Guía N°23 de Biología Mención del Preuniversitario PDV. Año 2012.

1. BIOLOGIA MENCIÓN
BM-24
UNIDAD II: FUNCIONES VITALES Y SALUD
FISIOLOGÍA RESPIRATORIA
Presión
alveolar=
762 mmHg
Presión
intrapleural=
756 mmHg
ESPIRACIÓN

2. INTRODUCCIÓN
Las células requieren continuamente oxígeno (O2) para realizar las reacciones metabólicas que les
permiten captar la energía de las moléculas de los alimentos y producir ATP. Al mismo, tiempo
estas reacciones liberan dióxido de carbono (CO 2). El exceso de CO2 produce acidez que puede ser
tóxica para las células, por lo cual debe eliminarse de manera rápida y eficaz. Los dos sistemas
que contribuyen al aporte de O2 y eliminación de CO2 son el cardiovascular y el respiratorio. Este
último realiza el intercambio de gases. La falla de uno u otro altera la homeostasis al causar la
muerte rápida de las células por falta de oxígeno y acumulación de productos de desecho.
1. RESPIRACIÓN
El término respiración se usa para referirse a dos procesos diferentes. Uno describe una etapa del
metabolismo celular en la que participa un organelo citoplasmático denominado mitocondria
proceso llamado respiración celular. El otro proceso se desarrolla a nivel del sistema
respiratorio y consiste en el ingreso de grandes cantidades de aire hacia las superficies
respiratorias ubicadas en los pulmones (alvéolos), con el fin de realizar el intercambio gaseoso
entre la sangre y el medio ambiente, fenómeno conocido como ventilación pulmonar, que
consiste fundamentalmente en movilizar grandes masas de aire hacia los pulmones
(inspiración), y de igual manera movilizar volúmenes de aire hacia el exterior (espiración).
O2
CO2
C6H12O6
O2
ATP
CO2
H2 O
Figura 1. Relación existente entre la ventilación pulmonar y la respiración celular.
2

3. Las funciones del sistema respiratorio son:
 Intercambiar gases respiratorios (O2 y CO2) entre la atmósfera y la sangre, a nivel de los
alvéolos pulmonares (hematosis).
 Controlar el grado de acidez sanguínea (pH), mediante la regulación de la concentración de
CO2 en la sangre.
 Excretar sustancias volátiles nocivas (cuerpos cetónicos, anestésicos, entre otros).
 Excretar H2O, lo que ayuda a la regulación de la temperatura corporal.
 Ventilación pulmonar.
Las estructuras anatómicas involucradas en la respiración, tal como se han definido, están
divididas funcionalmente en una porción conductora, y otra respiratoria (Figura 2).
Vías respiratorias
Porción conductora Porción
respiratoria
Nariz Faringe Laringe Tráquea Bronquios Bronquiolos
Alvéolos
Transporte del aire
Hematosis
Figura 2. Porciones conductora y respiratoria de las vías respiratorias.
La porción conductora está formada por un sistema complejo de vías aéreas que se inicia en las
fosas nasales y que se continúan en la faringe, laringe y tráquea (Figura 3). Esta última se
subdivide en dos bronquios principales; derecho e izquierdo, cada uno se vuelve a subdividir
unas 20 veces, con lo que se forman bronquiolos de calibres cada vez menores, hasta llegar a
los bronquiolos terminales. La porción conductora no efectúa el intercambio gaseoso y es
conocido como espacio muerto (unos 150 ml de aire).
La porción respiratoria la constituyen los bronquiolos y los alvéolos, los que se encuentran al
final de la porción conductora. Las paredes alveolares son muy delgadas, lo que permite un
eficiente intercambio (por difusión simple) de gases (O2 y CO2), proceso denominado
hematosis (Figura 3). Por lo mismo, son estructuras extremadamente frágiles que deben ser
mantenidas y protegidas de factores adversos. Las delgadas paredes que separan a alvéolos
vecinos, presentan poros que proveen ventilación colateral, importante en la prevención del
colapso pulmonar. Cada alvéolo está recubierto por un epitelio constituido por dos tipos de
células:
los neumocitos tipo I, que constituyen al epitelio respiratorio, y
los neumocitos tipo II, células secretoras que producen el surfactante pulmonar, que
impide el colapso pulmonar.
Además, es una región altamente colonizada por células de defensa (Ej. Macrófagos), que evitan
la aparición de infecciones locales.
3

4. bronquiolo
Figura 3. Anatomía del Sistema respiratorio e intercambio de gases a nivel alveolar.
4

