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3. Aparato respiratorio

Su misión es utilizar los gases ambientales presentes en el exterior para intercambiarlos con los líquidos interiores. Por ello, sus funciones principales son:

1 Proporcionar el oxígeno para el metabolismo.

2 Expulsar el dióxido de carbono producido por el metabolismo.

3 Mantener el equilibrio ácido-base a través de la regulación de la concentración de H+.

3.1. La ventilación anatómica

En este sistema el aire que penetra por la nariz o la boca se filtra y se humedece en la tráquea, donde adquiere la temperatura corporal. Desde ahí se dirige a los bronquios, que son los canales que conectan a los pulmones y que poseen una propiedad elástica muy importante para hacer efectiva la ventilación. Dentro de estos últimos, los bronquiolos (prolongación de los bronquios) derivan el aire a los alvéolos, dando como resultado la última fase de la ventilación: el intercambio gaseoso entre sangre y pulmones.

3.2. La mecánica de la ventilación

En este proceso intervienen de forma directa la elasticidad pulmonar, el diafragma, la musculatura abdominal e intercostal y por ende la caja torácica.

La inspiración es el proceso activo de la ventilación. Al descender el diafragma y expandirse la caja torácica, la elasticidad de los pulmones permite que el aire contenido se expanda, por lo que el aire ambiental penetra debido a la diferencia de presión. Cuando la presión intrapulmonar se nivela con la presión atmosférica, la caja torácica recupera el estado inicial.

La espiración es resultado de la relajación muscular del diafragma y la musculatura respiratoria, por lo que produce consecuentemente el descenso de la caja torácica.

Ante ello, la elasticidad pulmonar permite que los alvéolos se compriman y expulsen el aire hacia el exterior. Se considera un proceso pasivo.

La influencia de la musculatura respiratoria en la ventilación durante el ejercicio está relacionada con el esfuerzo. Si la intensidad crece, la respuesta es aumentar la frecuencia y la profundidad del ciclo inspiración-espiración para crear diferencias de presión que permitan un mayor movimiento del aire.

Sabía que...

Ante los esfuerzos físicos importantes se inclina el cuerpo hacia delante de forma involuntaria, ya que facilita el retorno de la sangre al corazón y disminuye la acción gravitatoria durante la inspiración.

3.3. Intercambio de gases

El aire ambiental está compuesto por valores relativamente estables de oxígeno (20,93 % - 159 mmHg), nitrógeno (79,04 % - 600 mmHg) y otros gases inertes, como el argón y dióxido de carbono (0,03 % - 0,2 mmHg).

El aire alveolar está compuesto por oxígeno (14,47 % - 103 mmHg), dióxido de carbono (5,13 % - 39 mmHg), nitrógeno (74,21 % - 564 mmHg) y vapor de agua (6,18 % - 47 mmHg).

La perfusión alveolar se realiza con la difusión de los gases, desde presiones mayores hacia presiones menores. Existe un volumen de aire que no participa en el intercambio de gases: el espacio muerto; esto es, el aire del volumen pulmonar de dióxido de carbono no eliminado.

El intercambio de gases en los pulmones no supone generalmente una limitación incluso en el ejercicio más intenso, haciendo efectiva la recarga de oxígeno y la descarga de dióxido de carbono. En los tejidos la difusión se favorece a través de la actividad física y el intercambio se realiza de manera más rápida.

3.4. Alteraciones en la respiración

Existen algunos cambios en el sistema respiratorio que limitan el rendimiento durante el ejercicio. Son los siguientes:

1 Disnea: es una percepción subjetiva de incapacidad para la respiración que suele determinarse por un escaso nivel de forma física aeróbica. Consiste en un ciclo respiratorio corto que eleva la concentración de dióxido de carbono y del ión hidrógeno en las arterias. Esto provoca una orden nerviosa que fatiga los músculos respiratorios poco preparados, además de producir la incapacidad de airear la sangre adecuadamente. Existen diferentes tipos de disneas: disnea de esfuerzo, disnea de decúbito y disnea paroxística nocturna.

2 Hiperventilación: es el aumento de la ventilación por encima del requerimiento de oxígeno que lleva a cabo el metabolismo. Desemboca en una disminución de la presión del dióxido de carbono y en la concentración del ión hidrógeno, lo que conlleva un aumento del pH.

Sabía que...

La hiperventilación se corrige inhalando el dióxido de carbono espirado con una bolsa de papel colocada en la boca.

1 Maniobra de Valsalva: es una espiración forzada con la glotis cerrada para optimizar la capacidad de generar tensión en los músculos del tórax. Las consecuencias son el aumento de la presión sanguínea arterial y la compresión de la vena cava inferior, lo que compromete el retorno venoso y conlleva una consiguiente caída de la presión arterial. Puede derivar en mareos y posibles desmayos por la falta de aporte sanguíneo al cerebro.

