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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E11 - Captura de Oxígeno
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3076
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Disponibilidad de oxígeno en el agua
¿Qué determina cuánto oxígeno disuelto llega disponible a las branquias?
Grupo 2: Grupo 2: Ventilación y transporte de agua
¿Qué determina cuánto oxígeno es transportado por el flujo de agua a través de las branquias?
Grupo 3: Grupo 3: Contraflujo y gradiente de oxígeno
¿Cómo se conserva la fuerza impulsora de difusión a lo largo del intercambiador branquial?
Grupo 4: Grupo 4: Difusión a través de la membrana branquial
¿Qué determina la tasa de transferencia pasiva de oxígeno desde agua hacia sangre?
Grupo 5: Grupo 5: Escalamiento del área branquial y actividad
¿Cómo cambian el área de intercambio y la capacidad aeróbica con masa corporal y actividad?
Grupo 6: Grupo 6: Extracción total y consumo máximo
¿Cómo se convierte el transporte de agua y la diferencia de concentración en captación total y consumo máximo?
Grupo 7: Grupo 7: Límite difusivo y saturación
¿Qué limita la captación cuando aumenta la ventilación y la membrana se vuelve el cuello de botella?
ID:1041
Grupo 1: Grupo 1: Disponibilidad de oxígeno en el agua
Descripción
¿Qué determina cuánto oxígeno disuelto llega disponible a las branquias?
Pregunta clave: ¿Qué determina cuánto oxígeno disuelto llega disponible a las branquias?
Además del área branquial disponible para captar oxígeno, la cantidad de oxígeno que el agua puede disolver depende de su solubilidad, medida por el coeficiente de Bunsen, que disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua; esto explica por qué las aguas cálidas resultan más limitantes para los peces con mayores exigencias aeróbicas, que dependen de que el agua traiga consigo suficiente oxígeno disuelto para empezar. La captura de oxígeno en los peces es el proceso mediante el cual el oxígeno pasa desde el agua hacia la sangre a través de las branquias, un proceso que determina la capacidad aeróbica máxima del pez y que sigue los mismos principios de la difusión que describe la Ley de Fick para cualquier gas disuelto. Gracias a este mecanismo, el pez logra extraer hasta un ochenta por ciento del oxígeno disuelto en el agua que pasa por sus branquias. El comportamiento esperado es que el consumo máximo de oxígeno del pez escala con su masa corporal elevada a una potencia cercana a cero coma ochenta y ocho, y que la tasa de ventilación branquial aumenta de forma lineal junto con el consumo de oxígeno del pez, hasta que se alcanza un límite impuesto por la propia capacidad de difusión de la membrana branquial introducida al comienzo de este modelo: a partir de ese límite, seguir aumentando el caudal de agua que pasa por las branquias ya no logra aumentar la captación de oxígeno, porque el cuello de botella deja de estar en el agua disponible y pasa a estar en la propia membrana. Esa difusión de oxígeno a través de la membrana branquial es un proceso pasivo, que sigue la Ley de Fick: la tasa a la que el oxígeno se transfiere es proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre el agua y la sangre, al área de la membrana branquial disponible para el intercambio, y a la capacidad de difusión propia de esa membrana.
ID:5076
Grupo 2: Grupo 2: Ventilación y transporte de agua
Descripción
¿Qué determina cuánto oxígeno es transportado por el flujo de agua a través de las branquias?
Pregunta clave: ¿Qué determina cuánto oxígeno es transportado por el flujo de agua a través de las branquias?
El comportamiento esperado es que el consumo máximo de oxígeno del pez escala con su masa corporal elevada a una potencia cercana a cero coma ochenta y ocho, y que la tasa de ventilación branquial aumenta de forma lineal junto con el consumo de oxígeno del pez, hasta que se alcanza un límite impuesto por la propia capacidad de difusión de la membrana branquial introducida al comienzo de este modelo: a partir de ese límite, seguir aumentando el caudal de agua que pasa por las branquias ya no logra aumentar la captación de oxígeno, porque el cuello de botella deja de estar en el agua disponible y pasa a estar en la propia membrana. Esa difusión de oxígeno a través de la membrana branquial es un proceso pasivo, que sigue la Ley de Fick: la tasa a la que el oxígeno se transfiere es proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre el agua y la sangre, al área de la membrana branquial disponible para el intercambio, y a la capacidad de difusión propia de esa membrana. Además del área branquial disponible para captar oxígeno, la cantidad de oxígeno que el agua puede disolver depende de su solubilidad, medida por el coeficiente de Bunsen, que disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua; esto explica por qué las aguas cálidas resultan más limitantes para los peces con mayores exigencias aeróbicas, que dependen de que el agua traiga consigo suficiente oxígeno disuelto para empezar. La cantidad total de oxígeno que el pez extrae del agua es el producto del caudal de agua que el pez hace pasar por sus branquias al ventilar y la diferencia de concentración de oxígeno entre el agua que entra y el agua que sale de esas branquias. La captura de oxígeno en los peces es el proceso mediante el cual el oxígeno pasa desde el agua hacia la sangre a través de las branquias, un proceso que determina la capacidad aeróbica máxima del pez y que sigue los mismos principios de la difusión que describe la Ley de Fick para cualquier gas disuelto.
