Fisiología humana/Sistema respiratorio

El Sistema respiratorio es vital para todo ser humano. Sin él, no podríamos vivir fuera del útero. Comencemos por echar un vistazo a la estructura del sistema respiratorio y lo vital que es para la vida. Durante la inhalación o exhalación, el aire es arrastrado hacia o lejos de los pulmones, por varias cavidades, tubos y aberturas.

Aparato respiratorio

Los órganos del sistema respiratorio se aseguran de que el oxígeno entra en nuestros cuerpos y el dióxido de carbono sale de nuestros cuerpos.

El tracto respiratorio es el trayecto del aire desde la nariz hasta los pulmones. Está dividido en dos secciones: Tracto Respiratorio Superior y Tracto Respiratorio Inferior. Incluidas en el tracto respiratorio superior se encuentran las narinas, cavidades nasales, faringe, epiglotis y laringe . El tracto respiratorio inferior se compone de la tráquea, bronquios, bronquiolos y pulmones.

A medida que el aire se mueve a lo largo del tracto respiratorio, se calienta, se humedece y se filtra.

Funciones

En este capítulo estudiaremos los cuatro procesos de la respiración.

1. Inspiración y espiración o ventilación
2. Respiración externa , que es el intercambio de gases (oxígeno y dióxido de carbono) entre el aire inhalado y la sangre.
3. Respiración interna, que es el intercambio de gases entre la sangre y los fluidos de los tejidos.
4. Respiración celular

Además de estos procesos principales, el sistema respiratorio sirve para:

• Regulación del pH de la sangre, que ocurre en coordinación con los riñones, y como
• Defensa contra los microbios
• Control de la temperatura corporal debido a la pérdida de evaporación durante la espiración

Mecanismos respiratorios y pulmonares

La ventilación es el intercambio de aire entre el ambiente externo y los alvéolos. El aire se mueve por el flujo masivo de un área de alta presión a baja presión. Todas las presiones en el sistema respiratorio son relativas a la presión atmosférica (760 mmHg al nivel del mar). El aire se moverá dentro o fuera de los pulmones dependiendo de la presión en los alvéolos. El cuerpo cambia la presión en los alvéolos cambiando el volumen de los pulmones. A medida que el volumen aumenta, la presión disminuye y, a medida que disminuye el volumen, la presión aumenta. Hay dos fases de ventilación: inspiración y espiración. Durante cada fase el cuerpo cambia las dimensiones del pulmón para producir un flujo de aire dentro o fuera de los pulmones.

Cada pulmón está completamente encerrado en un saco llamado saco pleural. Dos estructuras contribuyen a la formación de este saco. La pleura parietal está unida a la pared torácica donde, como la pleura visceral se une al propio pulmón. Entre estas dos membranas hay una fina capa de líquido intrapleural. El líquido intrapleural rodea completamente los pulmones y lubrifica las dos superficies para que puedan deslizarse entre sí. Cambiar la presión de este líquido también permite que los pulmones y la pared torácica se muevan juntos durante la respiración normal. Lo mismo que dos diapositivas de vidrio con agua entre ellas son difíciles de separar, tal es la relación de los pulmones con la pared torácica.

El ritmo de ventilación también es controlado por el "centro respiratorio" que se encuentra en gran medida en el bulbo raquídeo del tronco encefálico. Forma parte del sistema autónomo y como tal no está controlado voluntariamente (uno puede aumentar o disminuir la tasa de respiración voluntariamente, pero eso implica una parte diferente del cerebro). Mientras descansa, el centro respiratorio envía potenciales de acción que viajan a lo largo de los nervios frénicos hacia el diafragma y los músculos intercostales externos de la caja torácica, causando la inhalación. la exhalación relajada ocurre entre los impulsos cuando los músculos se relajan. Los adultos normales tienen una frecuencia respiratoria de 12-20 respiraciones por minuto.

El Camino del Aire

Cuando uno respira el aire al nivel del mar, la inhalación se compone de diferentes gases. Estos gases y sus cantidades son: oxígeno que constituye el 21%, nitrógeno el 78%, dióxido de carbono con el 0.04% y otros gases en porciones significativamente más pequeñas.

Diagrama de la faringe.

En el proceso de respiración, el aire entra en la cavidad nasal a través de las fosas nasales y es filtrado por los pelos gruesos ( vibrisas ) y las mucosas que se encuentran en ella. Las macropartículas que son partículas de gran tamaño como polvo, polen, humos, etc son filtradas por las vibrisas y las partículas finas son atrapadas en la mucosa de las "cavidades nasales" (espacios huecos dentro de los huesos del cráneo ) que calientan, humedecen y filtran el aire.

Hay tres proyecciones óseas dentro de la cavidad nasal: los cornetes nasales superior, medio e inferior. El aire pasa entre estas formaciones a través de los meatos nasales.

El aire continúa entonces por la nasofaringe, la orofaringe y la laringofaringe, que son las tres porciones que componen la faringe. La faringe es un tubo en forma de embudo que conecta nuestras cavidades nasales y bucales a la laringe. Las amígdalas que forman parte del sistema linfático forman un anillo en la conexión de la cavidad oral y la faringe. Aquí, protegen contra las invasiones de antígenos. Por lo tanto, el tracto respiratorio ayuda al sistema inmune a través de esta protección. Después el aire viaja a través de la laringe. La laringe se cierra en la epiglotis para evitar el paso de alimentos o bebidas, como protección a nuestra tráquea y pulmones. La laringe también es nuestra caja de voz; contiene las cuerdas vocales, en las que se produce el sonido. El sonido se produce a partir de la vibración de las cuerdas vocales cuando el aire pasa a través de ellas.

La tráquea tiene células ciliadas y células secretoras mucosas en su revestimiento, y se mantiene abierta por los anillos cartilaginosos en forma de C que la forman. Una de sus funciones es similar a las de la laringe y la cavidad nasal, proteger contra el polvo y otras partículas. El polvo se adhiere a la mucosa pegajosa y los cilios ayudan a impulsarlo de vuelta a la tráquea, a donde se traga o es expulsado mediante la tos. La escalera mucociliar se extiende desde la parte superior de la tráquea hasta los bronquiolos, de los que hablaremos más adelante. A través de la tráquea, el aire pasa a los bronquios, bronquiolos y finalmente a los alvéolos antes de entrar en los capilares pulmonares.

