GUÍA Nº 9 COMPLEMENTARIA BIOLOGÍA: SISTEMA RESPIRATORIO Todos los seres vivos requieren de un abastecimiento constante de alimentos y oxígeno que posibilitan la vida. Así, los animales vertebrados como el hombre cuentan con un sistema orgánico especializado que asegura el suministro permanente de oxígeno al interior de las células vivas: el sistema respiratorio. En este sistema se genera un proceso respiratorio que es involuntario y automático, en que se extrae el oxigeno del aire atmosférico inspirado y se expulsan los gases de desecho (dióxido de carbono) con el aire espirado. El Sistema respiratorio está formado por un conjunto de conductos continuos ubicados en la cabeza, el cuello y el tórax, en estas zonas es donde se encuentran los órganos respiratorios o pulmones en ellos ocurre el intercambio de gases entre el organismo y el medio ambiente. El proceso respiratorio global comprende tres etapas: -Ventilación pulmonar: entrada y salida de aire desde y hacia los pulmones. -Intercambio de gases: entre los pulmones y la sangre, y ésta con el líquido extracelular (intersticial) para así posteriormente ingresar al interior de cada una de las células. -Respiración celular: proceso de utilización del oxígeno para la degradación de los nutrientes y la generación del dióxido de carbono en la célula producto del metabolismo, de esta manera se proporciona la energía necesaria para mantener las funciones vitales del organismo. Organización del sistema respiratorio humano: El sistema respiratorio está formado por las vías respiratorias aéreas y los pulmones. Las vías aéreas corresponden a: fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquíolos. Los pulmones están conformados por una serie de conductos respiratorios internos que terminan en los sacos alveolares donde ocurre el intercambio gaseoso entre los alvéolos y la sangre.
Estructuras del sistema respiratorio
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Fosas nasales: Comprende la nariz y la cavidad nasal. La nariz tiene forma piramidal con una base inferior donde se ubican las aberturas nasales o nares; dos caras ántero-laterales que se unen formando el dorso de la nariz y una cara posterior aplicada sobre las cavidades nasales. La parte superior de la nariz tiene un esqueleto óseo, formado por los huesos nasales; en cambio, la zona inferior tiene un esqueleto cartilaginoso formado por los cartílagos alares mayores y menores y el cartílago lateral. Estos elementos están sustentados por la parte cartilaginosa del tabique nasal. La piel que cubre la zona ósea de la nariz es delgada y se desliza fácilmente sobre los planos profundos; la piel que cubre la zona cartilaginosa de la nariz es gruesa, adherida a los planos profundos y con abundantes glándulas sebáceas. Inmediatamente posterior a los nares, se encuentra el vestíbulo nasal cubierto por piel modificada donde se ubican unos pelos gruesos llamados vibrisas. El drenaje venoso de la piel de la nariz puede, potencialmente, ir a través de la vena oftálmica, hacia los senos venosos de la duramadre. Por esta razón los procesos infecciosos en esta región deben ser considerados como de cuidado.
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Cavidad nasal: La cavidad nasal está dividida por el tabique nasal en fosas nasales derecha e izquierda. La cavidad nasal se abre por atrás, a través de las coanas, en la porción nasal de la faringe. La cavidad nasal se parece algo a un triángulo isóceles al corte frontal. Cada fosa posee una pared interna, una pared externa, un techo y un piso. Con excepción del techo, las paredes de las fosas nasales están cubiertas por mucosa respiratoria (pituitaria roja). El piso de la fosa nasal, está formado principalmente por el maxilar superior; hacia atrás se ubica el hueso palatino. La pared interna de la fosa nasal, es el tabique nasal compartido por ambas fosas nasales; el tabique es cartilaginoso en la zona anterior y óseo hacia la zona posterior, formado por el hueso vómer y la lámina perpendicular del etmoides. El techo es la parte más angosta de la cavidad nasal, está formado por el frontal, lámina cribosa del etmoides y el cuerpo del esfenoides. Los filetes del nervio olfativo comienzan en esta área. Esta zona está tapizada por la pituitaria amarilla, lugar donde se encuentran los quimiorreceptores. La pared externa de la fosa nasal presenta tres prominencias óseas con forma de alero, que se proyectan transversalmente hacia el tabique nasal; son los cornetes nasales. Los espacios entre los cornetes se llaman meatos. Estos cornetes nasales están tapizados por una mucosa respiratoria muy vascularizada que puede congestionarse y obstruir el flujo de aire por las fosas nasales. Los tres cornetes nasales se denominan: superior, medio e inferior; cada meato se nombra según el cornete que está por encima de él. El cornete inferior es un hueso separado, en cambio los cornetes medio y superior pertenecen al etmoides. Los senos son cavidades óseas tapizadas por mucosa respiratoria, desembocan en las fosas nasales:
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Senos frontales: ubicados en la zona anterior del frontal, se extiende por encima del borde supraorbitario. Están conectados por el conducto frontonasal con el extremo anterior del meato medio. Senos etmoidales: pequeñas excavaciones en el hueso etmoides que semejan un panal. El grupo anterior y medio drena hacia el meato medio; el grupo posterior drena en el meato superior. Senos esfenoidales: cavidades ubicadas en el cuerpo del esfenoides, que se abren en el techo de las fosas nasales, en el receso esfeno-etmoidal, Senos maxilares: se ubican en cada maxilar superior ocupando un gran volumen. Toman relación con las raíces de los molares y premolares superiores y drenan hacia el meato medio. La mucosa de los senos produce mucus, el cual es vaciado hacia la cavidad nasal, la cual atrapa partículas pequeñas como polen o humo. Existen además estructuras pilosas que se denominan cilios recubren la membrana mucosa y desplazan las partículas atrapadas en el mucus fuera de la nariz. El aire que se inhala se humedece, se calienta y se limpia mediante el tejido que recubre dicha cavidad nasal. A nivel del meato inferior se abre el conducto lacrimonasal, dicho conducto recibe la secreción lagrimal que desde la conjuntiva es drenada hacia las fosas nasales. Faringe: Es un canal de musculatura estriada, tapizada internamente por mucosa. Comunica en su parte superior o nasofaringe con las fosas nasales, a través de las coanas. En la zona media o bucofaríngea, comunica a través del istmo de las fauces con la cavidad bucal. En la zona inferior o laringofaringe, comunica a través del aditus laringeo, con la laringe y hacia abajo con el esófago. La faringe se ubica delante de la columna cervical.
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En las paredes laterales de la nasofaringe está la abertura del conducto faringe-timpánico o trompa de Eustaquio, la cual comunica con la cavidad del oído medio. La musculatura faringea, esta compuesta por tres músculos constrictores y dos músculos elevadores. Los constrictores generan una acción peristáltica que desplaza al bolo alimenticio a través de la faringe (proceso conocido como deglución faríngea), hacia el esófago. Los músculos elevadores acortan la faringe y elevan la laringe durante la deglución. A nivel de la laringofaringe ocurre el cruce de la vía aérea con la vía digestiva. En la mucosa faringea existe abundante tejido linfoide que en algunas zonas forma la amígdala faringea, en el techo de la faringe; las amígdalas tubáricas, en la pared lateral de la nasofaringe; y las amígdalas palatinas, en la pared lateral de la bucofaringe. Por último, en la mucosa de la zona posterior de la lengua se ubica la amígdala lingual. Estos elementos servirán de barrera defensiva a las infecciones que ingresen al organismo por esta vía. El conjunto de estas estructuras forman el anillo linfático de Waldayer. Entre cavidad bucal y faringe se ubica un pliegue muscular y mucoso, el velo del paladar, que tiene una acción valvular separando estas dos zonas durante la respiración nasal o separando la nasofaringe de la bucofaringe durante la deglución. Laringe: Estructuralmente, corresponde a un conducto formado por la superposición de piezas cartilaginosas tapizado internamente con mucosa de tipo respiratorio. Los cartílagos que la conforman son: epiglotis con forma de paleta, tiroides con forma de libro abierto hacia atrás, cricoides de forma de anillo, aritenoides de forma piramidal y los corniculados en forma de gancho. Estos elementos se encuentran unidos entre sí por pequeñas articulaciones sinoviales, siendo movilizados por la musculatura intrínseca de la laringe. En la entrada a la laringe se encuentra el aditus laríngeo, está limitado por el borde superior de la epiglotis y los pliegues ariepiglóticos. Este espacio, más o menos oval, se encuentra en un plano oblicuo, hacia arriba y atrás y comunica con la laringofaringe. El lumen de la laringe presenta un par de pliegues superiores, los pliegues vestibulares o las cuerdas vocales superiores o falsas y un par de pliegues inferiores, los pliegues vocales o cuerdas vocales verdaderas. Estas últimas delimitan entre sí un espacio triangular de vértice anterior llamado glotis.
