1. Texto del Estudiante
3º Educación Media
Sergio Flores Carrasco
Profesor de Biología y
Ciencias Naturales
Universidad Metropolitana
de Ciencias de la Educación
Doctor en Ciencias
Biomédicas, Facultad
de Medicina
Universidad de Chile
Rocío Fuentes Castro
Licenciada en Educación
Profesora de Biología
y Ciencias Naturales
Universidad Metropolitana
de Ciencias de la Educación
José Antonio Muñoz Reyes
Profesor de Biología y
Ciencias Naturales
Universidad Metropolitana
de Ciencias de la Educación
Doctorado(c) en Comporta-
miento Animal y Humano
Universidad Autónoma
de Madrid
Francisca Neira Castillo
Licenciada en Educación
Profesora de Biología
y Ciencias Naturales
Universidad Metropolitana
de Ciencias de la Educación
Viviana Valdés de Petris
Bioquímica Pontificia
Universidad Católica de Chile
Doctorado(c) en Ciencias
Biológicas mención
Ciencias Fisiológicas
Pontificia Universidad Católica
de Chile
Andrea Vergara Rojas
Licenciada en Educación
en Biología Universidad
Metropolitana de Ciencias
de la Educación
Biología
3. Presentación
La biología es una ciencia experimental que busca
explicar, de forma razonada y mediante experi-
mentos controlados, los procesos que ocurren
en los seres vivos, y establecer los principios que
los rigen. El desarrollo de esta disciplina ha sido
posible gracias a las investigaciones que han contri-
buido al avance científico y tecnológico, lo que
ha provocado y seguirá provocando importantes
cambios en nuestro entorno. Desde esta perspec-
tiva, cobran relevancia los aspectos valóricos que
se relacionan con el desarrollo del conocimiento y
cuidado del medioambiente y de la diversidad en
nuestro planeta.
Esperamos que al recorrer las páginas de este texto
puedas conocer mejor tu cuerpo, el valor y la
importancia de cuidarlo y protegerlo, y cómo este
interactúa con el ambiente por medio del funcio-
namiento coordinado de tus sistemas de órganos,
que mantienen el equilibrio en tu organismo.
También queremos que valores la biodiversidad, la
cual es producto de un proceso evolutivo que se
remonta al origen mismo de la vida en la Tierra.
Si bien todas las personas no podemos ser investi-
gadoras o investigadores, sí tenemos la capacidad
de pensar a partir del razonamiento científico. Por
esta razón, nuestro objetivo es que desarrolles una
actitud reflexiva que facilite tu comprensión de los
fenómenos biológicos de los que tú también
formas parte.
Texto del Estudiante
3º Educación Media
Biología
4. 3º MedioBiología
4 Organización del texto
Organización del Texto del Estudiante - Biología 3º Educación Media
El texto Biología 3º se organiza en cinco unidades, y cada una de ellas se divide en diferentes
capítulos temáticos. Todas las unidades poseen una estructura y organización común, la que se
describe a continuación:
1. Inicio de unidad
Presentación de la unidad. Allí encontrarás diferentes
secciones y recursos que te permitirán conocer lo
que estudiarás y recordar algunas ideas previas de los
contenidos que aprenderás. Las fotografías o infografías
son recursos que apoyarán la Actividad inicial.
Introducción
Texto que contextualiza los contenidos que aprenderás
en la unidad.
Mapa de la unidad
Esquema que representa los objetivos de aprendizaje
para cada capítulo de la unidad.
Actividad inicial
Preguntas relacionadas con los recursos visuales que te
servirán para activar los conocimientos que posees con
respecto a los nuevos temas a abordar.
2. Evaluación diagnóstica
Evaluación inicial destinada a que recuerdes los
conocimientos básicos que requieres para enfrentar la
nueva unidad, por lo que corresponde a temas que has
aprendido en unidades o años anteriores.
3. Desarrollo de contenidos
El texto lateral ubicado al inicio de
cada capítulo introduce con mayor
detalle los contenidos específicos
de este. Comienza el desarrollo
de contenidos donde encontrarás
diferentes secciones que apoyan y
complementan tu aprendizaje.
Actividad
Las encontrarás a lo largo
del texto y en ellas podrás
desarrollar diferentes
habilidades aplicando los
contenidos aprendidos en
el capítulo.
5. 53º Medio
Organización del texto
Interactividad
En esta sección encontrarás
el vínculo a algún sitio web
confiable, donde podrás
complementar la información de la
página, ver animaciones, descargar
material, entre otras actividades.
Biografía
Aquí encontrarás
información sobre la vida y
los aportes a la ciencia de
investigadores que fueron
importantes en el desarrollo
de ciertos contenidos
específicos del texto.
Conceptos clave
Definición de términos poco
frecuentes que necesitas conocer
para comprender la lectura
del contenido. Los encontrarás
subrayados en el texto.
Reflexionemos
Texto relacionado
con los objetivos
transversales que debes
desarrollar durante el
curso. Te invita a la
reflexión que puedes
compartir con tus
compañeros en un
ambiente de respeto.
Conexión con
A través de esta
sección se conectan los
contenidos de biología
con otras áreas del
conocimiento como
literatura, medicina,
deportes, entre otras.
Lectura científica
Podrás conocer diferentes y
actualizados estudios sobre
los aportes a las temáticas
desarrolladas en el texto.
6. 3º MedioBiología
6 Organización del texto
Síntesis de la unidad
En esta doble página encontrarás
una Infografía como resumen de la
unidad tratada, donde a través de la
ilustración, reconocerás los conceptos
más importantes. En la parte inferior se
encuentra el Glosario, el cual puedes
utilizar como resumen.
4. Páginas finales de la unidad
Síntesis y evaluación del capítulo
Doble página donde trabajarás un mapa
conceptual como síntesis del capítulo estudiado
y diferentes ítems donde se evalúan los objetivos
de aprendizaje propuestos para el capítulo.
Incluye la sección Me evalúo, donde podrás
conocer el puntaje obtenido.
Taller de ciencias
Módulo a dos páginas donde trabajarás desarrollando
las habilidades del procedimiento científico.
Comprende las etapas: Antecedentes, Problema de
investigación, Planteamiento de hipótesis, Estrategias
de contrastación, Resultados, Análisis e interpretación
de evidencias, Conclusiones y comunicación de
resultados y Proyección.
7. 73º Medio
Evaluación final
Evaluación sumativa de la
unidad donde pondrás a prueba
los aprendizajes logrados.
Se evalúan los objetivos de
aprendizaje declarados en el
mapa de la unidad.
Actualidad
Sección en formato de
revista donde se entrega
información actual que
se relaciona con los
contenidos de la unidad
mediante un tratamiento
más elocuente y sencillo.
Páginas webs y bibliografía adicional
Aquí encontrarás direcciones
electrónicas y libros para poder
complementar el contenido, solucionar
dudas, realizar trabajos de investigación,
entre otras actividades.
8. 8 Índice
Capítulo Contenidos
Evaluacióndiagnóstica
I. Función celular
1. Seres vivos, células y organización..............18
2. Niveles de organización
de los seres vivos................................................... 19
3. Metabolismo celular.............................................20
4. Diferenciación celular.........................................22
5. Sistemas coordinados para la nutrición:
digestivo, respiratorio y cardiovascular......23
II. Digestión
1. Organización del sistema digestivo.............26
2. Etapas del proceso digestivo............................28
III. Nutrición e
intercambio en
las células
1. Circulación: organización general................36
2. Sistema cardiovascular........................................37
3. Sistema linfático......................................................43
4. Respiración................................................................44
5. Adaptación del organismo al esfuerzo.......5016
Fisiología de
procesos vitales
Unidad
1
14
18
26
36
Evaluacióndiagnóstica
I. Sistema nervioso
1. Coordinación en los organismos.................. 68
2. Sistema nervioso....................................................69
3. Organización del sistema
nervioso humano................................................... 74
4. Células nerviosas...................................................79
II. Impulso nervioso
1. Primeros estudios sobre
el impulso nervioso..............................................86
2. Potencial de membrana......................................87
3. Sinapsis........................................................................96
III. Efecto de las
drogas en el
sistema nervioso
1. ¿Que son las drogas?........................................104
2. Estadísticas de consumo
de drogas en Chile............................................. 109
66
Sistema nervioso,
estructura y función
Unidad
2
64
68
86
104
Evaluación de síntesis 1
9. Biología 3º Medio 9
Taller de ciencias Lectura científica Síntesis y evaluación
Capítulo I................. 24
Síntesisdelaunidad
Evaluaciónfinal
Actualidad
Identificar la presencia
de enzima catalasa en el
tejido hepático.......................................... 30
Capítulo II............... 34
Asociación entre la actividad física
y la eliminación de desechos
metabólicos (CO2)................................. 52
Enfermedades respiratorias
y la contaminación
intradomiciliaria....................... 47
Capítulo III.............. 54
56 58 62
Relación estructura-función
de diferentes encéfalos
en vertebrados......................................... 72
Capítulo I................. 84
Síntesisdelaunidad
Evaluaciónfinal
Actualidad
Magnitud e intensidad del
impulso nervioso.................................... 92
Neurotoxinas.............................. 91
Capítulo II............. 102
Capítulo III.............112
114 116 120
122
10. 10 Índice
Capítulo Contenidos
Evaluacióndiagnóstica
I. Vías aferentes
1. Percibiendo los estímulos...............................128
2. Recepción sensorial............................................129
3. Órganos sensoriales
y su funcionamiento...........................................132
II. Vías eferentes
1. Los músculos..........................................................142
2. Tipos de respuestas motoras........................ 146
3. Control nervioso de la respiración.............152
126
Receptores, sentidos
y respuestas
Unidad
3
128
142
Evaluacióndiagnóstica
I. Mecanismos de
regulación del
medio interno
1. Mecanismos homeostáticos.......................... 170
2. Estructura del sistema renal............................176
II. Homeostasis
y estrés
1. El estrés y sus causas......................................... 188
168
Homeostasis,
equilibrio interno
Unidad
4
170
188
Evaluacióndiagnóstica
I. Variabilidad
y evolución
1. Diversidad genética en las especies.........214
2. Teoría de la evolución...................................... 216
3. Evidencias de la evolución............................ 228
4. Evolución humana.............................................. 232
II. Adaptaciones e
historia evolutiva
1. ¿Influye el ambiente en el surgimiento
de nuevas especies?..........................................238
2. Especiación: generación
de nuevas especies............................................ 239
3. Diversidad e historia evolutiva.................... 244
4. Adaptaciones de los seres vivos................. 246
5. Registro fósil en la línea evolutiva
del caballo.............................................................. 253
212
Variabilidad,
evolución
y adaptación
de los seres vivos
Unidad
5 214
238
124
166
210
Evaluación de síntesis 2
Evaluación de síntesis 3
Solucionario
Índice temático
Anexos
Agradecimientos
11. Biología 3º Medio 11
Taller de ciencias Lectura científica Síntesis y evaluación
Receptores sensoriales..................... 138 Capítulo I................. 140
Síntesisdelaunidad
Evaluaciónfinal
Actualidad
Arco reflejo.............................................. 150 Síndrome de Moebius......... 149 Capítulo II............... 156
158 160 164
Concentración de iones de los
líquidos corporales, en relación
a la concentración iónica
del medio.................................................. 184
Capítulo I................. 186
Síntesisdelaunidad
Evaluaciónfinal
Actualidad
La síntesis de cortisol
en diferentes individuos.................. 196
Prurito psicogénico,
¿comezón psicológica?....... 195
Capítulo II............... 198
200 202 206
Efecto fundador
de las poblaciones.............................. 226
Formación de familias en el
grupo Neandertal.................. 235
Capítulo I................. 236
Síntesisdelaunidad
Evaluaciónfinal
Actualidad
Las mutaciones ocurren
en respuesta a las condiciones
del ambiente.......................................... 254
Capítulo II............... 256
258 260 264
208
266
270
281
285
288
12. Trabajo científicoBiología
12 Biologia 3º
Estrategia de trabajo en el taller de ciencias
La investigación científica tiene como propósito comprender y
explicar procesos y fenómenos que ocurren en la naturaleza,
desde el interior del átomo hasta el universo en su conjunto.