ID:5077
Grupo 3: Grupo 3: Contraflujo y gradiente de oxígeno
Descripción
¿Cómo se conserva la fuerza impulsora de difusión a lo largo del intercambiador branquial?
Pregunta clave: ¿Cómo se conserva la fuerza impulsora de difusión a lo largo del intercambiador branquial?
Las branquias son intercambiadores biológicos de contraflujo: el agua que las atraviesa fluye en la dirección opuesta a la sangre que circula por los capilares branquiales, y esta disposición a contraflujo mantiene un gradiente de presión parcial de oxígeno favorable a lo largo de toda la longitud del capilar, en vez de que ese gradiente se agote apenas comienza el intercambio. Esa difusión de oxígeno a través de la membrana branquial es un proceso pasivo, que sigue la Ley de Fick: la tasa a la que el oxígeno se transfiere es proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre el agua y la sangre, al área de la membrana branquial disponible para el intercambio, y a la capacidad de difusión propia de esa membrana. La captura de oxígeno en los peces es el proceso mediante el cual el oxígeno pasa desde el agua hacia la sangre a través de las branquias, un proceso que determina la capacidad aeróbica máxima del pez y que sigue los mismos principios de la difusión que describe la Ley de Fick para cualquier gas disuelto. El comportamiento esperado es que el consumo máximo de oxígeno del pez escala con su masa corporal elevada a una potencia cercana a cero coma ochenta y ocho, y que la tasa de ventilación branquial aumenta de forma lineal junto con el consumo de oxígeno del pez, hasta que se alcanza un límite impuesto por la propia capacidad de difusión de la membrana branquial introducida al comienzo de este modelo: a partir de ese límite, seguir aumentando el caudal de agua que pasa por las branquias ya no logra aumentar la captación de oxígeno, porque el cuello de botella deja de estar en el agua disponible y pasa a estar en la propia membrana. Además del área branquial disponible para captar oxígeno, la cantidad de oxígeno que el agua puede disolver depende de su solubilidad, medida por el coeficiente de Bunsen, que disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua; esto explica por qué las aguas cálidas resultan más limitantes para los peces con mayores exigencias aeróbicas, que dependen de que el agua traiga consigo suficiente oxígeno disuelto para empezar.
ID:5078
Grupo 4: Grupo 4: Difusión a través de la membrana branquial
Descripción
¿Qué determina la tasa de transferencia pasiva de oxígeno desde agua hacia sangre?
Pregunta clave: ¿Qué determina la tasa de transferencia pasiva de oxígeno desde agua hacia sangre?
Esa difusión de oxígeno a través de la membrana branquial es un proceso pasivo, que sigue la Ley de Fick: la tasa a la que el oxígeno se transfiere es proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre el agua y la sangre, al área de la membrana branquial disponible para el intercambio, y a la capacidad de difusión propia de esa membrana. El comportamiento esperado es que el consumo máximo de oxígeno del pez escala con su masa corporal elevada a una potencia cercana a cero coma ochenta y ocho, y que la tasa de ventilación branquial aumenta de forma lineal junto con el consumo de oxígeno del pez, hasta que se alcanza un límite impuesto por la propia capacidad de difusión de la membrana branquial introducida al comienzo de este modelo: a partir de ese límite, seguir aumentando el caudal de agua que pasa por las branquias ya no logra aumentar la captación de oxígeno, porque el cuello de botella deja de estar en el agua disponible y pasa a estar en la propia membrana. La captura de oxígeno en los peces es el proceso mediante el cual el oxígeno pasa desde el agua hacia la sangre a través de las branquias, un proceso que determina la capacidad aeróbica máxima del pez y que sigue los mismos principios de la difusión que describe la Ley de Fick para cualquier gas disuelto. Esa misma área de la membrana branquial no es fija: escala de forma alométrica con la masa corporal del pez y con las demandas de actividad de cada especie, de modo que los peces muy activos, como el atún, cuentan con áreas branquiales hasta diez veces mayores por unidad de masa corporal que los peces sedentarios. Además del área branquial disponible para captar oxígeno, la cantidad de oxígeno que el agua puede disolver depende de su solubilidad, medida por el coeficiente de Bunsen, que disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua; esto explica por qué las aguas cálidas resultan más limitantes para los peces con mayores exigencias aeróbicas, que dependen de que el agua traiga consigo suficiente oxígeno disuelto para empezar.
