Ejercicios: Las estructuras de la nutrición

Enumera los cuatro procesos de la nutrición animal y explica en una frase la función de cada uno, indicando qué ocurriría a una célula si fallara cualquiera de ellos.

Ordena el recorrido de un bocado de alimento por el tubo digestivo humano, desde la boca hasta el ano, nombrando todos los órganos que atraviesa.

Diferencia digestión mecánica y digestión química, y pon un ejemplo de cada una en la boca y otro en el estómago.

Nombra las glándulas anejas del aparato digestivo humano (glándulas salivales, hígado y páncreas) e indica qué sustancia vierte cada una al tubo digestivo y para qué sirve.

Explica las dos funciones del estómago (mecánica y química) y razona por qué su jugo ácido no digiere la propia pared del estómago (capa de mucus, renovación celular).

Indica en qué tramo del tubo digestivo se absorbe la mayoría de los nutrientes y describe las adaptaciones que multiplican su superficie (longitud, pliegues, vellosidades y microvellosidades).

Diferencia ventilación pulmonar, intercambio de gases (respiración externa e interna) y respiración celular, indicando dónde ocurre cada proceso y qué papel juega la sangre entre ellos.

Explica la función del riñón en la formación de la orina y qué sustancias elimina, y diferencia excreción (urea, sales, agua) de egestión (heces), razonando por qué las heces no son producto del metabolismo celular.

Compara la respiración branquial, traqueal y pulmonar: en qué grupo de animales aparece cada una, qué superficie de intercambio utiliza y a qué medio (acuático o terrestre) está adaptada.

Explica la diferencia entre un sistema circulatorio abierto y uno cerrado, y entre una circulación simple y una doble, citando un grupo animal representativo de cada caso y una ventaja de la circulación doble.

Observa la imagen del aparato digestivo humano. a) Describe qué le ocurre al alimento en las estructuras 1, 4 y 8. b) Indica qué estructuras numeradas son glándulas anejas, es decir, las que no forman parte del tubo digestivo, y qué vierte cada una al tubo. c) Ordena según el recorrido del bolo las estructuras 1, 3, 4, 8, 9 y 11.

Describe el recorrido del aire desde la nariz hasta los alvéolos (faringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos) y explica qué adaptaciones hacen del alvéolo un lugar ideal para el intercambio gaseoso (pared finísima, red capilar, humedad, superficie total).

El aire inspirado contiene un $21\ \%$ de $\text{O}_2$ y un $0.04\ \%$ de $\text{CO}_2$; el espirado, un $16\ \%$ de $\text{O}_2$ y un $4\ \%$ de $\text{CO}_2$. Interpreta esas cifras: qué demuestran sobre la eficiencia del intercambio, por qué no se extrae todo el oxígeno y por qué la ventilación boca a boca puede oxigenar a otra persona.

Describe el recorrido de la sangre por los circuitos menor y mayor partiendo del ventrículo derecho, nombrando las cavidades cardíacas, las válvulas y los grandes vasos que atraviesa, y explica qué cambio sufre la sangre en los pulmones y en los tejidos.

Compara la estructura de arterias, venas y capilares (grosor y composición de la pared, diámetro, presencia de válvulas) y relaciónala con su función y con la presión de la sangre que transportan.

El hígado es la «central metabólica» del cuerpo: describe tres de sus funciones (almacenamiento de glucógeno, fabricación de urea, producción de bilis, desintoxicación) y razona por qué su fallo afecta a la vez a la digestión, a la excreción y a la composición de la sangre.

Un equipo de paleontología analiza los restos de dos mamíferos extintos de tamaño similar (~50 kg). La especie A posee molares desgastados con crestas de esmalte pronunciadas (lofodontos) y un volumen de la cavidad abdominal que sugiere un aparato digestivo de gran capacidad; la especie B presenta molares con cúspides afiladas cortantes (secodontos) y una cavidad abdominal notablemente reducida.

1. a) Predice y justifica de forma comparativa la longitud relativa del tubo digestivo y el tiempo de retención del alimento en ambas especies a partir de las limitaciones químicas para degradar la celulosa frente a las proteínas.
2. b) Si a un animal vivo con una anatomía digestiva análoga a la especie A se le administra un tratamiento prolongado con antibióticos de amplio espectro, sufre una pérdida drástica de masa corporal a pesar de seguir consumiendo abundante forraje. Justifica este fenómeno a nivel bioquímico y fisiológico.
3. c) ¿Por qué la selección natural no ha favorecido un tubo digestivo hipertrofiado y con fermentación microbiana en carnívoros estrictos si esto les permitiría extraer nutrientes de los vegetales cuando escasean las presas?

