Biología de secundaria · Grades 10–12

8El corazón y los pulmones durante el esfuerzo

Sube corriendo cuatro pisos de escaleras y párate arriba. Tu pecho resopla — cuarenta respiraciones por minuto en lugar de doce, y cada una tres veces más profunda — y tu corazón martillea a ciento setenta. Nada de la escalera te ha obligado a decidirlo; el cuerpo lo ha organizado, en segundos, porque los músculos del Capítulo 7 pedían diez veces más oxígeno que un minuto antes. Este capítulo trata del sistema de entrega — pulmones, corazón, vasos sanguíneos — y de cómo se multiplica su rendimiento cuando empieza el esfuerzo.

8.1 La ventilación

Definición 8.1 (Ventilación)

La ventilación pulmonar es el volumen de aire que entra y sale de los pulmones por minuto: el volumen de una respiración (el volumen corriente) multiplicado por el número de respiraciones por minuto (la frecuencia respiratoria). En reposo, unos $0.5\,\mathrm{L}$ doce o quince veces por minuto: $6\text{ to }8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . En los pulmones, el aire llega a unos 300 millones de alvéolos, sacos de pared finísima envueltos en capilares, donde el oxígeno pasa a la sangre y el dióxido de carbono sale de ella.

Proposición 8.2 (La ventilación durante el ejercicio)

Durante el ejercicio suben tanto el volumen corriente como la frecuencia: un adulto en forma puede respirar $2.5\,\mathrm{L}$ cuarenta veces por minuto, $100\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ o más, quince veces el valor de reposo. La subida empieza en los primeros segundos del esfuerzo, antes de que cambie nada en la sangre, y se estabiliza en un nivel proporcional al oxígeno que se consume.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Un espirograma: el volumen de aire de los pulmones frente al tiempo. La respiración tranquila mueve 0.5\, L por ciclo en torno a un nivel medio; una inspiración máxima seguida de una espiración máxima recorre la capacidad vital, unos 4.5\, L; los 1.2\, L que nunca pueden expulsarse son el volumen residual. — Un espirograma: el volumen de aire de los pulmones frente al tiempo. La respiración tranquila mueve $0.5\,\mathrm{L}$ por ciclo en torno a un nivel medio; una inspiración máxima seguida de una espiración máxima recorre la capacidad vital, unos $4.5\,\mathrm{L}$ ; los $1.2\,\mathrm{L}$ que nunca pueden expulsarse son el volumen residual.

Ejemplo 8.3 (Leer un espirograma)

En la figura, cuatro respiraciones ocupan $16\,\mathrm{s}$ : 15 respiraciones por minuto de $0.5\,\mathrm{L}$ , es decir $7.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . El barrido máximo va de $5.7\,\mathrm{L}$ a $1.2\,\mathrm{L}$ : una capacidad vital de $4.5\,\mathrm{L}$ . Un volumen corriente de $2.5\,\mathrm{L}$ durante el ejercicio usa más de la mitad de esa capacidad, y por eso respirar fuerte se nota tanto.

Medida de los volúmenes pulmonares: el sujeto respira por una boquilla conectada a un espirómetro, con la nariz pinzada, y el instrumento registra el volumen de cada respiración.

8.2 El corazón y las dos circulaciones

Definición 8.4 (Gasto cardíaco)

El corazón es una bomba doble de cuatro cavidades. El lado derecho recibe la sangre que vuelve de los órganos y la envía a los pulmones (circulación pulmonar); el lado izquierdo la recibe de vuelta de los pulmones y la envía a los órganos (circulación sistémica). Unas válvulas entre las cavidades y en las salidas hacen que el flujo sea de un solo sentido. El gasto cardíaco $Q$ es el volumen de sangre que cada lado bombea por minuto: el volumen expulsado en cada latido, el volumen sistólico $V_s$ , multiplicado por la frecuencia cardíaca $f$ ,

Q = f \times V_s .

En reposo, $70$ latidos por minuto de $70\,\mathrm{mL}$ : unos $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ — todo el volumen de sangre una vez por minuto.

La circulación doble. En azul, la sangre pobre en oxígeno, que el corazón derecho bombea a los pulmones. En rojo, la sangre rica en oxígeno, que el corazón izquierdo bombea a los órganos. Los dos lados laten a la vez y bombean el mismo volumen por minuto.

