La botella que respira Objetivo Comprender los mecanismos de la

La botella que respira
Objetivo
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Comprender los mecanismos de la respiración.
Elaboración de un modelo para demostrar los procesos de
inspiración y espiración.
Establecer relaciones entre los órganos del aparato
respiratorio y la función que cumplen.
Despertar el interés de los alumnos por la explicación de
diversos fenómenos relacionados con la presión con
experiencias sencillas.
Introducción
con esta experiencia podemos observar el funcionamiento de un
pulmón mediante un pulmón artificial creado a partir de una botella
de plástico pequeña y unos globos con el fin de que los estudiantes
comprendan los fundamentos de física involucrados en la expansión
y contracción de los pulmones.
Materiales
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Botella de refresco
Globos
Guantes de látex
Tijeras, cúter o sierra para metales
Realización práctica
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1.- Cortamos la parte inferior de la
botella a fin de obtener un
contenedor de unos 20 cm de altura
sin fondo.
2.- Cortamos uno de los globos por
la mitad. Estiramos la parte ancha
del globo y la colocamos en la parte
inferior de la botella como si fuera
la tapa de un tambor. Si el globo no
es muy grande y se rompe utiliza
un guante de látex.
3.- Coloca otro globo en la boca de
la botella permitiendo que cuelgue
hacia adentro. Doblar por fuera de
la abertura para que quede fijo.
4.- En el modelo construido este
último globo representa el pulmón,
la botella la cavidad pulmonar y el
globo estirado el diafragma.
La botella que respira
Precauciones
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Esta experiencia no necetiva ninguna precaución especial más
que el cuidado que siempre hay que tener cuando se utilizan
herramientas cortantes.
Explicación científica
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Si se ejerce una suave presión hacia adentro sobre el guante
que se encuentra en la parte inferior de la botella se apreciará
claramente la forma en que el globo que pende de la parte
superior, que representa el pulmón, se desinfla, lo que emula
el proceso de exhalación. De la misma forma que en el modelo,
para arrojar el aire es necesario que nuestro diafragma empuje
hacia arriba.
 Al tirar del guante hacia afuera notaremos que el globo que
representa el pulmón se inflará. De igual manera, para tomar
aire es necesario que nuestro diafragma se desplace hacia
abajo, hacia el abdomen.
 No solamente el diafragma participa en la inhalación y
exhalación del aire, también los músculos intercostales. Esto
se puede observar en el modelo comprimiendo suavemente las
paredes de la botella, lo que provocará que el globo que
representa el pulmón se contraiga. Al soltarlas, el globo se
inflará.
Curiosidades y otras cosas
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El proceso mecánico de la respiración comprendn los
movimientos respiratorios de inspiración y espiración, los
cuales se originan como consecuencia de la contracción de
los músculos respiratorios y permiten la entrada y salida
constante de aire en los pulmones.
La caja torácica está formada por el esternón (hueso del
pecho), las 12 vértebras dorsales y los doce pares de costillas.
Además de dar soporte a la pared torácica, protege órganos
internos como el corazón y los pulmones. Separando la caja
torácica de la cavidad abdominal, se encuentra un músculo
denominado diafragma, el cual es parte activa del proceso
mecánico de la respiración.
Durante la inspiración, el diafragma y los músculos
intercostales se contraen y la caja torácica se ensancha,
permitiendo la entrada de aire a los pulmones. Durante una
inspiración normal entra a los pulmones aproximadamente
medio litro de aire.
Durante la espiración, el diafragma y los músculos
intercostales se relajan y la caja torácica se contrae, de modo
que el aire sale desde los pulmones hacia el exterior. En una
espiración normal se expulsa aproximadamente medio litro de
aire.
El número de inspiraciones varía con la edad y la actividad de
las personas. En los niños pequeños es más frecuente (20
veces por minuto en reposo) que en los jóvenes y adultos (12 a
18 veces por minuto en reposo). Durante la actividad física, el
mayor requerimiento de oxígeno hace aumente el ritmo
respiratorio mediante inspiraciones y espiraciones forzadas,
de modo que la ventilación pulmonar puede aumentar unas 20
veces desde el estado de reposo hasta el ejercicio de
intensidad máxima.
En un adulto joven, la capacidad máxima inspiratoria es de 3
litros,mientras que la mayor capacidad de aire que puede ser
espirado luego de una inspiración máxima está cercana a los 5
litros de aire y se conoce como capacidad vital.Sin embargo,
en los pulmones siempre queda aproximadamente 1,5 litros de
aire que no se puede movilizar, el cual se denomina volumen
residual.
Cuando un individuo está en buena condición física, su tasa
respiratoria aumenta el suministro de oxígeno a las células
musculares. Se denomina ejercicio aeróbico a la actividad
mediante la cual el sistema cardiorrespiratorio es capaz de
satisfacer las demandas de los músculos y tejidos del cuerpo
con un suministro adecuado de oxígeno. Si el ejercicio es
demasiado extenuante,las células musculares no pueden
conseguir oxígeno suficiente de los pulmones. Cuando esto
ocurre, las células musculares comienzan a producir energía
sin oxígeno, lo cual es llamado ejercicio anaeróbico y puede
durar unos pocos minutos. Durante este tipo de ejercicio, las
células contraen una deuda de oxígeno que debe pagarse
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durante el período de recuperación o descanso.
De las enfermedades respiratorias más frecuentes, el asma y el
enfisema pulmonar están relacionados con una ventilación
pulmonar deficiente. El asma se caracteriza por ventilación
corta, dificultosa y con tos. El ataque da asma es provocado
por alguna sustancia presente en los alimentos o en el aire,
que causa un estrechamiento rápido del árbol bronquial; hay
también un aumento de moco en las vías respiratorias. Los
ataques de asma son contrarrestados con medicamentos que
dilatan los conductos respiratorios y disminuyen la producción
de moco.
El enfisema pulmonar es una enfermedad causada por
minúsculas lesiones en los sacos alveolares. Como
consecuencia, la ventilación pulmonar disminuye gravemente
y hay un jadeo que hace difícil respirar, ya que el tejido pierde
la capacidad de intercambiar gases. La persona espira con
dificultad. El enfisema se asocia al consumo de cigarrillos, y la
gravedad de las lesiones hace que su tratamiento sea
deficiente.
Se ha demostrado que el humo del tabaco va lesionando la
trama pulmonar y puede llevar a una patología denominada
enfermedad asfixiante obstructiva crónica (EPOC). Esto es
debido a que la acción irritante del humo afectan los
bronquios, los cuales se inflaman produciendo una bronquitis
crónica, disminuyendo la luz de los bronquiolos y permitiendo
la entrada pero dificultando la salida del aire con la espiración,
aumentando la presión de aire en los alvéolos y contribuyendo
al adelgazamiento y destrucción de las paredes alveolares,
dando origen al enfisema pulmonar. El tabaquismo desarrolla
su proceso de bronquitis – enfisema a lo largo del tiempo de
acuerdo a la idiosincrasia de cada fumador, manifestándose
clínicamente como dificultada respiratoria (disnea) y fatiga.
Bibliografía
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EL RINCÓN DE LAS CIENCIAS. III Feria de la Ciencia
Modelo sencillo para explicar el diafragma
Un pulmón modelo (o, mejor, dicho un modelo de pulmón)
Procesos mecánicos de la Respiración