APARATO RESPIRATORIO
Respiración es el proceso de intercambio gaseoso entre la atmosfera y el organismo. Por su intermedio se obtiene oxigeno molecular necesario para los procesos metabólicos y la eliminación del anhídrido carbónico producido en los tejidos. Este intercambio gaseoso se denomina hematosis.
El aparato respiratorio consta de un sistema de vías de conducción o vías respiratorias, a cuyo nivel se realizan los intercambios y el transporte de los gases.
En el ser humano, el proceso de respiración consta de tres fases: inspiración, transporte por la corriente sanguínea y exhalación.
Los movimientos respiratorios de inspiración y exhalación son los procesos mecánicos que permiten el traslado del aire del exterior del organismo a su interior
Como las necesidades de oxigeno por el organismo son distintas en el reposo o en la actividad, la frecuencia y profundidad de los movimientos deben alternarse para ajustarse en forma automática a las condiciones variables. Es el centro respiratorio, ubicado en el bulbo raquídeo y la protuberancia, el que coordina los movimientos armónicos de músculos (separados) para levar a cabo el proceso de la respiración.
ESTRUCTURA DEL APARATO RESPIRATORIO
El aparato respiratorio se divide en dos partes desde el punto de vista funcional
a) Sistema de conducción o vías aéreas.
b) Sistema de intercambio o superficie alveolar.
Vías respiratorias o sistema respiratorio conductor
Vías aéreas altas: fosas nasales y faringe.
Vías aéreas bajas: laringe, tráquea y bronquios.
VENTILACIÓN PULMONAR
Es la primera etapa del proceso de la respiración y consiste en el flujo de aire hacia adentro y hacia afuera de los pulmones, es decir, en la inspiración la contracción del diafragma y de los músculos inspiratorios da lugar a un incremento de la capacidad de la cavidad torácica, por una diferencia de presión, con lo que hace que el aire entre en las vías respiratorias. Durante la espiración, los músculos respiratorios se relajan y vuelven a sus posiciones de reposo y el aire sale de los pulmones.
Consta de dos movimientos respiratorios: inspiración y espiración.
1. INSPIRACIÓN
Se produce por contracción del diafragma (desciende) y de los músculos que elevan las costillas. Esto provoca un aumento de la cavidad torácica, lo que hace que la presión en los pulmones descienda y, por el proceso de la difusión, el aire ingrese al cuerpo.
2. ESPIRACIÓN
Ocurre cuando el diafragma y los músculos de las costillas se relajan, disminuyendo la capacidad torácica. Esto hace que la presión aumente y, nuevamente por la difusión, el aire sea expulsado de los pulmones.
INTERCAMBIO DE GASES
El intercambio de gases es la provisión de oxigeno de los pulmones al torrente sanguíneo y la eliminación de dióxido de carbono del torrente sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar en los pulmones entre los alvéolos y una red de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares, los cuales están localizados en las paredes de los alvéolos
En realidad, el intercambio de gases se realiza a dos niveles: a nivel alveolar, lo que constituye la respiración externa; posteriormente, a nivel celular, entre sangre, líquido, intersticial y célula. Este intercambio es la respiración interna o tisular.
Intercambio gaseoso a nivel pulmonar
No es el volumen total de aire que penetra al aparato respiratorio el que participa en el intercambio alvéolo-sangre, sino sólo aquella parte que llega a los alvéolos. La fracción de aire inspirado que llena los bronquios, la tráquea, las vías respiratorias superiores, es funcionalmente inútil. Los espacios recién mencionados representan el llamado espacio muerto anatómico, cuyo volumen promedio es aproximadamente de 150 ml. Por lo tanto, de los 500 ml de aire inspirados normalmente, sólo 350 ml participarán en el intercambio gaseoso a nivel pulmonar.
El O2 pasa de los alvéolos a los capilares pulmonares y simultáneamente el CO2 de éstos a los alvéolos. Durante este intercambio la concentración del O2 del aire alveolar disminuye y se eleva la del CO2, para retornar a sus niveles primitivos en la próxima inspiración. Gracias a la ventilación pulmonar, la composición del aire alveolar se mantiene prácticamente constante.