5. Mecánica respiratoria
La ventilación pulmonar es un proceso mecánico por el cual el aire del ambiente es obligado a
entrar a los pulmones (inspiración) y luego, el aire alveolar es obligado a salir de ellos
(espiración). Este proceso permite satisfacer tanto la demanda por oxígeno como la de la
eliminación del anhídrido carbónico, por parte de los tejidos corporales, ya sea durante el estado
de reposo (respiración en reposo) o el de ejercicio físico (respiración forzada). Sin embargo,
como los pulmones carecen de movimiento propio, el cambio en el volumen pulmonar se
logra cuando ellos, pasivamente, siguen los movimientos que los músculos respiratorios le
imprimen a la caja torácica, en los que ellos están contenidos.
En la respiración en reposo, la inspiración es activa y la espiración es pasiva (Figura 4 y
Tabla 1). En cambio en la respiración forzada tanto la inspiración como la espiración son activas
(Tabla 2 y Figura 5).
Figura 4 .Durante la inspiración se incrementa la presión negativa de la cavidad pleural, expandiendo el
tejido pulmonar elástico y succionando aire hacia el interior. Durante la espiración disminuye la presión
negativa en la cavidad pleural, lo que permite que el tejido elástico pulmonar se repliegue y cree una presión
positiva dentro de los pulmones que expulsan aire.
5

6. Tabla 1. Respiración en reposo.
INSPIRACIÓN (activa) ESPIRACIÓN (pasiva)
Durante la inspiración se produce la contracción Durante la espiración, se relaja la musculatura que
del diafragma y de los músculos intercostales se ha contraído durante la inspiración, con lo cual el
externos, lo que produce un aumento del volumen volumen de la caja torácica disminuye. Esto último
de la caja torácica. Como consecuencia disminuye produce un aumento de la presión intrapulmonar
la presión intrapulmonar y el aire ingresa a los respecto de la presión atmosférica, lo que provoca la
pulmones. salida del aire desde los pulmones.
Tabla 2. Respiración forzada.
INSPIRACIÓN (activa) ESPIRACIÓN (activa)
Durante la inspiración forzada, se contraen el
diafragma y los músculos intercostales
externos y además los músculos accesorios: los Durante la espiración forzada, se relajan los músculos
esternocleidomastoídeos (que eleva el inspiratorios y se contraen los músculos espiratorios,
esternón) y los escalenos y pectorales (que abdominales e intercostales internos, con lo cual el
elevan las costillas) y se relajan los músculos volumen de la caja torácica disminuye. Esto último
espiratorios (abdominales e intercostales produce un aumento de la presión intrapulmonar
internos), lo que produce un gran aumento del respecto de la presión atmosférica, lo que provoca la
volumen de la caja torácica. Como consecuencia salida del aire desde los pulmones.
disminuye la presión intrapulmonar y el aire
ingresa a los pulmones.
Inspiración Espiración
Figura 5. Radiografía de tórax en inspiración y espiración forzada.
6

