IED Serrezuela, 2013

1. NUTRICIÓN, RESPIRACIÓN 2
Factores que afectan al intercambio de gases
Presión parcial de oxígeno
a- El aire, el oxígeno y la ley de Dalton
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Por lo general cuando las personas escuchan los términos aire y oxígeno, visualizan la
misma cosa, como si ambas sustancias fueran sinónimas.
Sin embargo, en términos biológicos y químicos ambas sustancias son tan diferentes
como un vaso de agua ultra pura a una taza de café.
El aire de la atmosfera del planeta no es una sustancia pura, es una mezcla o más
exactamente, una dilución gaseosa de diferentes gases moleculares. Mientras que, el
oxígeno es un gas puro molecular, solo uno de los que compone la mezcla diluida que
llamamos aire.
Al ser un componente más de la presión total que ejerce la atmósfera, cuando nos
referimos a la presión que el oxígeno del aire ejerce sobre un ser vivo, hablamos de una
presión parcial. Aún más interesante resulta que al escuchar esto, las personas podrían
llegar a pensar (y muchos lo hacen) que el oxígeno es el gas más representativo dentro de
la mezcla que compone el aire.
Sin embargo tal idea es bastante falsa, si tomamos en cuenta los componentes de aire
debemos listar al nitrógeno gaseoso, al agua en forma de vapor, el dióxido de carbono y
los gases nobles.Resulta interesante que, el 78% del aire o mejor dicho de la atmosfera
del planeta es nitrógeno gaseoso, mientras que solo el 21% es el tan necesario oxígeno
gaseoso. Más interesante aún es el caso del dióxido de carbono, que no llega a
representar ni el 1% de la atmosfera.
El problema es mucho mayor para el agua, pues esta aunque puede diluir gases en su
interior, tiende a emitirlos a la atmosfera, este fenómeno se acentúa más si el agua se
mantiene estancada.Es por esto, que cuando hablamos de la presión del oxígeno debemos
hablar de una presión parcial, pues el oxígeno solo representa parcialmente el peso y la
presión del aire en la atmósfera.
b- Oxígeno en aire y agua
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Las demandas del órgano respiratorio cambian dependiendo del medio en el cual se
difunde el oxígeno/dióxido de carbono, es decir si es en aire o en agua.
Este cambio se debe principalmente a la densidad. El agua, al ser más densa que el aire,
requiere más energía para ser puesta en movimiento. La ventilación que se realiza en el
agua, requiere mucha más energía que la ventilación que sucede en el aire.
Adicionalmente, el agua hace que las estructuras sean más boyantes, si alguien ha tenido
unas pantalonetas grandes en una piscina, sabrá muy bien que en ocasiones el tejido
parece como si se inflara al máximo, lo mismo le sucede a los tejidos biológicos, los
cuales en el agua tienden a expandirse sin requerimiento energético, mientras que en la
superficie, como ocurre con el tejido de una pantaloneta, colapsan en su propio peso.
Los pulmones por su parte, están estructuralmente mejor enmarcados para trabajar en el
aire.Otro detalle es la presión parcial de oxígeno en el aire y la concentración del gas de
oxígeno en el agua.
Ahora, imagino que algunos lo saben y la mayoría no, pero el aire que respiramos es
mayoritariamente nitrógeno (78%), mientras que el oxígeno posee un respetable (21%),
otros gases como el dióxido de carbono, el agua gaseosa y los gases nobles componen el
resto del porcentaje. La situación no cambia cuando observamos los microambientes, se
tiene que ascender mucho en una montaña muy alta, como para que la presión parcial de
oxígeno disminuya perceptiblemente, pero en general a nivel del mar, la composición del
aire es constante.
Una cuestión muy diferente ocurre en el agua. El oxígeno diatómico es por naturaleza
gaseoso, aunque en contacto con el agua el gas entra en solución con esta.
