanos no contamos con enzimas digestivas que degradan la celulosa. Sin embargo, el interior del intestino grueso está habitado por gran variedad de poblaciones de microorganismos que se nutren a partir de la digestión de esta sustancia.
60 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Una de las poblaciones de organismos microscópicos que habitan en el colon es la conformada por las bacterias Escherichia coli. Mientras se alimentan de los materiales no digeridos,
estos microorganismos producen vitamina K y otras vitaminas importantes para el organismo.
Si no fuera por el aporte de vitaminas de estas bacterias, su ingreso a través del alimento sería
deficiente. A través de las paredes interiores del intestino grueso se absorben esas vitaminas y
pasan a la circulación sanguínea.
Los microorganismos que habitan en el interior del intestino inhiben a otros que también
se alojan en este órgano y que podrían producir enfermedades.
Finalizado el desplazamiento de los materiales residuales, la materia fecal se almacena en el recto
Microfotografía electrónica
de Escherichia coli.
hasta ser eliminada. Esta porción final del tracto digestivo mide aproximadamente 15 cm de longitud.
El color característico de la materia fecal se debe a la degradación de los pigmentos biliares
que realizan los microorganismos que habitan en el interior del intestino grueso. La distensión o
relajación del recto provoca la sensación de necesidad de defecar. Dos esfínteres rectales regulan la abertura del ano. Uno de ellos actúa voluntariamente y el otro involuntariamente.
AGUA QUE INGRESA AL SISTEMA DIGESTIVO
Con la saliva
1 litro
Con las bebidas
2,3 litros
Con la bilis
1 litro
Con el jugo pancreático
2 litros
Con el jugo gástrico
2 litros
Con el jugo intestinal
1 litro
Total
9,3 litros
Durante un día, el organismo usa 9
litros de agua. El sistema digestivo se
encuentra en equilibrio cuando puede
recuperar casi toda el agua que ingresa
al cuerpo.
AGUA QUE REABSORBE EL SISTEMA DIGESTIVO
En el intestino delgado
8,3 litros
En el intestino grueso
0,9 litro
Total
9,2 litros
AGUA QUE SALE DEL SISTEMA DIGESTIVO
Con la materia fecal
0,1 litro
Síntesis de la estructura y dinámica del sistema digestivo
La composición del sistema digestivo y los procesos en los que interviene pueden ser
resumidos en un esquema como el siguiente:
Sistema digestivo
Composición
Tubo
digestivo
Glándulas
anexas
Dinámica
Digestión de
los alimentos
Absorción de
los nutrientes
Recuperación
de agua
61
Desequilibrios en el sistema digestivo
Como se analizó en el ejemplo del automóvil, a veces ocurren alteraciones o disfunciones que
influyen en el equilibrio del sistema. Una falla en el motor, en los ejes o en la batería puede modificar y aun anular el funcionamiento del auto. Esto también puede suceder en el cuerpo. Ciertas
disfunciones pueden alterar el equilibrio del sistema orgánico durante un corto o un largo plazo.
Diarrea
A veces el recubrimiento de las paredes del intestino puede irritarse debido a una infección bacteriana o viral. En esas ocasiones el tránsito de materiales por el colon se hace más
rápido, se reduce la absorción de agua y se produce la diarrea.
Estreñimiento
A veces puede ocurrir que los movimientos peristálticos del intestino sean muy lentos. En
esos casos, el intestino extrae gran cantidad de agua del material residual y las heces se vuelven muy compactas causando el estreñimiento. Esta situación puede revertirse incorporando en la dieta mayor cantidad de fibras vegetales y haciendo ejercicio físico, lo que provoca
aumento de los movimientos peristálticos.
Enfermedad celíaca
Esta enfermedad se caracteriza por una deficiente absorción de los alimentos que contienen gluten, un componente principal de las harinas. El gluten se encuentra en el trigo, la
avena, la cebada y el centeno.
El intestino delgado de las personas celíacas presenta una atrofia de las vellosidades y microvellosidades intestinales. Éstas aparecen deformadas y en algunas ocasiones totalmente lisas.
Los síntomas característicos de la enfermedad son: pérdida de peso, eliminación de grandes cantidades de materia fecal, vómitos y anemia.
El tratamiento consiste en una dieta sin gluten, es decir, sin TACC (sigla que corresponde a
los cuatro cereales que poseen gluten).
Hepatitis
Es una enfermedad caracterizada por la inflamación del hígado. El 90% de los casos es
causada por un tipo de virus, pero también puede ser originada por el alcoholismo crónico. El
virus más frecuente es el que provoca la hepatitis C.
Los síntomas que caracterizan la enfermedad son: fiebre por la noche, color amarillento
en la piel, orina muy oscura y materia fecal clara. Estos síntomas pueden ir acompañados por
dolores en la parte superior y derecha del abdomen.
Actualmente se previene mediante vacunación.
Cálculos biliares
Las sales biliares se producen en el hígado a partir del colesterol. En ciertas condiciones, el colesterol precipita y forma pequeñas “piedritas” conocidas como cálculos biliares. Las personas que
ingieren alimentos con mucho contenido de grasas están más propensas al desarrollo de cálculos.
