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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo A6 - Insuficiencia Respiratoria y Circulatoria
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:3268
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: Cadena integrada de transporte de oxígeno
¿Cómo se encadenan ambiente, pulmón, sangre, tejido y mitocondria para sostener el movimiento?
Grupo 2: Grupo 2: Ventilación pulmonar pulsátil y acoplamiento locomotor
¿Cómo se mueve el gas por conductos elásticos y cómo se acopla mecánicamente la respiración a la marcha?
Grupo 3: Grupo 3: Difusión alveolo-capilar de oxígeno
¿Qué determina la tasa de transferencia de oxígeno desde el alvéolo hacia la sangre?
Grupo 4: Grupo 4: Saturación de hemoglobina y desplazamiento de afinidad
¿Cómo depende la saturación de hemoglobina de la presión de oxígeno y cómo la modifican temperatura, acidez y CO₂?
Grupo 5: Grupo 5: Bombeo cardíaco y presión arterial
¿Cómo determinan la precarga, el volumen sistólico y la resistencia periférica el transporte circulatorio?
Grupo 6: Grupo 6: Aclimatación crónica a altitud o inmersión
¿Cómo adapta crónicamente el organismo la capacidad sanguínea de transporte de oxígeno al nuevo ambiente?
Grupo 7: Grupo 7: Límite locomotor por capacidad aeróbica
¿Qué ocurre cuando la demanda locomotora de oxígeno supera la capacidad máxima sostenible?
Grupo 8: Grupo 8: Límite de apnea por acumulación de CO₂
¿Cómo termina la apnea cuando el CO₂ sanguíneo activa el reflejo respiratorio?
ID:1110
Grupo 1: Grupo 1: Cadena integrada de transporte de oxígeno
Descripción
¿Cómo se encadenan ambiente, pulmón, sangre, tejido y mitocondria para sostener el movimiento?
Pregunta clave: ¿Cómo se encadenan ambiente, pulmón, sangre, tejido y mitocondria para sostener el movimiento?
La insuficiencia respiratoria y circulatoria representa el fallo de la cadena de transporte de oxígeno que va desde el ambiente hasta las mitocondrias musculares, una cadena que integra tres subsistemas físicos acoplados entre sí: la ventilación pulmonar, que mueve el gas hacia adentro y hacia afuera de los pulmones; la circulación cardiovascular, que mueve la sangre por el cuerpo; y la difusión tisular, que transporta el oxígeno molécula por molécula entre la sangre y el tejido. El oxígeno que la ventilación pulmonar trae hasta los alvéolos debe cruzar después, molécula por molécula, hacia la sangre que circula por los capilares que rodean cada alvéolo: esa es la difusión tisular, y la tasa a la que el oxígeno atraviesa esa barrera entre alvéolo y capilar es directamente proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre ambos lados, de modo que cuanto mayor es esa diferencia de presión, más rápido se transfiere el oxígeno hacia la sangre. Cuando la cadena de transporte de oxígeno hasta las mitocondrias musculares no logra sostener la demanda del movimiento, el consumo máximo de oxígeno que el organismo es capaz de sostener cae por debajo de esa demanda locomotora, y esa caída obliga al animal a reducir la velocidad o a detenerse por completo. Frente a una exposición prolongada a la altitud o a la inmersión bajo el agua, el organismo modifica de forma crónica esta misma cadena de transporte de oxígeno: aumenta la cantidad de glóbulos rojos que circulan en la sangre, y cambia la afinidad con la que la hemoglobina se une al oxígeno, ajustando así de manera permanente la curva de saturación descrita en el mecanismo anterior a las condiciones del nuevo ambiente. La circulación cardiovascular que mueve esa sangre oxigenada por el cuerpo depende, en primer lugar, de cuánta sangre bombea el corazón en cada latido: el volumen de sangre que el corazón expulsa en cada sístole aumenta con la precarga, es decir, con el volumen de sangre que llena el corazón al final de la diástole previa — cuanto más se llena el corazón antes de contraerse, más sangre expulsa después.
ID:6012
Grupo 2: Grupo 2: Ventilación pulmonar pulsátil y acoplamiento locomotor
Descripción
¿Cómo se mueve el gas por conductos elásticos y cómo se acopla mecánicamente la respiración a la marcha?