La cantidad de gas de oxígeno que se mezcla con el agua depende dela temperatura del
agua y del ambiente, y de la química del agua, es decir de iones salinos disueltos en ella,
además de si se encuentra en movimiento o está estancada. Debido a que el oxígeno entra
por la superficie, las zonas más cercanas a la superficie tendrán más oxígeno a menos
que, el agua tenga proveedores de oxigeno como las cianobacterias.
Como resultado, cada cuerpo de agua posee una presión parcial de oxigeno muy
diferente unos de otros, lo que hace que los peces estén sometidos a presiones de
selección muy variables, ya que la cantidad de oxígeno de un mismo cuerpo de agua
puede variar mucho con el tiempo, incluso hasta volverse hipóxica en pocos instantes lo
que conlleva riesgos de muertes masivas.
c- Hiperventilación
http://cienciasdejoseleg.blogspot.com/2012/08/hiperventilacion.html
Los nadadores de grandes profundidades, y algunos recolectores de perlas salvajes de
Asia, llevan a cabo ejercicios para lograr la hiperventilación de sus aparatos de
ventilación.Realizando una serie de inhalaciones profundas, ellos disminuyen
radicalmente la concentración de dióxido de carbono en los alveolos de sus pulmones, y
por lo tanto, disminuyendo la cantidad de dióxido de carbono en el torrente sanguíneo.
Esta acción les permite permanecer bajo el agua durante un periodo mucho más largo,
antes de sentir la urgencia de salir a la superficie he inhalar aire nuevamente.
Sin embargo, si la hiperventilación se acentúa de manera artificial o durante largos
periodos de tiempo, se puede generar el efecto de envenenamiento por oxígeno. Los
síntomas típicos son pereza y en ocasiones perdida del conocimiento, debido a que el
torrente sanguíneo requiere de cierta presión mínima de dióxido de carbono en la sangre
para mantener la presión sanguínea normal.
d- Hipóxia
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Aunque los detalles bioquímicos de la hipoxia los veremos más claramente en el sistema
circulatorio, es conveniente recordar que, el metabolismo funciona como una cadena
continua, donde debe ingresar constantemente materias primas, pero al mismo tiempo,
deben desecharse constantemente los productos de desecho.
El dióxido de carbono es el desecho principal del proceso de respiración celular, y como
tal es producido en mayor cantidad por las células que requieren más energía, en general
son las células neuronales y las células musculares.Si la salida del dióxido de carbono se
detiene, la cadena metabólica también lo hace, y este atrancamiento, provoca una
parálisis en la producción energética, lo que a fin de cuentas provoca la muerte de la
célula por falta de energía.
Debido a que son las células neuronales las que requieren energía de manera constante y
en grandes cantidades, son estas las que primero enfrentan los efectos de la hipoxia. En
un organismo con un cerebro grande como los humanos esto se traduce como anomalías
cerebrales o visuales, como desorientación, fatiga mental, jaqueca y en ocasiones euforia,
perdida de la conciencia y en últimas la muerte por ahogamiento.
A pesar de que la concentración del oxígeno en el aire es en promedio del 20%, esto no
es verdad en todos los lugares del planeta Tierra.
Ya habíamos dicho que la presión parcial de oxigeno era por naturaleza menor en el
agua, ya sea en movimiento, o en el agua estancada. Sin embargo en la atmosfera la
presión de oxigeno también varía. Una de las variables que afecta más a la presión
parcial de oxigeno es la altura. Debido a que la presión atmosférica total disminuye a
medida que incrementamos la altitud, la cantidad de oxigeno también disminuye, junto
con la cantidad de aire.En general, si se hace de manera gradual, la persona se adapta
paulatinamente mediante la producción de una mayor cantidad de glóbulos rojos.
