Un organismo vivo, se clasifica como un sistema abierto porque intercambia materia, energía e información con su entorno.
Este triple intercambio es esencial para la operación de las diferentes funciones que nos mantienen con vida.
La homeostasis es el proceso mediante el cual los organismos mantienen condiciones internas estables y equilibradas (dentro de ciertos rangos), regulando activamente diversos parámetros tales como la temperatura, el pH, la presión osmótica y otras variables fisiológicas. Esto asegura un ambiente interno viable para el funcionamiento celular.
Algunos ejemplos de intercambios con el entorno en los organismos vivos incluyen:
- Intercambio de gases en la respiración: Los organismos toman oxígeno del aire en su entorno y liberan dióxido de carbono como resultado del metabolismo celular.
- Intercambio de materia durante la ingestión y excreción: Los organismos obtienen nutrientes al ingerir alimentos y líquidos, absorbiendo sustancias nutritivas del entorno y eliminando desechos no digeribles. Aquello que no puede utilizarse o es desecho metabólico, se elimina a través de la orina, las heces, la transpiración o la respiración.
- Intercambio de calor: Los organismos intercambian calor con su entorno para regular la temperatura interna y mantener las condiciones para sus procesos biológicos.
- Reproducción: La reproducción implica intercambio genético (fluidos, materia e información a la misma vez) entre organismos de la misma especie para generar descendencia.
- Información: es otro aspecto crucial del funcionamiento de los sistemas biológicos como sistemas abiertos. Este intercambio de información (incluida la comunicación) puede ocurrir a través de las señales que procesan los órganos de los sentidos junto con el sistema nervioso central.
Algunos ejemplos de intercambios de información:
Comunicación celular: Las células pueden comunicarse entre sí mediante señales químicas, como hormonas o neurotransmisores, para coordinar funciones específicas del organismo.
Señales del sistema nervioso: En organismos más complejos, como animales superiores, el sistema nervioso facilita la transmisión rápida de información a través de impulsos eléctricos y neurotransmisores.
Herencia y genética: La información genética se transmite de una generación a otra a través de la reproducción, donde (cuando es sexual) se produce una combinación del material genético de los progenitores.
Estímulos sensoriales: Los organismos pueden recibir información de su entorno y responder a través de diferentes mecanismos. Los órganos de los sentidos permiten ajustar la conducta a las condiciones cambiantes del ambiente.
Bordes
Los “bordes” o las “fronteras” de un sistema vivo abierto pueden no ser tan claros y definidos como los de sistemas simples o mecánicos. Los sistemas vivos interactúan constantemente con su entorno, lo que puede hacer que la delimitación exacta sea más difícil de establecer.
Algunas razones por las cuales los “bordes” de un sistema vivo pueden ser menos claros incluyen:
Intercambio continuo con el entorno: Los organismos vivos están constantemente intercambiando materia, información y energía con su entorno. La entrada y salida de sustancias, así como las interacciones con otros organismos, ocurren de manera continua, lo que hace que sea desafiante establecer límites precisos entre “lo interno” y “lo externo”.
Niveles de organización: Los organismos vivos tienen múltiples niveles de organización, desde moléculas y células hasta tejidos, órganos y sistemas. Estos niveles están interconectados, y la delimitación de las fronteras puede volverse borrosa debido a la complejidad de estas interacciones.
Adaptabilidad: Los sistemas vivos son inherentemente adaptables. Pueden cambiar su estructura y función en respuesta a estímulos ambientales, lo que significa que sus fronteras pueden modificarse dinámicamente según las condiciones y las necesidades.
Interconexión de sistemas: Los sistemas biológicos están interconectados. Las funciones de un sistema pueden depender de la integración de información y recursos de otros sistemas, lo que hace que las fronteras sean más permeables.