7. Volúmenes Respiratorios
Cuando respiramos, inspiramos o espiramos unos 500 ml. (1/2 l) de aire, que suele ser
denominado volumen corriente (VC). Durante el ejercicio físico, nuestra respiración se hace
más profunda y más acelerada, lo cual permite ingresar mayor cantidad de aire a nuestros
pulmones. Eventualmente, uno podría inspirar unos 3.300 ml. de aire adicionales a los 500 ml que
solemos inspirar normalmente. Este volumen adicional es conocido como volumen de reserva
inspiratorio (VRI) o volumen complementario. En la situación opuesta suele ocurrir que de
cuando en cuando, espiramos volúmenes de aire mayores a los 500 ml que hemos inhalado
tranquilamente. Piense en un bostezo, usted podría espirar un volumen de aire que se aproxima
a los 2 l. lo que significa que ha espirado un volumen adicional al volumen corriente, de 1200 ml
Este volumen adicional es conocido como volumen de reserva espiratoria (VRE) o volumen
suplementario (Figura 6).
Después de realizar una inspiración a nuestra máxima capacidad, podríamos llegar a albergar
unos 6 l. de aire en nuestros pulmones. Si posteriormente realizásemos una exhalación forzada,
podríamos evacuar unos 4,5 a 5 l. de aire. Este último volumen es nuestra capacidad vital y
corresponde a la suma de los volúmenes corriente, complementario y suplementario, o sea,
500 ml + 3.300 ml + 1.200 ml lo que da un total de 5.000 ml (5 L). Cierta cantidad de volumen
de aire siempre permanece alojado en nuestros pulmones, para el caso descrito, correspondería
aproximadamente a 1,0 l., y es conocido como volumen residual (VR).
Figura 6. Medición de la ventilación pulmonar con un espirómetro.
El aire inspirado es diferente al aire espirado en lo que respecta a sus riquezas porcentuales
de oxígeno, dióxido de carbono y agua (ver tabla 3).
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8. Tabla 3. Composición porcentual del aire inspirado y espirado.
Oxigeno Dióxido de carbono Nitrógeno Vapor de agua
(%O2) (%CO2) (%N2)
Aire inspirado 21 0.03 79 Variable
Aire espirado 16 4 79 Muy abundante
Intercambio de gases en el pulmón
El grosor de la membrana respiratoria, formada por la membrana del alvéolo y la membrana del
capilar (Figura 3), es de aproximadamente 0,2 a 0,6 m (0,0002 a 0,0006 mm). Los gases
respiratorios (O2 y CO2), son capaces de difundir a favor de sus gradientes de concentración, la
que se ve además favorecida por la gran superficie disponible para tal efecto, se estima en unos
140 metros cuadrados, entre ambos pulmones, una superficie significativamente mayor a la
superficie exterior de nuestro cuerpo (Tabla 4). El resultado final de todo esto es una difusión neta
de oxígeno desde el interior de los alvéolos hacia la sangre y una difusión neta de dióxido de
carbono desde la sangre hacia el interior de los alvéolos (Figura 7).
Tabla 4. Características de la superficie de intercambio de gases a nivel alveolar.
Número de Superficie total Superficie de Espesor de la Volumen total de
alvéolos por estimada en m2 contacto aire- membrana alvéolo- aire inhalado en
pulmón sangre en m2 capilar en m litros
300.000.000 140 70 0,2 – 0,6 3
Sangre venosa
Conducto
P O2= 40
alveolar
P CO2=46
Desde el corazón
P O2= 100
P CO2=40
Aire alveolar
P O2= 100
P CO2=40
Hacia el corazón
Sangre arterial
Figura 7. Gases respiratorios en la sangre pulmonar y en el aire alveolar.
8