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De esta manera, es posible describir en la laringe dos acciones valvulares; una a nivel del aditus laríngeo y otra a nivel de la glotis. Las funciones de la laringe son: -Transfiere el aire de la cavidad faríngea hacia la traquea. -Impide la entrada de alimento o agua a las vías respiratorias bajas. -Produce vibraciones en la columna de aire para convertirlos en sonidos. La laringe tiene, una estructura cartilaginosa; cuyo tejido conectivo que sostiene la mucosa y músculos estriados que mueven a los cartílagos se encuentra en la línea media anterior del cuello; si bajamos el dedo índice desde la barbilla en la línea media del cuello encontraremos la escotadura tiroidea superior del cartílago tiroides, el ángulo saliente del tiroides o "manzana de Adán", en la parte más inferior del ángulo saliente puede palparse el cartílago cricoides como un arco grueso y aplanado, entre ambos un espacio más o menos triangular ocupado por los ligamentos cricotiroídeos. Por debajo del cartílago cricoides se palpa el primer cartílago traqueal.
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Traquea: Es un conducto formado por la superposición de anillos incompletos con forma de C, estos se encuentran abiertos por el lado dorsal, donde se ubica el músculo traqueal. Este conducto está tapizado internamente por la mucosa respiratoria. Mide 12 cm. de largo, con un lumen de 2,5 cm. en el adulto. Tiene una porción cervical, ubicada delante del esófago, detrás del itsmo de la glándula tiroides y franqueada lateralmente por la arteria carótida primitiva y la vena yugular interna. Más o menos a la altura de la cuarta vértebra torácica, la tráquea se divide en dos bronquios, derecho e izquierdo, que divergen hacia lateral y caudal para penetrar por el hilio del pulmón correspondiente.
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Bronquios: Son conductos formados por anillos cartilaginosos unidos por musculatura lisa. Cada bronquio, derecho o izquierdo, se divide en bronquios lobulares. Tres en el derecho y dos en el izquierdo. Luego estos se dividen en bronquios segmentares y éstos a su vez en conductos de menor calibre, los bronquíolos.
A medida que el árbol bronquial se divide, consecuentemente reduce su calibre; las paredes de los conductos se modifican reduciéndose progresivamente la cantidad de cartílagos, la que es reemplazada por musculatura lisa. A nivel de los bronquíolos, la pared es sólo de musculatura lisa. El volumen de pulmón ventilado por él constituyen una unidad morfofuncional llamada segmento broncopulmonar, cada segmento tiene además su arteria segmentar; de modo que estos segmentos pueden ser extirpados, conservando el resto del lóbulo pulmonar. Para el pulmón derecho se describen 10 segmentos; 3 en el lóbulo superior, 2 en el medio y 5 en el inferior. Para el pulmón izquierdo se describen 9 segmentos; 5 en el lóbulo superior y 4 en el lóbulo inferior. Cisuras o surcos pulmonares: La superficie pulmonar está surcada por una cisura oblicua. Además el pulmón derecho presenta una cisura transversa. La cisura oblicua de cada pulmón comienza en la parte superior del borde posterior del pulmón y separa en ambos pulmones los lóbulos superior e inferior. En el lado derecho existe además una cisura horizontal que comienza desde la cisura oblicua siguiendo la cara costal para llegar al borde anterior. Esta cisura subdivide la parte superior del pulmón derecho en lóbulos superior y medio. El lóbulo inferior derecho es similar al izquierdo.
