Ventilación Pulmonar. Consideraciones Físicas y Didácticas
Un proceso de relevancia para el organismo lo constituye el catabolismo de la glucosa por vía aeróbica, debido a su alto rendimiento en ATP –moneda por excelencia del cuerpo– para suplir las demandas energéticas requeridas en distintas vías metabólicas, posibilitando eventos fisiológicos, tales como: contracción y relajación muscular, movimientos articulares, resistencia durante largos minutos de juego, control de la temperatura corporal.
Los jóvenes actualmente se encuentran en actividades extra-cátedra y las prácticas deportivas son excelentes, puesto que contribuyen al mantenimiento de su organismo, además de aportar disciplina. En efecto, el docente en formación puede valerse de estas actividades de interés de los participantes, con el objetivo de contextualizar los saberes a su día a día y mediar los contenidos de manera efectiva.
La ventilación pulmonar compone un aspecto fundamental en la práctica deportiva, así como también representa un punto de partida idóneo para el estudio del sistema respiratorio. Este mecanismo concede un intercambio gaseoso entre el interior de los pulmones y el ambiente externo, además de incidir en el mantenimiento de pH sanguíneo, fonación y empleo de oxígeno a nivel celular. En relación a lo expuesto, se plantean los siguientes objetivos:
Objetivos
- Describir el ciclo respiratorio, asociando las estructuras con el mecanismo de la ventilación pulmonar.
- Desarrollar algunos aspectos físicos implicados en la ventilación pulmonar.
- Proponer estrategias didácticas para la consolidación de contenidos vinculados a la ventilación pulmonar.
En la cavidad torácica coexisten estructuras anatómicas: pulmones, membranas pleurales (parietal y visceral), músculos intercostales, diafragma; y fluidos: películas de líquido, irrigación sanguínea, mezcla gaseosa. Este armazón acoplado a la disposición de los fluidos, genera determinadas presiones, tales como: intrapulmonar, transpulmonar e intrapleural.
En este sentido, la presión intrapulmonar, también conocida como presión alveolar, atiende a la presión en el interior del pulmón, la cual varía en función de los movimientos inspiratorio y espiratorio. De este modo, la contracción de los músculos intercostales externos, junto con el diafragma que tira hacia abajo – durante una inspiración tranquila – incrementa el volumen torácico y pulmonar, lo cual favorece un descenso de la presión intrapulmonar, atendiendo a la Ley de Boyle.
En consecuencia, la mezcla gaseosa – aire – se mueve de un medio de mayor presión (presión atmosférica, considerada en 760 mmHg) hacia un compartimiento de menor presión (presión intrapulmonar, aproximadamente 757 mmHg).
A continuación, se muestra un Video-animación, ejemplificando la variación de presión en los pulmones (considerándolos como recipientes).
Fuente: en mi cuenta de YouTube @01carmincortez
Como puede observarse, en el caso de la espiración, la relajación de los músculos intercostales externos junto con el ascenso del diafragma, posibilita una disminución del volumen torácico y pulmonar, lo que se traduce en un aumento de la presión intrapulmonar. Igualmente, continuando el trabajo espontáneo del sistema, la mezcla gaseosa se desplaza de un compartimiento de mayor presión (presión intrapulmonar, aproximadamente 763 mmHg) hacia un entorno de menor presión (presión atmosférica 760 mmHg).