Los aires inspirado, espirado y alveolar tienen la siguiente composición:
El aire alveolar es una mezcla de gases, en que cada uno de los componentes ejerce separadamente su presión parcial. La suma de las presiones parciales es igual a la presión total del aire alveolar.
De acuerdo con estas premisas, en el pulmón el O2 pasará de la cavidad alveolar a la sangre y el CO2 de la sangre al alvéolo, hasta que las presiones parciales sanguínea y alveolar de estos gases se hagan iguales. La sangre venosa, por lo tanto, durante su paso por los pulmones entrega CO2 y absorbe O2, es decir, se arterializa.
La gradiente de presiones se invierte a nivel tisular, debido a lo cual la sangre arterial entrega O2 y capta CO2 hasta que las presiones parciales de estos gases en la sangre y en los tejidos se tornan sensiblemente iguales.
Intercambio gaseoso a nivel alveolar
En el interior de los pulmones los bronquios penetran y se dividen en conductos cada vez más delgados llamados bronquiolillos, los cuales se abren en pequeñas vesículas denominadas alveolos pulmonares o sacos alveolares que se llenan con el aire cargado de oxígeno que ha ingresado al pulmón.
El O2 pasa luego de los alveolos a la sangre, y es transportado por la HEMOGLOBINA (Hb) de los glóbulos rojos transformándose en HbO2. Este pasaje de O2 a la sangre se denomina HEMATOSIS. A su vez el CO2 realiza el recorrido inverso desde la sangre al interior de los alveolos desde donde será luego eliminado al exterior de los pulmones por medio de las vías respiratorias.
La sangre cargada de O2 es transportada luego por los vasos sanguíneos hacia el corazón que impulsa la sangre oxigenada hacia todas las células del cuerpo que lo necesitan para llevar a cabo el proceso de respiración celular.
COLAPSO PULMONAR
El colapso pulmonar ocurre cuando el aire escapa del pulmón. El aire luego llena el espacio por fuera del pulmón, entre éste y la pared torácica. Esta acumulación de aire ejerce presión sobre el pulmón, así que éste no se puede expandir tanto como lo hace normalmente cuando usted inspira.
El término médico para esta afección es neumotórax.
En algunos casos, ocurre un colapso pulmonar sin ninguna causa. Esto se denomina neumotórax espontaneo, y es cuando se rompe un área pequeña del pulmón que está llena de aire (vesícula pulmonar), y el aire va hacia el espacio que rodea el pulmón.
Las personas altas y delgadas y los fumadores tienen mayor probabilidad de sufrir colapso pulmonar.
Los factores que se oponen al colapso pulmonar son:
La sustancia tensionactiva o surfactante
La presión negativa intrapleural Los factores que favorecen al colapso:
La elasticidad de las estructuras toracopulmonares.
La tensión superficial de los líquidos que revisten la superficie alveolar.
Para lograr expandir los pulmones venciendo la elasticidad del tórax y los pulmones, los músculos inspiratorios deben ejercer una fuerza determinada lo que nos lleva al concepto del trabajo respiratorio.
TRABAJO RESPIRATORIO
Para hacer que penetre el aire en los pulmones es necesario expandir el tórax o sea desplazar las estructuras tóracopulmonares, por tanto se realiza un trabajo, denominado trabajo para respirar o trabajo respiratorio.
El trabajo respiratorio tiene tres fracciones:
El trabajo de distensibilidad o trabajo elástico, que es el realizado para expandir los pulmones venciendo las fuerzas elásticas de los mismos y del tórax.
El trabajo de resistencia tisular, que es el necesario para vencer la viscosidad de los pulmones y las estructuras de la pared torácica.
El trabajo de resistencia de la vía aérea, que es el que se debe realizar para vencer la resistencia que ofrecen las vías aéreas al paso del aire.