En ocasiones, los cálculos se depositan en el conducto biliar y lo obstruyen, impidiendo que la
bilis circule hacia el duodeno. Entonces pueden acumularse en la vesícula y provocar su ruptura.
Esta enfermedad se caracteriza por dolores fuertes en la parte superior derecha del abdomen que pueden estar acompañados por vómitos y fiebre.
62 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Con-Texto de la Tecnología
El organismo en imágenes
Hoy en día científicos y médicos disponen de variedad de aparatos para observar la estructura y funcionamiento del organismo.
Hace sólo 40 años, el único método disponible para ver el interior del cuerpo eran los rayos X. Sin embargo, la tecnología actual
permite prevenir y tratar gran cantidad de enfermedades con procedimientos “no invasivos”, es decir, que no requieren de cirugía.
En general los rayos X se emplean para observar estructuras compactas como los
huesos. Pero con estos rayos también es posible observar órganos huecos como
los intestinos o los vasos sanguíneos. Para realizar una radiografía de contraste
como la de la ilustración, se introduce en el intestino grueso una sustancia que
absorbe los rayos X y permite observar el órgano blando.
La ultrasonografía emplea ondas sonoras para observar el
desarrollo de un feto en el útero materno y el funcionamiento
de las válvulas del corazón. Las ondas que transmite el aparato, rebotan como el eco y una computadora las transforma
en imágenes.
La tomografía computarizada produce imágenes con más detalles que
las radiografías clásicas. Un aparato
de rayos X y una computadora especial permiten producir imágenes de
delgadas rebanadas de la cabeza y
del abdomen. La serie de imágenes
puede unirse y crear otra en tres
dimensiones, como el cráneo y el
cerebro de la ilustración.
La resonancia nuclear magnética usa
ondas magnéticas y de radio para
crear imágenes. Este procedimiento
se emplea para observar secciones de
órganos, como el cerebro que muestra
la ilustración.
La tomografía de emisión de
positrones permite observar la
actividad de órganos como el cerebro y el corazón. Al paciente se le
inyecta una sustancia especial que
emite radiaciones desde el interior
del cuerpo.
El aparato detecta la radiación y la
transforma en imágenes como el
corte de cerebro de la ilustración.
63
Materiales que entran y salen del sistema
respiratorio
¿Cómo entra y sale aire por la nariz y la boca?
Por la nariz y por la boca entra y sale aire de nuestro cuerpo. Sin embargo, la composición
del aire que ingresa es diferente de la del aire que egresa. Con “anteojos de ver partículas”
observarían una situación similar a la siguiente:
Aire inspirado = Aire atmosférico
Aire espirado
Nitrógeno
(N2) 79%
Nitrógeno
(N2) 79%
Oxígeno (O2)
21%
Agua (H2O)
Variable
Dióxido de Carbono (CO2)
0.04%
Oxígeno (O2)
16%
Agua (H2O)
Saturado
Dióxido de Carbono (CO2)
4%
200 000 000
litros de aire
15 toneladas
de alimento
45 425
litros de agua
Cantidades de agua, aire y alimentos
que ha incorporado y transformado una
persona de 70 años.
Como pueden observar, los gases que entran y salen del organismo son los mismos, pero
la proporción de cada uno de ellos varía según se trate de aire inspirado (aire inhalado) o
de aire espirado (aire exhalado).
Es posible que nuestro organismo funcione durante un tiempo sin alimento. Sin embargo,
su supervivencia es imposible sin un suministro continuo de oxígeno. El oxígeno es una sustancia fundamental para la obtención de energía a partir de los alimentos que ingerimos.
Si cambian de lentes y se colocan los “anteojos de ver sistemas” podrían aislar del cuerpo
el conjunto de órganos que intervienen en la respiración para conocer su estructura y funcionamiento. Si logran aislar mentalmente el conjunto de órganos que forman el sistema respiratorio
podrán saber por qué varía la proporción de los gases en el aire que entra y sale del organismo.
64 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Estructura del sistema respiratorio
El sistema respiratorio está conformado por una serie de conductos denominados vías
respiratorias y por dos órganos denominados pulmones.
Los pulmones y parte de las vías respiratorias se localizan dentro de la cavidad torácica
o tórax. Esa cavidad está limitada por huesos, las costillas; y por músculos, los músculos
intercostales y el diafragma.
Ubicación y estructura del sistema
respiratorio humano.
Cavidad nasal
Faringe
Epiglotis
Laringe
Tráquea
Bronquio izquierdo
Pulmón derecho
Corte longitudinal del pulmón
Bronquiolos
Costillas
Cavidad torácica o tórax
Diafragma
65
Actividades
❚ Relean
el texto y localicen
en la imagen de la página
anterior cada una de las vías
que se describen.
❚ Realicen un esquema simple
del sistema respiratorio
y complétenlo con las
referencias correspondientes.
Vías respiratorias
El aire ingresa en el cuerpo a través de dos orificios ubicados en la nariz, las fosas nasales hacia la cavidad nasal, hueco situado por detrás de la nariz.