9. 2. REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN
La respiración es un proceso finamente regulado que permite cubrir, en todo momento, las
cambiantes demandas metabólicas por parte del organismo en reposo o durante el ejercicio físico.
Sin embargo, a pesar de lo cambiante que pudieran ser las necesidades metabólicas del
organismo, las concentraciones sanguíneas de oxígeno, anhídrido carbónico y de protones, en
todo momento, se mantienen prácticamente inalterables.
La respiración se encuentra regulada por el sistema nervioso mediante un centro respiratorio
presente en el tronco encefálico (Figura 8).
Figura 8. El tronco encefálico genera y controla el ritmo respiratorio. Al seccionar el tronco en distintos
niveles se revela que el ritmo respiratorio basal se genera en el bulbo raquídeo y es modificado por neuronas
localizadas en la protuberancia o arriba de ella.
Centros Respiratorios
Están constituidos por varios núcleos neuronales ubicados tanto en el bulbo raquídeo (grupos
respiratorios dorsal y ventral) como en la protuberancia anular (centro neumotáxico y centro
apnéustico). Mientras los núcleos del bulbo se encargan de dar ritmicidad a la respiración (esto
es, luego de un movimiento inspiratorio viene otro espiratorio), los núcleos de la protuberancia anular
se encargan de cambiar la frecuencia respiratoria (número de inspiraciones por minuto).
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10. Regulación del ritmo respiratorio
a) Grupo respiratorio dorsal
Controla la respiración normal y es estimulado por los impulsos sensitivos que provienen de
quimiorreceptores centrales (ubicados en el bulbo raquídeo), quimiorreceptores periféricos (ubicados
en la pared de las arterias carótidas y aorta), mecanorreceptores pulmonares y barorreceptores.
Como resultado, el grupo respiratorio dorsal inicia los movimientos inspiratorios (Figura 9).
b) Grupo respiratorio ventral
Controla la respiración forzada (que permite una mayor ventilación pulmonar) al ser
estimulado por el grupo respiratorio dorsal. Como resultado de ello, el grupo respiratorio ventral
inicia los movimientos inspiratorios y espiratorios (Figura 10).
Figura 9. Mecánica de la respiración en reposo. Figura 10. Mecánica de la respiración forzada.
Regulación de la frecuencia respiratoria
Los centros neumotáxico y apnéustico actúan sobre el centro de la ritmicidad respiratoria del
bulbo raquídeo (grupos respiratorios dorsal y ventral) modificando el tiempo para la inspiración
respiratoria.
Centro neumotáxico:
Su función es limitar el tiempo para la etapa de inspiración originada por el grupo neuronal dorsal
del bulbo raquídeo, de modo que, al generar inspiraciones breves, aumenta la frecuencia
respiratoria.
Centro apnéustico:
Su función es aumentar el tiempo para la etapa de inspiración originada por el grupo neuronal
dorsal del bulbo raquídeo, de modo que, al generar inspiraciones más profundas, disminuye la
frecuencia respi ratoria.
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11. a) Regulación sobre el centro respiratorio.
Existe una variedad de mecanismos regulatorios capaces de modificar la función respiratoria, al
actuar sobre el centro respiratorio nervioso del tronco encefálico. Sabemos, desde nuestra
experiencia, que tenemos un control voluntario/ involuntario sobre la respiración (haz la prueba,
de ahogarte voluntariamente por dejar de respirar, NO lo podrás hacer jamás). Por otra parte,
existe un control reflejo del llenado pulmonar, mediado por mecanorreceptores pulmonares, que
impide el excesivo llenado del pulmón. Sin embargo, más interesante que ellos, es el control
químico de la respiración.
Figura 11. Tipos de controles sobre el centro respiratorio nervioso.
Control químico de la respiración
La finalidad última de la respiración es mantener concentraciones sanguíneas adecuadas de
oxígeno, dióxido de carbono y protones a nivel tisular. Por ello, no resulta extraño que la actividad
respiratoria responda notablemente a cambios de cada uno de ellos.
Control químico directo:
Este control directo lo ejercen las concentraciones de CO2 y protones sanguíneos al actuar
directamente sobre los quimiorreceptores centrales (ubicados en el bulbo raquídeo), según lo
señala la figura 12.
Descenso de CO2.
Aumento de CO2. Estimulación de Estimulación Aumento de
Disminución de la
Aumento de la quimiorreceptores del centro la ventilación
acidez sanguínea.
acidez sanguínea. centrales (Bulbo). respiratorio. pulmonar.
Figura 12. Control químico directo sobre el centro respiratorio.
La concentración de oxígeno sanguíneo ejerce una pobre (o nula) estimulación de los receptores
centrales ubicados en el bulbo raquídeo. Sin embargo, una brutal caída de la concentración de
oxígeno sanguínea, sí sería capaz de estimular a los quimiorreceptores periféricos aórticos y
carotideos. A menos que esto último suceda, se debe considerar que el oxígeno NO ejerce un
control químico directo sobre la respiración.
11

12. Figura 13. La respiración es más
sensible a los aumentos de la
concentración del CO2 en el aire
inspirado que a la disminución de la
concentración de O2.
Figura 14. El organismo utiliza la
información de retroalimentación
provista por los quimiorreceptores
ubicados en los vasos de gran
calibre y en el cerebro para
coordinar la frecuencia respiratoria
con las demandas metabólicas.
12