VOLUMENES Y CAPACIDADES PULMONARES
Dependiendo de los diferentes niveles de profundidad de las fases inspiratoria y espiratoria de la respiración, se pueden diferenciar varios volúmenes de aire que se encuentran en nuestros pulmones en un momento determinado. Igualmente se puede hacer referencia a las En primer lugar se diferencian cuatro niveles:
a) Nivel de final de espiración normal, espontánea y en reposo
b) Nivel de final de inspiración normal, espontánea y en reposo
c) Nivel de inspiración máxima voluntaria .
d) Nivel de espiración máxima voluntaria
Convencionalmente, las cantidades de aire comprendidas entre dos niveles contiguos se denominan volúmenes y la suma de dos o más de éstos, capacidades. Se distinguen 4 volúmenes:
1. Volumen corriente (VC): cantidad de aire que entra en una inspiración o sale en una espiración, en las condiciones de actividad que se especifiquen (reposo, ejercicio).
2. Volumen de reserva inspiratoria (VRI): cantidad máxima de aire que se puede inspirar por sobre el nivel de inspiración espontánea de reposo.
3. Volumen de reserva espiratoria (VRE): máxima cantidad de aire que se puede expulsar a partir del nivel espiratorio espontáneo normal.
4. Volumen residual (VR): cantidad de aire que queda en el pulmón después de una espiración forzada máxima. Este volumen no puede medirse con el espirómetro.
Las capacidades son también cuatro:
1. Capacidad pulmonar total (CPT): cantidad de gas contenido en el pulmón en inspiración máxima. Corresponde a la suma de los cuatro volúmenes ya descritos.
2. Capacidad vital (CV): cantidad total de aire movilizado entre una inspiración y espiración máximas. Incluye el volumen corriente y los volúmenes de reserva inspiratoria y espiratoria.
3. Capacidad inspiratoria (CI): máximo volumen de gas que puede inspirarse a partir de una espiración normal. Comprende los volúmenes corriente y de reserva inspiratoria.
4. Capacidad residual funcional (CRF): volumen de gas que permanece en el pulmón al término de la espiración normal; representa la suma del volumen residual y volumen de reserva espiratoria.
Estas subdivisiones tienen una significación fisiológica que pasaremos a analizar en sus principales aspectos.
IMPORTANCIA DEL VOLUMEN RESIDUAL
La conservación de un cierto volumen de aire en las vías respiratorias cuando ya no somos capaces de expulsar más aire en la espiración forzada, es esencial para mantener un equilibrio en la presión interna de los alvéolos, aspecto vital para que los pulmones puedan mantener su actividad con normalidad.
Si nuestros pulmones no conservaran permanentemente un cierto volumen de aire residual, los alvéolos se vaciarían normalmente, acabando aplastados y con ello colapsados por el aumento de la presión de succión que se produce en su interior para compensar este vacío.
Este volumen de aire residual oscila entre 1 y 1,2 litros de aire según las personas. (Chile, 2010)
TRANSPORTE DE CO2
La mayor parte del CO2 transportado en sangre proviene del metabolismo celular, que en condiciones basales o de reposo forma 200 ml/minuto.
Existen varias formas de transporte para el CO2:
1. En forma disuelta al igual que el O2. Se solubiliza siguiendo la ley de Henry encontrándose 2,9 ml de CO2/100 ml de sangre. Al ser un gas mucho más soluble que el O2 las cantidades son comparativamente mayores que en éste.
2. En forma combinada: aproximadamente un 10% del CO2 es transportado en forma de compuestos carbamínicos al combinarse con los grupos amino-terminales de las proteínas, al ser la hemoglobina la proteína mayoritaria la reacción (sin acción enzimática) que tiene lugar es la siguiente: Hb-NH2 + CO2 Æ Hb-NHCOOH o carbamino-hemoglobina.
3. La mayor parte del CO2 difunde hacia el interior del hematíe. En el interior del mismo se combina con agua para producir ácido carbónico, que se disociará a continuación en hidrogeniones e ión bicarbonato según la siguiente reacción.