Para generar conocimientos generalizables y válidos, la
ciencia se apoya en una serie de procedimientos, que a la
vez involucran diversas habilidades de pensamiento.
En la sección Taller de ciencias de este libro se propone el trabajo
y el desarrollo de algunos de estos procedimientos científicos,
a través de una secuencia de pasos que van abordando los
hitos más conocidos del trabajo en ciencias. A continuación se
describe brevemente en qué consisten las etapas propuestas
en cada taller para abordar una problemática científica.
Antecedentes
Problema
de investigación
Planteamiento
de hipótesis
Estrategias de
contrastación
y resultados
Análisis e
interpretación
de resultados
Conclusiones
Comunicación
de resultados
y proyección
1 2 3
4
567
13. 13Trabajo científico
Biología 3º
Antecedentes
Es la etapa inicial de cada
Taller de ciencias. Corresponde
a los datos que fundamentan
la investigación y desde los
que surgen los problemas y
preguntas de investigación.
Incluye el proceso de
observación y la recopilación
de antecedentes bibliográficos.
Problema de investigación
Es la etapa donde se estructura
formalmente la idea de
investigación. El problema
de investigación da lugar
a preguntas que intentan
establecer la relación entre
dos o más variables.
Planteamiento de hipótesis
Las hipótesis son explicaciones
tentativas e iniciales a las
preguntas de investigación.
Deben ser lógicas, racionales
y factibles de comprobar
de manera empírica.
Muchas veces las hipótesis
se apoyan en cuerpos de
conocimiento ya existentes.
Estrategia de contrastación
y resultados
En esta etapa se define el
diseño de investigación a través
del cual se pondrá a prueba
la o las hipótesis. El diseño
de investigación puede ser
experimental o consistir en
el análisis de investigaciones
anteriores, entre otras estrategias.
En esta etapa se debe indicar el
procedimiento y los materiales
necesarios, la forma de medir y
registrar los datos y resultados.
Además, se debe considerar la
cantidad de réplicas necesarias.
Análisis e interpretación
de evidencias
Luego de obtenidos los datos
de la investigación, estos se
analizan. En esta etapa es
fundamental la utilización
de recursos como tablas
y gráficos que permiten
organizar los resultados
pues facilitan la búsqueda
de patrones o tendencias.
El análisis debe hacerse
siempre considerando la o las
hipótesis y, en último término,
el problema de investigación
que se intenta responder.
Conclusiones
Las conclusiones son inferencias
válidas sobre la base de las
evidencias recogidas durante la
contrastación de la hipótesis y el
análisis de los resultados. Es una
etapa final donde se explicitan
los aspectos que permiten
validar o rechazar la hipótesis de
investigación, y otros hallazgos
idealmente generalizables.
Comunicación de resultados y proyección
Comunicar los resultados implica presentar los aspectos más importantes de la investigación y darlos
a conocer a la comunidad para enriquecer el conocimiento científico. Las formas de divulgarlos son
variadas: a través de informes, resúmenes científicos, póster o afiches, entre otros. Las proyecciones
de una investigación consisten en ampliar esta hacia otros ámbitos o plantear el desarrollo de nuevas
investigaciones a partir de nuevos problemas que surjan en el transcurso de una investigación.
1 2 3
4 5 6
7
14. Unidad 1: Fisiología de procesos vitales14
Fisiología de
procesos vitales
Unidad
1Al igual que un reloj posee
pequeños engranajes que actúan
movilizando una maquinaria
compleja, en el organismo, las
células integran sus funciones
en los órganos y sistemas,
generando mecanismos que
se traducen en un intercambio
constante de energía y materia
con el medioambiente.
En esta unidad conocerás las
principales funciones de los
sistemas digestivo, respiratorio y
circulatorio; es decir, aprenderás
cómo se procesan los alimentos
que consumimos, cómo se
obtienen los nutrientes y cómo
se transportan hasta todas las
células del organismo. También
comprenderás cómo se incorpora
el oxígeno a las células y por qué
estas eliminan dióxido de carbono.
15. 15Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Mapa de la unidad
- Comprender que existen seres vivos unicelulares y
pluricelulares y que estos últimos se estructuran en
distintos niveles jerárquicos de organización.
- Reconocer los principales requerimientos del
metabolismo celular en cuanto a suministro de
energía y eliminación de desechos.
- Identificar la nutrición como un proceso que aporta
energía a la célula y que integra el funcionamiento
de los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio.
Capítulo II
Digestión
(Págs. 26-33)
Capítulo III
Nutrición e intercambio en
las células
(Págs. 36-53)
- Relacionar las estructuras del sistema digestivo con
las funciones que cumplen en el procesamiento
del alimento.
- Comprender la digestión como un proceso
fisiológico de transformación y obtención
de nutrientes.
- Comprender la función de la sangre, los vasos
sanguíneos, y el corazón en el transporte
de nutrientes, gases y desechos desde y hacia
las células.
- Reconocer el proceso y el significado del
intercambio de gases en plantas y animales, y las
características de las estructuras especializadas
para esta función.
- Relacionar las funciones del sistema respiratorio y
circulatorio con las adaptaciones del organismo al
esfuerzo físico.
Actividad inicial Explicar-inferir
En relación con la imagen de estas páginas, discute con tus compañeros y compañeras en torno a las
siguientes preguntas:
1. ¿Qué procesos crees tú que ilustra la imagen? Explícalos.
2. ¿Qué representan las esferas que se transportan por el cuerpo? Explica.
3. ¿Qué relación tiene lo que ocurre en cada zoom con el aporte de nutrientes e intercambio de gases
en el organismo?
4. ¿Cómo podrías asociar lo que observaste con la alimentación y la respiración en los seres humanos?
Capítulo I
Función celular
(Págs. 18-23)
16. 16 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Unidad 1Evaluación diagnóstica
I. Recordando conceptos
1. Identifica la principal función que desempeña cada uno de los siguientes órganos.
Luego, completa la tabla.
Órgano Función
2. Marca V si la afirmación es verdadera o F si es falsa. Justifica las falsas.
a. Las enzimas son de naturaleza proteica.
b. Las enzimas se encargan de acelerar las reacciones químicas.
c. Las enzimas son fundamentales en los procesos de intercambio gaseoso en el
sistema respiratorio.
d. Las enzimas tienen la capacidad de colaborar solo en procesos de degradación
de sustancias.
e. Las enzimas son altamente específicas para un tipo de sustrato.
V F
V F
V F
V F
V F
A
B
C
D
E
F
A B C
D E F
17. Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 17
3. Responde las siguientes preguntas:
a. Define brevemente, con los contenidos que recuerdes, el concepto de nutriente.
b. ¿Cuál es la diferencia entre nutriente y alimento?
c. ¿Cuáles son los sistemas de órganos relacionados con la nutrición?
d. ¿El sistema respiratorio tiene relación con la nutrición? Fundamenta.
e. ¿Cuál es la importancia del sistema circulatorio para las células?
II. Aplicando procedimientos
Lee el párrafo y analiza la siguiente información. Luego, responde las preguntas planteadas.
El calcio es uno de los minerales más importantes en la vida de los seres humanos. El organismo lo utiliza
para formar y mantener la estructura ósea y equilibrar la disminución en la densidad de los huesos durante
la vejez. El calcio también es fundamental para la conducción nerviosa, la contracción muscular y la
coagulación sanguínea.
Gráfico 1:
1. ¿Qué título es el más apropiado para el gráfico anterior?
2. Plantea una hipótesis que asocie los datos del gráfico con la nutrición de los seres humanos.
3. ¿Cómo se podría revertir la situación que provoca la baja de la curva en el gráfico?
4. ¿Cuál es la ventaja de mantener una dieta rica en calcio durante toda la vida?
Fuente: Federación Panamericana de Lechería (Fepale) (Junio,
2006). Programa panamericano de fomento de consumo
de lácteos.
0
Edad (años)
Densidadmineralósea(g/cm2
)
Densidad mineral ósea máxima
Formación
de hueso Pérdida de hueso
Rango de
riesgo de
fractura
10 20 30 40 50 60 70 80 90
18. 18 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
I
Capítulo Función celular
Los organismos, desde
los más simples hasta
los más complejos,
llevan a cabo múltiples
funciones, que son el
reflejo de su actividad
celular. En este capítulo
conocerás la organización
celular de ellos.
1. Seres vivos, células y organización
Si observas a través de un microscopio cualquier tejido de nuestro cuerpo,
evidenciarás que estamos formados por millones y millones de diminutas
células. Como ya lo sabes, la célula es la unidad fundamental de la vida.
Los organismos unicelulares, como las amebas y las levaduras, están
formados por una sola célula. Presentan mecanismos que son altamente
específicos y complejos, puesto que su única célula debe cumplir con
todas las actividades necesarias para asegurar su sobrevivencia. En los
organismos pluricelulares, por su parte, las funciones vitales dependen
de la organización de los miles o millones de células que los forman.
En ocasiones, los unicelulares se agrupan para formar colonias; ellos son
capaces de vivir en conjunto, pero no pierden su individualidad. Los
pluricelulares, en tanto, presentan distintos niveles de organización y
sus células se especializan a tal punto que no pueden sobrevivir aisladas
unas de otras.
Es muy importante comprender que un organismo pluricelular no es una
simple agregación de células que realizan actividades aisladas, sino que
estas son capaces de coordinarse e integrarse para formar estructuras de
mayor jerarquía en términos de las funciones que cumplen, tales como
tejidos, órganos y sistemas.
Células especializadas en la
contracción del músculo. Forman
parte del tejido muscular de un
organismo pluricelular.
Algas unicelulares agrupadas
en colonias.
19. 19Capítulo I: Función celular
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
2. Niveles de organización
de los seres vivos
En los organismos pluricelulares se reconocen distintos niveles de organi-
zación. Cada uno de estos niveles tiene una función más integrada que el
anterior y la interacción se da entre los componentes de un mismo nivel,
como también entre niveles diferentes dentro del organismo. Desde el
más simple al más complejo, estos niveles son:
Actividad 1 Explicar
Responde las siguientes preguntas:
1. ¿Qué entiendes por niveles de organización? ¿Cuál es la importancia que posee la agrupación de
células y de órganos en los seres vivos pluricelulares?
2. Crea un ejemplo que represente niveles de organización, similar a lo que ocurre en los organismos,
pero con elementos o situaciones de tu entorno.
Célula
Unidad básica de todos
los organismos desde el
punto de vista estructural,
funcional y de origen.
Está limitada por una
membrana que le permite
comunicarse con su entorno.
Además, posee moléculas
o estructuras internas que
se encargan de cumplir
funciones como degradar
sustancias, producir energía,
reparar estructuras, formar
moléculas, entre otras.
Tejido
Conjunto de células que
poseen un mismo origen
y una misma función.
Sus células se mantienen
unidas a través de
sustancias químicas que
ellas mismas producen.
Órgano
Estructura formada por diferentes tejidos,
cada uno con funciones específicas, que
actúan de manera conjunta.
Sistema
Conjunto de órganos cuyas funciones
están integradas, dando origen a un
funcionamiento más complejo que el de
los órganos que lo componen.