Generalmente, el aire que ingresa por las fosas nasales tiene una temperatura menor a
la del cuerpo, es “seco” o poco húmedo y contiene polvo. En estas condiciones, el aire podría
dañar el interior de las vías respiratorias y de los pulmones. Sin embargo, a medida que el aire
ingresa por las fosas nasales se humedece, se calienta y se libera de impurezas. Todo esto
ocurre porque la superficie interna de la nariz y de la cavidad nasal transfiere al aire calor y
vapor de agua. Además, cuenta con mucosidad y millones de pequeños pelitos que operan
como un “filtro” reteniendo gran parte del polvo que ingresa.
El aire puede ingresar en el organismo por la nariz o por boca. No obstante, es recomendable respirar por la nariz ya que esta estructura es más adecuada que la boca para calentar,
humedecer y liberar de impurezas el aire.
Dentro de la cavidad nasal también ocurre la percepción de los olores.
Desde la nariz o desde la boca, el aire inhalado continúa su recorrido hacia la faringe,
órgano compartido con el sistema digestivo.
Como estudiaron en el capítulo 1, el funcionamiento de la epiglotis regula el paso del alimento durante la deglución. Mientras no traguemos, circula aire por el conducto.
Desde la faringe, el aire inhalado circula hacia la laringe y desde allí hacia la tráquea.
Este conducto permanece abierto al paso del aire porque está conformado por una serie de
anillos gruesos y rígidos con forma de C.
Mientras el aire circula por la tráquea, continúa la extracción de impurezas porque su
superficie interna está revestida de millones de pelitos microscópicos o cilios en los cuales
queda retenido el polvo.
En el extremo de la tráquea, se encuentran otros dos conductos, los bronquios. Cada
uno de ellos continúa dentro de un pulmón.
Imagen endoscópica de la superficie
interna de la tráquea.
La superficie interna de la tráquea
está revestida por cilios y una capa de
mucosidad que extrae las impurezas
que ingresan con el aire y que no han
sido retenidas durante su circulación
por la cavidad nasal. Los cilios se
agitan continuamente movilizando la
mucosidad hacia la faringe, donde
finalmente es tragada y dirigida hacia
el esófago.
Parte posterior
de la lengua
Epiglotis
Imagen endoscópica de las cuerdas vocales.
Cuando el aire sale al exterior circulando
por la laringe, las cuerdas vocales vibran y
pueden producir sonidos. Por este motivo, la
laringe es el órgano de la fonación.
Cuerdas vocales
Actividades
Si quieren…
¿Por qué nos atoramos si queremos
hablar y tragar al mismo tiempo?
¿Qué ocurre con la mucosidad
originada en las vías respiratorias?
Si quieren responder estas preguntas
relean el texto de la página 53.
❚ Relean
el texto y elaboren un cuadro para reunir información sobre cada vía respiratoria,
su ubicación y los procesos que en ella ocurren.
❚ Supongan que tienen los “anteojos de ver partículas” e imaginen que pueden observar
las partículas que componen el aire. De todas ellas presten atención a una molécula de
oxígeno y una de nitrógeno y resuelvan las siguientes consignas:
- Registren en orden la serie de vías por las que circulan esas dos moléculas desde que
ingresan por la nariz hasta que llegan a los pulmones.
66 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Pulmones
Los pulmones rodean el corazón y ocupan casi todo el espacio que hay dentro de la cavidad torácica.
Dentro de los pulmones, se encuentra el extremo de los bronquios y un entramado de
conductos de diámetro menor, los bronquiolos. Cada pulmón contiene aproximadamente
30 000 bronquiolos. El extremo de los bronquiolos finaliza en un ramillete de pequeñas bolsitas que parecen racimos de uvas. Cada bolsita de denomina alvéolo.
En los alvéolos se produce la transformación de la composición del aire inhalado, convirtiéndose en aire exhalado.
En síntesis, el aire circula por la serie de conductos del sistema respiratorio y cambia su
composición en los pulmones.
Área que ocupan las
vellosidades intestinales
200 m 2
Área que ocupan los
alvéolos pulmonares
75 m2
Detalle del extremo de un bronquiolo
con ramillete de alvéolos, rodeado
por redes de capilares sanguíneos.
actividades experimentales
❚ ¿Cómo son los pulmones?
Para responder esta pregunta necesitan
un trozo de bofe o pulmón de vaca, un
recipiente, un cuchillo, una lupa y agua.
Corten un trocito del pulmón y mírenlo
a través de una lupa. Dibujen sus observaciones.
Coloquen el trocito de pulmón dentro
de un vaso con agua.
- ¿Flota o se hunde? ¿Por qué?
- Tomen entre los dedos el trocito de pulmón y, sin sacarlo del agua, apriétenlo.
¿Qué sucede?
- Continúen apretándolo hasta que al
soltarlo ya no flote. ¿Por qué se hunde?
- Si consiguen pulmones enteros como
los de la imagen, realicen cortes para
observar su estructura interna.
- Reconozcan en los órganos todas las
vías respiratorias.
Área que ocupa
la piel
1,7 m2
Dimensiones de las “alfombras” que
podrían fabricarse a partir de la suma de
superficies de estructuras microscópicas pertenecientes a una sola persona.