13. b) Regulación de la respiración durante el ejercicio físico.
Durante el ejercicio físico tanto la demanda por oxígeno como la producción de CO 2, por parte de
los tejidos, aumentan hasta casi 20 veces, respecto del estado de reposo. Sin embargo , la
concentración de O2, CO2 y protones, presentes en la sangre, se mantienen
prácticamente sin cambios. Por ello, es difícil responsabilizar a dichos estímulos químicos de
provocar el aumento en la respiración, que se observa durante el ejercicio físico. Actualmente,
se cree que el responsable del aumento de la ventilación pulmonar serían estímulos
nerviosos cerebrales que partiendo de la corteza motora estimularían el centro respiratorio del
tronco encefálico.
Adaptaciones del organismo a la altura
Si una persona que vive en Viña del Mar y va de paseo al lago Chungará, al extremo norte de
nuestro país, se comienza a sentir muy agotada, mareada, con dolor de cabeza, náuseas e incluso
vómitos, se dice que se apunó. El apunamiento o mal de la montaña se explica porque el lago
Chungará se encuentra aproximadamente a unos 4500 mts. altura y la presión atmosférica es de
500 mm de Hg., Sin embargo, a nivel del mar la presión atmosférica es de 760 mm de Hg. y a
pesar que en ambos casos el porcentaje de oxigeno del aire es de un 21 %, al ser la presión
atmosférica más baja (lago Chungará), la concentración de oxígeno o cantidad de moléculas
de oxígeno por unidad de volumen en la atmósfera es menor porque disminuye con la
altura, al igual que su presión parcial, lo que afecta su biodisponibilidad.
Debido a que el movimiento de oxígeno a través de las superficies de intercambio respiratorio
depende de la difusión, su velocidad de movimiento depende de la diferencia de presión de
oxigeno entre el aire y los líquidos corporales. Por lo tanto la reducción drástica de la presión
de oxígeno en el aire a gran altura limita la captación de oxígeno y esta es la razón por la
cual se producen los malestares antes descritos.
¿Cuál es el mecanismo homeostático que permite al organismo adaptarse a esta nueva
condición ambiental?
La hipoxia que se presenta cuando se aumenta en altitud, constituye un estímulo a nivel renal el
cual responde secretando eritropoyetina hormona que estimula a la medula roja de los huesos
a aumentar la producción de eritrocitos fenómeno llamado eritropoyesis. De esta manera al
aumentar la cantidad de glóbulos rojos aumenta la cantidad de hemoglobina y con ello la
posibilidad de saturarla con la escasa cantidad de oxígeno disponible.
Adaptaciones del organismo al esfuerzo
Para satisfacer la demanda metabólica durante el ejercicio físico, se producen grandes cambios
fisiológicos que afectan tanto a la mecánica ventilatoria (por estimulación del centro respiratorio)
como a la del sistema cardiovascular (por estimulación del centro vasomotor). Por una parte,
aumenta la frecuencia respiratoria y por otra el aporte sanguíneo a los órganos en activo
metabolismo.
La siguiente tabla y gráfico muestran el flujo sanguíneo en diferentes órganos durante el reposo y
durante dos niveles de actividad física; moderada e intensa.
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14. Tabla 5. Flujo sanguíneo en diferentes órganos durante el reposo y distintos niveles de actividad física.
Flujo sanguíneo
Órganos
(ml/min.)
Ejercicio
Reposo Ejercicio intenso
moderado
Cerebro 750 750 750
Piel 500 1800 2000
Corazón
750 750 750
(circulación coronaria)
Pulmones (*) 1300 500 300
Riñones 1000 500 400
Músculos 1100 12500 14000
(*) Se refiere al riego sanguíneo nutricio del pulmón y no al riego sanguíneo funcional (aquel que realiza hematosis).
En algunos órganos el flujo sanguíneo, durante el reposo y en actividad física, no
cambia, otros reciben mayor aporte sanguíneo durante el ejercicio que durante el
reposo, en cambio, algunos ven su aporte disminuido, conforme aumenta la actividad
física.
El riego sanguíneo cerebral y cardíaco permanecen constantes, el pulmonar y el renal
disminuyen, para así, derivar un mayor riego sanguíneo a la piel y los músculos.
14

15. PRINCIPALES PATOLOGÍAS RESPIRATORIAS
Asma: Enfermedad que se debe a una reacción de cierre de los bronquios e inflamación de la
mucosa respiratoria. Se caracteriza por aparecer en episodios, en los que hay dificultad
respiratoria, sensación de ahogo, silbidos en el pecho y mucosidad.
Bronquitis: Trastorno en el que se produce una inflamación de la capa mucosa interna de los
bronquios. Suele acompañarse de tos, mucosidad y fiebre. La exposición a sustancias irritantes
(humo, tabaco) suele ser la causa inicial.
Edema pulmonar: Acumulación anormal de líquido intersticial en los espacios tisulares y los
alvéolos de los pulmones, debido a un aumento en la permeabilidad capilar pulmonar o en la
presión capilar pulmonar.
Embolia pulmonar (EP): Obstrucción del flujo de sangre hacia el tejido pulmonar causado por
un coágulo sanguíneo o un cuerpo extraño que ocluye la luz de un vaso arterial pulmonar.
Enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC): Trastorno, como bronquitis o enfisema,
en el que hay cierto grado de obstrucción de los conductos respiratorios y en consecuencia,
mayor resistencia de las vías respiratorias.
Enfisema: Trastorno pulmonar con desintegración de las paredes alveolares, lo que genera
espacios aéreos anormalmente grandes y pérdida de la elasticidad pulmonar; por lo regular lo
causa la exposición al humo del cigarrillo.
Neumonía: Es la inflamación del tejido que conforma los pulmones, normalmente por causa de
infección por Neumococos.
3. INTERCAMBIO DE GASES EN LAS PLANTAS
El carbono es uno de los elementos determinantes de todos los procesos vitales. Este átomo
forma la estructura básica de las moléculas orgánicas que construyen y mantienen vivos a los
organismos. Como sabemos, este elemento es capaz de unirse fuertemente con otros átomos de
carbono y formar largas y complejas cadenas que constituyen los elementos básicos, ‘ladrillos’ con
los que se sostiene toda la estructura vital. Todos los animales, incluyendo al hombre
(heterótrofos), obtienen el carbono al consumir vegetales (autótrofos), los cuales son los únicos
capaces de asimilarlo mediante el proceso de la fotosíntesis, clave para mantener la vida en la
Tierra.
Las plantas terrestres toman de la atmósfera el CO2 que más tarde integran a las moléculas
orgánicas que forman. Este gas entra al vegetal a través de los estomas, en la mayoría de las
plantas fotosintéticas, con excepción de las plantas acuáticas que carecen de ellos y toman el CO 2
disuelto en el agua. Al abrir los estomas para el intercambio de gases, las plantas pierden cierta
cantidad de agua en forma de vapor, por lo que el clima adquiere una importancia relevante como
factor limitante.
Las plantas, al igual que todos los seres vivos, requieren oxidar moléculas orgánicas para extraer
de ellas energía, la que habitualmente se obtiene en la forma de ATP. Este proceso denominado
respiración celular aeróbica se efectúa en las mitocondrias, que genera como productos de
desecho, CO2 y H2O, los que deben ser eliminados a través de los estomas (Figura 15).
15