Organismo
Nivel en el que se
integran todos los
sistemas y que refleja la
función coordinada entre
ellos. Un organismo,
como un insecto, un gato
o un reptil, es capaz de
interactuar con el medio
externo, alimentarse,
reproducirse, entre otros
procesos vitales, debido
a esta integración.
osteocito
tejido óseo
esqueleto
gato
hueso
20. Función celularCapítulo I
20 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
En organismos
fotosintéticos
3. Metabolismo celular
Tanto para un organismo unicelular como para un pluricelular, todos
los procesos que ocurren al interior de sus células son fundamentales.
Por ejemplo, el movimiento, la reproducción, la renovación de material
celular y el intercambio de sustancias requieren del aporte constante
de energía que proviene, en último término, del metabolismo celular. El
metabolismo celular corresponde al conjunto de reacciones químicas
que, con la ayuda de enzimas, transforman los nutrientes en moléculas
energéticas (reacciones catabólicas) o en macromoléculas complejas
con distintas funciones (reacciones anabólicas).
3.1 Suministro de energía
En los organismos heterótrofos (que toman los nutrientes del medio), la
obtención de energía se realiza a través del procesamiento de moléculas
como la glucosa. Este carbohidrato es transformado en CO2
y H2
O y con su
energía liberada se forma ATP en las mitocondrias, a través de la respiración
celular. En los organismos autótrofos (que fabrican sus nutrientes), como
las plantas, las algas y algunas bacterias y hongos, la energía proveniente
del medio contribuye en la transformación de sustancias inorgánicas, como
dióxido de carbono (CO2
) y agua (H2
O), en moléculas energéticas que
sufren el mismo proceso que en los heterótrofos, como puedes observar
en el siguiente esquema.
Actividad 2 Analizar
Las mitocondrias son organelos celulares capaces de tomar moléculas como la glucosa, degradarlas y
transformarlas en energía. De acuerdo con esto, responde las siguientes preguntas.
1. ¿Cómo puedes explicar que un deportista de elite siga una dieta alta en hidratos de carbono?
2. ¿Qué ocurriría si por una mutación genética en las células musculares del deportista sus mitocondrias
no se renovaran como los demás componentes celulares?, ¿será necesaria una dieta alta en
carbohidratos? Explica.
En organismos
heterótrofos
Alimentación
Respiración
Respiración
celular
ATP
Desechos metabólicos
C6
H12
O6
+
6O2
6CO2
+
6H2
O
Respiración
celular
ATP
Sol
Fotosíntesis
C6
H12
O6
+
6O2
6CO2
+
6H2
O
La diferencia radica en que los organismos heterótrofos consumen glucosa en la alimentación.
Concepto clave
ATP: nucleótido formado por una
base nitrogenada, un azúcar simple
(pentosa) y tres grupos fosfato.
Se forman con la energía liberada
a partir de la degradación de la
glucosa en las mitocondrias y
se utiliza en todas aquellas
reacciones químicas de la célula
que requieran energía.
21. 21Capítulo I: Función celular
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
3.2 Eliminación de desechos
Así como las células captan nutrientes para elaborar nuevas moléculas,
(las que se transformarán posteriormente en compuestos estructurales y
energía), también generan desechos, producto del metabolismo celular,
los que deben ser eliminados.
La excreción corresponde al proceso mediante el cual se eliminan
diversas sustancias desde las células. Algunas de las sustancias que son
consideradas desechos y que son eliminadas a través de la excreción son
el CO2
, el H2
O (derivados de la respiración celular) y algunos derivados
del nitrógeno, como urea y ácido úrico (generados en el metabolismo
de las proteínas). El CO2
y el H2
O son transportados hacia la circulación
y, finalmente, eliminados mediante la espiración. El agua también se
elimina en el sudor, la orina y las heces. En el caso de los derivados del
nitrógeno, al ser tóxicos, son filtrados desde la sangre y eliminados por
el sistema renal.
Actividad 3 Interpretar
Observa atentamente el esquema y responde las preguntas.
1. ¿De qué estructura celular forman parte los fosfolípidos formados mediante el metabolismo de los
ácidos grasos?
2. Explica si las reacciones químicas representadas en el esquema son catabólicas o anabólicas.
Compuestos
orgánicos sencillos
Proteínas
Polisacárido
de reserva
Fosfolípidos
Triglicéridos
Residuos del metabolismo
NH3
CO2
H2
O
O2
Polisacáridos
estructurales
O2
NH3
CO2
H2
O
Reacciones
de síntesis
Reacciones
de degradación
Aminoácidos Monosacáridos Ácidos grasos
Nutrientes
Ácidos grasos
Monosacáridos
Aminoácidos
Ejemplo de incorporación de nutrientes en una célula animal; formación de
moléculas y los desechos que se generan producto de su metabolismo.
22. Función celularCapítulo I
22 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
4. Diferenciación celular
Como aprendiste en segundo medio, existe una gran variedad de células
en los organismos pluricelulares, las que cumplen distintas funciones,
incluso algunas de ellas participan en la reproducción de los organismos
con reproducción sexual.
En los organismos que se reproducen sexualmente, la unión del ovocito
con el espermatozoide forma una célula llamada cigoto, la cual, a medida
que transcurre el tiempo, comienza a dividirse por segmentación, formando
un cúmulo de células. Estas células se transformarán, posteriormente, en
todos los tejidos y órganos que conforman al individuo. En un principio,
las células que surgen producto de la segmentación del cigoto son indife-
renciadas; esto significa que están aptas para dar origen a cualquier tipo
de célula, desde un glóbulo rojo hasta una neurona. Entonces, ¿cómo se
produce la diferenciación de las células?
Existen señales químicas que provocan un cambio en la expresión de los
genes de las células en proceso de diferenciación; esto les otorga caracte-
rísticas específicas, en términos de función y estructura. Es así como las
neuronas, las celulas sexuales y las células exocrinas del páncreas, entre
otras, son ejemplos de complejos estados de diferenciación celular; en
cambio, las células de la médula ósea roja de los huesos se encuentran
en un estado indiferenciado, lo que les permite originar glóbulos rojos y
glóbulos blancos durante toda la vida de un individuo.
Las células del cigoto son
capaces de proliferar,
diferenciarse y especializarse.
Concepto clave
segmentación: proceso de división
del cigoto, en el que se suceden
varias divisiones mitóticas,
originando las siguientes etapas del
desarrollo embrionario.
Diversidad de células
y tejidos
Células nerviosas
(neuronas)
Células
de la piel
Células
musculares
Células
sanguíneasFecundación
Segmentación
del cigoto
23. 23Capítulo I: Función celular
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
5. Sistemas coordinados para la nutrición:
digestivo, respiratorio y cardiovascular
Como vimos anteriormente las células, al agruparse y combinar sus
funciones, generan niveles de jerarquía creciente, lo que permite la
formación de grandes sistemas de órganos. Estos trabajan en forma conjunta
para que el organismo sea capaz de llevar a cabo todos los procesos.
Uno de estos procesos vitales es el metabolismo que, en los heterótrofos,
depende del aporte constante de nutrientes contenidos en los alimentos.
El proceso que permite obtener nutrientes asimilables por las células
es la nutrición y en él participan directamente tres sistemas: digestivo,
cardiovascular y respiratorio. En los siguientes capítulos, estudiaremos
el funcionamiento de cada uno de estos sistemas.
En un vertebrado superior, los alimentos
son triturados en la cavidad bucal y se
digieren a lo largo del tubo digestivo,
hasta obtenerse los nutrientes que las
células requieren. Estos pasan a la
sangre mediante la absorción.
La respiración posibilita el ingreso de
gases necesarios para las reacciones
químicas (O2
) que ocurren en la célula y
la eliminación de los gases de desecho
(CO2
). Estos se intercambian desde la
circulación hacia las células, y viceversa,
en los pulmones, específicamente en sus
unidades mínimas, denominadas alvéolos.
Estas funciones se integran cuando los
nutrientes y gases viajan hacia todas
las células del organismo a través de la
sangre, que circula por una serie de vasos,
asegurando la sobrevivencia de
las células.
Ingresa al sitio web www.
medtropolis.com/Vbody.
asp y encontrarás una
animación del cuerpo
humano y algunos de sus
sistemas. Luego, realiza una
presentación con diapositivas,
asociando las funciones que
allí aparecen.
Interactividad
1 2
3
24. 24 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Síntesis y evaluación Capítulo I
Evaluación de proceso
I. Observa la imagen e identifica a qué nivel de organización corresponde cada una de
las estructuras.
Mapa conceptual
Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos
tratados en el capítulo.
Organismos
Unicelulares
en
se clasifican según
que pueden se organizan
en niveles
jerárquicos
Célula Sistemas
cuyo
funcionamiento
se basa en el
Ser autónomos
1.
2.
3.
4. 5.
6.
C
B
D
E
A
A
B
C
D
E
25. Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 25
II. Completa la siguiente tabla.
III. Relaciona los sistemas de órganos con cada situación descrita. Para esto, coloca la letra que
corresponda en los espacios.
Me evalúo
Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora.
Debería
Ítem/
pregunta
Puntaje
¿Qué debo hacer?
Total Obtenido
Comprender que existen seres vivos
unicelulares y pluricelulares y que estos
últimos se estructuran en distintos niveles
jerárquicos de organización.
I 5
Según los puntajes
obtenidos, realiza las
actividades que te
indicará tu profesor
o profesora.
Reconocer los principales requerimientos
del metabolismo celular, en cuanto a
suministro de energía y eliminación
de desechos.
II 4
Identificar la nutrición como un proceso
que aporta energía a la célula y que integra
el funcionamiento de los sistemas digestivo,
respiratorio y circulatorio.
III 6
Tipo de proceso energético Sustancias incorporadas Desechos eliminados
Fotosíntesis
Respiración celular
A. Sistema digestivo
B. Sistema respiratorio
C. Sistema circulatorio
…… Transporta gases desde y hacia las células.
…… Incorpora nutrientes para la obtención de energía en las células.
…… Transporta los residuos del metabolismo celular.
…… Facilita la llegada de oxígeno a las células para las células que es
utilizado en reacciones metabólicas.
…… Elimina el dióxido de carbono producido durante el metabolismo.
…… Fragmenta macromoléculas en sustancias asimilables por las células.
26. 26 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo
II
Digestión
Cuando nos comemos
una manzana, nuestro
organismo recibe materia
orgánica, la cual se degrada
y aporta nutrientes que
luego aprovecharán las
células. Este proceso ocurre
en un conjunto de órganos
especializados para esta
función, agrupados en el
sistema digestivo.
En este capítulo
comprenderás la finalidad
de la digestión, en términos
de la transformación de los
alimentos y la asimilación
de los nutrientes, así
como también el rol
de cada una de las
estructuras participantes.
1. Organización del sistema digestivo
El sistema digestivo se compone de varias estructuras que, en conjunto,
forman un segmento continuo, que comienza en la boca y termina en el
ano. Su principal función es degradar los alimentos hasta obtener nutrientes,
para lo cual cuenta con diversos órganos y glándulas, que secretan enzimas
y producen secreciones que facilitan el proceso digestivo.
A continuación, se detallan algunas características de las principales
estructuras del sistema digestivo.
Boca
Cavidad en la que ocurren los primeros procesos destinados
a la digestión de los alimentos. Posee dientes, que se
encargan de triturarlos, y una estructura muscular, llamada
lengua, que contribuye a la formación del bolo alimenticio.
Esófago
Conducto fibromuscular que conduce los alimentos desde
la faringe hacia el estómago, a través de movimientos
ondulatorios llamados peristálticos. Entre el esófago y el
estómago se ubica un esfínter llamado cardias, que impide el
reflujo del bolo alimenticio desde el estómago hacia la boca.
Glándulas salivales
Glándulas que se ubican al interior de la cavidad bucal.
Se organizan en pares (parótidas, sublinguales y
submaxilares). Su función es producir y secretar saliva hacia
la cavidad bucal.
