La respiración en las alturas (andinistas) y en las profundidades (buceo)
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Autora: Violeta Arduini Responsable
disciplinar: Silvia Blaustein Área
disciplinar: Biología Temática:
Ciencias Naturales Nivel: Secundario, ciclo
básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar
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Propósitos generales
Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
Mediante la respiración, los seres humanos son capaces de obtener el oxígeno que el cuerpo necesita y eliminar el dióxido de carbono, gas de desecho del metabolismo celular. Dada la naturaleza involuntaria de esta función, las personas respiran todo el tiempo sin siquiera notarlo. Pero ¿qué ocurre cuando se enfrentan a un medio para el cual la fisiología respiratoria no se encuentra preparada?
Objetivo de las actividades
Que los alumnos comprendan cómo responde la fisiología respiratoria humana en las alturas y en las profundidades del agua, por medio del estudio de la respiración en condiciones normales y principios físicos asociados a esta función.
Actividad 1
El aparato respiratorio de los seres humanos es el encargado de ingresar aire a los pulmones con cada inhalación. El sistema circulatorio entra en escena para captar el oxígeno y distribuirlo a cada una de las células, y para transferir en sentido contrario el dióxido de carbono, que será eliminado mediante la exhalación. Dicho de esta forma, todo parece muy simple. Pero para entender cómo funciona la respiración, hay que tomar en cuenta una intrincada red de factores, muchos de los cuales exceden esta actividad. Entre los aspectos que sí se desarrollarán, lo primero que se tratará son los conceptos y principios físicos relacionados con el comportamiento de los gases, dado que eso es justamente lo que se respira.
Presión de un gas1. Ingresen al enlace sobre la presión.
Gas rojo: dejen los valores predeterminados para la temperatura, masa y número de moléculas. Para el gas azul, seleccionen una temperatura de 298 K (25 °C) y dejen igual el resto de los parámetros. Observen qué ocurre con la presión interna. Repitan con temperaturas superiores e inferiores.
Hagan lo mismo que antes, pero modificando el número de moléculas y dejando una temperatura de 273 K (0 °C) y la masa molecular por defecto.
Ahora, dejen la temperatura y número de moléculas de ambos gases con los valores originales, y varíen la masa molecular del gas azul.
2. Expliquen, en términos moleculares, por qué varía la presión de ese modo. Teniendo en cuenta esto, ¿por qué no es recomendable agitar una botella con gaseosa justo antes de abrirla?
Ley de Boyle-Mariotte
1. Ingresen al enlace sobre la experiencia de Boyle-Mariotte.
En la segunda simulación, elijan un porcentaje de volumen del 100% y vean con qué valor de presión (P) se corresponde, con las condiciones dadas. Repitan disminuyendo los porcentajes de volumen. ¿Cómo varía la presión? Pensando lo que ocurre a nivel molecular, ¿por qué creen que ocurre esto? El efecto de la variación del volumen en función de la presión también puede apreciarse ingresando al enlace gas ideal.
Aumenten y disminuyan el valor de la presión (P), dejando el resto de los valores constantes. Observen cómo varía el volumen.
Difusión gaseosa2. En la difusión gaseosa, las moléculas de un gas se mezclan gradualmente con las moléculas de otro. Si bien el movimiento molecular es aleatorio, en el sentido de que una molécula migra azarosamente sin un rumbo determinado, la difusión siempre procede desde una zona de mayor a otra de menor concentración. Considerando esto, ¿por qué no ocurre espontáneamente la migración de oxígeno desde el aire a un recipiente recientemente destapado que inicialmente contenía oxígeno puro a una presión de 10 atm?
Dato: A nivel del mar, la presión del oxígeno en el aire es de 0,21 atm.
Ley de Henry
3. Considerando que la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial del primero en la superficie del segundo, expliquen por qué se pierde gradualmente el gas contenido en una gaseosa si la botella permanece destapada y por qué, una vez abierto el envase, el líquido permanece más tiempo gasificado si se comprime el recipiente a medida que se consume la bebida.
Actividad 2
La respiración puede dividirse en cuatro etapas: ventilación, difusión gaseosa desde el alvéolo, transporte de gases y respiración interna.
1. Dividan la clase en cuatro grupos. Cada uno debe preparar y exponer en clase una etapa distinta de la respiración. La idea es explicarlas a nivel fisiológico, pero sin perder de vista los conceptos aprendidos en la actividad 1. Para eso, las presentaciones deben incluir los siguientes ítems:- Ventilación: ley de Boyle-Mariotte.
- Difusión gaseosa y respiración interna: el fenómeno de difusión.
- Transporte de gases: difusión gaseosa y solubilidad de gas en un líquido.
- El papel de la hemoglobina y cómo puede captar más o menos oxígeno en función de las presiones parciales.
Las presentaciones deben realizarse con el programa Impress o el PowerPoint de sus equipos portátiles. También pueden incluirse animaciones, las simulaciones empleadas en la actividad anterior o cualquier otra herramienta útil a los fines didácticos.
Actividad 3
Normalmente, las personas se ven sometidas a la presión del aire que las rodea. Al nivel del mar, esta es de 1 atm, pero a alturas crecientes disminuye considerablemente, pese a que la composición de los gases es la misma. En inmersión, en cambio, a la presión atmosférica se suma la ejercida por el agua, denominada hidrostática. En esta situación, por lo tanto, la presión que se debe soportar aumenta a mayores profundidades. En estos casos, el cuerpo humano experimenta situaciones anómalas porque no está naturalmente adaptado a estas condiciones.
1. Realicen en forma individual y en un procesador de texto de sus equipos portátiles tres diagramas de flechas que incluyan las etapas de la respiración. Luego guarden el trabajo en una carpeta compartida.- Diagrama 1: Respiración en condiciones fisiológicas.
- Diagrama 2: Respiración en inmersión.
- Diagrama 3: Respiración en las alturas.
Estos diagramas deben estar basados en lo aprendido hasta el momento. Una vez llevada a cabo la actividad, lean los contenidos de los tres enlaces que figuran al final de la secuencia de actividades. A partir de lo leído, usen la herramienta control de cambios del procesador de texto de sus equipos portátiles y hagan una autocorrección de los diagramas rectificando o completando lo que haga falta.
Actividad de cierre. Adaptaciones animales a las profundidades y a las alturas
Para las personas, estar en las profundidades de un océano o a miles de metros de altura implica una situación de riesgo. Sin embargo, existen animales que viven en esos ambientes porque su fisiología está adaptada a tal fin.
1. Reúnanse en grupos de no más de seis personas para obtener ejemplos de animales que vivan en estos medios. De ser posible, consigan alguna foto o ilustraciones de cada uno.a) Indiquen cuáles son las características fisiológicas asociadas a la respiración que posibilitan su supervivencia.
b) Si pueden, sería interesante que realizaran una entrevista personalmente o por correo electrónico a un biólogo y le consultaran sobre el tema. Para contactarlo, busquen en internet direcciones postales o de correo electrónico de museos, universidades o centros de investigación en el área de biología. En el enlace que se muestra a continuación, figura un listado con instituciones científicas, varias de la cuales están relacionadas a las ciencias biológicas: Instituciones científicas de investigación en la Argentina.
c) Armen una presentación en el programa Impress o el PowerPoint de sus equipos portátiles, con el objetivo de difundir la información recopilada.