Conceptualmente, los biólogos utilizan el término «sistema» para describir entidades con funciones y propiedades específicas. A pesar de la falta de límites precisos, el enfoque en la estructura y función de un conjunto de componentes interrelacionados sigue siendo útil en la comprensión (teórica) de los organismos vivos.
La capacidad de un sistema biológico para adaptarse y responder a su entorno es esencial para mantener la homeostasis y sobrevivir en un ambiente en constante cambio.
Importancia de la Respiración
La respiración es el principal intercambio físico con el entorno, incluso es un intercambio de mucha mayor magnitud (peso contra peso) que la propia ingesta de alimentos y bebidas.
- Respiramos @17.300 veces por día y @6,3 millones de veces al año
- En volumen son @8000 litros de aire por día y @2,9 millones de litros al año
- Ese aire equivale en peso a unas @3,7 toneladas en un año
- Esto compara contra las @0,66 toneladas de comida y los @1000 litros de agua que consumimos
- Unos @22 arboles deben estar a mi exclusivo servicio todo el año, solo para que yo logre respirar
Cuando hacemos dieta para bajar de peso o cuando hacemos actividad física y quemamos grasa corporal, tanto el oxígeno utilizado en esa reacción como el dióxido de carbono que se produce, se intercambian inhalando y exhalando mediante la respiración. Lo que puede sorprender es que el 84% del peso de la grasa que utilizamos deja nuestro cuerpo exhalado como gas (CO2). Apenas un 16% del peso de la grasa consumida se elimina integrado al agua de la transpiración, la orina o las heces.
Para comprender la fisiología de la respiración y la dinámica de estos gases clave (O2 y CO2), hablaremos ahora un poco de los efectos Haldane y Bohr, dos conceptos fundamentales y complementarios para entender cómo funciona el sistema respiratorio.
Efecto Haldane
El efecto Haldane se refiere a la influencia de la presión parcial de oxígeno en la afinidad de la hemoglobina por el dióxido de carbono.
Cuando el oxígeno se une a la hemoglobina en los glóbulos rojos de la sangre, se produce una disminución en la afinidad de esa molécula de hemoglobina por el dióxido de carbono. Esto significa que cuando la hemoglobina está saturada de oxígeno (por ejemplo, en los pulmones), tiene una menor capacidad para unirse y retener el CO2, lo cual facilita su liberación en los alvéolos pulmonares para ser eliminado al entorno con la exhalación.
Efecto Bohr
El efecto Bohr en pH describe cómo la acidez afecta la capacidad de la hemoglobina para unirse al oxígeno.
En condiciones ácidas, como las que se encuentran en los tejidos metabólicamente activos, la hemoglobina tiene menor afinidad por el oxígeno. Esto significa que en los tejidos, donde la acidez aumenta debido a la producción de ácido láctico, dióxido de carbono, ácido carbónico y otros metabolitos, la hemoglobina libera el oxígeno para que esos tejidos lo utilicen en sus procesos metabólicos.
El efecto Bohr permite que el oxígeno se libere allí donde se necesita utilizar, es decir, en los tejidos que están llevando a cabo procesos metabólicos intensivos (entorno más ácido, con mayor temperatura local y con mayor concentración de CO2).
Ambos efectos, Haldane y Bohr, trabajan en conjunto para asegurar la eficiente captación de oxígeno en los pulmones y su liberación en los tejidos, así como también el proceso inverso de captar el dióxido de carbono en los tejidos y liberarlo en los pulmones.
Efecto Bohr de la Temperatura
La temperatura también influye en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, y esta relación se conoce como el «efecto Bohr modificado» o «efecto Bohr de la temperatura». En general, a medida que la temperatura aumenta, la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno disminuye. A temperaturas más altas, la hemoglobina tiende a liberar con más facilidad el oxígeno.
La temperatura local se eleva en los tejidos a raíz de la actividad intensa (por ejemplo, ejercicio, lucha o huida, estrés, etc.).
La temperatura, el pH y la presión parcial del O2 y el CO2, contribuyen a la capacidad dinámica de la hemoglobina para ajustar su afinidad a estos gases en respuesta a las condiciones.