Faringe
Segmento compartido entre los aparatos digestivo y
respiratorio. Conecta la boca con el esófago.
Participa en la deglución, cerrando la tráquea y despejando
el esófago para que el bolo alimenticio continúe su recorrido
hacia el estómago.
Hígado
Glándula que produce y secreta bilis, la cual contribuye
a la digestión y absorción de las grasas. La bilis, que se
almacena en la vesícula biliar, también actúa como medio de
transporte para la excreción de productos de desecho de la
sangre, como la bilirrubina.
Estómago
Dilatación del tubo digestivo. Se encarga de mezclar los
alimentos con las secreciones gástricas, hasta formar una
pasta semilíquida, llamada quimo. El vaciado del quimo
hacia el intestino delgado se realiza a través de otro esfínter,
llamado píloro. En el estómago se reconocen tres porciones:
fondo, cuerpo y antro.
27. 27
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo II: Digestión
C
I
G
E
H
F
D
J
Intestino delgado
Porción del tubo digestivo que se ubica entre el estómago
y el intestino grueso. Alcanza una longitud de siete metros,
aproximadamente, y en él se reconocen tres segmentos:
duodeno, yeyuno e íleon. Aquí ocurre la última etapa de la
digestión y la absorción de los nutrientes.
H Páncreas
Glándula que comparte sus funciones con los sistemas
digestivo y endocrino. Para el sistema digestivo secreta
enzimas específicas, que digieren proteínas, carbohidra-
tos y lípidos, además de bicarbonato, que neutraliza el
ácido procedente del estómago. El producto final del jugo
pancreático desemboca en la primera porción del duodeno.
I
Recto
Porción final del tubo digestivo. Comunica con el exterior
mediante un orificio denominado ano, el que se regula
voluntariamente gracias a la presencia de un anillo muscular
o esfínter.
J
B
Intestino grueso
Continuación del intestino delgado; ambos se comunican
a través de la válvula ileocecal, que evita el reflujo del
contenido del intestino grueso. La primera porción del
intestino grueso se denomina ciego (región donde se ubica
el apéndice), le sigue el colon, que comprende cuatro
porciones: ascendente, transverso, descendente y sigmoideo.
G
A
MedicinaConexión con...
La hepatitis es un proceso inflamatorio que afecta al hígado. Sus causas
pueden ser el abuso de medicamentos, las infecciones virales, el
consumo excesivo de alcohol o una respuesta autoinmunológica. Puede
desarrollarse como una infección aguda (tratable con medicamentos) o
crónica, provocando incluso la muerte. Su gravedad depende de la causa
de la infección y las enfermedades preexistentes.
Concepto clave
esfínter: anillo muscular que permite
o impide el paso de sustancias
desde una cavidad a otra.
Su regulación puede ser voluntaria
o involuntaria.
28. 28 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo II Digestión
2. Etapas del proceso digestivo
Este proceso ocurre en distintas secciones del conducto digestivo y
comprende dos tipos de digestión, la digestión mecánica y la química. La
primera corresponde a la fragmentación del alimento mediante la mastica-
ción y la trituración. La digestión química, en cambio, consiste en degradar
las unidades fragmentadas en el proceso mecánico, para convertirlas en
sustancias asimilables por las células. Este tipo de digestión es llevada a
cabo por diversas enzimas y secreciones de órganos complementarios
al tubo digestivo, llamados glándulas anexas.
El proceso digestivo comienza con la ingestión, que corresponde al ingreso
del alimento al sistema digestivo, a través de la boca.
2.1 Digestión
Como vimos anteriormente, existen dos tipos, mecánica y química. A
continuación se describen estos mecanismos de acuerdo a la estructura
donde se produce la digestión.
A. Boca
Cuando el alimento ingresa a esta cavidad, comienza la digestión
mecánica, la cual origina una masa de aspecto semilíquido (bolo
alimenticio) que se mezcla con la saliva, iniciándose la digestión química.
La saliva hidrata y lubrica el alimento que está siendo masticado. Está
compuesto principalmente de agua, mucina (que lubrica y protege
las superficies), enzimas, como la lisozima, que contribuye con la
destrucción de bacterias bucales, y la amilasa salival, que rompe los
enlaces del almidón, transformándolo en maltosa.
La deglución es el proceso en el que la lengua empuja de modo voluntario
el bolo alimenticio hacia la faringe, y posteriormente, de modo involuntario,
hasta el esófago. Luego, por acción de los movimientos peristálticos, el
bolo es conducido a través de este conducto hacia el estómago.
B. Estómago
La digestión química implica la acción de una variedad de enzimas
y jugos que actúan sobre el bolo alimenticio. Estas secreciones son
producidas por glándulas ubicadas en las paredes estomacales, las que
están formadas por varios tipos de células secretoras. La producción de
jugo gástrico y los movimientos de mezcla contribuyen a degradar las
macromoléculas presentes en el bolo, para obtener sustancias pequeñas
que puedan absorberse en el intestino. Las principales enzimas que
actúan en el estómago son las siguientes:
· Pepsina. Degrada proteínas. Su forma inactiva es el pepsinógeno,
el que es secretado hacia el espacio estomacal por las células
principales del estómago y es activado por el ácido clorhídrico
producido por las células parietales, el que cumple además, una
función bactericida.
El inicio de la onda peristáltica
coincide con la abertura de la
faringe para el paso del bolo
alimenticio, y con el cierre del
esfínter que conecta el esófago
con el estómago.
29. 29
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo II: Digestión
· Lipasa gástrica. Degrada algunos triglicéridos. También es secretada
por las células principales.
Todas estas secreciones se unen con el alimento por efecto de las ondas
de constricción generadas por las paredes estomacales, transformando
el bolo alimenticio en quimo. Su aspecto es el de una pasta semilíquida,
lechosa, la que es movilizada hacia el antro (fondo) estomacal y empujada
hasta el píloro (esfínter que separa el estómago del intestino).
C. Intestino.
En este órgano se realiza la digestión final de carbohidratos, lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos, por lo que se considera la etapa más
importante del proceso digestivo. A medida que el quimo pasa
al duodeno, se mezcla con el jugo intestinal, las secreciones del
páncreas y la bilis; el jugo pancreático neutraliza la acidez que
adquirió en el estómago, y la bilis cumple una función de emulsión
sobre las partículas de grasa,
formando pequeñas unidades
solubles (micelas). Las secreciones
pancreática y biliar favorecen la
acción de las enzimas intestinales.
Estas enzimas son:
· Amilasa pancreática. Digiere el
almidón, originando moléculas
de maltosa.
· Disacaridasas. Actúan sobre
la maltosa, lactosa y sacarosa,
originando monosacáridos,
principalmente glucosa.
· Lipasas. Degradan triglicéridos,
obteniéndose moléculas de
glicerol y ácidos grasos.
· Tripsina y quimiotripsina.
Degradan unidades proteicas,
originando péptidos pequeños.
· Peptidasas. Actúan sobre los
péptidos pequeños, generando
aminoácidos.
· Nucleasas. Degradan ácidos
nucleicos, generando ácido
fosfórico, pentosas y bases
nitrogenadas.
Concepto clave
emulsión: transformación de
grandes porciones de grasas en
gotas, las que son más fáciles
de degradar por las enzimas
pancreáticas e intestinales.
Acción catalítica de las enzimas digestivas en sus
sustratos específicos
Glúcidos Grasas Proteínas
Ácidos
nucléicos
BocaEstómagoIntestino
Pepsina
Peptidasa
Tripsina
Lipasa
Amilasa
Disacaridasa
Amilasa
Nucleasa
Lipasa
30. 30 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
DigestiónCapítulo II
Trabajo en equipoTaller de ciencias
Antecedentes
La catalasa es una enzima que se encarga de
degradar el peróxido de hidrógeno (H2
O2
), producto
tóxico generado por el metabolismo de la célula,
transformándolo en oxígeno (O2
) y agua (H2
O).
Esta enzima se encuentra ampliamente distribuida
en los tejidos corporales, siendo más abundante
en aquellos encargados de la detoxificación del
cuerpo, como el hígado y los riñones. Como todas
las enzimas, la catalasa actúa en condiciones de
temperatura y pH específicos, por lo que cualquier
variación de estos podría alterar su función.
Problema de investigación
La acción específica de la catalasa es degradar
H2
O2
para evitar la intoxicación celular y la
aparición de trastornos en diferentes sistemas
fisiológicos. Basándonos en estos antecedentes,
nos podríamos preguntar: ¿cómo detectar la acción
de la catalasa en los tejidos animales? o ¿cómo
se puede comprobar que efectivamente se libera
O2
producto de su acción? o ¿qué ocurre si varía
la temperatura del medio en el que esta enzima
se encuentra actuando? Analicen con su equipo
de trabajo los diferentes problemas planteados, y
escojan uno para continuar este taller.
Planteamiento de hipótesis
Luego de escoger el problema de investigación,
planteen una hipótesis que les permita dar una
respuesta tentativa. Identifiquen las variables que
participan y relacionen el sustrato que degrada
la catalasa y los productos que se originan en la
reacción química. Tomen en cuenta que, si varía la
temperatura de la reacción, también se altera la
acción enzimática.
Estrategias de contrastación y resultados
A continuación, se propone un diseño
experimental para comprobar la validez
de las hipótesis planteadas.
Con su equipo de trabajo, reúnan los siguientes
materiales: 50 mL de peróxido de hidrógeno (H2
O2
),
un hígado de pollo crudo, un hígado de pollo
cocido (para evidenciar el efecto del aumento de
temperatura), cinco tubos de ensayo, un gotario, un
mortero, una espátula y un cronómetro.
1. Etiqueten cada tubo de ensayo con una letra
(A, B, C, D y E).
2. Corten dos cubos de hígado crudo de 1 cm de
lado, aproximadamente, y dos cubos similares
de hígado cocido.
3. Pongan las muestras de hígado, una en cada
tubo, como se indica a continuación:
Tubo A: trozo de hígado crudo.
Tubo B: trozo de hígado cocido.
Tubo C: trozo de hígado crudo triturado.
Tubo D: trozo de hígado cocido triturado.
Tubo E: control (sin hígado).
4. Con la ayuda de un gotario, coloquen en cada
tubo de ensayo 10 mL de H2
O2
. Observen,
anoten y registren el tiempo de la reacción hasta
que no se detecten cambios significativos en
cada tubo.
5. Completen la siguiente tabla, clasificando el
grado de efervescencia observada en cada tubo,
como alta, media y baja.
Identificar la presencia de enzima catalasa
en el tejido hepático
31. 31
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo II: Digestión
Análisis e interpretación de evidencias
Debatan los resultados obtenidos. Recuerden
que deben tomar en cuenta que las enzimas no
se degradan, ni se altera su naturaleza química
durante la reacción, excepto cuando varían
aspectos fundamentales para su actividad (como
la temperatura y el pH). Apoyen su análisis
respondiendo las siguientes preguntas.
a. ¿Cuál es el principal indicador de la presencia
de la catalasa en el tejido hepático?
b. ¿Por qué la temperatura afecta la capacidad del
tejido hepático para descomponer el H2
O2
?
c. ¿Cómo explicarías las variaciones en la
efervescencia de los tubos con hígado entero
y triturado?
d. Contrasten su hipótesis planteada con la
información obtenida mediante el procedimiento
científico. Comenten en las conclusiones si la
hipótesis se acepta o se rechaza, y por qué.
e. Realicen una lista que les permita detectar las
principales dificultades que se les presentaron
al momento de registrar los datos y discutan
algunas soluciones para mejorar este aspecto
y aplicarlas en los siguientes Talleres de ciencia.
Conclusiones y comunicación de resultados
Elaboren al menos dos conclusiones basadas en el
análisis del experimento y la interpretación de las
evidencias obtenidas.
