trabajo de investigacion

TRABAJO DE INVESTIGACION
Nombres:
Rodrigo Astaburuaga
Juan Correa
Daniel Fogar
Pablo Muñoz Sch.
Profesor:
Mario Nuche
Ramo:
Ciencias Naturales
Departamento de Ciencias Naturales
Fecha:
8 de Abril, 1999.
INTRODUCCIÓN
En el trabajo siguiente se plantea como problema la siguiente pregunta: ¿Por qué
los ritmos cardíacos varían según las personas? (En este caso entre varones). Esta pregunta
se debe a una actividad que se hizo en la que 4 personas hicieron las mismas actividades,
primero reposo y luego correr, luego tomaron su número de pulsos y de inspiraciones. Ante
esto vimos que todos tenían números distintos como se muestra en los siguientes gráficos:
Sujeto 1
Sujeto 2
Sujeto 3
Sujeto 4
N° de pulsaciones en reposo
54
54
56
55
Sujeto 1
Sujeto 2
Sujeto 3
Sujeto 4
N° de pulsaciones en actividad
120
125
126
92
Sujeto 1
Sujeto 2
Sujeto 3
Sujeto 4
N° de inspiraciones/espiraciones en reposo
15/15
20/20
16/16
15/16
Sujeto 1
Sujeto 2
Sujeto 3
Sujeto 4
N° de inspiraciones/espiraciones en actividad
21/22
22/23
27/27
22/23
Como dato anexo los sujetos 1, 3 y 4 practican deporte frecuentemente, los 4 son
varones.
Ante estos resultados se cree que la respuesta al problema estaría en que los ritmos
cardíacos de cada persona varían según la condición física de cada persona. Dentro de esto
estaría el hacer deporte, consumo de tabaco y otros, etc. Como predicción se cree que si los
ritmos cardíacos varían según cada persona, entonces las personas que hacen deporte
necesariamente tienen que tener un número mas bajo en sus datos.
Después de ver los resultados se observa que la diferencia entre los ritmos en reposo
y en actividad es muy grande. ¿Por qué aumentan los niveles de inspiración y pulso?
Para el desarrollo de la investigación se mostrarán temas relacionados con el
sistema circulatorio y respiratorio, especialmente en lo que tiene que ver con el intercambio
de gases y el uso que hace el cuerpo con éstos, tanto en relajación general como cuando se
efectúa una actividad física intensa.
DESARROLLO (MARCO TEÓRICO)
Para entendimiento del lector, primero se aclararán los conceptos ocupados en la
actividad anteriormente descrita:
• PULSO: cada vez que el corazón late, empuja un flujo de sangre hacia las arterias.
Esto produce una onda, ya que las arterias se expanden y se contraen con el flujo
sanguíneo. Cada oscilación es una pulsación. El pulso se puede palpar dondequiera que
una arteria discurra sobre un hueso o un cartílago.
• INSPIRACIÓN: la caja torácica aumenta de volumen por los movimientos del
diafragma, las costillas y el esternón. La contracción muscular del diafragma hace que
pierda su convexidad, arrastrando la base de los pulmones hacia abajo. Cuando
desciende el diafragma aumenta la presión sobre la cavidad abdominal, pero los
músculos del abdomen se relajan para permitir la expansión del mismo.
• ESPIRACIÓN: la salida del aire de los pulmones es un fenómeno pasivo, se
produce por la relajación de los músculos respiratorios. El aumento de longitud que
hace el diafragma le hace más convexo, las costillas y el esternón recobran su posición
inicial y los pulmones, al disminuir de volumen por su contracción elástica, expulsan el
aire al exterior.
Cuando se está en reposo el cuerpo se inspiran y espiran alrededor de 0,5 litros de
aire, conocidos como volumen de ventilación pulmonar. Estos 0,5 litros de aire son los
que dan al cuerpo el O2 necesario para mantenerse bien sin problemas, pero cuando se
empieza una actividad física, las células del cuerpo necesitan más oxígeno ya que deben
hacer un trabajo más intenso. Se calcula que cuando se espira e inspira al máximo el aire
que sale es alrededor de 4,5 litros, los cuales el cuerpo necesita para hacer una actividad
intensa, por eso cuando alguien corre empieza a respirar mas fuerte y continuado.