Recuerde

Es importante tener en cuenta los efectos de la maniobra de Valsalva, especialmente en niños y mayores. No se deben realizar esfuerzos mantenidos durante más de 6-8 segundos.

Actividades

4. ¿Cuál es la razón por la que se produce el intercambio de gases y dónde tiene lugar?

4. Aparato circulatorio: el corazón, la circulación, la sangre

El aparato circulatorio es un sistema compuesto por el corazón, las arterias, los capilares y las venas. Está configurado de forma continua y entre sus principales funciones se encuentran:

1 Abastecer de oxígeno y nutrientes a los diferentes órganos y conducir la sangre para transferir las sustancias de desecho.

2 Transportar calor y hormonas.

4.1. La circulación sanguínea y sus componentes

El corazón es el músculo encargado de propulsar la sangre por todo el circuito. Contiene cuatro cámaras que están divididas por una gruesa pared longitudinal y cada mitad tiene a su vez dos divisiones: la aurícula, cavidad de recepción y almacenamiento de la sangre, y el ventrículo, espacio para la propulsión sanguínea. La aurícula derecha recibe sangre de las venas cavas superior e inferior; seguidamente, pasa al ventrículo derecho a través de una válvula llamada tricúspide, que impide que la sangre retroceda nuevamente a la aurícula derecha. A continuación, la sangre se dirige a los pulmones por medio de unas arterias pulmonares, donde se enriquece de O2, y una vez oxigenada vuelve al corazón, en concreto a la aurícula izquierda, mediante cuatro venas pulmonares. Una vez allí, realizando otro movimiento de sístoles, pasa al ventrículo izquierdo por medio de una válvula llamada mitral o bicúspide y posteriormente llega a la arteria aorta, que distribuye la sangre por todo el cuerpo, incluyendo el propio corazón.

El transporte desde el corazón a los tejidos se realiza gracias a las arterias, que se ramifican en arteriolas y metarteriolas. Son tubos con el grosor suficiente como para evitar el intercambio de gases y que constan de musculatura lisa para regular el flujo sanguíneo. Durante el ejercicio, las arterias se encargan de dirigir mayor flujo a los músculos participantes desde otros que no contribuyen al mismo.

El intercambio de las sustancias, tanto los gases y nutrientes como los productos de desecho, se realiza en los capilares. Su composición permite una adecuada transmisión, ya que son finos y porosos. También poseen su propia musculatura con el fin de regular la cantidad de sangre en función del requerimiento de la actividad o el ejercicio físico.

El retorno sanguíneo comienza en las vénulas, que sirven de adaptación entre los capilares y las venas y son de menor sección para aumentar la presión con la que se transporta la sangre. Al igual que los anteriores, están envueltas por una capa de músculo liso. Las válvulas permiten mantener el flujo sanguíneo, evitando que retroceda para facilitar el regreso de la sangre al corazón y la musculatura próxima ejercen presión a través de sus contracciones, que facilitan la apertura de dichas válvulas.

La sangre es el medio de transporte para la administración de nutrientes y la recogida de sustancias de desecho. Se constituye de plasma, la parte líquida, compuesta mayormente por agua y en menor medida por proteínas y otras sustancias, y de fracción corpuscular, la parte sólida, formada esencialmente por glóbulos rojos y, en menor proporción, por plaquetas y leucocitos.

Sabía que...

El sistema venoso contiene un 65 % del volumen total de la sangre, por lo que funciona como almacén activo y regulador de la misma.

4.2. Respuesta del corazón y el flujo sanguíneo al ejercicio

El gasto cardíaco (GC) es la cantidad de sangre que sale del ventrículo izquierdo y llega al resto del organismo en un minuto. Está determinado por los latidos por minuto (Fc) junto con la cantidad de sangre expulsada por el ventrículo izquierdo (Vs). Se representa por la siguiente fórmula:

La estimación de la frecuencia cardíaca es un sencillo parámetro para conocer la respuesta al ejercicio. El cálculo de la frecuencia cardíaca máxima se puede realizar a través de la fórmula:

Otro aspecto importante es la reserva de frecuencia cardíaca (RFC), que es la diferencia entre la frecuencia cardíaca máxima y la de reposo. Cuanto más amplia sea, menor trabajo cardíaco para una intensidad dada.

Del mismo modo, otras ecuaciones permiten conocer de forma teórica el valor de la frecuencia cardíaca a distintas intensidades:

La frecuencia cardíaca se puede ver afectada por:

1 La edad: disminuye a lo largo de los años. Aspecto clave en la estimación de la Fc máxima.

2 El sexo: mayores valores de Fc en mujeres que en hombres para mismas cargas de trabajo.

3 Nivel de forma: en personas entrenadas los valores de Fc basal son inferiores y, a diferencia de personas no entrenadas, presentan valores submáximos menores de Fc para una misma carga de trabajo.