Proposición 8.5 (El gasto cardíaco durante el ejercicio)

Durante el ejercicio, la frecuencia cardíaca sube con la potencia entregada, hasta un máximo de aproximadamente $220$ menos la edad en años, y el volumen sistólico sube también, como la mitad en una persona no entrenada y más en una entrenada. El gasto cardíaco de un adulto joven pasa de $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en reposo a $20\text{ to }25\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en esfuerzo máximo, y a $35\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ o más en un campeón de resistencia, cuyo volumen sistólico puede pasar de $180\,\mathrm{mL}$ .

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Frecuencia cardíaca, volumen sistólico y gasto cardíaco de una persona de veinte años a potencia creciente. El volumen sistólico se estabiliza ya con un esfuerzo moderado; por encima, el gasto sube solo gracias a la frecuencia, y la propia frecuencia se estabiliza cerca de 220 - 20 = 200. — Frecuencia cardíaca, volumen sistólico y gasto cardíaco de una persona de veinte años a potencia creciente. El volumen sistólico se estabiliza ya con un esfuerzo moderado; por encima, el gasto sube solo gracias a la frecuencia, y la propia frecuencia se estabiliza cerca de $220 - 20 = 200$ .

Ejemplo 8.6 (El gasto a $200\,\mathrm{W}$ )

Según la figura: $f = 170$ por minuto y $V_s = 115\,\mathrm{mL}$ , así que $Q = 170 \times 0.115 \approx 19.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ : cuatro veces el gasto de reposo. El corazón mueve todo el volumen de sangre del cuerpo cuatro veces por minuto.

8.3 Llevar la sangre adonde hace falta

Proposición 8.7 (Redistribución del flujo sanguíneo)

En reposo, los músculos reciben alrededor de la quinta parte del gasto cardíaco; el tubo digestivo, el hígado y los riñones se llevan la mitad. Durante un ejercicio intenso, las arterias pequeñas de los músculos que trabajan se ensanchan y las del tubo digestivo y los riñones se estrechan: los músculos reciben entonces más de cuatro quintas partes de un gasto que se ha cuadruplicado — unos $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en lugar de $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , veinte veces más. La parte del cerebro se mantiene constante en términos absolutos, y la de la piel sube para evacuar el calor.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Adónde va el gasto cardíaco, en reposo (5\, L/ min) y en ejercicio máximo (24\, L/ min). La parte de los músculos pasa de un quinto a más de cuatro quintos; el cerebro conserva sus 0.75\, L/ min en todo momento. — Adónde va el gasto cardíaco, en reposo ( $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ) y en ejercicio máximo ( $24\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ). La parte de los músculos pasa de un quinto a más de cuatro quintos; el cerebro conserva sus $0.75\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en todo momento.

Proposición 8.8 (Entrega y extracción de oxígeno)

Cada litro de sangre arterial lleva unos $200\,\mathrm{mL}$ de oxígeno, casi todo unido a la hemoglobina de los glóbulos rojos. En reposo, los órganos retiran unos $50\,\mathrm{mL}$ de cada litro; durante el ejercicio, los músculos que trabajan retiran hasta $150\,\mathrm{mL}$ , tres veces más. El oxígeno consumido por minuto es el gasto cardíaco multiplicado por la cantidad retirada de cada litro — de modo que la subida al quíntuplo del gasto y la subida al triple de la extracción dan juntas la subida a quince veces del consumo de oxígeno del Capítulo 7.

Demostración. Admitido a este nivel. ∎

Ejemplo 8.9 (El balance de oxígeno comprobado)

Reposo: $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ $\times$ $50\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ $= 250\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ , el consumo de reposo. Esfuerzo máximo de un estudiante entrenado: $23\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ $\times$ $150\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ $= 3.45\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ — un $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx de $50\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ por kilogramo para $69\,\mathrm{kg}$ , exactamente la cifra del capítulo anterior.

8.4 Cómo se controla la respuesta

Proposición 8.10 (Control nervioso y hormonal)

El corazón y los músculos respiratorios los gobiernan centros nerviosos de la base del encéfalo. Al corazón llegan dos juegos de nervios: uno lo frena y está activo en reposo; otro lo acelera y refuerza cada latido. Al empezar el ejercicio, la orden que el encéfalo manda a los músculos se copia a esos centros — el corazón se acelera en uno o dos latidos — y unos sensores de los músculos y de las articulaciones informan del movimiento. Después, mientras el ejercicio continúa, unos sensores de las arterias miden el dióxido de carbono y la acidez de la sangre y ajustan la ventilación y la frecuencia cardíaca para mantenerlos cerca de sus valores de reposo. Las glándulas suprarrenales añaden la hormona adrenalina, que refuerza la aceleración y ensancha las arterias de los músculos.