Para comunicar los resultados obtenidos, elaboren
un póster o afiche del taller realizado. Para obtener
información de cómo hacerlo, lean el anexo 3 de la
página 287.
Proyección
Planteen un diseño experimental que les permita
analizar el efecto de la variación del pH sobre la
acción de la catalasa. Además, pueden analizar la
actividad de esta enzima, utilizando otro tipo de
sustrato, como acelgas y papas (cocidas y crudas),
ya que la catalasa no es una enzima exclusiva de
los tejidos animales.
Muestras Tiempo de reacción (seg) Efervescencia
Tubo A
Tubo B
Tubo C
Tubo D
Tubo E
Tabla de registro: Tiempo de reacción y efervescencia en tejido hepático
32. 32 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo II Digestión
2.2 Absorción de nutrientes
Después de la digestión de los alimentos, los nutrientes obtenidos deben
ingresar al sistema circulatorio para ser transportados hasta las células.
Este proceso se denomina absorción y ocurre principalmente en el
duodeno y el yeyuno. Estas porciones del tracto digestivo presentan
una mucosa con muchos pliegues o vellosidades, las que aumentan la
superficie de absorción. Las células del intestino, a su vez, poseen una
estructura especializada para el ingreso de los nutrientes; presentan en
la cara superior micropliegues, que le confieren el aspecto de “borde en
cepillo”. Estas microvellosidades se orientan hacia el lumen del intestino.
Los azúcares simples, los aminoácidos y los péptidos son rápidamente
absorbidos en el intestino, desde donde pasan hacia los capilares sanguí-
neos. Los lípidos y las vitaminas liposolubles son absorbidos en forma
de quilomicrones, los cuales son conducidos, a través de la circulación
linfática, hasta las grandes venas del cuello, donde se integran a la circula-
ción sanguínea para llegar a todas las células del cuerpo. Posteriormente a
la absorción intestinal, las sustancias residuales llegan al intestino grueso,
donde se produce reabsorción de agua y electrolitos, principalmente.
Además, en el intestino grueso existen algunas bacterias simbiontes
que sintetizan algunas vitaminas, las cuales son absorbidas, ingresando
posteriormente al torrente sanguíneo.
Las microvellosidades aumentan la superficie de absorción de los nutrientes
desde el intestino delgado hacia la circulación sanguínea y linfática.
Conceptos clave
lumen: cavidad que se origina
dentro de una estructura tubular.
Por ejemplo, en el tubo digestivo o
los vasos sanguíneos.
quilomicrón: molécula lipoproteica
sintetizada en el intestino delgado,
que transporta los lípidos hacia
las células, a través del sistema
linfático, el que luego los vierte a la
circulación sanguínea.
Células epiteliales del intestino
Vaso sanguíneo
GlúcidosAminoácidos
Dipéptidos
Lípidos
Quilomicrón
Vaso linfático
Vellosidades
intestinales
Microvellosidades
33. 33
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo II: Digestión
2.3 Egestión
Corresponde a la eliminación de los residuos de la digestión que no
fueron absorbidos. Esta materia, que está formada por restos orgánicos e
inorgánicos, agua y gran cantidad de bacterias, recibe el nombre de heces.
Actividad 4 Interpretar
Analiza la información y responde las preguntas.
Tabla 1: Contenido alimenticio en la boca
Molécula Presencia Tamaño (nm)
Almidón +++ 40
Glucosa Trazas 1,2
Proteínas +++ 76
Aminoácidos 0 ---
Lípidos +++ 4
Ácidos grasos 0 ---
Fibras ++ 12 a 30
Aspecto sólido
Tabla 2: Contenido alimenticio en el intestino delgado
Molécula Presencia Tamaño (nm)
Almidón Trazas 40
Glucosa +++ 0,7 a 1,2
Proteínas + 7
Péptidos + 1
Aminoácidos +++ 0,8
Lípidos Trazas 4
Ácidos grasos y glicerol +++ 0,6
Fibras ++ 12 a 30
Aspecto líquido
1. ¿Cómo se explica lo que sucede con la fibra en ambas tablas? Plantea una hipótesis que explique el
fenómeno observado.
2. ¿Por qué existe diferencia en el contenido alimenticio de la boca y el intestino delgado?
3. ¿A qué se deben las diferencias de tamaño de las moléculas en cada estructura del sistema digestivo?
MedicinaConexión con...
Las hemorroides son afecciones
inflamatorias que afectan a
las venas del ano. Sus causas
pueden ser el esfuerzo
constante durante la deposición,
el estreñimiento, permanecer
muchas horas sentado o por
alguna infección. Su tratamiento
consiste en el uso de cremas
que disminuyen el dolor y la
inflamación de la zona.
Para no sufrir hemorroides, se
recomienda el consumo de
alimentos con alto contenido en
fibra, la ingesta de mucha agua
y evitar el consumo de alcohol
y alimentos irritantes.
Fuente: Ministerio de Educación, Unidad de Currículum y Evaluación. (2004). Programa de Estudio primer año
medio Formación General educación media. 2a
edición, Santiago.
Alimentos ricos en fibra.
34. Síntesis y evaluación Capítulo II
34 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Evaluación de proceso
I. Completa las siguientes oraciones con los conceptos que correspondan.
a. En la boca, la digestión química es realizada por la enzima , que degrada
.
b. Los permiten el paso del bolo alimenticio desde el esófago hasta
el estómago.
c. Las vellosidades intestinales aumentan la para la absorción de
los nutrientes.
d. La fragmentación final de las macromoléculas presentes en los alimentos ocurre en el
.
e. Los son transportados por la circulación linfática para luego llegar hasta las células.
f. La es la etapa final de la digestión, que implica la eliminación de .
Mapa conceptual
Completa el siguiente esquema con los términos que correspondan. Recuerda los conceptos
tratados en el capítulo.
Sistema digestivo
Glándulas anexas
se organiza en
cuya función es
en conjunto, se encargan de
Estómago
Boca
Intestino grueso
compuesto por como
Intestino delgado
1.
2.
3.
Transportar nutrientes
4.
5.
6.
Hígado
35. Unidad 1: Fisiología de procesos vitales 35
II. Completa la siguiente tabla, identificando la relación enzima-sustrato en las diferentes
estructuras del sistema digestivo.
III. Responde las siguientes preguntas.
1. ¿En qué se diferencia la digestión mecánica de la química?
2. ¿Cuál es el objetivo de la acción enzimática durante la digestión?
3. ¿Qué sucedería si las células intestinales perdieran sus microvellosidades?
4. ¿Cuál es la función de las glándulas anexas en el proceso digestivo?
5. ¿Cuál es la diferencia entre la función del intestino delgado y grueso?
6. Describe los procesos digestivos que ocurren en la boca y el estómago.
Debería
Ítem/
pregunta
Puntaje
¿Qué debo hacer?
Total Obtenido
Relacionar las estructuras del
sistema digestivo con las funciones
que cumplen en el procesamiento
del alimento.
I, III
(3, 4, 5)
9
Según los puntajes
obtenidos, realiza las
actividades que te indicará
tu profesor o profesora.
Comprender la digestión como
un proceso fisiológico de
transformación y obtención
de nutrientes.
II, III
(1, 2 y 6)
12
Me evalúo
Completa la siguiente tabla, siguiendo las instrucciones de tu profesor o profesora.
Sustrato
Tipo de enzima
Boca Estómago Intestino delgado
Glúcidos
Grasas
Proteínas
Ácidos nucleicos
36. 36 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo
III
Nutrición e intercambio
gaseoso en las células
El sumergirnos bajo el agua
es un hecho común para
nosotros, pero involucra
la necesidad de volver
a respirar rápidamente.
El ingreso de oxígeno
y su transporte hacia
las células es vital para
nuestro organismo. En
este capítulo conocerás
que el aporte de gases, su
transporte y la eliminación
de desechos son procesos
que se llevan a cabo por
sistemas especializados.
1. Circulación: organización general
El sistema circulatorio humano consta de dos redes de transporte de
sustancias: la circulación sanguínea y la circulación linfática. El sistema
circulatorio o cardiovascular está formado por el corazón, los vasos
sanguíneos y la sangre que transporta nutrientes (absorbidos desde el
intestino delgado) y gases (provenientes del sistema respiratorio). Una
vez que los tejidos corporales utilizan estos elementos, los desechos
producidos pasan a la sangre para ser excretados. El sistema linfático,
además de filtrar el líquido extracelular, transporta nutrientes generados
por el metabolismo de las grasas. También está formado por vasos, y
reúne una serie de órganos que participan en el sistema de defensa
del organismo.
Arterias
Venas
Corazón
El sistema cardiovascular está
compuesto por el corazón y los
vasos sanguíneos que transportan
la sangre.
37. 37
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
2. Sistema cardiovascular
2.1 Vasos sanguíneos
Los vasos son conductos de diverso diámetro, a través de los cuales circulan
líquidos de transporte. En el caso de la circulación sanguínea existen tres
tipos de vasos: arterias, venas y capilares. En conjunto, constituyen un
sistema cerrado que transporta sangre desde y hacia el corazón.
Los grandes vasos sanguíneos (arterias y venas) poseen paredes organizadas
en tres capas de tejido concéntricas. Desde la más interna a la más externa,
son: túnica íntima, túnica media y túnica externa o adventicia.
Válvula
Actividad 5 Inferir
A partir de la siguiente información y del contenido de esta página, responde las siguientes preguntas.
Las várices corresponden a una falla en el sistema valvular de las venas, ocasionando dilatación anormal
de sus paredes y acumulación de sangre en ellas, e impidiendo que esta circule hasta el corazón. Puede
ocurrir en cualquier zona del cuerpo, pero su aparición es más frecuente en las extremidades inferiores.
1. ¿Qué vasos sanguíneos responden mejor a la presión sanguínea, arterias o venas? Fundamenta.
2. Si las arterias no poseen válvulas que impulsen el regreso de la sangre hacia el corazón, ¿será posible
encontrar várices arteriales? ¿por qué?
Concepto clave
líquido intersticial: líquido que
se encuentra en los espacios que
existen entre las células. Junto con
el plasma sanguíneo, constituyen el
líquido extracelular.
Arterias
Transportan sangre desde el corazón hacia los
tejidos a gran presión, por lo que sus paredes
vasculares son fuertes y pueden modificar su
diámetro con facilidad. Las ramificaciones de las
arterias conforman vasos de menor diámetro
y de estructura muscular más pronunciada,
(arteriolas). Estas siguen ramificándose hasta
formar los capilares.
Capilares
Tienen por función el intercambio de sustancias
entre la sangre y el líquido intersticial. Poseen una
pared muy delgada, formada por una sola capa de
células, llamada endotelio. A través de esta delgada
capa, solo pueden pasar moléculas pequeñas.
Venas
Conducen la sangre desde los tejidos hacia el
corazón. Debido a que la presión sanguínea en
esta parte del recorrido es más baja, las paredes
de las venas son delgadas. En algunas secciones
de ellas existen válvulas que impiden el retroceso
sanguíneo y facilitan su retorno al corazón. Las
venas se ramifican, al igual que las arterias, en
vasos de menor diámetro llamados vénulas, que
recogen sangre desde los capilares.
38. 38 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III Nutrición e intercambio gaseoso en las células
2.3 Actividad cardíaca
Para impulsar la sangre a todo el cuerpo, el corazón se mueve de manera
coordinada, alternando contracciones (sístole) y relajaciones (diástole).
Ambos movimientos constituyen un ciclo, que se describe desde el inicio
de un latido cardíaco hasta el comienzo del siguiente.
2.2 El corazón
El corazón es un órgano muscular hueco. Se ubica en el tórax, entre ambos
pulmones. En él se delimitan cavidades por las cuales circula sangre y
sus fuertes contracciones la impulsan hacia todos los tejidos del cuerpo.
