Biología de primaria y secundaria · Grades 1–9
51Los pulmones y el intercambio de gases
Cada minuto de tu vida, unos ocho litros de aire pasan por dos órganos que no has visto nunca. El Capítulo 26 esbozó el camino y el intercambio; el Capítulo 47 colocó la máquina humana entre las cuatro del reino. Este capítulo completa el cuadro: la maquinaria de ventilación, las bolsas de aire con su nombre propio, los números del intercambio — y lo que le hace el humo a todo el conjunto.
51.1 La maquinaria de ventilación
Proposición 51.1 (Cómo se mueve el aire)
Los pulmones no tienen músculos propios; el pecho los bombea como un fuelle:
- tomar aire es trabajo: los músculos de las costillas levantan y ensanchan la caja, y el diafragma — el ancho piso muscular que hay debajo de los pulmones — se aplana hacia abajo; el pecho ensanchado estira los pulmones y el aire entra a llenarlos;
- soltar aire, en reposo, es sobre todo soltar: los músculos se relajan, el pecho estirado recupera su forma y el aire sale. (Apagar velas de un soplido le añade músculo al muelle.)
Unas veces por minuto en reposo (Definición 26.1), sin que se lo pidan (Observación 33.4) — y más profundo y más rápido cuando hace falta (Proposición 49.4).
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Ejemplo 51.2 (Notar el fuelle)
Con las manos en las costillas, toma aire hondo: la caja sube y se ensancha bajo tus palmas (Ejemplo 26.2). Ahora jadea como un perro: esos soplidos rápidos y superficiales son casi todos diafragma. Y el hipo, para completar, son los falsos arranques espasmódicos del diafragma — el fuelle fallando a su propio ritmo.
51.2 Los alvéolos y el intercambio
Definición 51.3 (Alvéolos)
Las bolsitas de aire de la Definición 26.3 son los alvéolos: cientos de millones de burbujas de pared fina agrupadas en las puntas más finas de las vías respiratorias, cada una envuelta en vasos sanguíneos finos. Su superficie sumada es la media pista de tenis de la Observación 26.4 — la copia humana del pliego de condiciones de grande, fina y húmeda de la Proposición 47.1.
Proposición 51.4 (El intercambio, en números)
Compara el aire que entra con el aire que sale: el aire inspirado tiene alrededor del por ciento de oxígeno y casi nada de dióxido de carbono; el aire espirado baja hasta alrededor del por ciento de oxígeno y sube hasta alrededor del por ciento de dióxido de carbono (además de cálido y húmedo — Ejemplo 26.7). Las diferencias son el intercambio: a través de las paredes alveolares, el oxígeno pasa a la sangre y el dióxido de carbono pasa de vuelta (Proposición 26.5), cada minuto de cada día.
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Ejemplo 51.5 (Las cuentas cuadran)
Ocho litros por minuto, con una veinteava parte del oxígeno de cada respiración retenida: la aritmética cubre más o menos la factura de oxígeno del cuerpo en reposo — y en el esfuerzo, con la ventilación triplicada y más profunda y las rondas del corazón aceleradas (Proposición 49.4), el reparto se multiplica hasta igualar la factura de los músculos. Los números de la máquina y la contabilidad del cuerpo cuadran; son los mismos libros llevados en dos mostradores.
51.3 La maquinaria maltratada: el humo
Proposición 51.6 (Lo que le hace el humo al conjunto)
El humo del tabaco ataca todos los pisos de este capítulo (la Proposición 36.5 dio el aviso; aquí está la ingeniería):
- sus alquitranes recubren e irritan las vías respiratorias: las superficies de limpieza flaquean y la “tos del fumador” es la escoba sobrecargada de las vías;
- las paredes alveolares, irritadas de forma crónica, se deshacen: las bolsas se funden en espacios menos numerosos, más grandes y más flácidos — se pierde superficie y, con ella, intercambio (el pliego de condiciones, desmontado);
- uno de los gases del humo ocupa los asientos del oxígeno en la sangre y desplaza al oxígeno de su propio transporte;
- y las vías respiratorias se estrechan — cada respiración por el pecho de un fumador es una respiración por un fuelle medio atascado.