En la inspiración entra aire a los pulmones porque estos se hinchan al aumentar el
volumen de la caja torácica, el diafragma desciende y las costillas se levantan. En la
espiración el aire es expulsado al exterior por la relajación y vuelta a la posición normal de
los músculos respiratorios.
De esos 0,5 litros de aire que se espiran, solo llegan a los alvéolos el 70% (350 ml)
para su utilización. El resto queda a lo largo de las vías respiratorias, esta cantidad de aire
sin utilizar se llama volumen de aire muerto, ya que ocupa espacios donde no hay
intercambio gaseoso alguno.
Cuando se inspira profundo, permanece cierta porción de aire en el cuerpo (reserva
inspiratoria). Aunque se intente vaciar completamente los pulmones nunca se podrá del
todo, ya que siempre permanece aire en los alvéolos, debido a la diferencia de presión
(presión intrapleural y presión exterior), esto es lo que se llama volumen residual.
La capacidad pulmonar de cada persona está determinada por los volúmenes que
transitan a través del sistema respiratorio. Es “cuanto se usa” del aire que ingresa. Esta
capacidad es mayor en los deportistas, especialmente en atletas, ya que constantemente
entrenan sus músculos respiratorios para elasticarse y contraerse mas fuertemente.
El aire hace un recorrido por varias estructuras antes de llegar a los alvéolos
pulmonares. Primero pasa por las fosas nasales donde se limpia, humedece y calienta;
luego pasa por la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios, bronquiolos para finalmente,
después de ser conducido por todas estas estructuras llegar a los alvéolos pulmonares.
Los alvéolos pulmonares son pequeños sacos circulares dispuestos en forma de
racimo al final de los bronquiolos. En cada pulmón hay mas de 300 millones de alvéolos.
En ellos se realiza el intercambio gaseoso.
Durante la ventilación de los pulmones, el aire entra con una composición y sale con
otra. El aire inspirado tiene más oxígeno, mientras el aire espirado tiene más dióxido de
carbono. El proceso por el que ocurre este intercambio de gases se llama difusión. La
difusión respiratoria es el movimiento de gases desde un lugar de mayor presión a un lugar
de menor presión. Esta difusión opera en 2 niveles: entre los alvéolos y los capilares
sanguíneos, y entre los capilares sanguíneos y el interior de las células.
La primera ocurre por la diferencia de presión entre el aire disuelto en la sangre y
entre el que está contenido en los alvéolos, en este caso el intercambio ocurre en las
delgadas paredes de unos y otros. Como la presión del aire inspirado es mayor a la que
tiene el oxígeno del capilar alveolar, éste se difunde hacia los capilares venosos, desde
donde se distribuye a todas las regiones del cuerpo a través de la arteria aorta. El CO2 es
conducido por la arteria pulmonar y los capilares pulmonares hasta los alvéolos, para luego
ser espirado.
La segunda difusión señalada ocurre entre las paredes de los capilares que
transportan la sangre con oxígeno y las membranas celulares. El oxígeno se difunde desde
los capilares arteriales hasta el líquido intersticial y luego a las células, en las mitocondrias
es rápidamente consumido por la respiración celular. Al mismo tiempo, como la presión
parcial de dióxido de carbono es mayor en las células que en los capilares venosos, el CO2
sale desde la célula hacia el líquido intersticial y va a los capilares venosos, que lo llevan a
los pulmones para ser expulsado a través de la espiración.
El transporte de los gases de la respiración en el organismo se hace a través de la
sangre, más específicamente gracias a un componente de esta llamado hemoglobina, que
consta de hierro y una proteína. La mayor parte del oxígeno se combina con la hemoglobina
formando un nuevo compuesto llamado oxihemoglobina.
Hb+O2
HbO2
Cuando la hemoglobina se convierte completamente en oxihemoglobina, está
saturada. De esta manera es como el oxígeno viaja a través del cuerpo humano
El dióxido de carbono es transportado por la sangre de varias maneras distintas.
Cerca del 7% se encuentra diluido en el plasma y otro 23% se combina con la hemoglobina
formando un compuesto llamado carminohemoglobina.
El 70% restante de CO2 se transporta en el plasma como iones bicarbonato. El
dióxido de carbono, al mezclarse con el agua presente en el plasma, da origen al ácido
carbónico.