Por su parte, la presión intrapleural se refiere a la presión ejercida fuera del pulmón, la cual debe permanecer por debajo de la presión intrapulmonar, para asegurar el cumplimiento del ciclo respiratorio. Esto conduce al concepto de presión transpulmonar, que representa la diferencia entre la presión intrapulmonar y la presión intrapleural. Este ΔP permite que los pulmones permanezcan en contacto con la pared torácica. De este modo, se tiene la siguiente imagen ejemplificativa de las presiones mencionadas:
Cabe destacar que, durante un proceso de ventilación forzada, por ejemplo, durante un partido de tenis que lleva largo tiempo, con games caracterizados por consecución de peloteos, el atleta rebasa su barrera, por cuanto requiere de mayor suministro de oxígeno para compensar el alto gasto energético, por vía aeróbica. En este momento,se contraen músculos accesorios, que permitirán durante la inspiración forzada una disminución de la presión intrapulmonar a -20 mmHg, aproximadamente, por debajo de la presión atmosférica. Mientras que, en una espiración forzada la presión en el interior del pulmón se incrementa alrededor de +30 mmHg, por encima de la presión atmosférica. En este punto, se puede escuchar el resoplido del jugador, indicativo del grado de fatiga.
Ahora, se comprende que el tórax retorne a su posición inicial durante un ciclo respiratorio, debido a la conjunción musculo-esquelética que posibilita este margen de contracción y distensión. Pero, ¿Cómo es factible que el pulmón pueda ejecutar la retracción elástica en espiración, para posteriormente retornar a su tamaño y aumentar su volumen en inspiración?
Atendiendo a lo planteado, los pulmones poseen una constitución anatómica que le aporta ciertas propiedades físicas, tal como la distensibilidad elevada - ΔV/ΔP - este coeficiente determina la capacidad para expandirse de estos órganos. Igualmente, se tiene la propiedad de elasticidad aportada por proteínas presentes en estos tejidos, denominadas elastinas, las cuales inciden en la capacidad de los pulmones de retornar a su tamaño inicial.
El árbol respiratorio que recorre el tejido pulmonar, finaliza en piezas con forma de sacos denominados alveolos, los cuales presentan disparidad de tamaños, en éstos se efectúa el intercambio gaseoso. Cabe señalar que, mediante procesos antagónicos de transporte activo de iones de sodio y cloruro, para la absorción y secreción de líquido respectivamente, conducen a la formación de una película de líquido sobre la superficie alveolar, que presenta tensión superficial. Esta fuerza aumenta la presión dentro del alveolo.
La Ley de Laplace aplicada al contexto alveolar destaca que: a menor radio alveolar aumenta la presión en su interior. En consecuencia, aquellos alveolos más pequeños deberían colapsar en aquellos de mayor diámetro, durante la espiración. Entonces, tales estructuras de menor tamaño no ceden, porque el perfecto diseño del cuerpo humano asegura la secreción de un tensioactivo o surfactante, que disminuye la tensión superficial dentro del alveolo y su efecto incrementa a medida que el alveolo se hace más pequeño durante la espiración.
¿Cómo se asegura ese intercambio gaseoso en la respiración externa? El intercambio alveolo-capilar, se asegura porque la circulación pulmonar presenta características físicas que permiten la concreción efectiva de este circuito cerrado, el cual se extiende desde el tronco pulmonar y arterias pulmonares hasta la desembocadura de las venas pulmonares a la aurícula izquierda.
En primera instancia se tienen las presiones y resistencias en cada circuito -sistémico y pulmonar– por ejemplo, se considerará presión sistólica en la arteria pulmonar en 15mmHg, y la presión pulmonar diastólica en 8 mmHg. Si se determina la resistencia vascular pulmonar, considerando un gasto cardíaco de 5 L/min, en un hombre promedio en estado de reposo. Se tiene lo siguiente:
En consecuencia, la resistencia vascular pulmonar calculada con valores empleados en el ejercicio hipotético, es baja. Cabe señalar que, en nuestro organismo la resistencia pulmonar es un 10% de la resistencia periférica.
Del mismo modo, la circulación pulmonar presenta alto flujo y elevada distensibilidad, debido a que las arterias pulmonares presentan una mayor – distensibilidad – que las arterias sistémicas, lo que permite la propulsión de la sangre a través del circuito.
Por último, las presiones parciales de los gases inciden en el mecanismo de difusión. La presión parcial del oxígeno alveolar debe ser mayor que la presión parcial del oxígeno en la sangre que circula por el capilar, para el movimiento de moléculas a favor de su gradiente de concentración. Mientras más elevada sea la diferencia de presión parcial del gas, la velocidad de difusión será mayor.