El daño es lento, acumulativo y solo reversible en parte: el pulmón que no empezó nunca conserva entera su media pista de tenis (Observación 36.6).
Demostración. Admitido a este nivel. ∎
Ejemplo 51.7 (Dos pruebas de escaleras)
Los tres pisos del Capítulo 49, subidos por dos adultos de la misma edad y con las mismas costumbres de entrenamiento, uno de ellos fumador desde hace mucho: el fumador llega jadeando con un pulso al que el otro solo llega esprintando. Menos superficie, asientos ocupados, vías estrechadas — la cadena de suministro paga la factura de la Proposición 49.1 por una toma estrangulada. Las pruebas de forma física leen la historia de unos pulmones con tanta seguridad como cualquier escáner.
Método 51.8 (Conservar la maquinaria)
El Método 26.8, mejorado con las razones de este capítulo:
- nada de humo — ni tuyo ni de los demás: la superficie perdida casi no se recupera;
- ventila las habitaciones (Ejercicio 26.10) y elige aire limpio de la calle para el deporte;
- ejercita el fuelle: el esfuerzo que obliga a respirar hondo construye los músculos respiratorios y mantiene ventilada toda la superficie;
- respira por la nariz con frío y con polvo (Ejercicio 26.7) — el filtro protege a la escoba.
51.4 Ejercicios
Ejercicio 51.1 ★
Describe tomar aire y soltar aire como trabajo y como soltar: ¿qué músculos y qué movimientos?
Solución
Solución de Ejercicio 51.1.
Al tomar aire: los músculos de las costillas levantan y ensanchan la caja mientras el diafragma se aplana hacia abajo; el pecho estirado abre los pulmones y el aire entra — trabajo muscular. Al soltar aire en reposo: los músculos se relajan y el pecho estirado recupera su forma y empuja el aire hacia fuera — soltar, casi gratis.
Ejercicio 51.2 ★
¿Qué es el diafragma y dónde está?
Solución
Solución de Ejercicio 51.2.
El ancho piso muscular que hay debajo de los pulmones y que cierra el pecho por abajo; su aplanamiento es la mitad profunda de cada toma de aire.
Ejercicio 51.3 ★
¿Qué son los alvéolos — cuántos, con qué paredes y envueltos en qué?
Solución
Solución de Ejercicio 51.3.
Las bolsas de aire de los pulmones: cientos de millones de burbujas de pared fina en las puntas más finas de las vías respiratorias, cada una envuelta en vasos sanguíneos finos.
Ejercicio 51.4 ★
Da los números redondos: oxígeno del aire inspirado y del aire espirado; dióxido de carbono del aire espirado. ¿Cuáles son las diferencias?
Solución
Solución de Ejercicio 51.4.
Inspirado: alrededor del por ciento de oxígeno y casi nada de dióxido de carbono. Espirado: alrededor del por ciento de oxígeno y alrededor del por ciento de dióxido de carbono. Las diferencias — cinco puntos de oxígeno retirados y cuatro de dióxido de carbono añadidos — son el intercambio mismo.
Ejercicio 51.5 ★
¿Qué pliego de condiciones cumplen los alvéolos y con qué otros dos órganos de este curso lo comparten?
Solución
Solución de Ejercicio 51.5.
La superficie de paso grande, fina, húmeda y forrada de sangre. La comparte con las plumas de las branquias (Proposición 47.1) y con las vellosidades del intestino (Ejemplo 50.7).
Ejercicio 51.6 ★
Nombra tres de los cuatro ataques del humo a la maquinaria.
Solución
Solución de Ejercicio 51.6.
Los alquitranes que recubren e irritan las vías respiratorias (la escoba sobrecargada y su tos); las paredes alveolares que se deshacen — superficie perdida; un gas del humo que ocupa los asientos del oxígeno en la sangre; y las vías estrechadas que estrangulan el fuelle.