16. Figura 15. Intercambio de gases respiratorios. Figura 16. Intercambio de gases fotosintéticos.
Además, los vegetales efectúan durante las horas de luz del día, fotosíntesis, que asociamos al
organelo cloroplasto. Durante dicho proceso el vegetal genera O2 y biomoléculas. El oxígeno
abandona el vegetal a través de los estomas (Figura 16).
En resumen, un vegetal debe efectuar tanto respiración celular como fotosíntesis e intercambiar
con su entorno diferentes gases. Un vegetal, libera al ambiente CO2 y O2, y consume O2 y CO2.
4. RESPIRACIÓN CELULAR: CATABOLISMO DE LA GLUCOSA
Al quemarse la glucosa en el laboratorio da como productos, CO 2, H2O y energía en forma de luz y
calor. En las células ocurre la misma combustión pero en múltiples reacciones, y casi la mitad de
la energía queda atrapada en las moléculas de ATP y el resto se libera en forma de calor. La
fórmula de la reacción general es la siguiente:
ATP
C6 H12 O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + E calor
Etapas de la Respiración Celular Aeróbica
Las múltiples reacciones que ocurren en la célula se organizan en los siguientes pasos;
Glucólisis, oxidación del piruvato, (formación del acetil CoA), ciclo de Krebs, transporte
de electrones y fosforilación oxidativa y se detallan en la siguiente tabla resumen.
16

17. ETAPAS DE LA REPIRACIÓN
Se realiza en el citosol en ausencia de oxígeno. 2 ATP netos
Aquí la glucosa pierde hidrógenos (se oxida), lo que 2 piruvatos
permite reducir dos moléculas de NAD. Como C6 H12 O 6 moléculas
resultado se obtienen dos moléculas de Piruvato y de 3 carbonos
dos moléculas de ATP netos y dos coenzimos 2 NAD 2 NADH
reducidos (NADH). oxidados reducidos
Se realiza en la membrana mitocondrial externa es
aeróbica y representa la conexión entre la glucólisis 2 CO2
y el ciclo de Krebs. El piruvato producto de la
2 piruvatos 2 Acetil-CoA
glucólisis pierde hidrógenos (se oxida), lo que
(3C) (2 C)
permite reducir el NAD. Además se descarboxila
(pierde carbono), liberándose 2 moléculas de CO2 y 2 NAD 2 NADH
energía, formando Acetil – CoA, que ingresa a la oxidados reducidos
17
matriz mitocondrial.
Por cada acetil CoA que
Este proceso ocurre en la matriz mitocondrial y entra al ciclo se obtiene:
también es llamado Ciclo del Ácido Cítrico o de
los Ácidos Tricarboxílicos. El acetil CoA ingresa Acetil- COA 1 ATP
al ciclo Krebs y es completamente oxidado y CICLO
descarboxilado. En este ciclo no solo se DE 3 NADH x2
termina de oxidar la glucosa, además es una KREBS 1 FADH
vía común de oxidación de todas las moléculas 2 CO2 (descarboxilación)
combustibles: ácidos grasos, glicerol y
aminoácidos. También provee esqueletos (Son dos acetil CoA, por lo
carbonados para la síntesis de compuestos tanto, se duplica lo
orgánicos. anterior)
En este proceso, que ocurre en las crestas mitocondriales, las coenzimas reducidas NADH y FADH2, son
oxidadas. Los electrones de alta energía descienden, de un nivel de alta energía a niveles inferiores,
liberando energía que se utiliza en última instancia para fosforilar al ADP, es decir, formar ATP, proceso
llamado quimiosmosis. Los electrones en su descenso terminan en el O2, y junto con los H+ forman H2O.