Otros Factores
Además de estos aspectos mencionados, hay otros factores que afectan la respiración normal, estos incluyen:
- La presión parcial de oxígeno y de dióxido de carbono en el ambiente
- La actividad física
- El estado emocional y el estrés
- La postura o posición corporal
- La edad y la condición física
- Ciertas hormonas y biomoléculas
Estos son algunos de los factores que pueden influir en la respiración normal (sin mencionar fármacos o patologías médicas). La regulación de la respiración es un proceso complejo que se adapta a diversas condiciones para garantizar un balance adecuado de oxígeno y dióxido de carbono en todos los órganos y tejidos del organismo.
Transporte del CO2 desde los tejidos y órganos hacia los pulmones
Esto ocurre mediante tres mecanismos:
- Convertido en bicarbonato (HCO3-): Un 70% del CO2 se convierte en bicarbonato (HCO3-) en el plasma sanguíneo mediante la enzima anhidrasa carbónica (glóbulos rojos).
- Unido a la hemoglobina: Aproximadamente otro 23% del CO2 se une directamente a la hemoglobina en los glóbulos rojos para formar carbaminohemoglobina.
- Disuelto en el plasma: Alrededor del 7% del CO2 transportado en la sangre se encuentra disuelto en el plasma.
Difusión del CO2
La anhidrasa carbónica es la enzima que cataliza la inter conversión reversible de CO2 y bicarbonato del siguiente modo: CO2 + H2O ⇌ HCO3- + H+
El CO2 difunde luego según el gradiente de concentración. Cuando ocurre en el pulmón, esto permite la exhalación del CO2 hacia el entorno.
Factores que afectan el transporte del CO2
- Presión parcial de CO2
- Flujo sanguíneo
- Capacidad de transporte de CO2
- Ventilación pulmonar
Consecuencias prácticas
ppO2 ↘ en pulmones + ppCO2 ↗ en tejidos
Hipoventilación
- Vasodilatación periférica
- Relajación de la musculatura lisa (incluida la vascular)
- Dilatación de bronquios y capilares pulmonares
- Relajación del sistema nervioso (calma)
- Relajación de los músculos estriados
- Mayor flujo sanguíneo en cerebro
- Mayor CO2 disuelto en sangre, se reduce pH (acidifica)
ppO2 ↗ en pulmones + ppCO2 ↘ en tejidos
Hiperventilación
- Vasoconstricción periférica (reduce sangrados)
- Contracción de la musculatura lisa (incluida la vascular)
- Contracción de los bronquios y capilares pulmonares
- Estimulación del sistema nervioso (irritabilidad, excitabilidad)
- Estimulación de los músculos estriados (mayor excitabilidad)
- Menor flujo sanguíneo en cerebro
- Menos CO2 disuelto en sangre, se incrementa pH (alcaliniza)
Trabajando voluntariamente sobre nuestra respiración
Podemos trabajar sobre nuestra respiración alterando voluntariamente los siguientes parámetros:
- Cadencia (inhalaciones y exhalaciones por minuto)
- Duración (tiempo en segundos para ejecutar cada fase)
- Volumen o Capacidad (litros o porcentaje de la capacidad pulmonar máxima)
- Fuerza aplicada (contracción muscular para inhalar o exhalar)
- Detenciones voluntarias (aguantar con o sin aire en los pulmones)
Beneficios de las técnicas respiratorias
Las diferentes técnicas respiratorias que existen (respiración diafragmática, de fuego o kapalabhati, Whim Hof, Buteyko, bhastrika o de fuelle, anuloma viloma o de fosa nasal alterna, etc.), alteran el ritmo normal, inconsciente y automático de la respiración mediante la ejecución de cambios voluntarios en la cadencia, la duración de la exhalación y de la inhalación, el volúmen de aire, la fuerza aplicada, o el tiempo de la detención (con o sin aire dentro). Esto a su vez provoca cambios en la dinámica de la sangre (presión, flujo), en los parámetros bioquímicos (oxigenación, acidez, óxido nítrico), en el ritmo cardíaco (pulsaciones por minuto), en el calibre de los vasos sanguíneos y en la mayor o menor excitabilidad del sistema nervioso.