Inspiración

La inspiración se inicia por la contracción del diafragma y en algunos casos de los músculos intercostales cuando reciben impulsos nerviosos. Durante la respiración tranquila normal, los nervios frénicos estimulan el diafragma para contraerse y moverse hacia abajo en el abdomen. Este movimiento hacia abajo del diafragma agranda el tórax. Cuando es necesario, los músculos intercostales también aumentan el tórax poniendo en contacto y moviendo las costillas hacia arriba y hacia fuera.

Cuando el diafragma se contrae en su parte baja y los músculos torácicos empujan la pared torácica hacia afuera, el volumen de la cavidad torácica aumenta. Los pulmones se mantienen junto a la pared torácica por la presión negativa existente en la cavidad pleural, un espacio muy delgado lleno de unos pocos mililitros de fluido pleural lubricante. La presión negativa en la cavidad pleural es suficiente para mantener los pulmones abiertos a pesar de la elasticidad inherente del tejido. Por lo tanto, a medida que la cavidad torácica aumenta de volumen, los pulmones son empujados desde todos los lados para expandirse, causando una caída en la presión (un vacío parcial) dentro de los propios pulmones (pero esta presión negativa todavía no es tan grande como la presión negativa que existe dentro de la cavidad pleural - de lo contrario los pulmones se alejarían de la pared torácica). Suponiendo que la vía aérea está abierta, el aire procedente del ambiente externo sigue su gradiente de presión hacia abajo y expande los alvéolos de los pulmones, donde tiene lugar el intercambio de gas con la sangre. Mientras la presión dentro de los alveolos sea menor que la presión atmosférica, el aire continuará moviéndose hacia dentro, pero tan pronto como se estabilice la presión, el movimiento de aire se detiene.

Espiración

Durante la respiración tranquila, la espiración es normalmente un proceso pasivo y no requiere músculos para trabajar (más bien es el resultado de la relajación de los músculos). Cuando los pulmones se estiran y se expanden, los receptores de estiramiento dentro de los alvéolos envían impulsos nerviosos inhibidores al bulbo raquídeo oblongo, haciendo que deje de enviar señales a la caja torácica y al diafragma para que se contraiga. Los músculos de la respiración y los propios pulmones son elásticos, por lo que cuando los músculos del diafragma y los intercostales se relajan hay un retroceso elástico, que crea una presión positiva (la presión en los pulmones es mayor que la presión atmosférica) y el aire sale de los pulmones fluyendo por su gradiente de presión.

Aunque el sistema respiratorio está principalmente bajo control involuntario, y regulado por la médula oblongata, tenemos un cierto control voluntario sobre ella también. Esto se debe a la mayor función cerebral de la corteza cerebral.

Cuando nos encontramos bajo estrés físico o emocional, necesitamos una respiración más frecuente y profunda, y tanto la inspiración como la espiración funcionarán como procesos activos. Los músculos adicionales de la caja torácica se contraen con fuerza y ​​empujan el aire rápidamente fuera de los pulmones. Además de en la respiración más profunda, al toser o estornudar exhalamos con fuerza. Nuestros músculos abdominales se contraen repentinamente (cuando hay un deseo de toser o estornudar), aumentando la presión abdominal. El rápido aumento de la presión empuja el diafragma relajado contra la cavidad pleural. Esto hace que el aire sea expulsado de los pulmones.

Otra función del sistema respiratorio es emitir sonidos como al hablar o al cantar. Al ejercer un control consciente sobre nuestra respiración y regular el flujo de aire a través de las cuerdas vocales, somos capaces de crear y modificar sonidos.

Distensibilidad pulmonar

La distensibilidad pulmonar es la magnitud del cambio en el volumen pulmonar producido por un cambio en la presión pulmonar. La distensibilidad puede ser considerada lo contrario de la rigidez. Una distensibilidad pulmonar baja significaría que los pulmones necesitan un cambio mayor que la media en la presión intrapleural para cambiar el volumen de los pulmones. Una distensibilidad pulmonar alta indicaría que se necesita poca diferencia de presión en la presión intrapleural para cambiar el volumen de los pulmones. Se requiere más energía para respirar normalmente en una persona con baja adherencia pulmonar. Las personas con baja distensibilidad pulmonar debido a una enfermedad, tienden a tener respiraciones superficiales y a respirar con más frecuencia.

Determinación de la distensibilidad del pulmón

Dos cosas importantes determinan la distensibilidad pulmonar. La primera es la elasticidad del tejido pulmonar. Cualquier engrosamiento de los tejidos pulmonares debido a una enfermedad tendrá disminuida la distensibilidad pulmonar. La segunda esta influida por las tensiones superficiales en las interfases de agua y de aire en los alvéolos. La superficie de las células de los alvéolos está húmeda. La fuerza de atracción entre las partículas de agua en los alvéolos se llama tensión superficial. Por lo tanto, se requiere energía no sólo para expandir los tejidos del pulmón sino también para superar la tensión superficial del agua que recubre los alvéolos.

Para superar las fuerzas de la tensión superficial, ciertas células de los alvéolos (neumocitos tipo II) secretan un complejo de proteína y de lípido llamado ""surfectante "", que actúa como un detergente interrumpiendo el enlace de hidrógeno del agua que alinea los alvéolos, disminuyendo la tensión superficial.

