Introducción
Las tareas y estrategias de trabajo expuestas a continuación, tienen como objeto analizar cómo se produce el intercambio de gases durante la respiración y cómo responde el cuerpo en las alturas.
Actividad 1: Funcionamiento del Sistema Respiratorio
Es por medio del sistema respiratorio que podemos satisfacer las demandas de oxígeno que nuestro cuerpo necesita, eliminando al mismo tiempo el exceso de dióxido de carbono resultante del metabolismo celular. En primera instancia, el aire llega a nuestros pulmones debido a la presión negativa en la cavidad torácica generada por la dilatación del diafragma en colaboración con otros músculos respiratorios. Una vez en los capilares el oxígeno, en combinación con una proteína llamada hemoglobina (uno de los principales componentes de los glóbulos rojos), es transportado a los distintos tejidos por medio del flujo sanguíneo. Pero, ¿qué hace que el oxígeno sea transferido desde los alvéolos a los capilares y de éstos a la célula? La respuesta no involucra un mecanismo propio del sistema en cuestión, sino más bien algo que ocurre en la naturaleza todo el tiempo: la "difusión", fenómeno en el cual alguna sustancia concentrada en un lugar "tenderá" a moverse hacia zonas de menor concentración en forma espontánea (sin gasto de energía). En este caso la fuerza impulsora es la diferencia en la presión parcial de oxígeno en los sitios considerados, que sigue el siguiente gradiente: alvéolo>capilar>célula. Es por ello que dicho gas es transferido a la célula desde el aire y no en forma inversa, como sí ocurre con el dióxido de carbono.
Se sugiere al docente que inicie la clase explicando el funcionamiento del sistema respiratorio abarcando los siguientes temas:
Para aprovechar al máximo las actividades subsiguientes el anteúltimo ítem debe ser expuesto introduciendo a los alumnos en el concepto presión parcial de un gas y desorden, tal y como se comenta a continuación.
Enlace de interés:
Actividad 2: difusión de un gas
Un edificio puede derruirse con el tiempo, pero no puede construirse espontáneamente. Una gota de tinta derramada en un vaso con agua se dispersará en todo el contenido. Todo el tiempo nos vemos rodeados de procesos que tienden al desorden porque no requieren energía para suceder. Otro ejemplo es la difusión del oxígeno y dióxido de carbono, como se mencionó anteriormente, porque dichos gases no permanecerán confinados a un sitio en donde su presión parcial sea máxima, sino todo lo contrario. ¿Qué es la presión parcial de un gas? Ante todo, la presión se genera cuando las moléculas en estado gaseoso chocan contra la pared del recipiente que las contiene. Cualquier cosa que aumente la cantidad de veces con que estos impactos ocurren, incrementan la presión. Por lo tanto, achicar el recipiente contenedor o elevar la temperatura constituyen dos formas de hacerlo porque aumento la posibilidad de encuentro entre las paredes y las moléculas, e incremento la velocidad de éstas, respectivamente. En lo que respecta a la presión parcial, ésta es la contribución en la presión total de un gas en particular entre una mezcla de gases y es idéntica a la que ejercería encontrándose puro.
A continuación se presentan dos experiencias que tienen como objeto que los estudiantes relacionen dos hechos de la vida cotidiana, con el proceso de difusión.
Experiencia 1
Sería muy ilustrativo que mientras da la clase, el docente destape una botella de colonia sobre su escritorio. Al principio el aroma sólo será detectado por los alumnos de las primeras filas, pero con el tiempo todos lo percibirán. En base a esto usted deberá formular la siguiente pregunta para debatir la respuesta en clase:
¿Por qué ocurre esto?
Seguramente escuchará: "porque sí", dado que esto es algo que experimentaron varias veces en su vida, con lo que el resultado es algo absolutamente intuitivo. Ese "porque sí" será absolutamente acertado, pero la idea es que usted les enseñe a interpretar lo ocurrido en términos de los conceptos antes revisados.
Experiencia 2
Para poder contestar la pregunta es fundamental que les recalque a los alumnos que dos recipientes que tienen la misma cantidad de gas pero que difieren en su tamaño, se ven sometidos a distintas presiones (en el recipiente más chico ésta es mayor).
Actividad 3: El mal agudo de montaña
A grandes alturas el porcentaje de oxígeno en el aire es el mismo con respecto a nivel del mar pero su presión parcial es menor. En estas condiciones se origina un trastorno denominado Mal Agudo de Montaña, conocido comúnmente como apunamiento, en el cual se genera un estado de hipoxia (falta de oxígeno) con consecuencias que van desde el dolor de cabeza y náuseas hasta la muerte dependiendo de la altura, tiempo de permanencia en ésta y condición previa de la persona afectada.
Como se mencionó con anterioridad, la hemoglobina forma parte de los glóbulos rojos y es la encargada de captar el oxígeno en sangre. Ésta puede unir de una a cuatro moléculas de éste dependiendo de varios factores tales como presión parcial de oxígeno, de dióxido de carbono, acidez, entre otros.
Una vez expuestos estos conceptos forme grupos de alumnos para que resuelvan los siguientes problemas:
Dependiendo de la presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono, la hemoglobina puede unir desde una a cuatro moléculas de oxígeno?
A partir de los 2.400 metros, aproximadamente, experimentamos distintos malestares relacionados con la menor presión parcial de oxígeno encontrada en comparación al nivel del mar. Expliquen por qué no llegamos a satisfacer las demandas de oxígeno que nuestro cuerpo necesita. Para esto tomen en cuenta el papel que desempeña la hemoglobina y el proceso de difusión.
Actividad de cierre
Se sugiere que el docente finalice la clase indicando a los estudiantes algunas adaptaciones a las alturas observadas en el hombre, en el proceso de aclimatación, y en los camélidos americanos haciendo hincapié en los conceptos aprendidos. Para esto se le proponen los siguientes enlaces:
Fisiología y patología del mal de altura
Adaptación al ambiente de montaña, con especial énfasis en los camélidos sudamericanos