Por ello, desde hace cientos de años, en diversas disciplinas orientales (yoga, meditación, artes marciales, tai-chi, etc.), la respiración reviste una importancia clave.
Con los ejercicios de respiración lo que estamos haciendo es controlar los cambios asociados a la hiper e hipo ventilación que se han descripto en el apartado anterior «Consecuencias Prácticas». Por ello es importante entender la fisiología de lo que estamos haciendo para hacerlo bien (y evitar errores o locuras).
Los occidentales, hemos ido descubriendo lenta y progresivamente los diversos beneficios de estas prácticas respiratorias. A través de sucesivos estudios científicos, se han podido evidenciar los siguientes:
- Estimulación del sistema inmune
- Mejora de la concentración
- Mejora del bienestar mental
- Mejora la fuerza de voluntad
- Incrementa la energía, calor por termogénesis
- Controla algunos síntomas de la fibromialgia
- Alivia algunos síntomas de depresión y la ansiedad
- Alivia el estrés
- Mejora la calidad del sueño
- Mejora el rendimiento deportivo
Asimismo, los malos hábitos y las enfermedades que afectan nuestra forma de respirar (EPOC, asma, alergia, obesidad, hipo, etc.), cuando se sostienen a lo largo del tiempo, también han demostrado tener múltiples consecuencias negativas para la salud.
Consecuencias de hiperventilar crónicamente
-> CO2 ↘ en tejidos
Respirar mal, respirar por la boca, respirar en exceso, agitación, respiración acortada por obesidad, estrés crónico, etc.
AFECTA
- Sistema Cardiopulmonar
- Sistema Gastrointestinal (GI)
- Sistema Nervioso Central (SNC)
- Sistema Vascular
RELACIONADO CON
- Enfermedades cardíacas
- Enfermedades mentales
- Cáncer
- Obesidad
- Diabetes
Claramente, las personas que tienen un ritmo respiratorio y cardíaco más lento y pausado, manteniendo una concentración algo mayor de CO2 en los tejidos internos, gozan de mejor salud que aquellas que respiran con agitación, alta frecuencia, haciendo respiraciones más cortas, un ritmo cardíaco acelerado y menor tolerancia a una prueba de apnea.
La prueba de esfuerzo electrocardiográfica, la espirometría, o la combinación de ambas (ergo espirometría), son tests muy valiosos que pueden realizarse para ver progresos (ej. en deportistas de alto rendimiento), o para detectar patologías en personas que hacen un chequeo médico (de alta calidad).
Conclusiones
La ejercitación consistente y disciplinada de una o varias técnicas respiratorias es un ejercicio muy positivo para la salud integral del cuerpo y de la mente.
Además, respirar conscientemente es un paso necesario en el crecimiento dentro de disciplinas tales como el yoga, la meditación o incluso las artes marciales, ya que contribuye a mantener el foco y la concentración en el presente (aquí y ahora), minimizando las múltiples distracciones y divagaciones -mentales o emocionales- que aparecen durante la práctica.
Para quienes quieran profundizar un poco en la visión budista de la respiración y el flujo del prana toquen este mismo link adjunto.
En vista de que los ejercicios y técnicas respiratorias ponen al sistema cardiovascular bajo cierto nivel de exigencia (cambios de presión sanguínea, de flujo, nivel de oxígeno en el cerebro, cambios de ritmo cardíaco, etc.), siempre es conveniente consultar al médico antes de comenzar la práctica y hacerlo con progresividad, seguridad y consejo experto.
Nota del Lic. Leandro Javier Pérez Surraco
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