Pruebas experimentales. Cortar el nervio frenador de un animal sube su frecuencia cardíaca de reposo de 70 a unos 100; estimularlo detiene el corazón. Estimular el nervio acelerador duplica la frecuencia. A una persona a la que se anuncia un esfuerzo se le acelera el corazón antes de moverse; un sujeto que respira aire enriquecido en dióxido de carbono aumenta su ventilación en un minuto, y otro al que se le mantiene artificialmente constante el dióxido de carbono de la sangre durante el ejercicio la aumenta igualmente al empezar el movimiento — los dos mecanismos, la anticipación y la corrección, son reales. ∎

Método 8.11 (Calcular la entrega de oxígeno)

Ventilación: volumen corriente $\times$ frecuencia. Solo alrededor del 70% de cada respiración llega a los alvéolos; el resto llena las vías aéreas.
Gasto cardíaco: $Q = f \times V_s$ , en litros por minuto si $V_s$ está en litros.
Oxígeno consumido por minuto: $Q \times$ (oxígeno retirado de cada litro de sangre).
Flujo hacia un órgano: su parte de $Q$ . Compara flujos absolutos, no porcentajes — una parte menor de un gasto mayor puede ser más sangre.
Comprueba: el consumo no puede pasar del $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx, y $f$ no puede pasar de unos $220 -$ la edad.

Observación 8.12 (Dónde está el límite)

La ventilación puede pasar de $150\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ y la sangre que sale de los pulmones sigue casi saturada en esfuerzo máximo: los pulmones no son el cuello de botella. El volumen sistólico sí lo es: fija cuánta sangre, y por tanto cuánto oxígeno, entrega cada latido. El entrenamiento de resistencia agranda el corazón y su volumen sistólico — por eso un corazón entrenado late en reposo a 45 en lugar de a 70 para los mismos $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , y por eso el $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx sube con el entrenamiento.

8.5 Ejercicios

Ejercicio 8.1 ★

Calcula la ventilación de una persona que respira $0.6\,\mathrm{L}$ catorce veces por minuto; y después la de esa misma persona respirando $2.2\,\mathrm{L}$ treinta y cinco veces por minuto.

Solución

Solución de Ejercicio 8.1.

$0.6 \times 14 = 8.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; $2.2 \times 35 = 77\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

Ejercicio 8.2 ★

Define el gasto cardíaco y da su fórmula. Calcúlalo para una frecuencia cardíaca de 65 por minuto y un volumen sistólico de $75\,\mathrm{mL}$ .

Solución

Solución de Ejercicio 8.2.

El volumen de sangre que un lado del corazón bombea por minuto: $Q = f \times V_s$ . $65 \times 0.075 \approx 4.9\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

Ejercicio 8.3 ★

Sigue el camino de un glóbulo rojo desde la aurícula derecha hasta la aurícula derecha, nombrando las cavidades y las dos circulaciones.

Solución

Solución de Ejercicio 8.3.

Aurícula derecha, ventrículo derecho, arteria pulmonar, pulmones (circulación pulmonar), venas pulmonares, aurícula izquierda, ventrículo izquierdo, aorta, órganos (circulación sistémica), venas, aurícula derecha.

Ejercicio 8.4 ★

En la figura del espirograma, da el volumen corriente, la capacidad vital y el volumen residual.

Solución

Solución de Ejercicio 8.4.

Volumen corriente $0.5\,\mathrm{L}$ ; capacidad vital $4.5\,\mathrm{L}$ ; volumen residual $1.2\,\mathrm{L}$ .

Ejercicio 8.5 ★

¿Cuál es la frecuencia cardíaca máxima de una persona de 16 años? ¿Y la de una de 60?

Solución

Solución de Ejercicio 8.5.

Unos $220 - 16 = 204$ y $220 - 60 = 160$ latidos por minuto.

Ejercicio 8.6 ★★

Con la figura de la frecuencia cardíaca, calcula el gasto cardíaco a $100\,\mathrm{W}$ y a $300\,\mathrm{W}$ , y el factor entre ambos.

Solución

Solución de Ejercicio 8.6.

A $100\,\mathrm{W}$ : $120 \times 0.105 \approx 12.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; a $300\,\mathrm{W}$ : $198 \times 0.115 \approx 22.8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; un factor de 1,8.

