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 le ocurriría a una célula si fallara cualquiera de ellos.

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.

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 costo 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 costo biológico». Rebate esta afirmación con argumentos termodinámicos y metabólicos.

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 accesorias 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 mucosidad, 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).

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 accesorias, es decir, las que no forman parte del tubo digestivo, y qué vierte cada una al tubo. c) Ordena según el recorrido del bolo alimenticio las estructuras 1, 3, 4, 8, 9 y 11.

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.

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.

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.

Se le da 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.

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?

Reto del tema. Diseña un informe comparativo sobre la respuesta fisiológica y estructural al esfuerzo en el reino animal.

1. Obtención de datos: Consulta en la web del Servicio Meteorológico Nacional (NWS) la temperatura actual de tu ciudad. A continuación, mide tu frecuencia cardíaca ($f_c$) y tu frecuencia respiratoria ($f_r$) en reposo y justo después de subir escaleras a paso ligero durante $1.5$ minutos.

2. Integración humana: Elabora una tabla con tus datos y justifica cómo coordinan tus aparatos (digestivo, respiratorio, circulatorio y excretor) el aporte de nutrientes y $O_2$ a los tejidos, así como la termorregulación y la eliminación de desechos metabólicos durante el ejercicio.

3. Fisiología comparada: Elige un invertebrado (por ejemplo, un saltamontes) y redacta una propuesta razonada explicando cómo sus estructuras de nutrición (tubo digestivo, tráqueas, sistema circulatorio abierto y tubos de Malpighi) resolverían metabólicamente ese mismo incremento de actividad a la temperatura ambiental registrada.

Producto final: Informe breve (máximo dos páginas) con tabla de datos propios y análisis funcional comparativo.

Se valorará:

• Precisión en la toma, tabulación e interpretación de los datos fisiológicos y meteorológicos.

• Rigor al explicar la acción coordinada de los cuatro sistemas de nutrición en humanos frente al esfuerzo.

• Coherencia científica al comparar las estructuras homólogas y análogas entre vertebrados e invertebrados.