18. FERMENTACIÓN: La alternativa anaeróbica a la respiración aeróbica.
Las células musculares normalmente utilizan, la respiración aeróbica, obteniendo 38 ATP por
molécula de glucosa, pero también son capaces de sobrevivir sin O2, con las dos moléculas de
ATP de la glucólisis. El inconveniente de utilizar esta vía, está en el suministro de NAD (oxidado),
que debe ser capaz de reponer el NADH (reducido).
Las células musculares mantienen el suministro de NAD (oxidado), a costa de la reducción del
ácido pirúvico obtenido en la glucólisis. De esta manera, el ácido pirúvico queda como ácido
láctico (lactato). La producción de ácido láctico a partir de la glucosa se denomina
fermentación láctica. Tus músculos producen ácido láctico durante el ejercicio rápido, cuando el
cuerpo no puede proporcionar suficiente oxígeno a los tejidos. Cuando hay poco oxígeno, el
cuerpo no puede producir todo el ATP que hace falta. Cuando realizas un ejercicio intenso como
correr, nadar o montar en bicicleta tan rápido como puedes, los músculos grandes de tus brazos y
piernas agotan rápidamente el oxígeno. Las células musculares aceleran su producción de ATP
mediante la fermentación de ácido láctico. Al acumularse el ácido láctico en la musculatura, baja
el pH, provocando dolores musculares (calambres). Es por eso que te duelen los músculos
después de unos segundos de actividad intensa.
Las levaduras también utilizan normalmente la vía aeróbica, pero son capaces de vivir en
ambientes sin oxígeno, realizando la fermentación alcohólica, en la cual produce etanol y
libera CO2. La fermentación alcohólica ocasiona que suba la masa de pan. Cuando la levadura de
la masa se queda sin oxígeno, empieza a fermentar produciendo burbujas de dióxido de carbono
que forman las cavidades de aire que puedes ver en una rebanada de pan. La pequeña cantidad
de alcohol que se produce en la masa se evapora al hornear el pan.
A diferencia de las levaduras y las células musculares, hay organismos anaeróbicos estrictos, lo
que significa que necesitan condiciones anaeróbicas y el oxígeno las intoxica.
Glucólisis
Glucólisis
Reacciones de
Reacciones de
fermentación
fermentación
A B
Figura 17. Reacciones químicas de la Fermentación. A. Fermentación Acido Láctica. B. Fermentación Alcohólica.
18

19. Tabla 6. Rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O. Se sintetizan 3
moléculas de ATP, al oxidar una molécula de NADH y 2 moléculas de ATP al oxidar una molécula de FADH2
ETAPAS TRANSPORTADORES REDUCIDOS NÚMERO DE ATP
Glucólisis 2 NADH 2 ATP
Formación de Acetil CoA 2 NADH
Ciclo de Krebs 6 NADH 2 ATP
2 FADH2
Fosforilación Oxidativa 34 ATP
Total : 38 ATP
La relación entre la respiración pulmonar y la celular
La respiración pulmonar y la celular están relacionadas muy estrechamente.
Los pulmones incorporan el O2 del aire y lo pasan al torrente sanguíneo, el cual
lleva el O2 a las células. Las mitocondrias de las células utilizan ese O2 en la
respiración celular, obteniendo la energía. El torrente sanguíneo y los pulmones
también llevan a cabo la función vital de desechar el CO2 producido por la
respiración celular.
En la respiración pulmonar, los pulmones intercambian CO2 y O2 entre el
organismo y la atmósfera. En la respiración celular, las células consumen ese
O2 al extraer la energía del alimento y liberan CO2 como un producto de
desecho.
19

20. Resumen de reactivos y productos:
ATP
C6H12O6+6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38
Figura 18. Esquema resumen de la Respiración Celular.
20