ID:5079
Grupo 5: Grupo 5: Escalamiento del área branquial y actividad
Descripción
¿Cómo cambian el área de intercambio y la capacidad aeróbica con masa corporal y actividad?
Pregunta clave: ¿Cómo cambian el área de intercambio y la capacidad aeróbica con masa corporal y actividad?
Esa misma área de la membrana branquial no es fija: escala de forma alométrica con la masa corporal del pez y con las demandas de actividad de cada especie, de modo que los peces muy activos, como el atún, cuentan con áreas branquiales hasta diez veces mayores por unidad de masa corporal que los peces sedentarios. El comportamiento esperado es que el consumo máximo de oxígeno del pez escala con su masa corporal elevada a una potencia cercana a cero coma ochenta y ocho, y que la tasa de ventilación branquial aumenta de forma lineal junto con el consumo de oxígeno del pez, hasta que se alcanza un límite impuesto por la propia capacidad de difusión de la membrana branquial introducida al comienzo de este modelo: a partir de ese límite, seguir aumentando el caudal de agua que pasa por las branquias ya no logra aumentar la captación de oxígeno, porque el cuello de botella deja de estar en el agua disponible y pasa a estar en la propia membrana. Además del área branquial disponible para captar oxígeno, la cantidad de oxígeno que el agua puede disolver depende de su solubilidad, medida por el coeficiente de Bunsen, que disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua; esto explica por qué las aguas cálidas resultan más limitantes para los peces con mayores exigencias aeróbicas, que dependen de que el agua traiga consigo suficiente oxígeno disuelto para empezar. Esa difusión de oxígeno a través de la membrana branquial es un proceso pasivo, que sigue la Ley de Fick: la tasa a la que el oxígeno se transfiere es proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre el agua y la sangre, al área de la membrana branquial disponible para el intercambio, y a la capacidad de difusión propia de esa membrana. La captura de oxígeno en los peces es el proceso mediante el cual el oxígeno pasa desde el agua hacia la sangre a través de las branquias, un proceso que determina la capacidad aeróbica máxima del pez y que sigue los mismos principios de la difusión que describe la Ley de Fick para cualquier gas disuelto.
ID:5080
Grupo 6: Grupo 6: Extracción total y consumo máximo
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¿Cómo se convierte el transporte de agua y la diferencia de concentración en captación total y consumo máximo?
Pregunta clave: ¿Cómo se convierte el transporte de agua y la diferencia de concentración en captación total y consumo máximo?
El comportamiento esperado es que el consumo máximo de oxígeno del pez escala con su masa corporal elevada a una potencia cercana a cero coma ochenta y ocho, y que la tasa de ventilación branquial aumenta de forma lineal junto con el consumo de oxígeno del pez, hasta que se alcanza un límite impuesto por la propia capacidad de difusión de la membrana branquial introducida al comienzo de este modelo: a partir de ese límite, seguir aumentando el caudal de agua que pasa por las branquias ya no logra aumentar la captación de oxígeno, porque el cuello de botella deja de estar en el agua disponible y pasa a estar en la propia membrana. La cantidad total de oxígeno que el pez extrae del agua es el producto del caudal de agua que el pez hace pasar por sus branquias al ventilar y la diferencia de concentración de oxígeno entre el agua que entra y el agua que sale de esas branquias. Esa difusión de oxígeno a través de la membrana branquial es un proceso pasivo, que sigue la Ley de Fick: la tasa a la que el oxígeno se transfiere es proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre el agua y la sangre, al área de la membrana branquial disponible para el intercambio, y a la capacidad de difusión propia de esa membrana.
ID:5081
Grupo 7: Grupo 7: Límite difusivo y saturación
Descripción
¿Qué limita la captación cuando aumenta la ventilación y la membrana se vuelve el cuello de botella?
Pregunta clave: ¿Qué limita la captación cuando aumenta la ventilación y la membrana se vuelve el cuello de botella?
El comportamiento esperado es que el consumo máximo de oxígeno del pez escala con su masa corporal elevada a una potencia cercana a cero coma ochenta y ocho, y que la tasa de ventilación branquial aumenta de forma lineal junto con el consumo de oxígeno del pez, hasta que se alcanza un límite impuesto por la propia capacidad de difusión de la membrana branquial introducida al comienzo de este modelo: a partir de ese límite, seguir aumentando el caudal de agua que pasa por las branquias ya no logra aumentar la captación de oxígeno, porque el cuello de botella deja de estar en el agua disponible y pasa a estar en la propia membrana.
ID:5082