Ejercicio 51.7 ★★
¿Por qué es trabajo tomar aire mientras que soltarlo en reposo sale gratis? ¿De dónde viene el empujón hacia fuera?
Ejercicio 51.8 ★★
Explica por qué la superficie alveolar perdida no se puede compensar respirando más deprisa — ¿qué factor del intercambio falta?
Solución
Solución de Ejercicio 51.8.
El intercambio necesita superficie tanto como aire fresco: el paso solo ocurre allí donde el aire se encuentra con una pared forrada de sangre. Un fuelle más rápido a través de bolsas menos numerosas y más flácidas ventila una superficie que ya no existe — el factor que falta es la propia área de paso.
Ejercicio 51.9 ★★
Interpreta las dos pruebas de escaleras del Ejemplo 51.7 ataque por ataque.
Solución
Solución de Ejercicio 51.9.
El fumador sube con las vías estrechadas (toma estrangulada), con una superficie alveolar reducida (menos carga por respiración) y con asientos de oxígeno ocupados por el gas del humo (menos transportado por ronda). Para pagar la misma factura muscular, el corazón tiene que hacer más rondas — de ahí la llegada jadeando con un pulso de nivel de esprint.
Ejercicio 51.10 ★★
Un buceador suelta el aire despacio mientras sube; un trompetista sostiene notas largas y constantes. ¿Qué mitades de la Proposición 51.1 está entrenando o usando cada uno?
Solución
Solución de Ejercicio 51.10.
Los dos son control entrenado de la fase de salida: le añaden músculo medido a lo que normalmente es un muelle pasivo — el buceador para ir soltando de manera constante el aire que se expande, y el trompetista para dosificar una sola salida larga y controlada. (Sus tomas profundas entrenan también el trabajo de entrada.)
Ejercicio 51.11 ★★
Reconcilia el Ejemplo 51.5 con la Proposición 49.4: ¿qué tres ajustes multiplican el reparto en el esfuerzo y en qué mostradores?
Solución
Solución de Ejercicio 51.11.
Una ventilación más profunda y más rápida multiplica la carga en el mostrador alveolar; un corazón más rápido y más fuerte multiplica las rondas en el mostrador del transporte; y el desvío ensancha los vasos locales de los músculos en el mostrador de la entrega. Tres ajustes, un reparto multiplicado (los libros cuadrados del Ejemplo 51.5).
Ejercicio 51.12 ★★★
“El pulmón es una frontera de media pista de tenis plegada dentro de una caja de zapatos, y el humo es un fuego lento en la frontera”. Justifica las dos imágenes con los números y los mecanismos de este capítulo.
Solución
Solución de Ejercicio 51.12.
La frontera: cientos de millones de alvéolos suman alrededor de media pista de tenis de superficie de intercambio, plegada dentro de un pecho — y por ella cruzan hacia dentro cinco puntos porcentuales del oxígeno de cada respiración y hacia fuera cuatro de dióxido de carbono. El fuego lento: los alquitranes y la irritación del humo consumen esa frontera año tras año — recubriendo sus accesos, hundiendo sus bolsas, tomando los asientos de su transporte — de manera acumulativa, silenciosa y solo reversible en parte, como una frontera quemada más deprisa de lo que se puede reconstruir.
51.5 Problema: El expediente de la máquina de respirar
Problema 51.1
Problema de fin de semana — la inspección de una ingeniera al fuelle humano
Una clase de ingeniería “inspecciona” sobre el papel la máquina humana de respirar: toma, bomba, superficie de intercambio, conexión de transporte y hoja de mantenimiento.
Parte I — La bomba.
- Monta el ciclo de la bomba: las dos fases, los que mueven cada una y qué fase cuesta energía en reposo.
- La bomba no toca el músculo del propio órgano bombeado — los pulmones no tienen ninguno. ¿Cómo mueve aire entonces el ensanchamiento del pecho?
- Da el ritmo en reposo de la bomba y sus dos ajustes de esfuerzo (Proposición 49.4).
- Jadear, suspirar, apagar velas de un soplido: asigna cada cosa a su sitio en la mecánica del ciclo.