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La pleura visceral se mete en las cisuras para cubrir las superficies opuestas de los lóbulos separados por ellas. A nivel del hilio pulmonar se establece una continuidad entre la pleura visceral y la pleura parietal mediastínica; esta continuidad está representada por el ligamento pulmonar. Pedículo pulmonar: Los bronquios extrapulmonares describen un corto trayecto entre la bifurcación traqueal y su punto de entrada en los pulmones. En el pedículo del pulmón junto con el bronquio extrapulmonar se encuentran la arteria pulmonar que trae sangre rica en dióxido de carbono, y se va a ramificar en el pulmón; las venas pulmonares que sacan la sangre rica en oxigeno del pulmón, para posteriormente desembocar en la aurícula izquierda. Además aquí se encuentran las arterias bronquiales, que son ramas de la aorta descendente y que dan irrigación nutricia al pulmón y los bronquios; vasos linfáticos pulmonares, ganglios linfáticos traqueobronquiales y los nervios del pulmón. Estas estructuras están envueltas en tejido conectivo y por las pleuras. La bifurcación traqueal se caracteriza por lo siguiente: -Posición ligeramente hacia la derecha de la línea media. -Modificación del último anillo traqueal para formar la carina de la tráquea; especie de quilla que marca el comienzo de los bronquios. -El bronquio extrapulmonar derecho es de mayor calibre y sigue el eje de la tráquea, por esta razón los objetos extraños aspirados que pasan a través de la laringe tienden a entran en el sistema bronquial derecho. El bronquio extrapulmonar izquierdo es más pequeño y más horizontal también es más largo a causa de la posición de la bifurcación traqueal hacia la derecha de la línea media. Pulmones: Son órganos pares, ubicados en la cavidad torácica, cubiertos por una capa serosa de hoja doble, denominada pleura pulmonar. El pulmón tiene forma piramidal, con una base apoyada sobre el diafragma, un vértice que se insinúa por el orificio superior del tórax, una extensa cara externo costal, convexa, y una cara medial dónde se ubica el hilio del pulmón; un borde anterior, agudo, que se proyecta detrás del esternón y un borde posterior, obtuso, relacionado con la columna vertebral. En el pulmón derecho se describen tres lóbulos: superior, medio e inferior. El pulmón izquierdo muestra únicamente dos lóbulos: superior e inferior. Cada lóbulo es funcional y estructuralmente independiente de los demás.
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En el espesor de los pulmones ocurre la división progresiva del árbol bronquial ya descrita. Los bronquíolos se continúan con los conductos alveolares donde se abren los alvéolos pulmonares. Todos los alvéolos que son ventilados por un bronquiolo constituyen un lobulillo pulmonar. Los alvéolos son diminutas cavidades de más o menos 200 micrones (1/5 de mm), tapizados por células planas. Rodeando los alvéolos se encuentra un rico plexo capilar, que pone en íntima aproximación a los glóbulos rojos con el aire alveolar, permitiendo así el intercambio gaseoso o hematosis.
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El pulmón está revestido en su superficie externa por la pleura visceral que se fija al pulmón por tejido conectivo subpleural. Una capa serosa también cubre la superficie interna de la pared torácica. Esta capa se denomina pleura parietal y en ella se reconocen los siguientes sectores: pleura cervical (apical) en la base del cuello; pleura costal sobre las superficies internas de la pared torácica; pleura diafragmática y pleura mediastínica. Las pleuras visceral y parietal se hacen continuas al fusionarse la una con la otra a nivel del pedículo pulmonar Entre las pleuras visceral y parietal se encuentra un espacio virtual, la cavidad pleural, que contiene sólo una película de líquido pleural producido por las membranas pleurales. El líquido lubrica las superficies de la pleura. Este líquido genera un fenómeno de capilaridad entre las pleuras visceral y parietal (semejante a lo que ocurre cuando dos platos se pegan entre sí al colocar una pequeña cantidad de agua entre ellos). Esta presión negativa permite que el pulmón acompañe a la pared torácica durante los momentos respiratorios.
