Laboratorio virtual de espirómetro: volúmenes pulmonares

Este laboratorio virtual de espirómetro cubre las mediciones de volúmenes pulmonares de IB, A-level e IGCSE Biology. Los estudiantes respiran en un espirómetro virtual, leen en el registro el volumen corriente, los volúmenes de reserva inspiratoria y espiratoria y la capacidad vital, y calculan la ventilación pulmonar en reposo y durante el ejercicio. Después comparan unos pulmones sanos con el asma y terminan con la prueba del agua de cal sobre el aire inspirado y el espirado. Nadie comparte una boquilla, y todos los números de esta guía se leyeron en la simulación.

Relación con el currículo

• IB Biology B3.1 (intercambio de gases): medición de los volúmenes pulmonares, como el volumen corriente, la capacidad vital y los volúmenes de reserva, y de la frecuencia de ventilación.
• AQA A-level Biology 7402, sección 3.3.2: ventilación pulmonar = volumen corriente × frecuencia de ventilación, e interpretación de datos de espirómetro, incluidas las enfermedades pulmonares.
• Cambridge IGCSE Biology 0610, tema 11.1: el efecto de la actividad física sobre la frecuencia y la profundidad de la respiración, y el agua de cal como prueba del dióxido de carbono en el aire inspirado y en el espirado.

Simulic no está afiliado al IB, a AQA ni a Cambridge, ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pregunta: "Un estudiante sano pasa del reposo a un ejercicio moderado. ¿Qué les pasa a su volumen corriente y a su frecuencia respiratoria?" En un enlace de clase es la pregunta 1; la simulación se desbloquea cuando los estudiantes responden.

Método en la simulación

1. Abre la pestaña Espirómetro. Pon Pulmones en Sanos, deja Fumador sin marcar y pon Actividad en Reposo.
2. Espera tres respiraciones tranquilas. La línea bajo el registro muestra entonces el volumen corriente (VT), la frecuencia respiratoria y la ventilación pulmonar.
3. Pulsa Inspira al máximo y espira del todo (CV). Cuando los botones vuelvan a funcionar, pulsa Espiración forzada (FEV₁) y después Anotar resultados. Copia VRI, VRE y CV de la línea bajo el registro.
4. Pon Actividad en Ejercicio moderado y repite los pasos 2–3; después, en Ejercicio intenso.
5. Pon Pulmones en Asma (broncoconstricción) y Actividad en Reposo, y repite.

Persona	Frecuencia (por min)	VT (L)	Ventilación (L/min)	VRI (L)	VRE (L)	CV (L)	FEV₁/FVC (%)
Sana, reposo
Sana, moderado
Sana, intenso
Asma, reposo

Resultados esperados

Cada lectura del espirómetro lleva un error aleatorio de unos pocos por ciento, así que los valores son intervalos obtenidos en varios ensayos en el navegador.

Persona	Frecuencia	VT (L)	Ventilación (L/min)	VRI (L)	VRE (L)	CV (L)	FEV₁/FVC
Sana, reposo	14	0,49–0,52	6,8–7,2	3,0–3,2	1,2	4,67–4,87	81–82 %
Sana, moderado	22	1,58–1,64	34,7–35,8	2,3–2,4	0,8	4,68–4,80	82–83 %
Sana, intenso	31	2,50	77,0	1,5–1,6	0,7	4,80–4,84	81 %
Asma, reposo	20	0,44–0,46	8,8–9,2	2,8–2,9	0,9	4,13–4,21	60 %

• El ejercicio aumenta tanto la profundidad como la frecuencia: la ventilación se multiplica por cinco aproximadamente del reposo al ejercicio moderado. La capacidad vital no cambia; el volumen corriente extra sale de los volúmenes de reserva.
• El asma apenas cambia la CV, pero el FEV₁ baja a 2,3–2,5 L, así que FEV₁/FVC cae al 60 %: el patrón obstructivo. Con ejercicio intenso, la simulación indica que el cuerpo necesita 92 L/min, pero los pulmones solo pueden ventilar 71 L/min.
• Una persona fumadora sana dio FEV₁/FVC = 76 %.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) Del reposo al ejercicio moderado, ¿qué les pasa al volumen corriente y a la frecuencia respiratoria?
2. ¿Qué ajustes deben mantenerse iguales mientras comparas el reposo y el ejercicio?
3. ¿Cuál es la capacidad vital de la persona sana en reposo?
4. ¿Cuántas veces mayor es la ventilación en ejercicio moderado que en reposo?
5. Explica por qué durante el ejercicio aumentan tanto el volumen corriente como la frecuencia respiratoria.

Respuestas para el docente: (1) Los dos aumentan. (2) Pulmones (Sanos) y Fumador (sin marcar); solo cambia Actividad. (3) Se acepta 4,6–5,0 L. (4) Se acepta 4,5–5,5; la mayoría de los grupos obtienen unas 5 veces. (5) Los músculos que se contraen realizan la respiración celular más deprisa, así que necesitan más oxígeno y producen más dióxido de carbono. Una respiración más profunda y más rápida aumenta la ventilación y mantiene pronunciados los gradientes de concentración en los alvéolos.

Ideas erróneas frecuentes

• "La capacidad vital aumenta durante el ejercicio." La CV no cambia; el volumen corriente ocupa una parte mayor de ella.
• "Espirar siempre requiere músculos." La espiración tranquila se debe al retroceso elástico. Solo la espiración forzada usa los intercostales internos y los músculos abdominales.
• "El asma hace más pequeños los pulmones." La CV apenas cambia. El aire sale despacio por unas vías respiratorias estrechadas, así que el FEV₁ baja.
• "El aire espirado es casi todo dióxido de carbono." La tabla de la simulación muestra un 4 % de CO₂ y un 16 % de O₂ aproximadamente en el aire espirado.

Ampliación

• Práctica del agua de cal: abre Práctica del agua de cal, elige una Velocidad de ×30 y pulsa Empezar a respirar. En reposo, el tubo B (aire espirado) se enturbió a los 21–23 s, mientras que el tubo A (aire inspirado) seguía transparente a los 900 s. Después de un ejercicio moderado, el tubo A se enturbió a los 613–648 s; después de un ejercicio intenso, a los 295–314 s.
• Modelo de la campana: en Mecánica respiratoria, cambia Modelo a Campana y haz una lista de lo que el modelo no puede mostrar.

Preguntas frecuentes

¿Puede el enlace de clase abrirse en el espirómetro?

Sí. En la página Compartir, fija Pantalla en "Espirómetro" en los valores iniciales del enlace. También puedes fijar Pulmones, Fumador y Actividad. Si no, el paso 1 indica a los estudiantes que abran la pestaña.

¿Por qué están en gris los botones de CV?

El espirómetro está registrando una respiración. Espera a que el registro vuelva a la respiración tranquila; si se pulsa un botón durante un registro, no tiene efecto.

¿Pueden los estudiantes medir el volumen residual?

No. Un espirómetro solo registra el aire que entra y sale, así que el volumen residual (VR) del registro es una estimación, como explica la nota bajo la simulación.

Simulaciones y guías relacionadas

Sistemas circulatorio y respiratorio – frecuencia cardíaca y actividad física Ruta de la respiración celular – glucólisis, reacción de enlace, ciclo de Krebs, cadena de transporte de electrones y fermentación

Para el dióxido de carbono y otras pruebas de gases, consulta el laboratorio virtual de pruebas de gases. Para medir la propia respiración celular, consulta el laboratorio virtual de respirómetro.