Parte II — La superficie de intercambio.
- Especifica la superficie: nombre, número, pared, envoltura y tamaño sumado.
- Comprueba el pliego de condiciones frente a la Proposición 47.1, punto por punto.
- El aire de entrada y el de salida se diferencian en los porcentajes del capítulo. Calcula la diferencia de oxígeno como fracción del por ciento de la entrada — ¿qué parte del oxígeno inspirado se retiene, más o menos?
- ¿Por qué tiene que salir el aire de escape cálido y húmedo — de qué propiedad de la superficie es ese el precio?
Parte III — La hoja de mantenimiento.
- Archiva los cuatro ataques del humo bajo: toma, bomba, superficie y transporte. Una línea para cada uno.
- El expediente anota: “las pérdidas de superficie son pérdidas de capital”. Explícalo, frente a las toses y los resfriados, que son reparaciones corrientes.
- Escribe el plan de mantenimiento — el Método 51.8 — como cuatro directrices de ingeniería con sus razones.
- Cierra la inspección: una frase sobre por qué esta máquina, la única entre las bombas y las fronteras del cuerpo, está medio bajo el control voluntario de su dueño — y para qué sirve ese control (el habla, el canto, la exhalación lenta del buceador).
Solución
Solución de Problema 51.1.
1. Fase de entrada: los músculos de las costillas levantan y ensanchan la caja y el diafragma se aplana — cuesta energía. Fase de salida (en reposo): los músculos sueltan y el pecho y los pulmones recuperan su forma — casi gratis. El ciclo, unas veces por minuto.
2. Los pulmones se pegan a la pared interior del pecho: ensancha el pecho y los pulmones se estiran con él, y el aire de fuera entra a llenar el espacio estirado. La bomba funciona cambiando la forma de la habitación, no apretando el órgano.
3. Unos ciclos por minuto en reposo; con esfuerzo, los ciclos se aceleran y se hacen más profundos — más respiraciones y más aire por respiración.
4. Jadear: ciclos rápidos y superficiales, casi todo diafragma. Suspirar: un estiramiento extraprofundo y una soltada larga — un reinicio del muelle. Velas: la fase de salida con músculo añadido al muelle.
5. Los alvéolos: cientos de millones de burbujas de pared fina, cada una envuelta en vasos finos, que suman alrededor de media pista de tenis.
6. Grande: la pista sumada. Fina: paredes de burbuja del grosor de una célula. Húmeda: su revestimiento. Forrada de sangre: los vasos que la envuelven. Pliego cumplido en los cuatro puntos.
7. Cinco puntos retenidos de — más o menos una cuarta parte del oxígeno inspirado se retira en cada respiración.
8. De la humedad de la superficie: el aire que sale ha barrido unas paredes mojadas (y calientes), así que el escape se lleva agua y calor — el espejo empañado es el coste de mantenimiento de la superficie, pagado en cada respiración.
9. Toma: los alquitranes recubren e irritan las vías. Bomba: las vías estrechadas estrangulan cada ciclo. Superficie: las paredes alveolares se deshacen y se funden — área perdida. Transporte: el gas del humo ocupa los asientos del oxígeno en la sangre.
10. Las toses y los resfriados inflaman y despejan — la maquinaria se repara y vuelve al servicio. Las paredes alveolares rotas no se reconstruyen: cada bolsa fundida es área de intercambio dada de baja para siempre — capital, no gastos corrientes.
11. (1) No admitir humo: las pérdidas de capital son para siempre. (2) Funcionar con aire limpio: los filtros y las escobas tienen una capacidad finita. (3) Ejercitar la bomba con carga: el esfuerzo profundo mantiene los músculos y ventila la superficie entera. (4) Tomar el aire por la nariz con frío y con polvo: el acondicionamiento previo protege el conjunto.
12. La única entre las bombas del cuerpo, el fuelle responde a la vez a los servicios automáticos y a la voluntad — porque la misma salida que ventila el dióxido de carbono es el viento del habla y del canto, y una máquina prestada al lenguaje tiene que aceptar la mano de quien habla sobre los mandos.