Ejercicio 8.7 ★★

En reposo, el tubo digestivo y los riñones reciben el 50% de $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; en ejercicio máximo, el 4% de $24\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Calcula los dos flujos. ¿Qué cambia más, la proporción o el flujo absoluto?

Solución

Solución de Ejercicio 8.7.

Reposo: $2.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; ejercicio: $0.04 \times 24 \approx 1.0\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . La proporción cae doce veces, y el flujo absoluto solo por un factor de 2,6, porque el gasto mismo ha crecido.

Ejercicio 8.8 ★★

Una sujeto tiene un gasto cardíaco de $18\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ y sus músculos retiran $140\,\mathrm{mL}$ de oxígeno por litro. Calcula su consumo de oxígeno. ¿Está cerca del techo de un estudiante entrenado?

Solución

Solución de Ejercicio 8.8.

$18 \times 0.14 = 2.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ : unas tres cuartas partes de los $3.45\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ de un estudiante entrenado — cerca de ese valor para una persona más pequeña.

Ejercicio 8.9 ★★

¿Por qué el flujo sanguíneo del cerebro se queda en $0.75\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ mientras que el del tubo digestivo se recorta en dos tercios durante el ejercicio? Piensa en lo que cada órgano puede tolerar.

Solución

Solución de Ejercicio 8.9.

El cerebro no tolera ni segundos sin oxígeno y glucosa, así que su aporte está protegido. El tubo digestivo y los riñones pueden suspender la digestión y la filtración durante una hora sin daño, y su parte se presta a los músculos.

Ejercicio 8.10 ★★

Una ciclista entrenada tiene una frecuencia cardíaca de reposo de 42 y un gasto de reposo de $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Calcula su volumen sistólico y compáralo con el de una persona no entrenada.

Solución

Solución de Ejercicio 8.10.

$V_s = 5000/42 \approx 120\,\mathrm{mL}$ , frente a unos $70\,\mathrm{mL}$ : su corazón agrandado entrega el gasto de reposo con muchos menos latidos.

Ejercicio 8.11 ★★

Explica por qué la frecuencia cardíaca empieza a subir antes de la primera zancada de una carrera, y qué le pasaría a un corredor cuyo control funcionara solo detectando el dióxido de carbono de la sangre.

Solución

Solución de Ejercicio 8.11.

La orden de moverse del encéfalo, y su anticipación del esfuerzo, se envían a los centros cardíacos y a las glándulas suprarrenales antes de que los músculos actúen. Un corredor que dependiera solo de la detección del dióxido de carbono arrancaría con el gasto de reposo, correría el primer minuto con la fermentación y se vería obligado a aflojar por el ácido láctico antes de que la entrega lo alcanzara.

Ejercicio 8.12 ★★★

Dos sujetos alcanzan la misma frecuencia cardíaca máxima de 195. Uno tiene un volumen sistólico máximo de $110\,\mathrm{mL}$ y el otro de $160\,\mathrm{mL}$ . Con la misma extracción de oxígeno de $150\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ , calcula sus consumos máximos de oxígeno y di qué predice la Observación 8.12 sobre sus historias de entrenamiento.

Solución

Solución de Ejercicio 8.12.

$195 \times 0.110 \times 0.150 \approx 3.2\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ y $195 \times 0.160 \times 0.150 \approx 4.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . El volumen sistólico es lo que agranda el entrenamiento: el segundo sujeto es el entrenado en resistencia.

Ejercicio 8.13 ★★★

El aire es un 21% de oxígeno. Una sujeto ventila $100\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en esfuerzo máximo y consume $3.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ de oxígeno. ¿Qué fracción del oxígeno que inspira usa realmente? ¿Qué hace el resto?

Solución

Solución de Ejercicio 8.13.

Oxígeno inspirado: $0.21 \times 100 = 21\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; usado: $3.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , es decir un 17%. El resto vuelve a espirarse — el aire espirado todavía tiene alrededor de un 16% de oxígeno, y por eso funciona la respiración boca a boca.

Ejercicio 8.14 ★★★

Un medicamento bloquea los nervios aceleradores y el efecto de la adrenalina sobre el corazón, y limita la frecuencia cardíaca a 110. Predice su efecto sobre el gasto cardíaco en esfuerzo máximo, sobre el $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx y sobre lo que el paciente puede hacer.

Solución

Solución de Ejercicio 8.14.

Gasto de como mucho unos $110 \times 0.12 \approx 13\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en lugar de 24: el $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx cae casi a la mitad, hasta unos $2\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . El paciente puede caminar y pedalear suave, pero no sostener ningún esfuerzo intenso.