Actividades
❚ ¿Cómo
se murió el caballo?
- Imaginen que se encuentran a
orillas de un río caudaloso y ven
un caballo muerto flotando en
el agua. ¿Cómo determinarían
si el animal murió ahogado o
cayó muerto al agua?
67
Funcionamiento del sistema respiratorio
Intercambio gaseoso en los pulmones
Los pulmones de una persona adulta pesan aproximadamente 1 kilo. En cada uno de estos
órganos hay aproximadamente 150 millones de alvéolos que dan a los pulmones el aspecto
Si quieren…
de dos grandes esponjas.
¿Qué es la difusión?
Si quieren saber cómo ocurre el
proceso denominado difusión, lean
las páginas 106 y 107.
mones de una sola persona, se alfombraría una cancha de tenis (75 m2).
Si fuera posible abrir y extender la superficie de todos los alvéolos que contienen los pulLas paredes externas de los alvéolos están rodeadas de numerosos vasos sanguíneos.
Las paredes de los alvéolos y de los vasos son tan delgadas (0,0005 mm de espesor) que las
moléculas de oxígeno y de dióxido de carbono pueden atravesarlas.
Por esos delgados vasos sanguíneos, la sangre que llega a los alvéolos transporta una concentración de dióxido de carbono mayor que la del aire que contienen los alvéolos. En cambio, la concen-
Si quieren…
¿Qué sucede con el oxígeno una vez
que ingresa en la sangre?
Si quieren aprender más sobre el
recorrido del oxígeno y su intervención
en el funcionamiento del organismo,
lean las páginas 110 y 111.
tración de oxígeno en el aire de los alvéolos es mayor que la transportada por esa sangre. Este hecho,
sumado a la delgadez de las paredes de capilares y alvéolos, provoca la difusión de esos gases. Es
decir, el oxígeno atraviesa las paredes en dirección a la sangre; y el dióxido de carbono las atraviesa
hacia el interior del alvéolo. El intercambio de gases en los pulmones se denomina hematosis.
Si se compara la composición del aire inhalado con la del aire exhalado, el primero tiene
una concentración mayor de oxígeno y el segundo tiene una concentración mayor de dióxido
de carbono y de vapor de agua. Sin embargo, las concentraciones de los demás gases que
conforman el aire no varían.
Capilar
Sangre oxigenada
Dióxido de carbono
Pared del capilar
Oxígeno
Dirección del flujo
sanguíneo
Pared del alvéolo
Intercambio de gases
(O2, CO2)
Dióxido de carbono
Oxígeno
La hematosis o intercambio de gases
que se produce en los pulmones causa
las diferencias entre la composición
del aire inhalado y la del aire exhalado.
Sangre carboxigenada
Actividades
❚ Como
en la actividad anterior, supongan que tienen los “anteojos de ver partículas” e
imaginen que pueden seguir el recorrido de una molécula de oxígeno y una de nitrógeno.
Expliquen qué sucede con cada una de ellas desde que ingresan en el alvéolo formando
parte del aire inhalado.
68 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Ventilación pulmonar
¿Por qué respiramos más rápido cuando corremos?
¿Por qué cuando dejamos de correr volvemos a respirar normalmente?
El aire de los pulmones se renueva continuamente mediante el proceso denominado
ventilación pulmonar.
Si no están agitados, mientras ustedes leen esta oración realizan una inspiración y una
espiración. El volumen de aire que incorporaron en esa inspiración está compuesto por
aproximadamente cien mil trillones (100 000 000 000 000 000 000 000) de moléculas de gases.
De esas moléculas, la mayor cantidad es de moléculas de nitrógeno, de oxígeno y de vapor de
agua; una proporción menor es de dióxido de carbono y de otros gases.
Si observan el aire con “anteojos de ver partículas” podrían ver moléculas de esos gases que
entran y salen de su nariz y de la de los compañeros. Las moléculas de nitrógeno entran y salen
de los pulmones sin variar su cantidad. En cambio, si las ventanas y la puerta están cerradas, en
el aire observarían cada vez menos moléculas de oxígeno y más de dióxido de carbono.
Cuando no están agitados, la frecuencia respiratoria es de 10 a 15 veces por minuto. En
ese tiempo, en su cuerpo ingresan y egresan entre 5 litros y 7 litros de aire.
En cambio, si realizan ese cálculo mientras corren, la frecuencia respiratoria aumenta y, en
aproximadamente 20 movimientos respiratorios por minuto, entran y salen de sus pulmones
alrededor de 25 litros de aire.
La ventilación pulmonar se produce por
la acción de los músculos intercostales
y el diafragma.
El ingreso de aire hacia los pulmones o inspiración se produce cuando el diafragma y los
músculos intercostales se contraen y provocan la expansión de la cavidad torácica. A medida
que aumenta el volumen del tórax, disminuye la presión en el interior de la cavidad torácica.
En esta situación, la presión exterior (la presión atmosférica*) es superior a la presión en el
interior de la cavidad torácica y, en consecuencia, el aire ingresa en los pulmones.