Este órgano está formado por tres capas de tejidos. La capa más externa se
denomina epicardio, y está formada de tejido conectivo que lo protege y
lo fija a la caja torácica. El miocardio, que es la capa central y más gruesa
del corazón, al estar formado por tejido muscular, es el responsable de su
contracción. La más interna, llamada endocardio, es una capa epitelial
delgada, similar a la que se encuentra tapizando los vasos sanguíneos.
El corazón posee cuatro cavidades por las cuales circula sangre:
A
B
Arteria aorta
Arteria pulmonar
Venas pulmonares
Vena
cava superior
Vena
cava inferior
C
A
D
B
Nodo
auriculoventricular
Nodo
sinoauricular
Aurícula izquierda
Recibe la sangre (oxigenada)
que proviene de los
pulmones, a través de
las venas pulmonares. La
envía hacia el ventrículo
izquierdo, atravesando la
válvula mitral o bicúspide.
C
D Ventrículo izquierdo
Recibe la sangre desde
la aurícula izquierda y la
envía hacia el arco aórtico,
atravesando la válvula
aórtica, desde donde es
transportada a todo
el cuerpo.
Aurícula derecha
Recibe la sangre
(sin oxígeno y con
desechos) que proviene
de los órganos, a través
de las venas cavas.
La envía al ventrículo
derecho, cruzando la
válvula tricúspide.
Ventrículo derecho
Recibe la sangre de la aurícula
derecha y la envía hacia los
pulmones, por las arterias
pulmonares, atravesando la
válvula semilunar pulmonar.
39. 39
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
Movimientos de sístole y diástole
Diástole. Es el momento en el cual el corazón se encuentra relajado
y permite el ingreso de la sangre a las aurículas izquierda y derecha.
Hacia el final de la diástole, las válvulas mitral y tricúspide están abiertas,
generándose el llenado de los ventrículos (alrededor del 70 %).
Sístole auricular. Cuando las aurículas se contraen, empujan sangre
hacia los ventrículos.
Sístole ventricular. Los ventrículos impulsan, con gran presión, la sangre
hacia los pulmones (ventrículo derecho) y hacia todo el organismo
(ventrículo izquierdo).
El corazón es capaz de iniciar sus propios impulsos para contraerse
y relajarse. Existen áreas especializadas que hacen posible el latido
cardíaco: el nodo sinoauricular o marcapaso, el nodo aurículoventri-
cular, el haz de His y la red de Purkinje. Para que la diástole y la sístole
ocurran rítmicamente, en el nodo sinoauricular (ubicado sobre la aurícula
derecha) se genera un impulso que se propaga por las fibras musculares
de las paredes de las aurículas derecha e izquierda, contrayéndose ambas
casi simultáneamente.
Los impulsos que llegan hasta el nodo aurículoventricular (ubicado entre
la aurícula y ventrículo derechos), viajan, a su vez, hasta una red de
fibras musculares especializadas para la conducción eléctrica, el haz de
His. Este transmite los impulsos hacia la red de Purkinje, que inerva el
miocardio de los ventrículos, provocando que se contraigan después de
las aurículas.
Diástole auricular
y sístole ventricular
Sístole auricular
y diástole ventricular
Cada latido va acompañado
por ruidos característicos. Son
provocados por el cierre de las
válvulas cardíacas. El primer
ruido, un “lub” bajo, corresponde
a las vibraciones del cierre de las
válvulas mitral y tricúspide, al inicio
de la sístole ventricular. El segundo
ruido, un “dup” más corto y agudo,
es ocasionado por el cierre de las
válvulas aórtica y pulmonar.
Ingresa a la siguiente página
web http://library.med.
utah.edu/kw/pharm/hyper_
heart1.html y observarás
la animación de un ciclo
cardíaco. Fíjate en cada una
de las fases de este ciclo
que están graficadas. Luego,
realiza una presentación de
diapositivas donde expliques
la importancia de la secuencia
y coordinación de la
actividad cardíaca.
Interactividad
40. 40 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III Nutrición e intercambio gaseoso en las células
2.4 La sangre
Como has aprendido, los gases y nutrientes deben trasladarse hacia y
desde todas las células del cuerpo, y el “medio de transporte” utilizado
es la sangre. Si se toma una muestra de sangre y se deposita en un
recipiente, esta se separa rápidamente en dos fases: plasma sanguíneo
y elementos figurados. El primero posee agua, en la que van disueltas
proteínas importantes. Además, contiene albúmina, nutrientes, productos
de desecho, sales minerales, hormonas y gases. Los elementos figurados
son un conjunto de células que se forman en la médula ósea roja de los
huesos largos. Se distinguen tres tipos: glóbulos rojos, glóbulos blancos
y plaquetas.
Glóbulos blancos o leucocitos
Se encargan de la defensa del organismo, pues son
capaces de detectar y eliminar elementos exógenos,
como hongos, virus, parásitos y bacterias,
entre otros.
Concepto clave
células anucleadas: elementos
celulares que han perdido el núcleo
en su proceso de formación. Por
ejemplo, los glóbulos rojos.
Basófilo
Médico estadounidense, de origen austríaco. A partir de muestras de
sangre de sus colaboradores, pudo detectar diferencias en los tipos
de sangre humana, basadas en problemas de rechazo al realizarse
transfusiones (sistema actual ABO). En el 1909 fue nombrado profesor
de Patología, en Viena. Años más tarde se trasladó a Estados Unidos
para incorporarse al Instituto Rockefeller de Investigación Médica. En
1930 recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina. Comenta con tus
compañeros y compañeras cuál habrá sido el impacto en las cirugías y
transfusiones sanguíneas al conocer los diferentes tipos de sangre que
presentan los individuos.
Biografía
Neutrófilo
Linfocito
Eosinófilo
Plaquetas
Monocito
Plaquetas o trombocitos
Son trozos celulares (fragmentos de citoplasma
envueltos en una membrana). Cumplen una
importante función en la coagulación sanguínea,
ya que se unen a la zona herida, generando un
“tapón” plaquetario que detiene el flujo de sangre.
Glóbulos rojos o eritrocitos
Son células anucleadas, de forma bicóncava, cuya
función principal es el transporte de O2
en la
sangre. Esta capacidad se debe a la presencia de
hemoglobina en el citoplasma.
Plasma
Glóbulos rojos
Karl Landsteiner
(1868-1943)
41. 41
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
Médico y fisiólogo inglés.
Se le atribuye la descripción
del transporte de la sangre,
bombeada por el corazón, a
través de los vasos sanguíneos.
En 1628 publicó la obra Ejercicio
anatómico concerniente al
movimiento del corazón y la
sangre en los animales, en la que
expuso un modelo correcto de
circulación sanguínea. Realizó
demostraciones en el antebrazo
de un individuo y explicó la
circulación al obstruir una
vena, observando que esta
se bloqueaba hacia el codo.
Continuó con su profesión
de médico hasta poco antes
de su muerte.
Biografía
Actividad 6 Inferir
De acuerdo con la información relacionada con la circulación mayor y menor, responde las
siguientes preguntas.
1. ¿Por qué los vasos que transportan sangre, desde y hacia los pulmones, tienen nombres distintos de
los que transportan la sangre hacia el resto del cuerpo?
2. ¿Qué ocurre con la concentración de oxígeno en la sangre, si se altera el intercambio gaseoso en
los pulmones?
3. Averigua si la circulación menor le permite al tejido pulmonar obtener nutrientes provenientes de
la digestión.
William Harvey
(1578-1657)
2.5 Tipos de circulación cardiovascular
Como vimos en la página 39, existen dos flujos de salida desde el corazón,
uno hacia los pulmones y otro hacia el resto del organismo. Los dos flujos
generan dos circuitos diferentes: la circulación mayor o sistémica y la
circulación menor o pulmonar.
La circulación menor corresponde
al transporte sanguíneo que ocurre
entre el corazón y los pulmones.
Cuando la sangre rica en CO2
llega
a la aurícula derecha (a través de
las venas cavas superior e inferior),
pasa hacia el ventrículo derecho.
Posteriormente, y a través de las
arterias pulmonares, llega a los
pulmones, en donde se oxigena y
regresa luego al corazón por las
venas pulmonares.
La circulación mayor es la que
lleva la sangre desde el corazón
hacia el resto del cuerpo. Cuando
la sangre oxigenada ingresa al
corazón (por la aurícula izquierda),
pasa al ventrículo izquierdo;
desde esta cavidad es bombeada
hacia la arteria aorta, la que la
expulsa finalmente hacia todo el
organismo. La aorta se ramifica en
vasos arteriales que transportan
sangre oxigenada hacia el corazón,
la cabeza, las extremidades
superiores, el tórax y las piernas.
A
B
B
A
42. 42 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III Nutrición e intercambio gaseoso en las células
2.6 Transporte de gases
El transporte de las moléculas de O2
y CO2
son procesos realizados por
el plasma sanguíneo y los glóbulos rojos a través de la hemoglobina.
La hemoglobina presente en los glóbulos rojos está formada por cuatro
subunidades, cada una integrada por una cadena polipeptídica y un grupo
hemo. Este grupo tiene un átomo de hierro en su estructura. Cada grupo
hemo tiene un átomo de hierro en su centro, el que puede unirse de modo
reversible con una molécula de O2
. La unión de la primera molécula de
O2
a la primera subunidad de la hemoglobina incrementa la afinidad por
el O2
de la segunda subunidad, y esto, a su vez, incrementa la afinidad
de la tercera y cuarta subunidad. Así, la presión parcial de O2
presente
en el momento es directamente proporcional al grado de saturación o
de unión de la hemoglobina con este gas.
El CO2
tiene una solubilidad mayor que el O2
en el plasma, por lo que,
a la misma presión parcial, se observa más CO2
que O2
en este líquido.
La mayor parte del CO2
que se difunde desde los tejidos hacia la sangre
se une a la hemoglobina en los glóbulos rojos, pero cerca de un 5 % se
disuelve en el plasma. Parte de este porcentaje se queda en el plasma
ejerciendo presión parcial (pCO2
), y la otra se combina con moléculas
de H2
O para formar H2
CO3
(ácido carbónico), el que es disociado por
la enzima anhidrasa carbónica en iones H+
y HCO3
-
(bicarbonato) en
los eritrocitos. El HCO3
-
vuelve al plasma, desde donde difunde hacia
los alvéolos, transformándose nuevamente en CO2
para ser eliminado
durante la espiración.
Actividad 7 Analizar
Analiza los datos del gráfico
y responde las preguntas.
40 60200
0
20
40
60
80
100
pO2
(mmHg)
Porcentajedesaturación
Fuente: Curtis, H. y Barnes N. (2008).
Biología. 7a
edición. Buenos Aires:
Médica Panamericana.
80 100
Hemoglobina
1. Si los grupos hemo
de la hemoglobina
permiten la unión de
O2
a la molécula, ¿qué
diferencias existen en
la saturación de esta
proteína cuando la
presión parcial de O2
es de 20 y 80 mmHg?
2. ¿Qué relación tiene el
punto 0 de la curva con
las uniones de O2
a la
hemoglobina? Explica.
Gráfico 2: Curva de
asociación-disociación
O2
hemoglobina
CHb: carbamino hemoglobina.
Hb: hemoglobina.
CO2
O2
CO2
Disuelto
en el plasma (7 %)
H2
CO3
HCO3
-
(70 %)
HbO2
Hb + CO2
CHb (23 %)
CO2
+ H2
O
H +
+HCO3
-
O2
+ Hb
O
2 + Hb
43. 43
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
3. Sistema linfático
El sistema linfático corresponde a una red abierta de vasos los cuales
transportan la linfa. Los vasos linfáticos se encargan de colectar líquido
intersticial y devolverlo a la sangre, además de transportar moléculas de
gran tamaño (como proteínas y glóbulos de grasa), que no son capaces de
traspasar el tejido capilar. Los ganglios linfáticos contribuyen en la defensa
del organismo, exponiendo los microorganismos al sistema inmune.