Control de la respiración

Control periférico

• El CO₂ se convierte en HCO₃; la mayor parte del CO₂ producido en las células de los tejidos llega a los pulmones en forma de HCO₃
• El CO₂ y el H₂O forman ácido carbónico (H₂CO₃)
• Cambia a HCO₃ e iones H⁺
• El resultado son los iones H⁺ que son regulados por las proteínas plasmáticas

Sistema respiratorio: tracto respiratorio superior e inferior

Por razones de conveniencia, dividiremos el sistema respiratorio en las vías respiratorias superiores e inferiores:

Tracto respiratorio superior

El tracto respiratorio superior está formado por la nariz y la faringe. Su función principal es recibir el aire del ambiente externo y filtrarlo, calentarlo y humedecerlo antes de que llegue a los delicados pulmones donde se producirá el intercambio de gases.

El aire entra a través de las fosas nasales de la nariz y es parcialmente filtrado por los pelos de la nariz, luego fluye en la cavidad nasal. La cavidad nasal está revestida con tejido epitelial, que contiene vasos sanguíneos, que ayudan a calentar el aire; y secreta la mucosa, que filtra las partículas más pequeñas de aire. El revestimiento endotelial de la cavidad nasal también contiene pequeñas proyecciones parecidas a cabellos, llamadas cilios. Los cilios sirven para transportar el polvo y otras partículas extrañas, atrapadas en la mucosa, a la parte posterior de la cavidad nasal y a la faringe. Allí el moco es expulsado mediante la tos, o tragado y digerido por los potentes ácidos del estómago. Después de pasar a través de la cavidad nasal, el aire fluye por la faringe hasta la laringe.

Tracto Respiratorio Inferior

Aparato respiratorio humano.

El tracto respiratorio inferior comienza con la laringe, e incluye la tráquea, los dos bronquios que se derivan de la tráquea y los propios pulmones. Aquí es donde realmente tiene lugar el intercambio de gases.

• Laringe

La laringe es un órgano en nuestro cuello que se ocupa de la protección de la tráquea y de la producción de sonidos. La laringe alberga las cuerdas vocales, y se sitúa justo debajo de donde el tracto de la faringe se divide en la tráquea y el esófago.

La laringe contiene dos estructuras importantes: la epiglotis y las cuerdas vocales.

La epiglotis es una aleta de cartílago situada en la abertura de la laringe. Durante la deglución, la laringe (en la epiglotis y en la glote) se cierra para evitar que el material tragado entre en los pulmones; la laringe también se desplaza hacia arriba para ayudar en este proceso. La estimulación de la laringe por la materia ingerida produce un fuerte reflejo de tos para proteger los pulmones. Nota: la asfixia se produce cuando la epiglotis no cubre la tráquea, y la comida se introduce en nuestra tráquea.

Las cuerdas vocales consisten en dos pliegues del tejido conectivo que se extienden y vibran cuando el aire pasa a través de ellos, causando la vocalización. La longitud de las cuerdas vocales se estira determinando qué tono tendrá el sonido. La fuerza de la espiración de los pulmones también contribuye a la sonoridad del sonido. Nuestra capacidad para tener algún control voluntario sobre el sistema respiratorio nos hablar y cantar. Para que la laringe funcione y produzca sonido necesitamos aire. Por eso no podemos hablar cuando estamos tragando.

• Tráquea

La tráquea es un órgano de carácter cartilaginoso y membranoso que va desde la laringe a los bronquios. Su función es brindar una vía abierta al aire inhalado y exhalado.

Es un cilindro semirrígido de unos 13 cm de largo que se extiende desde el borde inferior del cartílago cricoides en la laringe hasta su bifurcación, a nivel de la cuarta vértebra torácica, dando origen a los bronquios derecho e izquierdo. Una característica de la tráquea es la presencia de anillos de cartílago hialino en su pared, lo que impide el colapso del órgano. Entre los anillos de cartílago hay tejido fibroso y músculo liso.

La tráquea está en relación estrecha con el esófago, que se encuentra detrás de ella. Del lado izquierdo, el nervio laríngeo recurrente izquierdo recorre el ángulo formado por los dos órganos.

• Bronquios

Un bronquio es uno de dos conductos tubulares fibrocartilaginosos en que se bifurca la tráquea a la altura de la IV vértebra torácica, y que entran en el parénquima pulmonar, conduciendo el aire desde la tráquea a los bronquios y estos a los bronquiolos y luego a los alveolos pulmonares. Los bronquios son tubos con ramificaciones progresivas arboriformes (25 divisiones en el hombre) y diámetro decreciente, cuya pared está formada por cartílagos y capas musculares, elásticas y de mucosa. Al disminuir el diámetro pierden los cartílagos, adelgazando las capas muscular y elástica.

Cada bronquio se dirige asimétricamente hacia el lado derecho e izquierdo formando los bronquios respectivos de cada lado. El bronquio derecho es más corto (2-3 cm) y ancho que el bronquio izquierdo (3-5 cm), el cual a su vez es más vertical que el izquierdo. El número de cartílagos del bronquio derecho es de 6-8 y los del bronquio izquierdo de 9-12. El bronquio derecho se divide progresivamente en tres ramas de menor calibre (superior, medio e inferior) y el bronquio izquierdo se divide en dos (superior e inferior).

Continuando la histología de la tráquea, los bronquios están internamente recubiertos por epitelio cilíndrico pseudoestratificado y ciliado. Los cilios tienen una longitud de 5 a 7 μm habiendo unos 200 por cada célula ciliada. Los cilios mueven sustancias invasoras de manera sincronizada y se mueven a una velocidad de entre 1000 a 1500 veces por minuto desplazando de 1-2 mm/min.

• Pulmones

Los "pulmones" flanquean el corazón y los grandes vasos en la cavidad torácica. (Fuente: Anatomía del cuerpo humano de Grey , 20a ed., 1918)

Los pulmones humanos son estructuras anatómicas de origen embrionario endodérmico, se ubican en la caja torácica, delimitando a ambos lados el mediastino. Sus dimensiones varían, el pulmón derecho es más grande que su homólogo izquierdo (debido al espacio ocupado por el corazón). Poseen tres caras; mediastínica, costal y diafragmática, lo irrigan las arterias bronquiales, y las arterias pulmonares le llevan sangre para su oxigenación.