La inspiración es un proceso muscular activo porque implica la contracción de los músculos que intervienen en la ventilación pulmonar.
La salida de aire desde los pulmones o espiración, se produce cuando los músculos intercostales y el diafragma se relajan y el volumen de la cavidad torácica se reduce. En esa situación, la presión en el interior del tórax es mayor que la presión atmosférica y, como resultado,
los pulmones se contraen y el aire sale expulsado hacia el exterior.
La espiración es un proceso muscular pasivo porque se produce por la relajación de los
músculos que intervienen en la ventilación pulmonar.
69
actividades experimentales
❚ ¿Cómo
notamos que el aire entra y sale de los pulmones?
Para responder esta pregunta coloquen sus manos sobre las costillas de un compañero. Primero
presten atención a los movimientos que ocurren en su tórax mientras inspira.
- ¿Qué movimientos perciben?
- ¿Qué ocurre con la dimensión del tórax?
Luego presten atención a los movimientos durante su espiración.
- ¿Qué percibieron?
- ¿Qué variaciones se han producido en las dimensiones de su tórax?
Con un cronómetro o reloj con segundero, cuenten las veces que el compañero inspira durante
1 minuto. Repitan el procedimiento con otros 5 compañeros y registren los resultados.
Una vez tomados los datos en reposo, corran durante 3 minutos. Repitan los cálculos anteriores y
registren los resultados.
Comparen los datos obtenidos con los valores que indica el texto. Calculen el volumen de aire que
sus compañeros ingresaron en sus pulmones en situación de reposo y de agitación.
❚ ¿Cómo simular el proceso de ventilación pulmonar en el organismo?
Para responder esta pregunta pueden armar un modelo de caja torácica con una botella plástica
con tapa, un globo, una bombita de agua, un trozo de manguera, dos banditas elásticas, plastilina
o masilla y una tijera.
Corten con la tijera la base de la botella.
Perforen la tapa de la botella y coloquen la manguera en el orificio.
Coloquen la bombita en uno de los extremos de la pajita y sujétenla bien con una bandita
elástica. Enrosquen la tapa en la botella y sellen el orificio con plastilina o masilla.
Corten el cuello del globo y ajústenlo en la base de la botella con otra bandita elástica.
Una vez armado el dispositivo, tiren hacia abajo el globo de la base de la botella y observen.
Registren los resultados.
Suelten lentamente el globo, observen y registren los resultados.
Empujen la base de globo hacia arriba, observen y registren los resultados.
Comparen el modelo con la imagen de la página anterior y respondan:
- ¿Qué representa la pajita?
- ¿Qué simulan la botella y el globo de la base?
- ¿Qué parte del modelo serían los pulmones?
- Diseñen un cuadro para comparar las estructuras del modelo, los órganos del sistema
respiratorio y el funcionamiento de ambos.
Comparen los experimentos de esta página y resuelvan:
- Establezcan semejanzas entre el funcionamiento del modelo y los movimientos ventilatorios
observados en el compañero.
- Establezcan diferencias entre los funcionamientos anteriores.
- Escriban una lista de características y capacidades de las estructuras que intervienen en la
ventilación que no se presentan ni ocurren en el modelo.
70 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Esto decía Buffon…
Georges-Louis Leclerc (1707-1788) fue un naturalista francés. Su participación como divulgador público de las ciencias fue tan
importante que el rey Luis XV lo nombró conde de Buffon (nombre más usado para referirse al naturalista).
Su obra Historia natural general y particular está compuesta por 44 volúmenes en los que escribió sobre la humanidad, la Tierra,
los cuadrúpedos, los pájaros, los minerales, los cetáceos y muchos otros organismos. Entre los fragmentos de sus descripciones
sobre la especie humana, puede leerse:
¿Qué quiso decir Buffon con…?
Cosa deseada con ardor o sentida con
vehemencia: en el lenguaje de la época
de Buffon, esta expresión significa
“cuando tenemos muchas ganas de
que pase algo”, “cuando pensamos
mucho en alguien o en algo”, o “cuando
deseamos mucho ver a alguien”.
Estremecimiento: sensación de
temblor, sacudida nerviosa o sobresalto
en el ánimo.
Opresión interior: sensación de presión
en el pecho con dificultad de respirar.
Conmoción: sensación de perturbación
violenta del ánimo o del cuerpo.
Inopinado: sin pensarlo, involuntario.
Inmoderada: sin medida o moderación.
Benevolencia: simpatía y buena
voluntad hacia las personas.
Mofa: burla con palabras o señales que
se hace de alguien o de algo.
Cólera: enojo, enfado.
Aun para modificarlos a su arbitrio: con
esta expresión Buffón explica que no se
puede elegir sonrojarse o no sonrojarse
porque es una acción involuntaria.