Los vasos linfáticos recorren casi todas las estructuras del organismo,
excepto el cerebro, los ojos, la médula ósea, y aquellos tejidos que no
presentan vascularización, como el cartílago y el epitelio. Recogen,
fundamentalmente, el líquido que se pierde en el intercambio de sustancias
entre los capilares y las células, devolviéndolo a la circulación sanguínea.
Esto se realiza en los conductos linfáticos terminales, que son: el conducto
linfático derecho (recibe la linfa del lado derecho de la cabeza, tronco
superior derecho, y brazo derecho); izquierdo (la mitad derecha superior),
y el conducto torácico (el resto del cuerpo), los cuales, luego, devuelven
la linfa a la circulación venosa, a la altura del cuello.
Los nódulos o ganglios linfáticos actúan como filtros para la linfa, ya que,
al ser sectores terminales de los vasos linfáticos, toman las sustancias
extrañas y los patógenos desde este líquido, para exponerlos a los glóbulos
blancos (linfocitos) y macrófagos presentes en ellos. Este sistema filtra,
aproximadamente, entre dos y tres litros de linfa al día.
Actividad 8 Interpretar-asociar
Lee la siguiente información y responde las preguntas.
Diversos estudios muestran que el ejercicio moderado aumenta el
número de leucocitos, células especializadas en los mecanismos
de defensa. Sin embargo, al realizarlo de manera intensa, se
podría inhibir la función inmunitaria. Se aconseja realizar ejercicio
moderado después de un traumatismo, como una cirugía, por los
posibles efectos potenciadores de la inmunidad.
1. ¿Cómo influye el sistema circulatorio en el aumento de linfocitos
en la sangre?
2. Plantea una hipótesis que involucre el ejercicio moderado y
extenuante con la función inmunitaria.
3. ¿Qué ventaja crees tú que posee para el organismo que las células
inmunitarias viajen por la circulación?
Los vasos linfáticos forman
una red abierta, la que vierte
los elementos que transporta
hacia el torrente sanguíneo.
44. 44 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III Nutrición e intercambio gaseoso en las células
Fosas nasales. Zona de ingreso del aire inspirado.
Aquí se calienta, se humedece y se filtra para facilitar su ingreso a
los pulmones.
Faringe. Estructura compartida por los sistemas digestivo y
respiratorio. Dependiendo de la relación que establece con otros
órganos como nariz, boca y laringe, se le denomina nasofaringe,
orofaringe y laringofaringe.
Laringe. Región ubicada sobre la tráquea. Presenta repliegues
que, al movilizarse por el aire, permiten la emisión de sonidos
(cuerdas vocales). Además, posee una estructura cartilaginosa que
bloquea el tracto respiratorio durante la deglución (epiglotis).
Tráquea. Prolongación de la laringe, ubicada delante del
tubo esofágico. Está formada por anillos cartilaginosos que
la mantienen abierta y firme, para evitar que colapse cuando
transita el bolo alimenticio por el esófago.
Bronquios y ramificaciones. Ramificaciones de la tráquea
que se subdividen, hasta desembocar en ensanchamientos
denominados alvéolos.
Pulmones. Órganos principales de la función respiratoria. En ellos
se produce el intercambio de CO2
y O2
, que ingresa al organismo
a través de las vías respiratorias. Se encuentran en el tórax, por
detrás de las costillas y el esternón (estructuras óseas).
Alvéolos. Sacos formados por una sola capa de células llamada
epitelio alveolar. Los sacos alveolares se encuentran íntimamente
relacionados con una extensa red de capilares sanguíneos, lo que
permite el intercambio de los gases entre estos y la circulación
sanguínea. Por tal razón, los alvéolos constituyen la unidad
funcional de la respiración.
MedicinaConexión con...
El consumo de cigarrillo se asocia al riesgo de padecer cáncer pulmonar. Esta enfermedad se produce,
generalmente, por el descontrol en la división de las células del epitelio, irritadas por agentes carcinogénicos,
como los que contiene el humo del cigarrillo. Producto de esto, y de la predisposición genética, las células se
descontrolan, formando tumores, los que crecen y provocan el proceso cancerígeno.
4. Respiración
El proceso respiratorio se define en función de dos mecanismos: la
respiración externa y la interna. La primera implica el intercambio de los
gases O2
y CO2
entre el medio externo e interno, y en la segunda, estos
mismos gases se intercambian entre los tejidos y los capilares sanguíneos.
4.1 Órganos que permiten la respiración externa
El ingreso de O2
al organismo y la eliminación de CO2
se realizan a través
de estructuras especializadas que, en su conjunto, forman el sistema
respiratorio. Este sistema está compuesto básicamente por los pulmones
y las vías respiratorias.
A
A
B
C
D
G
B
C
D
E
F
G
E
F
45. 45
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
4.2 Ventilación pulmonar
El ingreso (inspiración) y la salida (espiración) de aire de los pulmones
produce una serie de movimientos continuos, asociados a los cambios
que sufre la cavidad torácica, producto de las diferencias de presión que
se generan en su interior. Todos estos procesos constituyen lo que se
conoce como ventilación pulmonar.
A. Inspiración: los músculos intercostales, pectorales y el diafragma se
contraen. Los dos primeros elevan las costillas y el diafragma desciende,
lo que provoca un ensanchamiento de la caja torácica, el aumento del
volumen pulmonar y la entrada de aire que se debe a que la presión
alveolar es menor que la atmosférica.
B. Espiración: es un movimiento pasivo de los músculos que se habían
contraído en la inspiración. Al relajarse los músculos intercostales,
pectorales y el diafragma, disminuye el volumen torácico y pulmonar,
expulsando el aire rico en CO2
fuera de los pulmones. La salida de aire
se produce cuando la presión atmosférica es menor que la alveolar.
En la ventilación pulmonar, se han descrito diversos volúmenes pulmonares:
Volumen corriente: es el volumen de aire inspirado o espirado en una
respiración normal, sin esfuerzo.
Volumen de reserva inspiratorio: es el volumen que se puede inspirar,
sobre el volumen corriente normal.
Volumen de reserva espiratorio: es el volumen de aire adicional que
se puede expulsar durante una espiración forzada, después de una
inspiración normal.
Volumen residual: es el volumen de aire que queda en los pulmones tras
una espiración forzada.
Actividad 9 Analizar
Observa el gráfico 3 y
responde las preguntas.
1. En un ciclo de
respiración normal,
¿se puede lograr la
capacidad pulmonar
total? Fundamenta.
2. De acuerdo con lo que
sabes, ¿cómo definirías
la capacidad vital?
Fuente: Guyton, A. y Hall, J. (2007). Compendio de Fisiología
médica. 11a
edición Madrid: Elsevier.
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Volumen
de reserva
inspiratoria
Capacidad
inspiratoria
Volumen
residual
Volumen de
reserva espiratorio
Capacidad
vital
Capacidad
pulmonar
total
Volumen
corriente
Volumenpulmonar(mL)
Tiempo
Inspiración
Espiración
Gráfico 3: Volúmenes y capacidades pulmonares
A. Inspiración
B. Espiración
46. 46 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III Nutrición e intercambio gaseoso en las células
4.3 Intercambio gaseoso
Como ya se mencionó, la inspiración y espiración dependen de las
diferencias de presión parcial que existe entre los gases de la atmósfera
y los que se hallan al interior de los pulmones. El intercambio gaseoso,
que se realiza en los alvéolos, se efectúa bajo el mismo fenómeno físico.
Esto significa que tanto el O2
como el CO2
se mueven por difusión a favor
del gradiente de concentración de cada uno de ellos; es decir, el O2
se
moviliza desde los alvéolos (donde se encuentra en mayor concentración)
hacia la sangre (donde se encuentra en menor concentración), mientras
que el CO2
se difunde desde los capilares hacia el espacio alveolar.
Las paredes alveolares son extremadamente delgadas y se encuentran
rodeadas de capilares sanguíneos, por lo que el aire está en contacto
casi directo con la sangre. El aire inspirado tiene una mayor presión de
O2
que la sangre capilar venosa. Esto produce un gradiente positivo de
presión desde los alvéolos hacia los capilares, ocasionando que el O2
se
difunda pasivamente hacia la sangre, para unirse a la hemoglobina de
los glóbulos rojos.
Asimismo, el CO2
tiene una mayor presión en la sangre venosa que en
los sacos alveolares, por lo que la presión positiva, en este caso, provoca
la salida de CO2
hacia las vías respiratorias, a través de las cuales es
eliminado del organismo.
Concepto clave
difusión: es el movimiento que
generan las partículas para ocupar
todo el espacio del que disponen.
En el caso de los gases respiratorios,
es lo que ocurre al traspasar las
membranas alvéolo-capilares,
producto de la diferencia de sus
presiones parciales.
Ingresa al siguiente sitio
web www.educaplus.org/
play-57-Respiraci%C3%B3n.
html?PHPSESSID=35976cbe
329f1ca830e80c0c55b888b6
y verás una animación relacio-
nada con el intercambio
gaseoso en los alvéolos. A
continuación, realiza una
presentación con diaposi-
tivas, en las que expliques las
principales diferencias entre
la respiración externa y la
respiración interna o celular.
Interactividad
Intercambio de gases en los alvéolos
Capilar
Células de
los tejidos
Alvéolos
CO2
CO2
CO2
CO2
H2
CO3
CO2
Hb
CO2
HbO2
O2
O2
O2
O2
Alvéolos
Saco alveolar
Los gases se difunden pasivamente
desde los alvéolos a los capilares,
y viceversa, de acuerdo con la
magnitud de sus presiones parciales.
Glóbulos
rojos
47. 47
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
Lectura científica
Enfermedades respiratorias y la
contaminación intradomiciliaria
La salud de las personas se ve influenciada por el
entorno y, en nuestros días, el aire que respiramos se ha
tornado cada vez más nocivo. El objetivo de este estudio,
realizado en nuestro país, fue evaluar la asociación entre
la contaminación intradomiciliaria y la presencia de
síntomasrespiratorioscrónicos,y enfermedadpulmonar
obstructiva crónica.
La contaminación intradomiciliaria constituye un
problema de salud pública relevante, puesto que se
considera dentro de los principales riesgos sanitarios en
todo el mundo. Casi la mitad de la población mundial
estáexpuestaaestetipodecontaminación,especialmente
por el uso de combustibles sólidos para calefaccionarse
y cocinar. Se estima que la contaminación al interior de
los hogares es responsable del 36 % de las infecciones
respiratorias y del 22 % de los casos de enfermedad
obstructiva crónica.
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica ha
aumentado de tal manera su incidencia y mortalidad
en el mundo, que en 1990 constituyó la quinta causa
de muerte en el mundo, y la cuarta causa en el año
2000. Según la Organización Mundial de la Salud
(OMS), en el año 2020 constituirá la tercera causa de
muerte en el planeta.
La muestra para este estudio se tomó en un grupo
representativo del área Metropolitana de Santiago,
constituido por adultos de 40 o más años, seleccionados
aleatoriamente. Se utilizó un cuestionario que
recolectó información sobre factores de riesgo para la
enfermedadpulmonarobstructivacrónica,antecedentes
biodemográficos y de enfermedad respiratoria, nivel
de instrucción, tabaquismo y exposición ambiental
al humo del tabaco, exposición a la contaminación
intradomiciliaria, entre otras variables.
Como resultado del estudio, se estableció que
la contaminación intradomiciliaria se asocia
significativamente a los síntomas respiratorios, pero
no a la enfermedad pulmonar obstructiva crónica.