Pregunta clave: ¿Cómo se mueve el gas por conductos elásticos y cómo se acopla mecánicamente la respiración a la marcha?
En los cuadrúpedos existe además un acoplamiento mecánico notable entre la ventilación pulmonar y la locomoción: la deformación del tronco que produce el impacto de las extremidades contra el suelo sincroniza mecánicamente el ciclo respiratorio con el ciclo de la marcha, lo que reduce el costo metabólico de respirar. La ventilación pulmonar se modela como un flujo de gas que entra y sale de forma pulsátil por una red de conductos elásticos, análoga a una red de tuberías que se expanden y contraen con cada ciclo respiratorio: en ese flujo, un número adimensional compara la importancia relativa de las fuerzas inerciales del gas en movimiento frente a las fuerzas viscosas que lo frenan contra las paredes de los conductos, y esa relación entre inercia y viscosidad determina qué tan uniforme o qué tan pulsátil resulta el perfil del flujo de aire dentro del pulmón. La insuficiencia respiratoria y circulatoria representa el fallo de la cadena de transporte de oxígeno que va desde el ambiente hasta las mitocondrias musculares, una cadena que integra tres subsistemas físicos acoplados entre sí: la ventilación pulmonar, que mueve el gas hacia adentro y hacia afuera de los pulmones; la circulación cardiovascular, que mueve la sangre por el cuerpo; y la difusión tisular, que transporta el oxígeno molécula por molécula entre la sangre y el tejido.
ID:6013
Grupo 3: Grupo 3: Difusión alveolo-capilar de oxígeno
Descripción
¿Qué determina la tasa de transferencia de oxígeno desde el alvéolo hacia la sangre?
Pregunta clave: ¿Qué determina la tasa de transferencia de oxígeno desde el alvéolo hacia la sangre?
El oxígeno que la ventilación pulmonar trae hasta los alvéolos debe cruzar después, molécula por molécula, hacia la sangre que circula por los capilares que rodean cada alvéolo: esa es la difusión tisular, y la tasa a la que el oxígeno atraviesa esa barrera entre alvéolo y capilar es directamente proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre ambos lados, de modo que cuanto mayor es esa diferencia de presión, más rápido se transfiere el oxígeno hacia la sangre. Una vez que el oxígeno entra a la sangre, la fracción de la hemoglobina que efectivamente lo transporta unido a ella —su saturación de oxígeno— no crece de forma proporcional a la presión parcial de oxígeno disponible, sino que sigue una curva en forma de S: se aplana en los extremos, tanto a presiones muy bajas como muy altas, y sube de forma pronunciada en un tramo central de presiones intermedias. Esa curva, además, se desplaza según la temperatura de la sangre, su acidez y la cantidad de dióxido de carbono disuelto en ella: cuando la sangre se calienta, se acidifica o acumula más dióxido de carbono, la hemoglobina suelta el oxígeno con más facilidad para un mismo nivel de presión, un desplazamiento de la curva que tiene consecuencias críticas cuando el animal atraviesa una hipoxia severa. La insuficiencia respiratoria y circulatoria representa el fallo de la cadena de transporte de oxígeno que va desde el ambiente hasta las mitocondrias musculares, una cadena que integra tres subsistemas físicos acoplados entre sí: la ventilación pulmonar, que mueve el gas hacia adentro y hacia afuera de los pulmones; la circulación cardiovascular, que mueve la sangre por el cuerpo; y la difusión tisular, que transporta el oxígeno molécula por molécula entre la sangre y el tejido. Frente a una exposición prolongada a la altitud o a la inmersión bajo el agua, el organismo modifica de forma crónica esta misma cadena de transporte de oxígeno: aumenta la cantidad de glóbulos rojos que circulan en la sangre, y cambia la afinidad con la que la hemoglobina se une al oxígeno, ajustando así de manera permanente la curva de saturación descrita en el mecanismo anterior a las condiciones del nuevo ambiente.
ID:6014
Grupo 4: Grupo 4: Saturación de hemoglobina y desplazamiento de afinidad
Descripción
¿Cómo depende la saturación de hemoglobina de la presión de oxígeno y cómo la modifican temperatura, acidez y CO₂?
Pregunta clave: ¿Cómo depende la saturación de hemoglobina de la presión de oxígeno y cómo la modifican temperatura, acidez y CO₂?
