Experimento sobre los Mecanismos de la Respiración: "La botella que respira"

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:

• Botella de refresco

• Globos

• Guantes de látex

• Tijeras, cúter o sierra para metales

Realización práctica:

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.

Explicación científica:

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.

Enfermedades relacionadas con la ventilación pulmonar:

• 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.

Ampliando conocimientos:

• 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 durante el período de recuperación o descanso.