CO2+H2O
HOO3+H+
El Hidrógeno contenido en la molécula de ion bicarbonato hace que aumente el PH
se vuelva mas ácido. Esta acidez es detectada por los senos carotidios (pertenecientes al
sistema nervioso), éstos mandan señales al sistema nervioso, que manda señales al bulbo
raquídeo, que manda señales para hacer una mayor actividad en el diafragma junto con los
músculos intercostales y el corazón para poder eliminar el dióxido de carbono que se
encuentra en la sangre lo más rápido posible. Gracias a este conjunto de señales, el CO2 es
rápidamente transportado como se señaló anteriormente, llevándolo por la arteria pulmonar
y los capilares arteriales hasta los alvéolos, para ser expulsado.
C6H12O6 (plasma)
f
e
CO2 (plasma)
ENERGÍA (ATP)
O2 (glóbulos rojos)
H2O
Junto con el oxígeno también la célula necesita nutrientes. Con estos elementos se
hace el metabolismo celular que consta de 2 partes: el anabolismo y el catabolismo. El
anabolismo es el conjunto de reacciones químicas que sintetizan materia orgánica,
simplificándola. El catabolismo es el conjunto de reacciones que degradan las sustancias
orgánicas ya simplificadas, de manera de obtener energía de ellas. Aunque prácticamente
todas las moléculas se pueden catabolizar, los glúcidos y polisacáridos son los principales
compuestos destinados a la combustión.
Este metabolismo puede dividirse en 2 partes: glicólisis anaeróbica y el ciclo de
Krebs. De la glicólisis se obtiene un poco de energía y ácido láctico, responsable directo de
la fatiga que se experimenta después de un tiempo de actividad. Del ciclo de Krebs
obtenemos mucha más energía que en la primera parte, y como desecho CO2+H2O, se lleva
a cabo en las mitocondrias celulares.
Con los dos elementos fundamentales ya señalados se hace una combustión
(oxidación) de manera de obtener energía en forma de Adenosín Trifosfato (ATP). Estas se
forman a medida que los enlaces se liberan en la combustión y se van oxidando y
degradando.
Con la energía formada en los procesos anteriormente explicados, el organismo
tiene una regulación de la respiración independiente. Por eso los movimientos
respiratorios son actos reflejos e involuntarios.
Esta función está determinada por 2 estructuras del sistema nervioso: el bulbo
raquídeo y la protuberancia anular. Estas regiones forman el centro respiratorio, desde
donde se controlan las acciones de los músculos de manera involuntaria, las células
nerviosas que controlan este centro de acciones se dividen funcionalmente en tres áreas:
área de ritmicidad medular, neumoaca y apneústica.
El área de ritmicidad medular regula el ritmo respiratorio básico. Hay neuronas que
controlan los movimientos de inspiración y espiración. Los impulsos nerviosos que se envía
al área espiratoria duran unos dos segundos y llegan a los músculos a través de los nervios
finicos, estos llegan al diafragma. Los impulsos nerviosos que salen del área de la
espiración producen la relajación de los músculos intercostales y la contracción de los
músculos abdominales, disminuyendo el volumen de la caja torácica.
El área neumotáxica establece una coordinación entre el área de la inspiración y la
de la espiración. Transmite impulsos que inhiben al centro inspirador, para limitar la
inspiración y hacer más fácil de espiración.
El área apneústica envía los impulsos al área de la inspiración, activando la
inspiración y haciéndola más duradera, retardando por consiguiente la espiración. Esto
ocurre cuando el área neumotáxica está inhibida.
El recorrido de los gases a través del cuerpo es posible gracias a la sangre. Y esta
corre a través del cuerpo mediante el ciclo cardíaco. Consiste en dos movimientos, uno de
contracción llamado sístole y uno de relajación llamado diástole. El ciclo tiene tres etapas:
diástole general, sístole auricular y sístole ventricular.
En la diástole general se abren las válvulas mitral y tricúspide, se cierran las
semilunares de la arteria aorta y pulmonares. La sangre fluye al corazón y llena las
aurículas y ventrículos. La presión sanguínea se mantiene baja. En la sístole auricular se
abren las válvulas auriculoventriculares para permitir el paso de sangre a los ventrículos. La
contracción auricular hace un llenado del 30%, el 70% restante corre en forma pasiva.
En la sístole ventricular se cierran las válvulas mitral y tricúspide. Se ejerce una
presión muy fuerte sobre la sangre, hasta el punto que provoca la apertura de las
semilunares de las arterias aorta y pulmonar. Declina a medida que la sístole progresa.