A altitudes mayores, obtener oxigeno puede llegar a ser un verdadero problema. Todos
los aviones propulsados por yet, e incluso algunos aviones propulsados por hélice que
vuelan a grandes altitudes presentan una cabina presurizada que lleva su propio aire
desde tierra, o mascarillas de oxígeno para que los miembros de la tripulación puedan
respirar de manera normal.Este equipamiento no es un juego, por ejemplo, un avión que
vuele a unos 11,700 metros y pierda su descompresión, genera un ambiente en que el
piloto perdería su conciencia en unos 30 segundos, y entraría en estado de coma en
alrededor de 1 minuto.
e- Síndrome de descompresión
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El aire que toda persona respira se compone aproximadamente de un 79 por ciento de
nitrógeno y un 21 por ciento de oxígeno, elementos que se mantienen en la misma
proporción en el aire comprimido contenido en las botellas que utilizan los buceadores en
sus inmersiones.
Al descender bajo el agua, la presión que actúa sobre el organismo del submarinista
aumenta de forma proporcional a la profundidad de la inmersión, haciendo que el
nitrógeno contenido en el aire de las botellas se introduzca en los tejidos formándose
burbujas microscópicas.
Estas burbujas suelen ser inofensivas si no se presentan en gran cantidad, ya que pueden
ser filtradas en los pulmones y exhaladas al exterior. Las complicaciones pueden
producirse si se forman demasiadas burbujas y se supera la capacidad de filtración de los
pulmones. Las burbujas pueden invadir otros tejidos, existiendo riesgos si se extienden a
la médula espinal dónde pueden alterar el funcionamiento de las células nerviosas.
Existe la posibilidad de que esto ocurra si se realizan inmersiones prolongadas en zonas
de gran profundidad donde existe mayor presión o si no se llevan a cabo paradas de
seguridad durante el ascenso a la superficie. Se ha probado que una parada de seguridad
de cinco minutos puede reducir la presencia de burbujas a la mitad.
Todo buceador, aficionado o profesional, debe respetar unas tablas de buceo en las que
se contempla cuánto tiempo puede permanecerse a una determinada profundidad sin que
exista riesgo. En cualquier caso, no hay que llegar a estos parámetros máximos ya que
factores como el frío, un estado físico inadecuado o la realización de un ejercicio intenso
pueden facilitar la aparición del síndrome por descompresión.
Se aconseja atención médica si tras una inmersión se observa dolor en las articulaciones,
debilidad, entumecimiento, vértigo, náuseas o baja consciencia.
f- Variación de la presión parcial de oxígeno en la historia del planeta
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El oxígeno atmosférico y diatómico es una molécula altamente reactiva que no se
encuentra fácilmente en la atmosfera a menos que sea producido de manera biológica.
De hecho, muchos modelos geológicos y evidencia geológica marcan claramente que el
oxígeno en los primeros periodos del planea era muy bajo.
El primer incremento de la presión parcial de oxigeno se da en la era proterozoica hace
unos 2500 millones de años cuando las cianobacterias evolucionaron el fotosistematipo
II, el cual es capaz de reducir el óxido de dihidrógeno (agua) separándolo en oxígeno
gaseoso he hidrogeno biológico.
Un segundo incremento más leve se relaciona con la evolución de las algas verdes
eucarióticas mediante la endosimbiosis de una cianobacteria en una célula euariótica.
Un último y máximo incremento en la presión parcial de oxigeno se dio durante el
periodo carbonífero hace unos 359 millones de años asociada a la evolución de las
plantas terrestres vasculares, las cuales carecían de animales de las pastorearan en ese
instante. Ese fenómeno causo un desequilibrio ecológico, pues había más producción
vegetal y pocos herbívoros. Entre otras, eso provocó que los desechos de estas plantas sin
procesar produjeran la mayoría de las reservas de carbón y petróleo que alimentan
nuestros motores actualmente. El desequilibrio también causo un incremento en el
contenido de oxígeno en el aire, alcanzando un punto cercano al 40%
Sin embargo, este nivel disminuyó con el tiempo, especialmente con la gran extinción del
cámbrico, y la gran extinción del cretáceo. En la figura V-01 “en el enlace” podemos ver
los valores de la presión parcial de oxigeno durante el periodo Cámbrico hasta la
actualidad.