4 Las condiciones ambientales: la Fc aumenta a mayor altura, temperatura y humedad.

5 Otras causas que afectan a la Fc son el tipo de ejercicio, las variaciones circadianas y las diferentes patologías.

El volumen sistólico se ve afectado principalmente por tres puntos:

1 El entrenamiento aumenta la capacidad de llenado del corazón, lo cual implica una mayor Vs por el aumento del retorno venoso y la elasticidad del músculo cardíaco, entre otros factores. Este aspecto cobra especial importancia en los momentos iniciales del ejercicio y en actividades de intensidad baja y moderada.

2 Del mismo modo, la contractilidad es susceptible de mejora a través del entrenamiento. Una mayor tensión generada por el músculo cardíaco proporciona un mayor vaciado. En ejercicios de alta intensidad, donde el tiempo de llenado es menor, este aspecto adquiere más importancia.

3 La edad influye sobre el Vs de manera negativa.

El volumen de sangre que se bombea en reposo a través de todo el cuerpo es de unos 5 litros, y para ello el músculo cardíaco late entre 50-80 pulsaciones por minuto.

Esta cantidad de sangre no es suficiente para satisfacer las necesidades de oxígeno durante el ejercicio, de ahí que tenga lugar una modificación del gasto cardíaco, aumentando la frecuencia cardíaca y el volumen sistólico. A intensidades elevadas el volumen sistólico no aumenta, por lo que la frecuencia cardíaca es la única moduladora del gasto cardíaco.

Sabía que...

Durante el ejercicio, el volumen de sangre movilizada puede suponer varias veces el gasto cardíaco, alcanzando valores de hasta 22 l/min en personas no entrenadas y de 35 l/min en personas que realizan entrenamientos de fondo.

La salida del flujo sanguíneo del ventrículo izquierdo induce una presión sobre las arterias, cuya respuesta puede variar en función del tipo de ejercicio:

1 El ejercicio de intensidad de carácter cíclico (trotar, montar en bici, nadar, etc.) produce una dilatación de los vasos sanguíneos. Aun así, la presión arterial aumenta en un primer momento, pero se estabiliza después gracias a las contracciones y relajaciones musculares.

2 Los ejercicios que requieren una tensión muscular mantenida, como por ejemplo el levantamiento de pesas, comprimen las arteriolas y crean una mayor resistencia a la circulación sanguínea.

3 La masa muscular contiene elementos vasculares de forma proporcional; por lo tanto, en los miembros inferiores donde la masa muscular es mayor también lo es el paquete vascular, y ocurre lo contrario en los miembros superiores. Esto conlleva que las extremidades superiores requieran un mayor trabajo cardíaco y presión arterial que las inferiores.

4 En posiciones de inversión dicha presión arterial se ve acentuada, especialmente durante el ejercicio.

5 El ejercicio de intensidad moderada reduce la presión arterial durante un tiempo de hasta 12 horas después, alcanzando valores menores que los previos a la actividad. Esto se debe a que, en la recuperación, el volumen sanguíneo se dispersa en vísceras y miembros inferiores.

La actividad física provoca hemoconcentración de la sangre, descenso del volumen y, por consiguiente, aumento de la proporción solida de la misma. La consecuencia es el incremento del trabajo cardíaco debido a la sudoración y a la pérdida de parte líquida, y su posterior influencia sobre el gasto cardíaco es la de impulsar una sangre más sólida.

Aplicación práctica

Ana es una mujer de 25 años que quiere realizar ejercicio de forma controlada. Su frecuencia cardíaca basal es de 68 ppm y su estado de forma no es el más adecuado debido a que su trabajo no le permite practicar deporte con regularidad. Su entrenador personal le indica que realice dos días de actividades prolongadas a una intensidad de 65-75 % de Fc máx., y un día con esfuerzos de alta intensidad y corta duración, al 85-90 % FC máx. Calcular los valores de frecuencia cardíaca de los ejercicios. ¿Qué adaptaciones tendrán lugar con el entrenamiento en cuanto al gasto cardíaco?

SOLUCIÓN

Fc máx. = 220-Edad

Fc máx. = 220 − 25 = 195 ppm.

RFC = Fc máxima − Fc reposo

RFC = 195 − 68 = 127 ppm.

Fc Ejercicio = Fc reposo + (% intensidad/100) x RFC

Intensidad 65 % = 68 + (65/100) X 127 = 150,55 ppm.

Intensidad 75 % = 68 + (75/100) x 127 = 163,25 ppm.

Intensidad 85 % = 68 + (85/100) X 127 = 175,95 ppm.