Como puede notarse, la ventilación pulmonar, constituye una temática fascinante, además de resultar de interés para los especializados en el área y afines, también resulta atractiva al público general. A continuación se presentan algunas estrategias para la ejemplificación de algunos aspectos resaltados en el post.
La construcción de un montaje para evidenciar la diferencia de presión que determina el ingreso y salida de la mezcla gaseosa –aire– hacia y desde los pulmones respectivamente, mediante movimientos inspiratorios y espiratorios, constituye una estrategia excelente para captar la atención de los estudiantes de media general. Los materiales a emplear son los siguientes:
A continuación se les presenta un video del mecanismo de funcionamiento del montaje, donde el descenso de la membrana de caucho genera una presión interna menor a la presión atmosférica, lo que permite el ingreso del aire a los globos (pulmones). Por su parte, el ascenso de la membrana incrementa la presión en el interior de la campana de vidrio – por encima de la presión atmosférica – provocando la salida del aire desde los globos hacia el exterior.
Fuente: en mi cuenta de YouTube @01carmincortez
Igualmente, otra estrategia de índole participativa para el grupo de estudiantes o atletas, es la medida del perímetro torácico en inspiración y espiración, tanto tranquila como forzada –posterior a un esfuerzo físico de alto impacto– con el fin de percatarse de la diferencia entre los perímetros. Esto constituye un punto de partida para el facilitador, al momento de explicar ventilación pulmonar tranquila (reposo) y forzada.
A fin de favorecer competencias investigativas, se les puede solicitar a los participantes que tomen los perímetros de una muestra (considerando el grupo etario), y determinen medidas de tendencia central: media, mediana y moda. Presentando los resultados con su respectivo análisis y conclusiones.
Síntesis
El ciclo respiratorio, comandado por el bulbo raquídeo, es esencial en nuestra supervivencia como organismos aeróbicos, donde el oxígeno es el aceptor final en la cadena transportadora de electrones. La disposición de estructuras y fluidos implicados en el mecanismo de la ventilación pulmonar, posibilitan su adecuado funcionamiento. Los gradientes de presión entre compartimientos, determinan la difusión adecuada del gas.
Se desarrollaron algunos aspectos físicos implicados en la ventilación pulmonar, tal como la distensibilidad y elasticidad pulmonar, la resistencia del circuito de circulación menor (circulación pulmonar), al igual que algunas leyes implicadas… Ley de Laplace en alveolos y Ley de Boyle en los movimientos inspiratorio y espiratorio. En este sentido, en la dinámica del ciclo respiratorio coexisten volúmenes pulmonares (corriente, de reserva inspiratoria, de reserva espiratoria y residual), además que la suma de dos o más volúmenes pulmonares se expresa en capacidades pulmonares (capacidad inspiratoria, residual funcional, pulmonar total y capacidad vital), estas mediciones son de interés diagnóstico en cuanto a la mecánica respiratoria, determinadas por medio de espirometría.
Se presentaron estrategias didácticas para la consolidación de contenidos vinculados a la ventilación pulmonar, tal como el montaje para evidenciar la diferencia de presiones en la cavidad torácica y el consecuente movimiento de la mezcla gaseosa. Asimismo, la actividad grupal y participativa, como la medida del perímetro de la caja torácica constituye un estupendo estímulo hacia la ciencia, con el fin de que el estudiante obtenga un aprendizaje para la vida y no de índole memorístico, logrando la contextualización de los saberes.
.Referencias
Ganong, W. (1998). Fisiología médica. Manual Moderno 16ª Edición: México, D.F.
Maron, S. y Prutton, C. (1995). Fundamentos de Fisicoquímica. Editorial Limusa: México.
Tortora, G. y Derrickson, B. (2013). Principios de anatomía y fisiología. Editorial Panamericana.