Esto es importante, pues permite establecer instancias
oportunas de prevención, evaluando la exposición a
otros factores de riesgo, además de la contaminación
intradomiciliaria como el consumo y exposición al
humo del tabaco.
Fuente: Flores, C., y otros. (2010). Sintomatología
respiratoria y enfermedad pulmonar obstructiva crónica y
su asociación a contaminación intradomiciliaria en el Área
Metropolitana de Santiago. Estudio Platino. Revista Chilena
de Enfermedades Respiratorias. 26(2), 72-80. (Adaptación).
1. ¿Cuál es la causa que provoca mayor contaminación al interior de los hogares en el mundo?
2. ¿Cuáles son los principales factores de riesgo para contraer enfermedad pulmonar obstructiva crónica?
3. ¿Cómo crees que podría ayudar este estudio en las campañas de prevención de enfermedades
invernales? Explica.
Trabaja con la información
48. 48 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III Nutrición e intercambio gaseoso en las células
4.4 Significado de la respiración
En la biósfera, los organismos autótrofos y heterótrofos son parte de un ciclo
en el que fluye constantemente materia y energía. En este flujo participa
el medioambiente, aportando elementos y compuestos fundamentales
para los procesos vitales de ambos tipos de seres vivos.
La respiración es uno de los procesos vitales. Como has aprendido, el
concepto de respiración se relaciona directamente con la capacidad
de incorporar y utilizar el O2
para metabolizar moléculas energéticas y
obtener energía; es por esto que tanto los autótrofos como los heterótrofos
utilizan O2
y eliminan CO2
y H2
O al medio.
La respiración externa, llevada a cabo mediante órganos respiratorios,
incorpora O2
, que es utilizado en la respiración celular con el fin de
degradar moléculas orgánicas complejas, como la glucosa, y así obtener
energía. También mediante la respiración externa se elimina el CO2
derivado del metabolismo celular.
A. Respiración en ausencia de oxígeno
La fermentación es un tipo de respiración celular alternativo que, en
ausencia de oxígeno (medio anaeróbico), también origina ATP. Es una
degradación parcial de compuestos orgánicos en el que se genera menor
energía que en la respiración aeróbica (en presencia de oxígeno). Las
células musculares siguen una vía metabólica anaeróbica cuando se
someten a actividad intensa, denominada fermentación láctica, la
que genera ácido láctico como residuo y que, si se acumula, puede
provocar síntomas de fatiga muscular. Algunos tipos de levadura realizan
fermentación alcohólica, en la que, a partir de un intermediario de la
glucólisis, originan etanol.
Conceptos clave
aeróbico: del griego “aero” (aire) y
“bios” (vida). Se refiere a cualquier
fenómeno biológico que ocurra en
presencia de oxígeno.
anaeróbico: El prefijo “an”
significa sin, por lo que el término
anaeróbico se refiere a los procesos
que se originan en ausencia
de oxígeno.
La respiración celular y la fermentación son las dos alternativas para
la producción de ATP, a partir de moléculas de glucosa. El destino
del piruvato dependerá de la presencia o ausencia de O2
en la célula.
Glucosa
Ciclo
de
Krebs H+
O2
CO2
Acetil CoA ATP
H2
O
Presencia de oxígeno
Respiración celular
Ausencia de oxígeno
Fermentación
(alcohólica o láctica)
Mitocondria
Citosol
Piruvato
Etanol + ATP Ácido láctico + ATP
49. 49
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
B. Respiración en plantas
Las plantas son organismos autótrofos y, a diferencia de los organismos
heterótrofos, no necesitan obtener nutrientes de otros organismos, pues
los fabrican a partir de moléculas inorgánicas y energía proveniente
del ambiente.
Las plantas, algas, algunas bacterias y protozoos elaboran compuestos
orgánicos mediante la fotosíntesis, proceso en el que se capta energía
lumínica para transformar CO2
y H2
O en hidratos de carbono y
O2
libre.
Independiente de la capacidad de los autótrofos fotosintetizadores
para fabricar sus propios nutrientes, ellos también realizan el proceso
de respiración, pues toman O2
del medio y eliminan CO2
, ya que las
moléculas orgánicas que elaboran (como la glucosa) también son
degradadas en las mitocondrias para obtener ATP, mediante el proceso
de respiración celular.
El intercambio de gases y vapor de agua en las plantas (para realizar
fotosíntesis o respiración celular) ocurre a través de estructuras ubicadas
en la cutícula de las hojas, llamadas estomas. Estos son pequeños
orificios situados en la superficie de las hojas, delimitados por un par
de células, llamadas células oclusivas, que regulan el paso de gases.
Cuando hay suficiente agua disponible, las células oclusivas la absorben,
lo que aumenta su presión de turgencia, que es la fuerza que ejerce
el agua contra las paredes de la célula. De este modo, las células se
curvan y el estoma se abre, permitiendo el intercambio de gases.
Los estomas también se abren, en respuesta a la disminución de la
concentración de CO2
en las hojas. Por el contrario, se cierran a altas
concentraciones internas de este gas, altas temperaturas, viento y
baja humedad.
Concepto clave
cutícula: capa impermeable
formada por una sustancia lipídica
que recubre el tejido superficial
(epidermis) en las plantas herbáceas.
Impide la pérdida de agua desde los
tejidos vegetales.
En la fotografía se observa un tejido
vegetal con estomas abiertos.
Reflexionemos
La selva del Amazonas se conoce como el “pulmón verde” del planeta, ya
que sus bosques limpian el aire del CO2
, a la vez que liberan grandes masas
de O2
a la atmósfera. Esta selva comprende siete millones de kilómetros
cuadrados (es más grande que Europa). La quema de bosques para
cultivos y crianza de ganado pone en riesgo el beneficio que constituye el
Amazonas para el medioambiente, el que se ha empezado a transformar
en una máquina productora de CO2
, debido a los constantes incendios
forestales. ¿Cómo crees tú que afecta esta situación al cambio climático?
¿Cómo influye la disminución de las grandes extensiones verdes de la Tierra
en la calidad de vida de las personas?
50. 50 Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III Nutrición e intercambio gaseoso en las células
5. Adaptación del organismo al esfuerzo
Cuando te encuentras bajo condiciones físicas normales, tu organismo
funciona para cubrir aquellas necesidades. Si se somete el cuerpo a un
esfuerzo físico, como jugar un partido de fútbol, subir un cerro en bicicleta,
o correr durante un tiempo prolongado, las necesidades fisiológicas cambian
y el funcionamiento de los sistemas se adapta a este nuevo contexto.
Con el esfuerzo físico, aumenta la frecuencia cardíaca (cantidad de
latidos por minuto), lo que incrementa la presión sanguínea. Esto ocurre
principalmente para compensar el aumento de la actividad metabólica
celular. Una característica propia del sistema cardiovascular es la capacidad
de dilatación que tienen los vasos que lo componen. Cuando aumenta
la presión, se dilatan, disminuyendo la resistencia que ejerce la sangre
sobre sus paredes, dando como resultado un mayor flujo de sangre hacia
los órganos que lo requieran, principalmente las extremidades. Por otra
parte, los órganos que presentan una menor actividad metabólica, bajan
su requerimiento sanguíneo por vasoconstricción, por ejemplo, la piel
y los órganos abdominales. Existen órganos que no presentan cambios
en el nivel de irrigación, debido a la importancia de su función para el
organismo, como el cerebro y el corazón.
El aumento de la frecuencia cardíaca produce un aumento del volumen
de sangre que se expulsa desde los ventrículos por minuto. Esto se conoce
como gasto cardíaco. En promedio, en un hombre sano, el gasto cardíaco
es de 5 L/min en reposo, y puede llegar a 30 o 35 L/min en ejercicio intenso.
Después del ejercicio, la presión sanguínea vuelve a los valores iniciales.
La frecuencia cardíaca se normaliza lentamente, demorando más en
alcanzar los niveles anteriores al esfuerzo.
Actividad 10 Inferir
Con respecto a los datos
de la tabla, responde
las preguntas.
1. Plantea una hipótesis
que explique los valores
para la actividad del
corazón y la piel,
en reposo y durante
el ejercicio.
2. ¿Por qué el flujo
sanguíneo para el
músculo esquelético
inactivo disminuye
cuando realizas
ejercicio? Explica.
3. Los valores para el flujo
sanguíneo representados
en la tabla, ¿a qué vasos
corresponden, arterias
o venas? Fundamenta.
De pie, inmóvil
(mL/min)
Ejercicio
(mL/min)
Gasto cardíaco 5900 24000
Flujo sanguíneo hacia:
Corazón 250 1000
Cerebro 750 750
Músculo esquelético activo 650 20850
Músculo esquelético inactivo 650 300
Piel 500 500
Riñones, hígado, tubo
digestivo, entre otros
3100 600
Fuente: Ganong, William F. (2004). Fisiología médica. 19a
edición. México:
El Manual Moderno.
Tabla 3: Gasto cardíaco y flujo sanguíneo regional en un
varón sedentario
El conjunto de necesidades
metabólicas y fisiológicas que
implica el esfuerzo físico inducen al
organismo a adaptarse; esto permite
cubrir las demandas energéticas que
surgen por el ejercicio.
51. 51
Unidad 1: Fisiología de procesos vitales
Capítulo III: Nutrición e intercambio gaseoso en las células
5.1 Relación entre sistema cardiovascular
y respiratorio
Durante el ejercicio, los mecanismos respiratorios y cardiovasculares
deben integrarse para suministrar suficiente O2
y eliminar el CO2
que se
produce, de forma eficiente. Las modificaciones en el sistema cardiovascular
estimulan el flujo sanguíneo desde y hacia los tejidos. Esto se logra por
un aumento en la frecuencia cardíaca, que impulsa un mayor volumen
de sangre desde el corazón hacia la circulación mayor y menor. Como
existe una alta demanda por el O2
, la ventilación pulmonar aumenta
rápidamente al inicio del ejercicio, lo que fomenta la entrada del oxígeno
faltante, además de incrementar la eliminación de CO2
.
Como el flujo sanguíneo aumenta en los pulmones, la presión parcial
de oxígeno en los capilares alveolares desciende drásticamente (de 40
a 25 mmHg), lo que genera el gradiente necesario para que ingrese
más oxígeno a la sangre, gracias a la mayor ventilación pulmonar.
Por otra parte, la eliminación de CO2
aumenta considerablemente, desde
200 mL/min a 8000 mL/min.
En la tabla 4 podrás observar las variaciones del consumo de oxígeno
y la actividad cardíaca en diferentes condiciones: reposo y ejercicio
moderado e intenso.
Mediciones Reposo
Ejercicio
moderado
Ejercicio
intenso
Consumo de
oxígeno (mL/min)
260 1400 3000
Frecuencia cardíaca
(pulsaciones/min)
60 120 170
Volumen de sangre
expulsada en cada
contracción (mL)
100 120 125
Tabla 4: Variaciones en el consumo de oxígeno y en la actividad
cardíaca en distintos niveles de actividad física
MedicinaConexión con...
El mal de montaña es un síndrome cardiorrespiratorio que se relaciona
con la exposición a las alturas. Sus síntomas son: cefaleas, falta de aire,
náuseas y disminución del volumen urinario. Como la presión parcial de
O2
es vital para su transporte por la sangre, un descenso de la presión
de este gas origina estados de “hiperventilación” para compensar las
presiones de O2
en lugares situados a nivel del mar. Es por esto que el
síntoma de la “falta de aire” es muy común en personas que son sensibles
a las alturas.
Las adaptaciones cardiovasculares
y respiratorias compensan el
déficit de oxígeno y el aumento en
la producción de CO2
, procesos
ocasionados por la realización de
ejercicio intenso.