CO2 + H2 Æ H2CO3 Æ H+ + HCO3–
LA MEMBRANA RESPIRATORIA
Es el conjunto de estructuras que deben cruzar los gases entre el alveolo y el capilar pulmonar. Está compuesta por las siguientes capas yendo desde el alveolo hacia el capilar:
1. Una monocapa de líquido que cubre la superficie interior del alveolo y que contiene el surfactante (dipalmitoillecitina).
2. El epitelio alveolar, formada por neumocitos tipo 1 y neumocitos tipo 2. Sintetiza el surfactante.
3. La membrana basal alveolar.
4. El espacio intersticial entre alveolo y capilar pulmonar. Contiene una delgada capa de líquido.
5. Membrana Basal Capilar.
6. Endotelio Capilar.
A pesar de ser 6 capas, la membrana respiratoria tiene un espesor muy delgado, solo de 0.5 micras, en cambio si tomamos en cuenta la superficie total de los 300 millones de alveolos, su área es muy amplia de 70 a 100 metros cuadrados.
Difusión de gases a través de la membrana
La pO2 del alveolo es de 104 mmHg, mientras que la pO2 de la sangre capilar que se pone en contacto con los alveolos que regresa de los tejidos periféricos, es solo de 40mmHg, por tanto el O2 se desplaza de alveolo hacia el capilar con un gradiente de presión de 64mmHg.
En cambio el CO2 en la sangre capilar pulmonar tiene una pCO2 de 45mmHg, producto del metabolismo celular periférico y en el aire alveolar es solo de 40mmHg, por tanto el CO2 sale desde el capilar hacia el alveolo con una diferencia de presión de 5mmHg; debemos recordar que la capacidad de difusión de CO2 es 20 veces mayor que el O2.
Este proceso se llama hematosis, se realiza en un tiempo muy corto, menos de 1 segundo, pero basta para que la Hb de los glóbulos rojos se sature al 100%, que es el valor con que la sangre se dirige por las 4 venas pulmonares a la aurícula izquierda. (Hall, 2011)
REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN
A. CENTRO RESPIRATORIO. RITMO BÁSICO DE LA RESPIRACIÓN
El sistema respiratorio ajusta el ritmo de la ventilación alveolar casi exactamente a las necesidades que tiene el organismo en cada momento, en situación de reposo o movimiento, con ello se mantienen las presiones adecuadas de O2 y de CO2 en sangre
B. ÁREAS RESPIRATORIAS
ÁREA INSPIRATORIA (en el bulbo raquídeo): es la que mantiene el ritmo básico de la respiración. Envía señales hacia los músculos inspiratorios, el músculo más importante es el diafragma, cuando éste se contrae, aumenta la jaula torácica y se produce la inspiración, la cual dura unos dos segundos, a continuación los músculos vuelve a su sitio y por causa del rebote elástico, el aire es expulsado al exterior.
ÁREA ESPIRATORIA (bulbo raquídeo): La espiración dura aproximadamente unos 3 segundos. Al cabo de un minuto esto deberá sucedes de 12-14 veces. En situaciones de ejercicio, actúan también los músculos espiratorios (área espiratoria), músculos prensa abdominal
ÁREA NEUMOTAXICA: si esta zona es estimulada, se producirá una respiración rápida y superficial, aumentará la frecuencia respiratoria y disminuirá la profundidad de la respiración, se producirá un grado similar, pero no se producirá una modificación del volumen respiratorio por minuto.
Tiene función termorreguladora, eliminado calor a través del área respiratoria. También se produce esta respiración ante el miedo y la ansiedad.
(Dvorkin, 2014)
VITALOMETRIA:
Sirve para medir ciertos volúmenes y capacidades tales como:
Volúmenes de ventilación pulmonar.
Volúmenes de reserva inspiratoria.
Volúmenes de reserva espiratoria.
Referencias bibliograficas:
https://kidshealth.org/es/parents/lungs-esp.html
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