Ejercicio 8.15 ★★★

Una persona en alta montaña tiene una sangre arterial que lleva $150\,\mathrm{mL}$ de oxígeno por litro en lugar de $200$ . Con el mismo gasto cardíaco máximo y la misma extracción del 75% del oxígeno entregado, calcula la pérdida de $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx en tanto por ciento. Propón una adaptación que el cuerpo lleve a cabo en las semanas siguientes.

Solución

Solución de Ejercicio 8.15.

La entrega por litro baja una cuarta parte y la extracción no cambia en proporción: el $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx cae un 25%. En las semanas siguientes el cuerpo fabrica más glóbulos rojos, y el oxígeno transportado por litro vuelve a acercarse a $200\,\mathrm{mL}$ .

8.6 Problema: La prueba de esfuerzo

Problema 8.1

Problema de fin de semana — una prueba de esfuerzo en cardiología: frecuencia cardíaca, volumen sistólico, ventilación y extracción de oxígeno medidos a potencia creciente, y la multiplicación que consiguen juntos

Tom, de 17 años y $68\,\mathrm{kg}$ , pedalea en una bicicleta de laboratorio mientras se registran su frecuencia cardíaca, su ventilación y su aire espirado. Resultados:

potencia (W)	0	75	150	225	300
frecuencia cardíaca (por min)	62	105	140	175	198
volumen sistólico (mL)	72	100	116	120	120
volumen corriente (L)	0,5	1,2	1,8	2,3	2,6
respiraciones por min	13	18	24	32	44
$\mathrm{O_2}$ retirado por litro de sangre (mL)	52	90	120	145	155

Parte I — El corazón.

Calcula el gasto cardíaco de Tom a cada potencia.
¿Por qué factor ha subido el gasto a $300\,\mathrm{W}$ ? ¿Qué parte de ese factor viene de la frecuencia y qué parte del volumen sistólico?
¿A partir de qué potencia deja de subir el volumen sistólico? ¿Qué es lo único que aumenta el gasto por encima de ella?
Compara la frecuencia cardíaca máxima de Tom con la regla aproximada.
Su gasto de reposo es de unos $4.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Si su volumen de sangre es de $5\,\mathrm{L}$ , ¿cuánto tarda un circuito completo en reposo y a $300\,\mathrm{W}$ ?

Parte II — Los pulmones.

Calcula la ventilación a cada potencia.
¿Por qué factor ha subido a $300\,\mathrm{W}$ ? ¿Cuál de los dos factores, el volumen o la frecuencia, contribuye más?
La capacidad vital de Tom es de $5.0\,\mathrm{L}$ . ¿Qué fracción de ella usa cada respiración a $300\,\mathrm{W}$ ?
La ventilación subió por un factor mayor que el gasto cardíaco. ¿Significa eso que los pulmones limitan el rendimiento? Usa la Observación 8.12.
Solo el 70% de cada respiración llega a los alvéolos. Calcula la ventilación alveolar en reposo y a $300\,\mathrm{W}$ .

Parte III — El oxígeno.

Calcula el consumo de oxígeno de Tom a cada potencia, a partir del gasto cardíaco y del oxígeno retirado de cada litro.
Expresa el valor a $300\,\mathrm{W}$ en mililitros por minuto y por kilogramo. ¿Es un $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx, y de qué clase de sujeto?
¿Por qué factor ha subido el consumo del reposo a $300\,\mathrm{W}$ ? Sepáralo en el factor del corazón y el factor de la extracción.
Con $20\,\mathrm{kJ}$ por litro de oxígeno, calcula la potencia metabólica a $300\,\mathrm{W}$ y el rendimiento de los músculos (la potencia mecánica dividida por la potencia metabólica por encima del reposo).
Representa, o describe, el consumo de oxígeno frente a la potencia mecánica. ¿Es lineal? ¿Dónde está el techo?

Parte IV — El control y el veredicto.

La frecuencia cardíaca de Tom llegó a 75 mientras estaba sentado esperando a que empezara la prueba. Explícalo.
A $300\,\mathrm{W}$ , su sangre arterial sigue saturada de oxígeno al 95%. ¿Qué te dice esto sobre el intercambio en los alvéolos y sobre dónde está el límite de su $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx?
El cardiólogo anota que los músculos reciben ya unos $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ de sangre. ¿Qué fracción del gasto es eso, y adónde fue el resto del reparto de reposo?
Tras seis meses de entrenamiento, el volumen sistólico máximo de Tom es de $140\,\mathrm{mL}$ con la misma frecuencia máxima y la misma extracción. Calcula su nuevo $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx.
Enuncia el resultado: los tres números (corazón, extracción, ventilación) con los que el cuerpo de Tom multiplicó su aporte de oxígeno de reposo, y cuál de ellos cambió el entrenamiento.