Los pulmones son los órganos en los cuales la sangre recibe oxígeno desde el aire y a su vez la sangre se desprende del dióxido de carbono el cual pasa al aire. Este intercambio, se produce mediante la difusión del oxígeno y el dióxido de carbono entre la sangre y los alvéolos que forman los pulmones.

La función de los pulmones es realizar el intercambio gaseoso con la sangre, por ello los alvéolos están en estrecho contacto con capilares. En los alvéolos se produce el paso de oxígeno desde el aire a la sangre y el paso de dióxido de carbono desde la sangre al aire. Este paso se produce por la diferencia de presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono (difusión simple) entre la sangre y los alvéolos.

Homeostasis e intercambio de gases

Intercambio de gases

La homeostasis es mantenida por el sistema respiratorio de dos maneras: el intercambio de gases y la regulación del pH de la sangre. El intercambio de gases se realiza por los pulmones mediante la eliminación del dióxido de carbono, un producto de desecho emitido por la respiración celular. A medida que el dióxido de carbono sale del cuerpo, el oxígeno necesario para la respiración celular entra en el cuerpo a través de los pulmones. El ATP, producido por la respiración celular, proporciona la energía para que el cuerpo realice muchas funciones, incluyendo la conducción nerviosa y la contracción muscular. La falta de oxígeno afecta a la función cerebral, al sentido del juicio y una serie de otros problemas.

Intercambio de gases

El intercambio de gases en los pulmones y en los alvéolos se produce entre el aire alveolar y la sangre en los capilares pulmonares. Este intercambio es el resultado de una concentración aumentada de oxígeno, y una disminución de C0₂. Este proceso de intercambio se realiza a través de la difusión.

Respiración externa

La respiración externa es el intercambio de gas entre el aire de los alvéolos y la sangre dentro de los capilares pulmonares. Una frecuencia normal de respiración es de 12-25 respiraciones por minuto. En la respiración externa, los gases difunden en cualquier dirección a través de las paredes de los alvéolos. El oxígeno se difunde del aire hacia la sangre y el dióxido de carbono se difunde de la sangre hacia el aire. La mayor parte del dióxido de carbono se transporta a los pulmones en plasma como iones bicarbonato (HCO3-). Cuando la sangre entra en los capilares pulmonares, los iones bicarbonato y los iones hidrógeno se convierten en ácido carbónico (H₂CO₃) y luego de nuevo en dióxido de carbono (CO₂) y agua. Esta reacción química también utiliza iones de hidrógeno. La eliminación de estos iones da a la sangre un pH más neutro, permitiendo que la hemoglobina pueda enlazar más oxígeno. La sangre desoxigenada "sangre azul" procedente de las arterias pulmonares, generalmente tiene una presión parcial de oxígeno (pp) de 40 mmHg y de 45 mmHg de CO₂ pp. La sangre oxigenada que sale de los pulmones a través de las venas pulmonares tiene un pp de 100 mmHg de O₂ y un pp de 40 mmHg dee CO₂ . Debe tenerse en cuenta que el pp O₂ alveolar es 105 mmHg y no 100 mmHg. La razón por la cual la sangre de retorno venoso pulmonar tiene un pp de O₂ más bajo de lo esperado puede explicarse por la "Malignidad de Perfusión de Ventilación".

Respiración interna

La respiración interna es el intercambio de gases a nivel celular.

El camino del paso de la tráquea a los bronquiolos

Hay un punto en la porción inferior de la tráquea, donde se ramifica en dos direcciones que forman los bronquios primarios derecho e izquierdo. Este punto se llama la carina que es una cresta ubicada de forma anteroposterior que divide la tráquea en dos, el bronquio principal izquierdo y bronquio principal derecho. La carina traqueal posee un esqueleto cartilaginoso correspondiente al último cartílago de la tráquea. Ahora estamos en el árbol bronquial. Se nombra así porque tiene una serie de tubos respiratorios que se ramifican en tubos más pequeños y más pequeños mientras corren a través de los pulmones.

Pulmones derecho e izquierdo

Diagrama de los pulmones

El bronquio primario derecho es la primera porción a la que nos dirigimos, luego se ramifica en los bronquios secundarios, los bronquios segmentarios (terciarios), los bronquiolos que tienen poco cartílago y están revestidos de epitelio cúbico simple (véase la figura 1). Los bronquios están revestidos por epitelio columnar pseudoestratificado. Los objetos que pudieran introducirse de forma accidental probablemente se alojarán aquí en el cruce de la carina y el bronquio primario derecho debido a su estructura vertical.

El bronquio primario izquierdo tiene la misma disposición que el derecha con los bronquios lobares, segmentarios y los bronquiolos.

Los pulmones se unen al corazón y la tráquea a través de estructuras que se llaman las raíces de los pulmones. Las raíces de los pulmones son los bronquios, los vasos pulmonares, los vasos bronquiales, los vasos linfáticos y los nervios. Estas estructuras entran y salen en el "hilus" del pulmón que es "la depresión en la superficie medial de un pulmón que forma la abertura a través de la cual pasan los bronquios, los vasos sanguíneos y los nervios" (medlineplus.gov) .

Hay un número de bronquiolos terminales conectados a los bronquiolos respiratorios que luego avanzan hacia los conductos alveolares que luego se convierten en sacos alveolares. Cada bronquio termina en un espacio alargado encerrado por muchos sacos aéreos llamados alvéolos que están rodeados por capilares sanguíneos. Allí también están presentes los Macrófagos Alveolares, que ingieren cualquier microbio que llegue a los alvéolos. Los alvéolos pulmonares son microscópicos, lo que significa que sólo pueden verse a través de un microscopio, sacos de aire membranosos dentro de los pulmones. Son unidades de respiración y el sitio de intercambio de gases entre los sistemas respiratorio y circulatorio.