La boca y los labios son, después de los ojos, las partes del rostro que tienen más movimiento
y expresión, pues, influyendo las pasiones en estos movimientos, señala la boca sus diferentes
caracteres por las diversas formas que toma; la voz anima también esta parte, y le da más vitalidad que a todas las demás; el color rojo de los labios y la blancura del esmalte de los dientes
sobresalen de tal modo entre los demás colores del rostro. […]
Cuando repentinamente se piensa en una cosa deseada con ardor, o sentida con vehemencia, se experimenta un estremecimiento o una opresión interior; y este movimiento del
diafragma obra sobre los pulmones, los eleva y causa una inspiración viva y pronta, que
forma el suspiro. Y cuando el alma reflexiona sobre la causa de su conmoción, sin hallar
medio de satisfacer su deseo o de dar fin a su pena, se repiten los suspiros, y la tristeza, que
es el dolor del alma, sucede a estos primeros movimientos, que van seguidos, cuando aquél
es inopinado y profundo, del llanto; entra el aire en el pecho con interrupción acelerada, y se
experimenta una especie de conmoción involuntaria, que produce reiteradas inspiraciones;
cada una de estas forma un sonido o ruido más perceptible que el del suspiro, y esto es lo que
llamamos sollozo: éstos se suceden con más rapidez que los suspiros, percibiéndose en ellos
algo del sonido de la voz, cuyos acentos son más notables en el gemido.
La risa es un sonido interrumpido de improviso y repetidas veces por una especie de conmoción. En la risa inmoderada y en casi todas las pasiones violentas se abren mucho los labios; pero
en otros movimientos más suaves y tranquilos del alma se retiran los ángulos de la boca, sin que
ésta se abra, se elevan las mejillas, y en algunas personas se forma en cada mejilla, a corta distancia de dichos ángulos, un hoyo pequeño, nuevo adorno que se añade a la gracia y atractivo,
compañeros ordinarios de la sonrisa. Ésta es la señal de benevolencia, de aplauso y de satisfacción interior, aunque también suele ser indicio de mofa y desprecio; pero cuando la sonrisa es
maligna, se estrechan los labios uno contra el otro por un movimiento del labio inferior. […]
Hacen salir los colores al rostro el gozo, el orgullo, el rubor y la cólera, y lo dejan pálido de
temor, la tristeza y el espanto. Esta alteración del color del rostro es absolutamente involuntaria;
manifiesta, sin consentimiento del alma, su situación, y es efecto de la sensación, en la cual no
tiene voluntad un dominio completo, aunque puede mandar en todo lo demás. Si bien basta
un instante de reflexión para contener los movimientos musculares del rostro en las pasiones,
y aun para modificarlos a su arbitrio, no es posible impedir la alteración del color, porque
depende de un movimiento de la sangre, ocasionado por la acción del diafragma, que es el
principal órgano de la sensación interior.
Actividades
Ariel Rojo: El príncipe del conocimiento - Georges Louis de Buffon,
México, Pangea Editores, 1992 (adaptación).
❚ Lean el texto de Buffon y resuelvan las consignas:
- ¿Qué ideas comunica en su texto?
- Comparen las propiedades del diafragma según el naturalista francés y el conocimiento actual.
- ¿Qué oración o fragmento les llamó la atención? ¿Por qué?
- ¿Por qué creen que se propuso la lectura de este texto en el capítulo?
71
Ciclo respiratorio
Un ciclo respiratorio está comprendido por una inspiración y una espiración. En cada
ciclo ingresa a los pulmones aproximadamente 0,5 litros de aire. Esa cantidad de aire se denomina volumen de aire corriente.
Un adulto realiza 20 000 ciclos respiratorios en un día. Si se pesara la totalidad de aire
incorporado en todos esos ciclos respiratorios, se estimaría que la persona inhaló aproximadamente 15 kilos de aire en 24 horas. Ese valor es seis veces mayor que el peso de comida y
de agua que una persona incorpora en un día.
Al realizar una inspiración profunda, llenando bien los pulmones, ingresan entre 2,5 litros
a 3 litros de aire. Esa cantidad de aire se llama volumen de reserva inspiratoria.
Si se realiza una espiración forzada, es decir, tratando de expulsar todo el aire que contienen sus pulmones, se exhala entre 1 litro y 1,5 litros. Esa cantidad de aire se denomina volumen de reserva espiratoria.
La suma de los volúmenes de reserva inspiratoria y espiratoria da un valor aproximado a
los 3,5 litros y 4,8 litros. Esa cantidad de aire se denomina capacidad vital.
Volumen de reserva inspiratoria + Volumen de reserva espiratoria = Capacidad vital
3 litros
+
1,5 litros
=
4,5 litros
Durante una espiración forzada es imposible expulsar todo el aire de los pulmones. Estos
órganos nunca quedan sin aire porque en los alvéolos se retiene cierto volumen mínimo de
este material. Esa cantidad permanente de aire se denomina volumen residual de aire, y su
valor se aproxima a los 1,5 litros.
La capacidad vital depende en gran medida de la elasticidad de los pulmones. A medida
que los pulmones pierden elasticidad con los años, o como consecuencia de alguna enfermedad, el volumen residual aumenta y la capacidad vital disminuye.