Cuando el corazón impulsa la sangre lo hace en etapas que conforman el cielo
cardíaco, manifestado a través del ritmo de los latidos.
Cuando se está en reposo, el ciclo cardíaco dura 0,8 segundos. De este total 0,27
corresponden a la sístole y los otros 0,53 corresponden a la diástole. Hay alrededor de unos
70 latidos por minuto.
Pero cuando se hace ejercicio, todo cambia. A una frecuencia de 200 latidos por
minuto la duración de la sístole disminuye a 0,13 segundos ya que se acorta el período de
vaciado sistólico. La diástole llega a ser de 0,14 segundos.
Otros puntos que influyen en la respiración y circulación son el consumo de alcohol,
drogas y otros.
El alcohol va lesionando progresivamente al corazón, aparte de dañar al hígado.
Una lesión al músculo significa desde ya una gran desventaja, ya que es una de las piedras
angulares del proceso relatado a lo largo del trabajo.
El consumo de tabaco también daña al proceso, pero esta vez en otro punto, los
pulmones. Va dañándolos, de manera que su capacidad vital empieza a disminuir, y en el
caso de un trabajo intenso cuesta que lleguen a responder de manera normal.
Las drogas hacen un daño más global, ya que dañan mas que nada al sistema
nervioso, de manera que empiezan a entorpecer la sincronía que mantiene el centro
nervioso para controlar los movimientos respiratorios.
CONCLUSIÓN
Con los datos anteriores se comprueba que el pulso y el nivel de espiraciones e
inspiraciones aumenta cuando se hace ejercicio porque las células de nuestro cuerpo
necesitan más oxígeno para poder funcionar bien, y el corazón debe bombear sangre más
rápidamente para poder llevar oxígeno y sacar el dióxido de carbono del cuerpo.
Las células necesitan hacer la combustión para hacer energía más rápido, ya que se
necesita de esta para realizar el trabajo correspondiente. Como para esta oxidación se
necesita de oxígeno, hay que llevarlo rápidamente a la célula, mediante los glóbulos rojos.
También hay que sacar el CO2, ya que después de los procesos de combustión pasa a ser
ácido carbónico, que empieza a hacer más ácida la sangre. Ante esto el sistema nervioso
actúa sobre los músculos respiratorios para que se lleve más oxígeno al organismo. Todo
este proceso se efectúa de manera involuntaria.
El ciclo cardíaco contribuye a llevar el oxígeno de la sangre a todas las células del
cuerpo. Este ciclo en reposo lo hace a un ritmo de 70 latidos por minuto, pero cuando se
necesita de oxígeno, por ser el medio de transporte también debe acelerar su
funcionamiento. Llega a latir alrededor de 200 veces por minuto, porque sino la sangre
supera los niveles normales de acidez, y esto tendría pésimas consecuencias para el
organismo.
Hay factores influyentes en esta relación el sistema circulatorio y respiratorio. La
practica de deporte nos ayuda a mejorar nuestra capacidad pulmonar, ya que el dilatar y
contraer constantemente los músculos respiratorios hace que estos ejerciten alcanzando
cada vez una capacidad mayor de uso del oxígeno. También el consumo de alcohol, tabaco
y drogas influyen, ya que dañan distintos puntos de vital importancia en la respiración.
Pero tampoco se puede decir que el deporte constituye un factor crucial, ya que el sujeto 2
no practica deporte, pero igual tiene promedios normales de pulso e inspiración/espiración.
Finalmente, podemos señalar que nuestra hipótesis es válida hasta cierto punto, ya
que no solo la condición física determina el ritmo cardíaco, también lo hacen factores
externos como la cantidad de oxígeno en el ambiente; enfermedades, como la anemia; el
consumo de tabaco y otros. La predicción también sería en este caso, ya que los sujetos
deportistas tenían los promedios de pulso e inspiración/espiración más bajos, pero como se
tomó la medida solo en cuatro individuos, tampoco es correcto afirmar que siempre estará
en lo correcto.
BIBLIOGRAFÍA
1.
Enciclopedia Enseñanza Básica Apuntes
Publicaciones Lo Castillo
Páginas 97 a 111.
2.
Tareas Escolares Zig-Zag Año2 - N°7
Editorial Zig-Zag
Páginas 18 y 19.
3.
Enciclopedia Encarta 98 en Español
4.
Internet
5.
El cuerpo Humano 2.0