En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Cómo trabajan juntos los sistemas de órganos para mantener en equilibrio a un organismo?
Ningún sistema de órganos te mantiene vivo por sí solo. En esta lección verás cómo cooperan los sistemas circulatorio, respiratorio, digestivo y excretor para entregar lo que las células necesitan y eliminar lo que no, y cómo los ciclos de retroalimentación mantienen estables las condiciones del cuerpo.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Los sistemas trabajan juntos
- Las células forman tejidos, los tejidos forman órganos y los órganos forman sistemas de órganos
- Un sistema de órganos es un grupo de órganos con una función en común
- El sistema respiratorio introduce oxígeno
- El sistema digestivo introduce nutrientes
- El sistema circulatorio los entrega a todas las células
Un sistema de órganos es un grupo de órganos que trabajan juntos para cumplir una función. Las células necesitan oxígeno y nutrientes, y deben deshacerse del dióxido de carbono y de otros desechos. El sistema respiratorio introduce oxígeno y elimina dióxido de carbono, y el sistema digestivo descompone el alimento y absorbe los nutrientes. El sistema circulatorio los conecta: su sangre lleva oxígeno y nutrientes a cada célula y se lleva los desechos. Después, el sistema excretor elimina los desechos y el exceso de agua de la sangre. Si un sistema falla, las células de todo el cuerpo pueden verse afectadas.
Intercambio de gases
- El aire llega a unos sacos diminutos llamados alvéolos
- Cada alvéolo está junto a un capilar sanguíneo
- El O2 se difunde hacia la sangre
- El CO2 se difunde hacia afuera de la sangre
El aire que inhalas llega a millones de sacos diminutos de los pulmones llamados alvéolos. Cada alvéolo está rodeado de capilares. El oxígeno está más concentrado en el aire que en la sangre, así que se difunde hacia la sangre, y el dióxido de carbono está más concentrado en la sangre, así que se difunde hacia el aire para ser exhalado. La pared delgada y el área superficial total tan grande de los muchos alvéolos hacen que este intercambio sea rápido, que es la idea del área superficial de la lección 6.8.
Entran nutrientes, salen desechos
- El intestino delgado tiene vellosidades, pliegues en forma de dedos
- Los nutrientes pasan por la pared delgada hacia los capilares
- Los riñones filtran los desechos y el exceso de agua de la sangre
- Las sustancias útiles se quedan en la sangre
La pared interna del intestino delgado está cubierta de pliegues en forma de dedos llamados vellosidades, y cada una tiene un capilar adentro. Los nutrientes digeridos pasan por la pared delgada hacia el capilar y la sangre se los lleva. Los riñones, que forman parte del sistema excretor, filtran la sangre. Los desechos y el exceso de agua salen del cuerpo en la orina, y las sustancias útiles se quedan en la sangre. Las vellosidades son otro ejemplo de una estructura que aumenta el área superficial.
Transporte en las plantas
- El xilema lleva agua y minerales disueltos de las raíces a las hojas
- El floema lleva azúcares de donde se producen a donde se usan o se almacenan
- Los estomas dejan entrar dióxido de carbono y dejan salir oxígeno y vapor de agua
| Estructura | Qué mueve | Dirección |
|---|---|---|
| Xilema | Agua y minerales disueltos | De las raíces hacia arriba, a las hojas |
| Floema | Azúcares producidos por la fotosíntesis | De donde se producen a donde se usan o se almacenan |
| Estomas | Dióxido de carbono, oxígeno y vapor de agua | Dióxido de carbono hacia adentro; oxígeno y vapor de agua hacia afuera |
Las plantas no tienen corazón ni pulmones, pero aun así necesitan mover materiales de un lado a otro. El xilema es un conjunto de tubos que lleva agua y minerales disueltos de las raíces hacia arriba, a las hojas. El floema es un conjunto de tubos que lleva azúcares de las hojas, donde se producen, a las partes de la planta que los usan o los almacenan, como las raíces, los frutos y las puntas en crecimiento. Unas aberturas diminutas en la superficie de la hoja, llamadas estomas, dejan entrar el dióxido de carbono para la fotosíntesis y dejan salir el oxígeno y el vapor de agua. La siguiente lección, 6.10, explica cómo las células guardianas abren y cierran los estomas.
Ciclos de retroalimentación
- Los ciclos de retroalimentación mantienen las condiciones dentro de un intervalo
- La retroalimentación negativa revierte un cambio
- La retroalimentación positiva refuerza un cambio
- La mayor parte de la homeostasis depende de la retroalimentación negativa
La homeostasis es el mantenimiento de condiciones estables dentro del cuerpo. Casi siempre funciona por retroalimentación negativa: cuando una condición cambia, el cuerpo responde de una manera que revierte el cambio. Cuando sube el dióxido de carbono de la sangre, aumenta la frecuencia respiratoria, lo que elimina dióxido de carbono y devuelve el nivel a su valor anterior. En la retroalimentación positiva, la respuesta refuerza el cambio. Cuando se corta un vaso sanguíneo, las plaquetas se pegan y liberan sustancias químicas que atraen más plaquetas, y el proceso se acelera hasta que un coágulo sella el corte.