Respiración Celular

Primero el oxígeno debe difundir desde el alvéolo hasta los capilares. Es capaz de hacer esto porque los capilares son permeables al oxígeno. Después de que llegue al capilar, aproximadamente el 5% se disolverá en el plasma sanguíneo. El resto del oxígeno se unirá a los glóbulos rojos. Los glóbulos rojos contienen hemoglobina que transporta el oxígeno. La sangre con hemoglobina es capaz de transportar 26 veces más oxígeno que el plasma sin hemoglobina. Nuestros cuerpos tendrían que trabajar mucho más duro bombeando más sangre para suministrar oxígeno a nuestras células sin la ayuda de la hemoglobina. Una vez que se difunde por ósmosis se combina con la hemoglobina para formar oxihemoglobina.

Ahora la sangre que transporta oxígeno es bombeada a través del corazón al resto del cuerpo. El oxígeno viajará en la sangre hacia las arterias, arteriolas y eventualmente capilares donde estará muy cerca de las células del cuerpo. Ahora con diferentes condiciones de temperatura y pH (más cálidas y más ácidas que en los pulmones), y con la presión ejercida sobre las células, la hemoglobina abandonará el oxígeno donde se difundirá a las células que lo utilizarán para la respiración celular, también llamada respiración aeróbica. La respiración celular es el proceso de convertir la energía de una forma química (glucosa) a otra (ATP), ya que las células utilizan ATP para todas las reacciones metabólicas.

Es en las mitocondrias de las células donde se consume el oxígeno y se produce dióxido de carbono. El oxígeno se produce cuando se combina con iones de hidrógeno para formar agua al final de la cadena de transporte de electrones (ver capítulo sobre células). A medida que las células separan las moléculas de carbono de la glucosa, éstas se liberan como dióxido de carbono. Cada célula del cuerpo libera dióxido de carbono en los capilares cercanos por difusión, porque el nivel de dióxido de carbono es más alto en las células del cuerpo que en la sangre. En los capilares, parte del dióxido de carbono se disuelve en el plasma y algo es tomado por la hemoglobina, pero la mayoría entra en los glóbulos rojos donde se une con el agua para formar ácido carbónico. Viaja a los capilares que rodean el pulmón donde se convierte de nuevo en dióxido de carbono. Entonces entra en los pulmones donde se exhala en la atmósfera.

Capacidad pulmonar

El volumen normal que se mueve dentro o fuera de los pulmones durante la respiración silenciosa se llama "volumen tidal". Cuando estamos en un estado relajado, sólo una pequeña cantidad de aire se introduce y sale, aproximadamente 500 ml.

Al respirar profundamente aumenta tanto la cantidad de aire que se inhala como la cantidad que se exhala. Respirar profundamente puede aumentar el volumen pulmonar en 2900 ml, lo que es más que el volumen corriente de 500 ml. También podemos aumentar la espiración al contraer nuestros músculos torácicos y abdominales. Esto se llama "volumen de reserva espiratoria" y es de aproximadamente 1400 ml de aire. La Capacidad vital es el total de volúmenes de reservas, reserva inspiratoria y reserva espiratoria. Se llama capacidad vital porque es vital para la vida, y cuanto más aire se puede mover, mejor es para nosotros. Hay una serie de enfermedades que trataremos más adelante en el capítulo que disminuyen la capacidad vital. La capacidad vital puede variar un poco dependiendo de cuánto podemos aumentar la inspiración expandiendo nuestro pecho y pulmones. ¡Un poco del aire que respiramos ni siquiera alcanza los pulmones! En lugar de ello, llena nuestras cavidades nasales, tráquea, bronquios y bronquiolos. Estos pasajes no se utilizan en el intercambio de gases por lo que se consideran espacio de aire muerto. Para asegurarnos de que el aire inhalado llega a los pulmones, necesitamos respirar lenta y profundamente. Incluso cuando exhalamos profundamente un poco de aire todavía queda en los pulmones, (cerca de 1000 ml) y se llama "volumen residual". Este aire no es útil para el intercambio de gas. Hay ciertos tipos de enfermedades del pulmón donde el volumen residual se acumula porque la persona no puede vaciar por completo los pulmones. Esto significa que la capacidad vital también se reduce porque sus pulmones están llenos de aire inútil.

Estimulación de la respiración

Existen dos vías de estimulación de la neurona motora de los músculos respiratorios. El primero es el control de la respiración voluntaria por la corteza cerebral. La segunda es la respiración involuntaria controlada por la médula oblonga.

Hay quimiorreceptores en la aorta, en el cuerpo carotídeo de las arterias carótidas y en el bulbo raquídeo del tronco encefálico, que son sensibles al pH. A medida que aumentan los niveles de dióxido de carbono hay una acumulación de ácido carbónico, que libera iones de hidrógeno y baja el pH. Por lo tanto, los quimiorreceptores no responden a los cambios en los niveles de oxígeno (que en realidad cambian mucho más lentamente), sino al pH, que depende de los niveles de dióxido de carbono del plasma. En otras palabras, el CO₂ es la fuerza impulsora de la respiración. Los receptores en la aorta y del seno carotídeo inician un reflejo que estimula inmediatamente la frecuencia respiratoria y los receptores en la médula estimulan un aumento sostenido en la respiración hasta que el pH de la sangre vuelve a la normalidad.

Esta respuesta se puede experimentar en una carrera de 100 metros. Durante este ejercicio (o cualquier otro ejercicio sostenido) las células musculares deben metabolizar ATP a un ritmo mucho más rápido de lo habitual, y por lo tanto producirá cantidades mucho más altas de CO₂. El pH de la sangre disminuye a medida que los niveles de CO₂ aumentan, e involuntariamente aumentará la frecuencia respiratoria al poco de comenzar el sprint. Se continuará respirando fuertemente después de la carrera, expulsando así más dióxido de carbono, hasta que el pH haya vuelto a la normalidad. Por lo tanto, la acidosis metabólica se corrige de forma aguda mediante compensación respiratoria (hiperventilación).