Intensidad 90 % = 68 + (90/100) X 127 = 182,30 ppm.

A medida que Ana se entrene, los valores de Fc basal serán menores y también lo será el valor de Fc para las distintas intensidades submáximas. En cuanto al volumen sistólico, se aumenta la capacidad de llenado del corazón, entre otros factores por el aumento del retorno venoso, la elasticidad y la contractibilidad del músculo cardíaco.

Actividades

5. ¿De cuántas cavidades se compone el corazón? ¿De dónde recibe el corazón la sangre y hacia dónde la envía en la llamada circulación pulmonar?

6. ¿Qué efectos provoca el ejercicio en el volumen sistólico?

7. A intensidades elevadas de ejercicio, ¿qué permite aumentar el gasto cardíaco?

5. El sistema nervioso

La organización está centralizada por el cerebro y la médula espinal, que forman el sistema nervioso central (SNC) e intercambian la información a través de los nervios craneales y espinales, pertenecientes al sistema nervioso periférico (SNP).

5.1. El sistema nervioso central

La organización del SNC está jerarquizada y presenta un comportamiento uniforme, de tal manera que existen distintas zonas:

1 El encéfalo se encarga del pensamiento, la inteligencia y la resolución de problemas.

2 El sistema límbico se encuentra integrado en varias zonas del tronco cerebral. Su función está relacionada con las respuestas emocionales, el aprendizaje y la memoria; es decir, la personalidad, los recuerdos y, en definitiva, el hecho de ser como uno es, dependen en gran medida del sistema límbico.

3 El diencéfalo posee una división en la que destacan el tálamo y el hipotálamo. Este último es, además, regulador del metabolismo y de la temperatura corporal.

4 El mesencéfalo sirve de puente entre la protuberancia y las estructuras superiores. Transfiere información sensorial visual y auditiva hacia los centros superiores.

5 El metencéfalo tiene dos partes diferenciadas: el cerebelo y la protuberancia, que supone el nexo entre las distintas áreas cerebrales y la médula espinal. El cerebelo se encarga del control motor: ajuste de la postura, movimiento, equilibrio, percepción de la velocidad y otros reflejos; además, transmite las señales motoras desde la corteza y recibe información sensitiva de músculos, tendones, articulaciones, visuales, auditivos y vestibulares.

1 La médula espinal recorre la longitud de la columna vertebral y tiene un grosor aproximado de un centímetro de diámetro, ocupando el espacio entre el cuerpo vertebral y las apófisis. En una visión transversal, se aprecia una sustancia gris diferenciada con dos astas anteriores y dos dorsales, configurando una forma de H, y una sustancia blanca que rellena el grosor restante. Por las astas anteriores salen las neuronas motoras o motoneuronas (eferentes), que transfieren las señales hasta los músculos, y por las astas dorsales se transmite la información a la médula espinal a través de neuronas sensitivas (aferentes). Además, existen en la propia médula espinal, dentro de la sustancia blanca, neuronas ascendentes y descendentes.

5.2. El sistema nervioso periférico

El SNP consta de 31 pares de nervios periféricos divididos en las zonas cervicales (8), torácicas (12), lumbares (5), sacro (5) y coxis (1).

El SNP presenta dos divisiones:

1 SNP somático. Se encarga de la excitación de la musculatura esquelética de forma voluntaria. La señal se conduce desde el SNC hasta las fibras musculares a través de las vías eferentes.

2 SNP autónomo. Su finalidad es conservar el equilibrio en el medio interno. Principalmente se ocupa de la musculatura lisa y de diversas glándulas, pero además existen fuera del sistema central ganglios del SNP autónomo, por lo que se deriva en dos partes que pueden estimular o inhibir de forma subconsciente:SNP autónomo simpático. Actúa en situaciones que necesitan una activación total del organismo para poder afrontarlas, como la lucha o la huída. Esta respuesta se activa a través de la liberación de noradrenalina.SNP autónomo parasimpático. Su misión es la opuesta a la del sistema simpático, pues basa su acción en la liberación de acetilcolina.

	Parasimpático	Simpático
Circulación sanguínea en el músculo esquelético	Disminuye	Aumenta
Ventilación	Disminuye	Aumenta
Sudoración	--	Aumenta
Contractibilidad cardíaca	Disminuye	Aumenta
Presión arterial	Disminuye	Aumenta
Motilidad digestiva	Aumenta	Disminuye
Secreción digestiva	Aumenta	Disminuye
Tamaño de las pupilas	Disminuye	Aumenta

Efectos del sistema nervioso autónomo sobre distintos aspectos que afectan durante el ejercicio físico.

Tanto el sistema simpático como el parasimpático juegan un papel importante en el ejercicio físico, ya que actúan regulando sus respuestas ante las diferentes situaciones que surgen durante la realización de actividades físicas.