Los sistemas responden al ejercicio
- Los músculos necesitan más oxígeno durante el ejercicio
- La frecuencia respiratoria y la frecuencia cardíaca suben
- Gasto cardíaco = frecuencia cardíaca x volumen sistólico
- Después, las dos frecuencias regresan hacia sus valores en reposo
Cuando haces ejercicio, tus músculos usan más oxígeno y producen más dióxido de carbono. El sistema respiratorio se acelera para introducir más oxígeno y eliminar dióxido de carbono, y el sistema circulatorio se acelera para entregarlo. El volumen de sangre que bombea el corazón cada minuto es el gasto cardíaco, que es igual a la frecuencia cardíaca x el volumen sistólico (el volumen que se bombea en cada latido). Después del ejercicio, la demanda baja y los dos sistemas regresan hacia sus valores en reposo. Esto es la homeostasis en acción.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Seguir el oxígeno
Usa el modelo para seguir una molécula de oxígeno desde el aire que inhalas hasta una célula muscular, y nombra el sistema de órganos responsable de cada paso.
Mostrar la solución
- El aire entra por la nariz o la boca y viaja a los alvéolos de los pulmones (sistema respiratorio).
- Intercambio de gases: el oxígeno se difunde del alvéolo a un capilar (sistemas respiratorio y circulatorio).
- Transporte: el corazón bombea la sangre hacia los músculos (sistema circulatorio).
- Entrega: en el músculo, el oxígeno se difunde del capilar a las células musculares.
- Respuesta: Sistema respiratorio, luego sistema circulatorio, luego células musculares.
Ejemplo 2: Datos del ejercicio
Un estudiante registró su frecuencia cardíaca y su frecuencia respiratoria antes, durante y después del ejercicio (datos de muestra). Escribe una afirmación, evidencia y razonamiento sobre cómo cambian las dos frecuencias.
| Tiempo (min) | Frecuencia cardíaca (latidos/min) | Frecuencia respiratoria (respiraciones/min) |
|---|---|---|
| 0 | 70 | 14 |
| 2 | 70 | 14 |
| 3 | 120 | 24 |
| 4 | 145 | 32 |
| 5 | 155 | 36 |
| 6 | 160 | 38 |
| 7 | 130 | 28 |
| 8 | 100 | 20 |
| 10 | 80 | 16 |
Mostrar la solución
- Afirmación: la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria suben durante el ejercicio y después regresan hacia sus valores en reposo.
- Evidencia: la frecuencia cardíaca subió de 70 a 160 latidos por minuto y la frecuencia respiratoria de 14 a 38 respiraciones por minuto en el minuto 6. En el minuto 10 eran 80 y 16.
- Razonamiento: los músculos que hacen ejercicio necesitan más oxígeno y producen más dióxido de carbono, así que los sistemas respiratorio y circulatorio trabajan más rápido. Después del ejercicio la demanda baja y las frecuencias disminuyen.
- Respuesta: Las dos frecuencias suben durante el ejercicio y bajan después.
Ejemplo 3: Gasto cardíaco
En reposo, el corazón de una persona late 70 veces por minuto y bombea 70 mL de sangre por latido. Durante el ejercicio, la frecuencia cardíaca es de 150 latidos por minuto y el volumen sistólico es de 100 mL. Halla el gasto cardíaco en reposo y durante el ejercicio, en litros por minuto, y cuántas veces mayor es durante el ejercicio.
| Condición | Frecuencia cardíaca (latidos/min) | Volumen sistólico (mL/latido) |
|---|---|---|
| Reposo | 70 | 70 |
| Ejercicio | 150 | 100 |
Mostrar la solución
- Fórmula: gasto cardíaco = frecuencia cardíaca x volumen sistólico.
- Reposo: 70 latidos/min x 70 mL/latido = 4,900 mL/min = 4.9 L/min.
- Ejercicio: 150 latidos/min x 100 mL/latido = 15,000 mL/min = 15.0 L/min.
- Comparar: 15.0 L/min / 4.9 L/min = cerca de 3.1, así que el gasto cardíaco es unas 3 veces mayor durante el ejercicio.
- Respuesta: 4.9 L/min en reposo y 15.0 L/min durante el ejercicio, unas 3.1 veces mayor.
Práctica
Describe las funciones de los sistemas de órganos, calcula el gasto cardíaco, lee datos de la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria durante el ejercicio y clasifica un ciclo de retroalimentación. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.
- Hoja de práctica: Sistemas de órganos (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: Sistemas de órganos (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Los sistemas de órganos trabajan juntos para abastecer a las células y eliminar desechos
- Los alvéolos y las vellosidades tienen áreas superficiales grandes para el intercambio
- La retroalimentación negativa revierte un cambio y mantiene la homeostasis
- La retroalimentación positiva refuerza un cambio
- Gasto cardíaco = frecuencia cardíaca x volumen sistólico
- En las plantas, el xilema lleva agua hacia arriba, el floema lleva azúcares y los estomas intercambian gases
De vuelta a la pregunta esencial: el sistema circulatorio conecta los sistemas respiratorio, digestivo y excretor con las células del cuerpo, así que llegan el oxígeno y los nutrientes y salen los desechos. Los ciclos de retroalimentación, sobre todo la retroalimentación negativa, mantienen estables las condiciones aunque cambien las demandas, como en el ejercicio. A continuación verás cómo responden las plantas y los animales a los cambios de su entorno.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS1-2: Desarrollar y usar un modelo para ilustrar la organización jerárquica de sistemas que interactúan y que cumplen funciones específicas dentro de organismos pluricelulares.
- HS-LS1-3: Planear y realizar una investigación para dar evidencia de que los mecanismos de retroalimentación mantienen la homeostasis.
Ideas disciplinarias básicas: LS1.A Estructura y función