Regulación del pH de la sangre

Muchos de nosotros no somos conscientes de la importancia de mantener el equilibrio ácido/base de nuestra sangre. Es vital para nuestra supervivencia. El pH normal de la sangre se fija en 7,4, que es ligeramente alcalino o "básico". Si el pH de nuestra sangre cae por debajo de 7,2 o se eleva por encima de 7,6, muy pronto nuestros cerebros dejarían de funcionar normalmente y estaríamos en grandes problemas. Los niveles de pH en la sangre por debajo de 6,9 ​​o por encima de 7,9 son generalmente fatales si duran más de un corto período de tiempo. Otra maravilla de nuestros cuerpos es la capacidad de hacer frente a cada cambio de pH - grande o pequeño. Hay tres factores en este proceso: los pulmones, los riñones y los reguladores.

Entonces, ¿qué es exactamente el pH? el pH es la concentración de iones hidrógeno (H ⁺). Los reguladores son moléculas que absorben o liberan iones con el fin de mantener la concentración de iones H ⁺ a un cierto nivel. Cuando el pH de la sangre es demasiado bajo y la sangre llega a ser demasiado ácida (acidosis), es como consecuencia de la presencia de demasiados iones H ⁺. Los reguladores ayudan a absorber los iones H ⁺ adicionales. Por otra parte, la falta de iones H ⁺ hace que la sangre sea demasiado básica (alcalosis). En esta situación, los reguladores liberan iones H ⁺. Los reguladores funcionan para mantener el pH de nuestra sangre ya sea donando o tomando iones H ⁺ según sea necesario para mantener el número de iones H ⁺ en la sangre en la cantidad justa.

El regulador más importante que tenemos en nuestros cuerpos es una mezcla de dióxido de carbono (CO₂) e ión bicarbonato (HCO₃). El CO₂ forma ácido carbónico (H₂CO₃) cuando se disuelve en agua y actúa como un ácido cediendo iones de hidrógeno (H ⁺) cuando es necesario. El HCO₃ es una base y absorbe los iones hidrógeno (H ⁺) cuando hay demasiados de ellos. En pocas palabras, el pH de la sangre se determina por un equilibrio entre bicarbonato y dióxido de carbono.

Sistema de regulación del bicarbonato.

Con este importante sistema nuestros cuerpos mantienen la homeostasis. (Tenga en cuenta que el H₂CO₃ es ácido carbónico y HCO₃ es bicarbonato)

CO₂ + H₂O <---> H₂CO₃ <---> (H⁺) + HCO₃

• Si el pH es demasiado alto, el ácido carbónico donará iones de hidrógeno (H ⁺) y el pH caerá.
• Si el pH es demasiado bajo, el bicarbonato se unirá con los iones de hidrógeno (H ⁺) y el pH aumentará.

Demasiado CO₂ o muy poco HCO₃ en la sangre causará acidosis. El nivel de CO₂ se incrementa cuando hay hipoventilación o respiración lenta, cuando se tiene enfisema o neumonía. El bicarbonato se reducirá por la cetoacidosis, una condición causada por el metabolismo excesivo de grasa (diabetes mellitus).

Demasiado HCO₃ o muy poco CO₂ en la sangre causará alcalosis. Esta afección es menos común que la acidosis. El CO₂ se puede disminuir por hiperventilación.

Por lo tanto, en resumen, si ocurre acidosis respiratoria la ecuación anterior se moverá a la derecha. Los niveles de H ⁺ y CO₂ del cuerpo subirán y el pH caerá. Para contrarrestar esto, el cuerpo respirará más y liberará H ⁺. Por el contrario, si ocurre la alcalosis respiratoria la ecuación se moverá hacia la izquierda. Los niveles de H ⁺ y de CO² del cuerpo caerán y el pH subirá. Así que el cuerpo tratará de respirar menos para liberar HCO₃. Se puede pensar en él como una fuga en una pipa: cuando continuamente hay una filtración, el cuerpo "rellenará la falta".

Problemas asociados con el tracto respiratorio y la respiración

El ambiente del pulmón es muy húmedo, lo que lo convierte en un ambiente hospitalario para las bacterias. Muchas enfermedades respiratorias son el resultado de una infección bacteriana o viral de los pulmones. Debido a que constantemente estamos expuestos a bacterias y virus nocivos en nuestro medio ambiente, nuestra salud respiratoria puede verse afectada negativamente. Hay una serie de enfermedades y trastornosque pueden causar problemas en la respiración. Algunas son infecciones simples, y otros son trastornos que pueden ser muy graves.

Envenenamiento por monóxido de carbono: causado cuando el monóxido de carbono se une a la hemoglobina en lugar del oxígeno. El monóxido de carbono se une mucho más fuerte, sin liberarse, haciendo que la hemoglobina no esté disponible para el oxígeno. El resultado puede ser fatal en un tiempo muy corto.

Síntomas suaves: síntomas similares a los de la gripe, mareos, fatiga, dolores de cabeza, náuseas y respiración irregular

Síntomas moderados : dolor en el pecho, latidos rápidos del corazón, dificultad para pensar, visión borrosa, falta de aire e inestabilidad

Síntomas severos: convulsiones, palpitaciones, desorientación, latido irregular del corazón, presión arterial baja, coma y muerte.

Embolia Pulmonar: bloqueo de la arteria pulmonar (o una de sus ramas) por un coágulo de sangre, grasa, aire o células tumorales agrupadas. La forma más frecuente de embolia pulmonar es un tromboembolismo, que ocurre cuando un coágulo de sangre, generalmente un trombo venoso, se desprende de su lugar de formación y emboliza al suministro de sangre arterial de uno de los pulmones.

Los síntomas pueden incluir dificultad para respirar, dolor durante la respiración y, más raramente, inestabilidad circulatoria y muerte. El tratamiento, por lo general, es con medicamentos anticoagulantes.

Infecciones del Tracto Respiratorio Superior

El tracto respiratorio superior está constituido por la cavidad nasal, faringe y laringe. Las infecciones respiratorias superiores (URI) pueden propagarse de nuestras cavidades nasales a nuestros senos, oídos y laringe. A veces una infección viral puede conducir a lo que se denomina una infección bacteriana secundaria. "La garganta estreptocócica" es una infección bacteriana primaria y puede conducir a una infección respiratoria superior que puede ser generalizada o incluso sistémica (afecta al cuerpo entero). Los antibióticos no se utilizan para tratar las infecciones virales, pero tienen éxito en el tratamiento de la mayoría de las infecciones bacterianas, incluyendo la faringitis estreptocócica. Los síntomas de la faringitis estreptocócica pueden ser fiebre alta, dolor de garganta severo, manchas blancas en la garganta garganta rojo oscuro y dolor de estómago.