Solución

Solución de Problema 8.1.

1. $62 \times 0.072 \approx 4.5$ ; $105 \times 0.100 = 10.5$ ; $140 \times 0.116 \approx 16.2$ ; $175 \times 0.120 = 21.0$ ; $198 \times 0.120 \approx 23.8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

2. $23.8/4.5 \approx 5.3$ : la frecuencia aporta $198/62 \approx 3.2$ , el volumen sistólico $120/72 \approx 1.7$ , y $3.2 \times 1.7 \approx 5.3$ .

3. Por encima de unos $225\,\mathrm{W}$ el volumen sistólico se queda en $120\,\mathrm{mL}$ ; solo la frecuencia cardíaca sigue subiendo el gasto.

4. $220 - 17 = 203$ : sus 198 caen dentro de la precisión de la regla.

5. $5/4.5 \approx 1.1\,\mathrm{min}$ , unos $67\,\mathrm{s}$ ; a $300\,\mathrm{W}$ , $5/23.8 \approx 0.21\,\mathrm{min}$ , unos $13\,\mathrm{s}$ .

6. $0.5 \times 13 = 6.5$ ; $1.2 \times 18 = 21.6$ ; $1.8 \times 24 = 43.2$ ; $2.3 \times 32 = 73.6$ ; $2.6 \times 44 \approx 114\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

7. $114/6.5 \approx 18$ : el volumen corriente subió 5,2 veces y la frecuencia 3,4; el volumen aporta más.

8. $2.6/5.0 = 52\%$ de la capacidad vital por respiración.

9. No: la ventilación tiene una reserva amplia y la sangre que sale de los pulmones sigue saturada. El límite es el volumen sistólico del corazón, que fija cuánto oxígeno entrega cada latido.

10. $0.7 \times 6.5 \approx 4.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ y $0.7 \times 114 \approx 80\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

11. $4.5 \times 0.052 \approx 0.23$ ; $10.5 \times 0.090 \approx 0.95$ ; $16.2 \times 0.120 \approx 1.94$ ; $21.0 \times 0.145 \approx 3.05$ ; $23.8 \times 0.155 \approx 3.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

12. $3700/68 \approx 54\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ por kilogramo. La frecuencia ha llegado a su máximo y el aumento de 225 a $300\,\mathrm{W}$ es pequeño: este es su $\dot V\!\mathrm{O_2}$ máx, el de un estudiante en forma y entrenado.

13. $3.7/0.23 \approx 16$ : el factor 5,3 del corazón multiplicado por el $155/52 \approx 3.0$ de la extracción.

14. $3.7 \times 20 = 74\,\mathrm{kJ}$ por minuto, unos $1230\,\mathrm{W}$ ; en reposo, $0.23 \times 20/60 \approx 77\,\mathrm{W}$ ; por encima del reposo, unos $1150\,\mathrm{W}$ , así que el rendimiento es $300/1150 \approx 26\%$ .

15. Aproximadamente una recta de $0.23$ a $3.05\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ entre 0 y $225\,\mathrm{W}$ , y después una curvatura: los últimos $75\,\mathrm{W}$ solo añaden $0.65\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . El techo está en unos $3.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

16. La anticipación: la expectativa del esfuerzo que tiene el encéfalo se transmite a los centros cardíacos y a las glándulas suprarrenales, y sube la frecuencia antes de todo movimiento.

17. Los alvéolos oxigenan la sangre por completo incluso con la ventilación y el gasto máximos; los pulmones no son el límite. El límite es la cantidad de sangre que el corazón puede enviar por minuto.

18. $20/23.8 \approx 84\%$ . El tubo digestivo y los riñones, que se llevaban la mitad del gasto de reposo, reciben ahora $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ aproximadamente; sus arterias se han estrechado y el flujo se ha desviado a los músculos.

19. $198 \times 0.140 \times 0.155 \approx 4.3\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , unos $63\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ por kilogramo.

20. El gasto cardíaco multiplicado por 5,3, la extracción de oxígeno por 3 y la ventilación por 18; el entrenamiento cambió el volumen sistólico del corazón, y con él el techo.

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