La capacidad pulmonar total se obtiene con la siguiente operación:
Capacidad vital
4,5 litros
72 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
+
+
Volumen residual
1,5 litros
=
=
Capacidad pulmonar total
6 litros
Control del sistema respiratorio
Si bien es posible hacer una inspiración o una espiración cuando queremos, normalmente
los ciclos respiratorios se producen de manera inconsciente o involuntaria, en forma rítmica
y automática.
Una región del sistema nervioso, el centro respiratorio, coordina la contracción y la
relajación de los músculos que intervienen en la ventilación pulmonar (el diafragma y los músculos intercostales).
Actividades
❚ ¿Por qué no es posible
contener la respiración
durante un tiempo
prolongado?
Observen los esquemas y
respondan.
En reposo, la cantidad de dióxido de carbono que
produce el cuerpo es liberado hacia el exterior al espirar.
Cuando aumenta la actividad física, el cuerpo
produce mayor cantidad de dióxido de carbono
que en reposo.
El aumento en la concentración de dióxido de carbono
es detectado por unos sensores ubicados en la pared
interna de algunos vasos sanguíneos. Esa información
estimula el centro respiratorio y desde allí se provoca el
aumento de la frecuencia de los ciclos
A medida que el dióxido de carbono es
eliminado del cuerpo, disminuye su
concentración en la sangre. Los sensores
detectan esta reducción y el centro respiratorio
provoca la disminución de la frecuencia de los
ciclos cardíacos hasta el valor de reposo.
Centro Respiratorio
¿Por qué estornudamos,
bostezamos y tenemos hipo?
En el estornudo, el hipo y el bostezo
interviene el sistema respiratorio.
El estornudo despeja de impurezas
las vías respiratorias. El aire se acumula detrás de las cuerdas vocales
cerradas y, en milésimas de segundo,
se abren y por ellas sale una bocanada de aire a 160 km/h.
El hipo se produce cuando el diafragma se contrae repentinamente, entra
aire en los pulmones, y las cuerdas
vocales se cierran con un ruido
característico (¡hic!).
A través de la gran bocanada de aire
que sale de los pulmones durante
un bosteo, se libera gran cantidad de
dióxido de carbono acumulado en
el cuerpo.
73
Síntesis de la estructura y dinámica del sistema respiratorio
La estructura del sistema respiratorio y los procesos en los que interviene pueden ser
resumidos en un esquema como el siguiente:
Actividades
Sistema
respiratorio
❚ Escriban
un texto que
relacione los conceptos
usados en el esquema.
Dinámica
Composición
Vías respiratorias
Pulmones
Ventilación
pulmonar
Hematosis
Con-Ciencia y Arte
Cantarle al cuerpo
En la literatura argentina, varios autores han dedicado poemas al cuerpo. Algunos enlazaron armónicas
palabras para elogiar el organismo del ser querido; otros, en cambio, las entramaron con una visión irónica.
Baldomero Fernández Moreno (1886-1950) fue médico rural en Chascomús y en el barrio porteño de
Floresta. Escribió poesía sobre temas de la vida cotidiana, la ciudad y el campo con notable calidad
literaria. En 1936 ganó el Premio Nacional de Literatura y, en 1939, el Premio de Honor de la Sociedad
Argentina de Autores.
Soneto a tus vísceras
Harto ya de alabar tu piel dorada,
Tus externas y muchas perfecciones,
Canto al jardín azul de tus pulmones
Y a tu tráquea elegante y anillada.
Canto a tu masa intestinal rosada
Al bazo, al páncreas, a los epiplones,
Al doble filtro gris de tus riñones
Y a tu matriz profunda y renovada.
Canto al tuétano dulce de tus huesos,
A la linfa que embebe tus tejidos,
Al acre olor orgánico que exhalas.
Quiero gastar tus vísceras a besos,
Vivir dentro de ti con mis sentidos...
Yo soy un sapo negro con dos alas.
(B. Fernández Moreno)
74 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Desequilibrios en el sistema respiratorio
Algunas enfermedades afectan la estructura y el funcionamiento del sistema respiratorio.
Bacterias, virus y principalmente el cigarrillo son causantes de enfermedades de las vías respiratorias y de los pulmones.
Bronquitis
Se denomina bronquitis a la inflamación de los bronquios. Los agentes causales de la
enfermedad son variados: virus, bacterias, polvo del ambiente, sustancias que se encuentran
en el aire contaminado y el humo del cigarrillo.
La bronquitis se caracteriza por la aparición de flemas que obstruyen las vías respiratorias
y el cuerpo elimina a través de la tos.
Tuberculosis
La tuberculosis es una enfermedad producida por un tipo de bacterias llamadas bacilos
de Koch. Habitualmente, estas bacterias son transportadas por el aire e ingresan a las vías
respiratorias. Una vez dentro del organismo, los bacilos se alojan en los pulmones y alteran
su estructura y capacidad de ventilación. La persona enferma tiene fiebre, tos seca, transpira
mucho y adelgaza. Sin embargo, si la enfermedad es diagnosticada a tiempo, es curable.
La vacuna antituberculosa o BCG (Bacilo Calmette-Guérin) es la mejor prevención para
esta enfermedad. Se aplica por vía oral antes de los 10 días de vida y cuando el niño ingresa a
la escuela primaria (aproximadamente a los 6 años).