Sinusitis: Una infección de los senos craneales se llama "sinusitis". Sólo alrededor del 1-3% de los URIs están acompañados de sinusitis. Esta "infección sinusal" se desarrolla cuando la congestión nasal bloquea las pequeñas aberturas que conducen a los senos. Algunos síntomas incluyen: descarga post nasal, dolor facial que empeora al inclinarse hacia adelante, y a veces incluso el dolor de dientes puede ser un síntoma. El tratamiento exitoso depende de restaurar el drenaje adecuado de los senos. Tomar una ducha caliente o dormir en posición vertical puede ser muy útil. De lo contrario, el uso de un descongestionante spray o, a veces será necesario un antibiótico prescrito.

Otitis Media: La otitis media en una infección del oído medio. A pesar de que el oído medio no es parte del tracto respiratorio, se discute aquí porque a menudo es una complicación observada en los niños que tiene una infección nasal. La infección puede propagarse por medio del tubo auditivo (trompa de Eustaquio) que conduce de la nasofaringe al oído medio. El síntoma principal suele ser el dolor. A veces, sin embargo, puede haber vértigo, pérdida de audición y mareos. Los antibióticos se pueden prescribir y se colocan unos tubos en el tímpano para evitar la acumulación de presión en el oído medio y la posibilidad de pérdida de la audición.

Foto de amigdalitis.

Amigdalitis: La amigdalitis ocurre cuando las amígdalas se hinchan y se inflaman. Las amígdalas ubicadas en la pared posterior de la nasofaringe se refieren a menudo como adenoides. Si usted sufre de amigdalitis con frecuencia y la respiración se vuelve difícil, se pueden quitar quirúrgicamente en un procedimiento llamado una amigdalectomía.

Laringitis: Una infección de la laringe se llama laringitis. Se acompaña de ronquera y de ser incapaz de hablar con una voz audible. Por lo general, la laringitis desaparece con el tratamiento de la URI. La ronquera persistente sin una URI es una señal de advertencia de cáncer y debe ser examinada por su médico.

Trastornos del Tracto Respiratorio Inferior

Los trastornos de las vías respiratorias inferiores incluyen infecciones, trastornos pulmonares restrictivos, trastornos pulmonares obstructivos y cáncer de pulmón.

Infecciones Respiratorias Bajas

Bronquitis aguda: Una infección que se encuentra en los bronquios primarios y secundarios se llama bronquitis. La mayoría de las veces, está precedida por una URI viral que condujo a una infección bacteriana secundaria. Por lo general, una tos no productiva se convierte en una tos profunda que expulsa el moco y a veces pus. Neumonía: Una infección bacteriana o viral en los pulmones donde los bronquios y los alvéolos se llenan de un líquido espeso. Por lo general, está precedida por la gripe. Los síntomas de la neumonía incluyen fiebre alta y escalofríos, con dolor de cabeza y dolor en el pecho. La neumonía se puede localizar en varios lóbulos del pulmón y obviamente, cuanto más lóbulos involucrados, más grave es la infección. Puede ser causada por una bacteria que normalmente se mantiene bajo control, pero debido al estrés o la inmunidad reducida ha conseguido imponerse.

Trastornos Pulmonares Restrictivos

Fibrosis Pulmonar: La capacidad vital se reduce en estos tipos de trastornos porque los pulmones han perdido su elasticidad. La inhalación de partículas como la arena, el amianto, el polvo de carbón o la fibra de vidrio puede conducir a la fibrosis pulmonar, una condición en la que se forma tejido fibroso en los pulmones. Esto produce que nuestros pulmones no pueden inflarse correctamente. Diagrama de los pulmones durante un ataque de asma.] [[Image: Asthma before-after.png | thumb | right | 400px |

Asma: El asma es una enfermedad respiratoria de los bronquios y bronquiolos. Los síntomas incluyen sibilancias, dificultad para respirar y, a veces, una tos que expulsa el moco. Las vías respiratorias son muy sensibles a irritantes que pueden incluir polen, polvo, caspa de animales y tabaco. Incluso estar expuesto al aire frío puede ser un irritante. Cuando se expone a un irritante, el músculo liso de los bronquiolos sufre espasmos. La mayoría de los pacientes con asma tienen al menos algún grado de inflamación bronquial que reduce el diámetro de las vías respiratorias y contribuye a la gravedad del ataque.

Enfisema: El enfisema es un tipo de enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Caracterizada típicamente por una pérdida de elasticidad y surfactante en los alvéolos, una pérdida de área superficial disminuye el intercambio gaseoso en los pulmones. Estos pacientes tienen dificultad porque no retienen el aire inspirado durante bastante tiempo para que se lleve a cabo un intercambio de gas suficiente.

Bronquitis crónica: Otro tipo de enfermedad pulmonar obstructiva crónica, la bronquitis crónica es causada por la sobreproducción de moco en las vías respiratorias, causando una espiración inadecuada del aire inspirado. La retención de aire en los pulmones reduce el intercambio de gases en los alvéolos, y puede conducir a la hipoxia. Estos pacientes son vulnerables a la cianosis y a menudo tienen diámetros torácicos aumentados.

Síndrome de distrés respiratorio

Fisiopatología

Al nacer, la presión necesaria para expandir los pulmones requiere alta presión inspiratoria. En presencia de niveles de tensioactivos normales, los pulmones retienen hasta un 40% del volumen residual después de la primera respiración y después sólo requerirán presiones inspiratorias mucho más bajas. En el caso de la deficiencia de surfactante los pulmones colapsarán entre las respiraciones, esto hace que el niño trabaje duro y cada respiración sea tan difícil como la primera respiración. Si esto continúa, las membranas capilares pulmonares se vuelven más permeables, dejando fluidos ricos en fibrina entre los espacios alveolares y, a su vez, forma una membrana hialina. La membrana hialina es una barrera al intercambio gaseoso, esta membrana hialina provoca entonces hipoxemia y retención de dióxido de carbono que, a su vez, afectará aún más la producción de surfactante.