Esa curva, además, se desplaza según la temperatura de la sangre, su acidez y la cantidad de dióxido de carbono disuelto en ella: cuando la sangre se calienta, se acidifica o acumula más dióxido de carbono, la hemoglobina suelta el oxígeno con más facilidad para un mismo nivel de presión, un desplazamiento de la curva que tiene consecuencias críticas cuando el animal atraviesa una hipoxia severa. Una vez que el oxígeno entra a la sangre, la fracción de la hemoglobina que efectivamente lo transporta unido a ella —su saturación de oxígeno— no crece de forma proporcional a la presión parcial de oxígeno disponible, sino que sigue una curva en forma de S: se aplana en los extremos, tanto a presiones muy bajas como muy altas, y sube de forma pronunciada en un tramo central de presiones intermedias. Frente a una exposición prolongada a la altitud o a la inmersión bajo el agua, el organismo modifica de forma crónica esta misma cadena de transporte de oxígeno: aumenta la cantidad de glóbulos rojos que circulan en la sangre, y cambia la afinidad con la que la hemoglobina se une al oxígeno, ajustando así de manera permanente la curva de saturación descrita en el mecanismo anterior a las condiciones del nuevo ambiente. El oxígeno que la ventilación pulmonar trae hasta los alvéolos debe cruzar después, molécula por molécula, hacia la sangre que circula por los capilares que rodean cada alvéolo: esa es la difusión tisular, y la tasa a la que el oxígeno atraviesa esa barrera entre alvéolo y capilar es directamente proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre ambos lados, de modo que cuanto mayor es esa diferencia de presión, más rápido se transfiere el oxígeno hacia la sangre. La insuficiencia respiratoria y circulatoria representa el fallo de la cadena de transporte de oxígeno que va desde el ambiente hasta las mitocondrias musculares, una cadena que integra tres subsistemas físicos acoplados entre sí: la ventilación pulmonar, que mueve el gas hacia adentro y hacia afuera de los pulmones; la circulación cardiovascular, que mueve la sangre por el cuerpo; y la difusión tisular, que transporta el oxígeno molécula por molécula entre la sangre y el tejido.
ID:6015
Grupo 5: Grupo 5: Bombeo cardíaco y presión arterial
Descripción
¿Cómo determinan la precarga, el volumen sistólico y la resistencia periférica el transporte circulatorio?
Pregunta clave: ¿Cómo determinan la precarga, el volumen sistólico y la resistencia periférica el transporte circulatorio?
La presión arterial media, a su vez, queda determinada conjuntamente por la resistencia que ofrecen los vasos sanguíneos periféricos al paso de la sangre y por el volumen total de sangre que el corazón bombea por unidad de tiempo. La circulación cardiovascular que mueve esa sangre oxigenada por el cuerpo depende, en primer lugar, de cuánta sangre bombea el corazón en cada latido: el volumen de sangre que el corazón expulsa en cada sístole aumenta con la precarga, es decir, con el volumen de sangre que llena el corazón al final de la diástole previa — cuanto más se llena el corazón antes de contraerse, más sangre expulsa después.
ID:6016
Grupo 6: Grupo 6: Aclimatación crónica a altitud o inmersión
Descripción
¿Cómo adapta crónicamente el organismo la capacidad sanguínea de transporte de oxígeno al nuevo ambiente?
Pregunta clave: ¿Cómo adapta crónicamente el organismo la capacidad sanguínea de transporte de oxígeno al nuevo ambiente?