Analiza los siguientes dos escenarios fisiológicos sobre la excreción del nitrógeno:

• Caso 1: Los renacuajos de los anfibios son amoniotélicos obligados, pero durante la metamorfosis a adultos terrestres activan los genes de las enzimas del ciclo de la ornitina y se vuelven ureotélicos.

• Caso 2: El embrión de los mamíferos placentarios elimina urea a través de la placenta, mientras que el embrión de aves y reptiles encierra sus desechos nitrogenados en el interior del huevo con cáscara (cleidoico).

1. a) Justifica el cambio de excreción en la metamorfosis del anfibio evaluando el compromiso (trade-off) entre toxicidad celular, disponibilidad hídrica del medio y coste energético en moléculas de ATP.
2. b) Predice las consecuencias fisiológicas y osmóticas para el desarrollo de un embrión de ave si sufriera una mutación que le impidiera sintetizar ácido úrico y excretara únicamente urea dentro del huevo. Compara su viabilidad con la del embrión de mamífero.
3. c) Un estudiante afirma: «El ácido úrico es la mejor estrategia evolutiva para cualquier animal porque permite ahorrar agua sin ningún coste biológico». Rebate esta afirmación con argumentos termodinámicos y metabólicos.

Se suministra a un voluntario glucosa marcada con un isótopo radiactivo ($^{14}\text{C}$) por vía oral y se le hace inhalar aire enriquecido con oxígeno pesado ($^{18}\text{O}$). Durante una sesión de ejercicio muscular intenso en los brazos, se analiza el metabolismo de sus tejidos.

1. a) Traza cronológicamente el camino de la glucosa radiactiva desde la luz del intestino delgado hasta el sarcoplasma de una fibra muscular del bíceps, especificando los cuatro aparatos de la nutrición implicados, las membranas o barreras biológicas que cruza y el tipo de transporte que utiliza.
2. b) Un compañero afirma: «El $\text{CO}_2$ que expulsa el deportista por los pulmones contiene directamente el $^{18}\text{O}$ inhalado, y el nitrógeno del catabolismo de las proteínas musculares se convierte en urea dentro del propio músculo antes de pasar a la sangre». Rebate ambas afirmaciones justificando el destino bioquímico del $^{18}\text{O}$ en la cadena respiratoria y el papel del ciclo glucosa-alanina y del hígado en la excreción nitrogenada.
3. c) Predice qué alteraciones homeostáticas ocurrirían en el pH y la composición sanguínea si se produjera un fallo transitorio de la perfusión renal durante el esfuerzo, y qué mecanismo respiratorio compensador se activará de forma inmediata.

En 1984, Barry Marshall desafió el paradigma médico de que «ninguna bacteria puede colonizar el estómago humano» ingiriendo un cultivo de Helicobacter pylori.

1. a) En un laboratorio se inocula H. pylori en dos medios a $\text{pH} = 2.0$: Medio 1 (caldo nutritivo habitual) y Medio 2 (caldo nutritivo suplementado con urea al 0.5 %). Las bacterias mueren rápidamente en el Medio 1, pero proliferan en el Medio 2 elevando localmente el pH alrededor de las colonias y liberando amonio ($\text{NH}_4^+$). Interpreta este experimento explicando el mecanismo adaptativo de la bacteria y el daño químico directo que ocasiona sobre la barrera mucosa del epitelio gástrico.
2. b) Un paciente con úlcera gástrica toma durante un mes inhibidores de la bomba de protones (antiácidos). La sintomatología remite por completo, pero al mes de suspender la medicación la úlcera reaparece con mayor gravedad. Justifica por qué este tratamiento sintomático no es curativo y por qué se requiere terapia combinada con antibióticos a nivel tisular y poblacional bacteriano.
3. c) Evalúa el autoexperimento de Marshall aplicando los postulados de Koch: indica cuáles llegó a satisfacer en su propia persona y señala qué limitaciones metodológicas y éticas presenta este procedimiento respecto a un ensayo clínico moderno.

Se evalúa la función cardiorrespiratoria de dos personas de 60 años con la misma masa corporal:

• Sujeto A (no fumador): Capacidad pulmonar total normal, volumen espiratorio forzado en el primer segundo ($\text{FEV}_1$) de 3.4 L y hematocrito del 44 %.

• Sujeto B (fumador de 25 cigarrillos/día durante 35 años): Pulmones hiperinsuflados, $\text{FEV}_1$ de 1.1 L, capacidad de difusión alveolar de monóxido de carbono ($\text{DLCO}$) reducida al 45 % del valor teórico y hematocrito del 55 %.