Etiología

Las células alveolares de tipo 2 producen surfactante y no se desarrollan hasta la 25ª a la 28ª semana de gestación; en este caso, el síndrome de dificultad respiratoria es una de las enfermedades respiratorias más frecuentes en los prematuros. Además, la deficiencia de surfactante y la inmadurez pulmonar conjuntamente conduce al colapso alveolar. Los factores predisponentes que contribuyen a la deficiencia de células alveolares de tipo II en un bebé prematuro son: si el niño es un recién nacido prematuro, un lactante blanco, un lactante de madre con diabetes, partos precipitados, una cesárea antes de la 38ª semana de gestación.

La síntesis de surfactante está influenciada por las hormonas insulina y cortisol. La insulina inhibe la producción de surfactante, explicando por qué los bebés de madres con diabetes tipo 1 corren el riesgo de desarrollar síndrome de dificultad respiratoria. El cortisol puede acelerar la maduración de las células tipo II y por lo tanto la producción de surfactante. Por último, los bebés en el parto por cesárea están en mayor riesgo de desarrollar síndrome de dificultad respiratoria debido a la reducción del cortisol producido por la falta de estrés que se produce durante el parto vaginal, por lo tanto, el cortisol aumenta con un nivel alto de estrés y ayuda en la maduración de células tipo II de los alvéolos que producen surfactante.

Tratamiento

Hoy en día para prevenir el síndrome de dificultad respiratoria se utilizan productos obtenidos de los animales y tensioactivos sintéticos, y se administran a través de las vías respiratorias por un tubo endotraqueal y el surfactante se suspende en una solución salina. El tratamiento se inicia después del parto y en los niños que están en alto riesgo de padecer el síndrome de dificultad respiratoria.

Apnea del sueño

La CPAP es el tratamiento más común para la apnea obstructiva del sueño.

La apnea del sueño es un trastorno del sueño caracterizado por pausas en la respiración durante el sueño. Estos episodios, llamados apneas (literalmente, "sin aliento"), son cada uno lo suficientemente largo para que una o más respiraciones se pierdan, y se producen repetidamente durante el sueño. La definición estándar de cualquier evento apneico incluye un intervalo mínimo de 10 segundos entre respiraciones, ya sea con una excitación neurológica (desplazamiento de 3 segundos o mayor en la frecuencia del EEG, medida en C3, C4, O1 u O2) o una desaturación de oxígeno en sangre de 3-4 por ciento o mayor, o ambos, excitación y desaturación. La apnea del sueño se diagnostica con una prueba de sueño durante la noche llamada polisomnograma.

Un método para tratar la apnea del sueño central es con una máquina que obliga al usuario a respirar un número constante de respiraciones por minuto. La (CPAP, por sus siglas en inglés), produce una presión positiva continua en las vías respiratorias mediante un compresor de aire controlado que genera una corriente de aire a una presión constante. Esta presión es prescrita por el médico del paciente, basada en una prueba nocturna o en valoración.

Nutrición para pacientes con EPOC (Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica)

La nutrición es particularmente importante para el paciente dependiente del respirador. Cuando se metabolizan los macronutrientes se producen dióxido de carbono y agua. El cociente respiratorio (RQ) es una relación entre el dióxido de carbono producido y la cantidad consumida. El metabolismo de carbohidratos produce la mayor cantidad de dióxido de carbono por lo que tienen el más alto (RQ). Las grasas producen la menor cantidad de dióxido de carbono junto con las proteínas. La proteína tiene una relación RQ ligeramente superior. Se recomienda que este tipo de paciente no supere un cociente respiratorio de 1,0 (RQ). Bajar los carbohidratos y suplementar la grasa o la proteína en la dieta puede no resultar en mantener el resultado deseado porque, las cantidades en exceso de grasa o proteína también puede resultar en un cociente respiratorio (RQ) mayor de 1,0.

• Por favor haga referencia a la fuente y la exactitud del hecho. Parece que por definición es imposible superar un cociente respiratorio (RQ) de 1,0. *

Estudio de caso

Fibrosis quística

Esta enfermedad es más común en los caucásicos y pasará a 1 de cada 2500 personas. Es más conocida por sus efectos en las vías respiratorias, aunque también afecta a otros sistemas. Los conductos respiratorios se atascan con un moco espeso que es difícil de expulsar incluso con una tos vigorosa. La respiración se vuelve difícil y las personas afectadas corren el riesgo de asfixia hasta la muerte en sus propias secreciones a menos que se haga un esfuerzo extenuante para limpiar los pulmones varias veces al día. Las víctimas con frecuencia morirán de neumonía. Todos nosotros secretamos moco por ciertas células en el epitelio que recubren los pasajes respiratorios. En casos normales, las células también segregan un líquido acuoso que diluirá el moco lo que hace más fácil atravesar las vías respiratorias. En la fibrosis quística se ve afectada la secreción de líquido acuoso. Esto hace que el moco sea más grueso y difícil de eliminar de los conductos. Un descubrimiento reciente encontró que la fibrosis quística es causada por un defecto en un tipo de proteína de cloruro que se encuentra en las membranas en el sistema respiratorio y en otros lugares. Este defecto impide directamente el transporte de iones de cloro, lo que afectará indirectamente al transporte de iones de potasio. Se sabe desde hace mucho tiempo que la fibrosis quística es causada por una herencia génica recesiva. Este gen codifica una porción de la proteína del canal de cloruro, que puede funcionar incorrectamente en diferentes formas, cada una requiriendo un tratamiento específico.

Recursos externos

• Universidad de Kentucky del este Gary Ritchison Notas de la conferencia: Respiración humana (incluye videos)
• Anatomía profunda y fisiología del sistema pulmonar.