Frente a una exposición prolongada a la altitud o a la inmersión bajo el agua, el organismo modifica de forma crónica esta misma cadena de transporte de oxígeno: aumenta la cantidad de glóbulos rojos que circulan en la sangre, y cambia la afinidad con la que la hemoglobina se une al oxígeno, ajustando así de manera permanente la curva de saturación descrita en el mecanismo anterior a las condiciones del nuevo ambiente. Una vez que el oxígeno entra a la sangre, la fracción de la hemoglobina que efectivamente lo transporta unido a ella —su saturación de oxígeno— no crece de forma proporcional a la presión parcial de oxígeno disponible, sino que sigue una curva en forma de S: se aplana en los extremos, tanto a presiones muy bajas como muy altas, y sube de forma pronunciada en un tramo central de presiones intermedias. Esa curva, además, se desplaza según la temperatura de la sangre, su acidez y la cantidad de dióxido de carbono disuelto en ella: cuando la sangre se calienta, se acidifica o acumula más dióxido de carbono, la hemoglobina suelta el oxígeno con más facilidad para un mismo nivel de presión, un desplazamiento de la curva que tiene consecuencias críticas cuando el animal atraviesa una hipoxia severa. La insuficiencia respiratoria y circulatoria representa el fallo de la cadena de transporte de oxígeno que va desde el ambiente hasta las mitocondrias musculares, una cadena que integra tres subsistemas físicos acoplados entre sí: la ventilación pulmonar, que mueve el gas hacia adentro y hacia afuera de los pulmones; la circulación cardiovascular, que mueve la sangre por el cuerpo; y la difusión tisular, que transporta el oxígeno molécula por molécula entre la sangre y el tejido. Cuando la cadena de transporte de oxígeno hasta las mitocondrias musculares no logra sostener la demanda del movimiento, el consumo máximo de oxígeno que el organismo es capaz de sostener cae por debajo de esa demanda locomotora, y esa caída obliga al animal a reducir la velocidad o a detenerse por completo.
ID:6017
Grupo 7: Grupo 7: Límite locomotor por capacidad aeróbica
Descripción
¿Qué ocurre cuando la demanda locomotora de oxígeno supera la capacidad máxima sostenible?
Pregunta clave: ¿Qué ocurre cuando la demanda locomotora de oxígeno supera la capacidad máxima sostenible?
Cuando la cadena de transporte de oxígeno hasta las mitocondrias musculares no logra sostener la demanda del movimiento, el consumo máximo de oxígeno que el organismo es capaz de sostener cae por debajo de esa demanda locomotora, y esa caída obliga al animal a reducir la velocidad o a detenerse por completo. La insuficiencia respiratoria y circulatoria representa el fallo de la cadena de transporte de oxígeno que va desde el ambiente hasta las mitocondrias musculares, una cadena que integra tres subsistemas físicos acoplados entre sí: la ventilación pulmonar, que mueve el gas hacia adentro y hacia afuera de los pulmones; la circulación cardiovascular, que mueve la sangre por el cuerpo; y la difusión tisular, que transporta el oxígeno molécula por molécula entre la sangre y el tejido. El oxígeno que la ventilación pulmonar trae hasta los alvéolos debe cruzar después, molécula por molécula, hacia la sangre que circula por los capilares que rodean cada alvéolo: esa es la difusión tisular, y la tasa a la que el oxígeno atraviesa esa barrera entre alvéolo y capilar es directamente proporcional a la diferencia de presión parcial de oxígeno entre ambos lados, de modo que cuanto mayor es esa diferencia de presión, más rápido se transfiere el oxígeno hacia la sangre. Una vez que el oxígeno entra a la sangre, la fracción de la hemoglobina que efectivamente lo transporta unido a ella —su saturación de oxígeno— no crece de forma proporcional a la presión parcial de oxígeno disponible, sino que sigue una curva en forma de S: se aplana en los extremos, tanto a presiones muy bajas como muy altas, y sube de forma pronunciada en un tramo central de presiones intermedias. Esa curva, además, se desplaza según la temperatura de la sangre, su acidez y la cantidad de dióxido de carbono disuelto en ella: cuando la sangre se calienta, se acidifica o acumula más dióxido de carbono, la hemoglobina suelta el oxígeno con más facilidad para un mismo nivel de presión, un desplazamiento de la curva que tiene consecuencias críticas cuando el animal atraviesa una hipoxia severa.
ID:6018
Grupo 8: Grupo 8: Límite de apnea por acumulación de CO₂
Descripción
¿Cómo termina la apnea cuando el CO₂ sanguíneo activa el reflejo respiratorio?
Pregunta clave: ¿Cómo termina la apnea cuando el CO₂ sanguíneo activa el reflejo respiratorio?
En los mamíferos que bucean, es esta misma cadena la que impone el límite a la apnea: la apnea se mantiene mientras la concentración de dióxido de carbono en la sangre permanece baja, y termina en el momento en que esa concentración se eleva lo suficiente como para activar el reflejo respiratorio, forzando al animal a volver a respirar.
ID:6019