1. a) Aplica la ley de Fick sobre la difusión de gases a través de las membranas biológicas para justificar por qué la rotura de los tabiques interalveolares (enfisema) y la pérdida de elasticidad pulmonar provocan el colapso de la $\text{DLCO}$ y disnea grave al realizar un esfuerzo moderado.
2. b) Justifica a nivel fisiológico por qué el Sujeto B presenta poliglobulia (hematocrito del 55 %), relacionando la alteración en el intercambio de gases con la respuesta endocrina renal.
3. c) Un producto comercial asegura «regenerar las paredes alveolares y limpiar la elastina destruida en fumadores en solo tres meses». Rebate esta afirmación con argumentos histológicos sobre la capacidad mitótica y de regeneración del parénquima alveolar.

Un paciente presenta en reposo cifras sostenidas de presión arterial de $160/105\ \text{mm Hg}$. Su analítica muestra una tasa de filtración glomerular disminuida y microalbuminuria (fuga de proteínas en la orina), junto con hipertrofia concéntrica del ventrículo izquierdo en el ecocardiograma.

1. a) Justifica qué refleja biofísicamente cada cifra ($160\ \text{mm Hg}$ sistólica y $105\ \text{mm Hg}$ diastólica) en función de la descarga sistólica cardíaca, la elasticidad de las grandes arterias y la resistencia vascular periférica ofrecida por las arteriolas.
2. b) Explica el círculo vicioso que se establece entre la hipertensión arterial, el daño a la microvasculatura renal y la activación desregulada del sistema renina-angiotensina-aldosterona, deduciendo cómo afecta esto a la volemia y a la presión sanguínea.
3. c) Justifica por qué el ventrículo izquierdo se hipertrofia ante una hipertensión crónica mientras que el ventrículo derecho suele mantener inicialmente su grosor original, y predice por qué el daño vascular silente aumenta el riesgo de ictus cerebral y rotura de capilares.

Un paciente con enfermedad renal crónica avanzada acude a hemodiálisis. En la máquina, su sangre circula en contracorriente separada por una membrana semipermeable de un líquido de diálisis formulado con: concentración de urea = $0\ \text{mmol/L}$, $\text{K}^+ = 2.0\ \text{mmol/L}$ (frente a los $5.8\ \text{mmol/L}$ del plasma del paciente), glucosa = $5.5\ \text{mmol/L}$ y bicarbonato = $35\ \text{mmol/L}$.

1. a) Explica mediante gradientes de concentración y procesos de transporte pasivo por qué el dialisado debe tener exactamente esas concentraciones relativas de solutos, y predice qué catástrofe celular ocurriría si el líquido de diálisis se sustituyera accidentalmente por agua destilada pura.
2. b) Aunque la diálisis normaliza semanalmente las toxinas nitrogenadas y los electrolitos, el paciente manifiesta anemia severa y calcificaciones anómalas en los vasos unidas a descalcificación ósea (osteodistrofia). Justifica por qué la diálisis mecánica es incapaz de revertir estos dos problemas, indicando qué funciones endocrinas de la nefrona sana están anuladas.
3. c) Compara la hemodiálisis y el trasplante renal evaluando las ventajas hemodinámicas y endocrinas del riñón injertado frente al compromiso que suponen los fármacos inmunosupresores para evitar el rechazo.

Durante una prueba en cinta ergométrica se monitorizan los parámetros cardiovasculares de una atleta, observando los siguientes cambios entre el estado de reposo y el ejercicio extenuante:

• El gasto cardíaco pasa de $5.0\ \text{L/min}$ a $24.0\ \text{L/min}$.

• El porcentaje del flujo sanguíneo dirigido al músculo esquelético sube del 20 % al 84 %.

• La irrigación del territorio esplácnico (estómago e intestinos) cae del 24 % al 2.5 %.

• La concentración plasmática de lactato aumenta de $1.1\ \text{mmol/L}$ a $12.5\ \text{mmol/L}$.

1. a) Explica mediante qué mecanismos de control autónomo simpático y autorregulación metabólica local por metabolitos tisulares se consigue coordinar simultáneamente la vasoconstricción visceral y la vasodilatación en el músculo activo.
2. b) Si la atleta hubiese ingerido una comida copiosa rica en lípidos y proteínas una hora antes de la prueba, predice qué conflicto hemodinámico de reparto sanguíneo se originaría y qué consecuencias tendría tanto en su rendimiento como a nivel digestivo.
3. c) Al finalizar la carrera de forma brusca, la ventilación y el consumo de oxígeno se mantienen muy por encima de los valores basales durante más de 15 minutos (deuda de oxígeno o EPOC). Justifica bioquímicamente a qué procesos metabólicos y celulares en el hígado y en el músculo se destina ese consumo adicional de $\text{O}_2$.