Neumonía
La neumonía es provocada por bacterias y por virus y como consecuencia los pulmones
se inflaman*. Como los alvéolos se llenan de mucus y líquido, se dificulta el intercambio de
gases.
Los síntomas son muy similares a los de una gripe: fiebre, dolor de cabeza, enrojecimiento
de la garganta y tos.
Esta enfermedad se contagia a través de pequeñas gotas que expulsa la persona enferma cuando habla, tose o estornuda, o por el uso de objetos contaminados, como vasos,
bombillas o cubiertos.
Tabaquismo
Las sustancias tóxicas del humo del cigarrillo ocasionan dos enfermedades graves: enfisema y cáncer de pulmón. Ambas se previenen si no se toma el hábito de fumar.
Se denomina enfisema al deterioro de las paredes de los alvéolos. Esta enfermedad disminuye la elasticidad de los pulmones y deteriora las paredes de los alvéolos. Como consecuencia de esto, se reduce el intercambio de gases y el enfermo respira con dificultad.
La mayoría de los casos de cáncer de pulmón son producidos por el tabaquismo. La
persona enferma pierde su capacidad respiratoria debido a un grupo de células que crecen
veloz y anormalmente.
Para este tipo de enfermedades es fundamental detectarlas a tiempo. Para esto, las radiografías de pulmón resultan eficaces. Pero la única medida preventiva es evitar el tabaquismo e
inhalar el humo del cigarrillo de personas que fuman cerca.
75
Comprender e integrar
1. Lean las preguntas de apertura del capítulo 2 e intenten responderlas con lo que aprendieron.
2. ¿Cómo estudiar en Ciencias Naturales?
En ciencias, la mayoría de los textos explicativos comunican
conocimientos científicos con relaciones de causa-consecuencia.
Para estudiar este tipo de textos es muy útil identificar las relaciones
causa-consecuencia y representarlas en una trama de conceptos.
Si en el texto aparece otro tipo de relaciones, por ejemplo, las
características correspondientes al objeto que se describe,
también podrán representarse en la trama.
Para elaborarlas, conviene seguir la serie de pasos que se proponen con el siguiente ejemplo.
Supongan que el texto que tienen que estudiar es el siguiente:
b. Señalar los conceptos incluidos en las ideas anteriores.
El monóxido de carbono (CO) es peligroso para la salud.
El monóxido de carbono proviene de hornos defectuosos.
El monóxido de carbono proviene de la combustión de combustibles (carbón o kerosén) sin ventilación adecuada.
El monóxido de carbono tiene mayor afinidad con la hemoglobina
que el oxígeno (O2).
El monóxido de carbono destruye la capacidad de la hemoglobina para transportar oxígeno hacia los tejidos del organismo.
La falta de oxígeno en el cerebro produce pérdida del conocimiento y muerte.
c. Seleccionar y ordenar los conceptos estableciendo relaciones
de causa y consecuencia.
“Éste es un buen lugar para mencionar el peligro que plantea el
monóxido de carbono (CO), que puede provenir de un horno de
funcionamiento defectuoso o de quemar combustibles como el
carbón o el kerosén sin la ventilación adecuada. El CO se combina con la hemoglobina con mayor afinidad que el O2. De este
modo, el CO destruye la capacidad de la hemoglobina para transportar y liberar el O2, a los tejidos del organismo. La víctima pierde el conocimiento y puede morir por falta de O2 en el cerebro.”
Fragmento de Vida. La Ciencia de la Biología, de Purves, Sadava, Orians y Heller, Buenos Aires, Editorial Médica Panamericana,
sexta edición, página 858.
Causa 1: combustión sin ventilación
Consecuencia 1: monóxido de carbono
Pasos para elaborar una trama de conceptos
a. Extraer las ideas del texto. Por ejemplo:
d. Destacar los conceptos y establecer las relaciones entre ellos
con flechas y frases cortas.
76 | 2 Entrada, transformación y salida de materia
Causa 3: hemoglobina combinada con monóxido de carbono
Consecuencia 3: falta de oxígeno en la sangre.
Causas
Causa 4: falta de oxígeno en la sangre.
Consecuencia 4: pérdida del conocimiento y muerte.
Consecuencias
El monóxido de carbono (CO) es peligroso.
El monóxido de carbono proviene de hornos que funcionan mal.
El monóxido de carbono proviene de quemar combustibles (carbón o kerosén) sin ventilación adecuada.
El monóxido de carbono tiene mayor afinidad con la hemoglobina
que el O2.
El monóxido de carbono destruye la capacidad de la hemoglobina para transportar oxígeno (O2) hacia los tejidos del organismo.
La falta de oxígeno en el cerebro produce pérdida del conocimiento y muerte.
Causa 2: monóxido de carbono
Consecuencia 2: hemoglobina
combustión
sin ventilación
monóxido
de carbono
hemoglobina
combinada
con monóxido
de carbono
produce
se combina con
provoca
monóxido
de carbono
hemoglobina
falta de oxígeno
en la sangre
falta de oxígeno
en la sangre
puede llegar
a causar
pérdida de
conocimiento
y muerte