21. Preguntas de selección múltiple
1. Sobre la fermentación alcohólica es correcto afirmar que
I) forma acetaldehído como compuesto intermedio.
II) libera dióxido de carbono.
III) la realizan las levaduras.
Es (son) correcta(s)
A) solo I.
B) solo II.
C) solo III.
D) Solo II y III.
E) I, II y III.
2. En la glucólisis se producen dos moléculas de
I) NADH.
II) ATP netos.
III) CO2.
Es (son) correcta(s)
A) solo I.
B) solo III.
C) solo I y II.
D) solo II y III.
E) I, II y III.
3. En el interior del mitocondrias NO es posible encontrar
A) agua.
B) ATP.
C) ácido láctico.
D) dióxido de carbono.
E) acetil CoA.
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22. 4. La patología respiratoria que se manifiesta con “una obstrucción del flujo de sangre hacia el
tejido pulmonar causado por un coágulo sanguíneo o un cuerpo extraño que ocluye la luz del
vaso arterial pulmonar”, corresponde a
A) enfisema.
B) bronquitis.
C) neumonía.
D) edema pulmonar.
E) embolia pulmonar.
5. Para coordinar la frecuencia respiratoria con las demandas metabólicas, el organismo utiliza
la información por retroalimentación provista por quimiorreceptores. Entre éstos se
encuentran los quimiorreceptores localizados en la superficie del bulbo raquídeo, que son
sensibles a la
I) presión parcial de CO2 presente en la sangre.
II) presión parcial de O2 presente en la sangre.
III) concentración de protones (H+) presentes en la sangre.
A) solo I.
B) solo II.
C) solo III.
D) Solo I y II.
E) I, II y III.
6. Los estomas les permiten a la planta
I) liberar O2.
II) ingresar CO2.
III) ingresar CO2.
IV) liberar CO2.
Es (son) correcta(s)
A) solo I.
B) solo III.
C) solo I y II.
D) Solo III y IV.
E) I, II, III y IV.
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23. 7. ¿Cuál o cuáles de los siguientes procesos respiratorios libera CO 2?
I) glucólisis.
II) oxidación del piruvato.
III) ciclo de Krebs.
Es (son) correcta(s)
A) solo I.
B) solo II.
C) solo III.
D) Solo I y III.
E) I, II y III.
8. En la inspiración en reposo se
I) contrae el diafragma.
II) contraen los músculos intercostales externos.
III) disminuye la presión en la cavidad pleural.
Es (son) correcta(s)
A) solo I.
B) solo II.
C) solo I y II.
D) solo II y III.
E) I, II y III.
9. Sobre el centro neumotáxico, es correcto afirmar que
I) genera inspiraciones breves.
II) disminuye la frecuencia respiratoria.
III) actúa sobre el centro de ritmicidad respiratoria del bulbo raquídeo.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y III.
E) I, II y III.
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24. 10. Al respirar aceleradamente durante un tiempo determinado se lograría modificar algunos
parámetros sanguíneos. De lo señalado, es correcto inferir que disminuirá el (la)
I) pH sanguíneo.
II) acidez sanguínea.
III) concentración de CO2 en la sangre.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo II y III.
E) I, II y III.
11. Sobre el glóbulo rojo es correcto afirmar que
I) no posee mitocondrias.
II) realiza la fermentación láctica.
III) transporta en su hemoglobina O2 y CO2.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y III.
E) I, II y III.
12. Al observar y comparar las dos imágenes radiográficas, se puede concluir que en
A B
I) A los pulmones tienen más aire.
II) B el diafragma se relaja y sube.
III) A el volumen de la caja torácica es mayor que en B.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y II.
E) I, II y III.
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25. 13. Es correcto afirmar que, durante el ejercicio intenso
I) la frecuencia respiratoria aumenta.
II) se produce vasodilatación en la piel.
III) el flujo sanguíneo hacia los órganos no varía.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y II.
E) I, II y III.
14. Si bajo el agua se respira a través de un tubo largo aumenta el (la)
I) espacio muerto anatómico.
II) capacidad vital.
III) hematosis.
Es (son) correcta(s)
A) solo I.
B) solo II.
C) solo III.
D) solo I y II.
E) I, II y III.
15. Las hojas de una planta terrestre están cubiertas de cera que las impermeabiliza. Por ello,
presenta unas estructuras llamadas estomas y a través de las cuales
I) regula la pérdida de H2O.
II) permite el intercambio gaseoso entre el medio interno y el ambiente.
III) capta la energía luminosa para realizar la fotosíntesis.
A) Solo I.
B) Solo II.
C) Solo III.
D) Solo I y II.
E) I, II y III.
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26. RESPUESTAS
Preguntas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Claves E C C E A A E E D D E E D A D
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