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Donde la pleura parietal cruza de una zona a otra se forman los senos pleurales. El seno o receso pleural costodiafragmático es un canal largo curvo entre la pleura costal y diafragmática; corresponde a la zona más declive de la cavidad pleural. El espacio entre las regiones pleuropulmonares derecha e izquierda recibe el nombre de mediastino, en él se encuentran: el corazón, la tráquea, el esófago, la aorta, la arteria pulmonar y las venas cavas. Como se comprende, el pulmón es un órgano que contiene aire y este contenido le da, a la percusión del tórax, una sonoridad muy particular; característica que se pierde cuando el pulmón o la cavidad pleural están ocupados por líquidos u otro material. Vascularización pulmonar: El sistema respiratorio se encuentra estrechamente asociado al sistema circulatorio para asegurar el transporte de los gases que respiramos. Debido a esto, existen dos circuitos con funciones distintas: -Las arterias pulmonares: conducen desde el corazón la sangre venosa (rica en CO2) procedente del ventrículo derecho y acompañan a los bronquios hasta la red capilar de los alvéolos. -Las venas pulmonares: recogen la sangre oxigenada en los alvéolos y conducen la sangre a la aurícula izquierda del corazón. Las arterias bronquiales son los vasos nutricios, existiendo uno para cada pulmón. La sangre venosa es recogida por las venas bronquiales que desembocan en la vena ácigos. Mecánica respiratoria: La respiración es un proceso cíclico que mantiene constante la cantidad de aire en los pulmones. Este mecanismo comprende dos fases: la inspiración o entrada de aire a los pulmones y la espiración o salida de aire desde los pulmones. Estructuras anexas: Las estructuras orgánicas que participan directamente en la respiración son las vías respiratorias y los pulmones. Pero existen además otras estructuras anexas que colaboran con la mecánica respiratoria, logrando que el proceso global sea uno de los más eficientes del organismo. Las estructuras anexas que ayudan en la ventilación pulmonar son el diafragma, los músculos intercostales, los músculos del tórax, y los músculos abdominales. Diafragma: es un músculo esquelético que divide la cavidad del cuerpo en dos compartimentos: la cavidad abdominal, que contiene al estomago, el hígado, los intestinos, etc., y la cavidad torácica, en la que se encuentran el corazón y los pulmones. El diafragma cumple la función de expandir la caja torácica hacia abajo durante la inspiración. Músculos intercostales internos y externos: corresponde a un grupo de músculos que se ubican a ambos lados de la caja torácica. Durante los movimientos respiratorios se contraen y relajan.
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Músculos esternocleidomastoideo, escaleno, serrato anterior y pectoral mayor: son los músculos que se encuentran en posición anterior, posterior y lateral de la caja torácica. Su principal función es mantener la rigidez de la pared del tórax durante los movimientos respiratorios. Músculos abdominales: son los músculos que están en la parte superior del abdomen y tienen la función de comprimir la cavidad abdominal, con lo cual empujan el diafragma hacia arriba. Fases de la mecánica respiratoria: Los procesos de inspiración y espiración permiten que el aire pulmonar sea reemplazado continuamente por aire fresco. Inspiración: Antes de que ocurra la inspiración, la presión que tiene el aire en los pulmones (intrapulmonar) es igual a la presión externa (atmosférica): 760 mm Hg (1 atmósfera). En la inspiración, el aire ingresa a los pulmones debido a la diferencia de presiones que existe entre el exterior y el interior del organismo. Las fases mecánicas que comprendan la inspiración son: -Contracción del diafragma y músculos intercostales. -Descenso del diafragma y elevación de las costillas. -Aumento de volumen (tamaño) de la cavidad torácica y de los pulmones. -Disminución de la presión intrapulmonar de 760 a 758 mm Hg. -Disminución de la presión intrapleural de 756 a 754 mm Hg. Espiración: En la espiración se produce una relajación de los músculos que han participado en la inspiración. El aire sale de los pulmones debido a que la presión intrapulmonar es mayor que la presión atmosférica. Las fases mecánicas que suceden en la espiración son: -Relajación del diafragma y músculos intercostales. -Elevación del diafragma y descenso de las costillas. -Disminución del volumen en la cavidad torácica y de los pulmones. -Aumento de la presión intrapulmonar de 760 a 763 mm Hg. -Aumento de la presión intrapulmonar de 754 a 756 mm Hg.
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Intercambio y transporte gaseoso: Recordemos que el aire atmosférico es una mezcla de varios gases que, de acuerdo a su abundancia relativa, son nitrógeno (N2), oxígeno (O2), argón (Ar) y dióxido de carbono (CO2), también contiene vapor de agua (H2O) en cantidades variables. Durante la ventilación pulmonar, el aire que ingresa a los sacos alveolares tiene una composición diferente del que sale. Es decir, el aire inspirado tiene más oxígeno que el aire espirado. Es cambio, este último tiene más dióxido de carbono que el aire inspirado. La presión total del aire (presión atmosférica) es la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases que lo componen. En una mezcla gaseosa, la presión parcial de cada uno de los gases es directamente proporcional a la concentración en que se encuentra, o sea, a mayor concentración de un gas, mayor es su presión parcial y viceversa. Por lo tanto, la presión total del aire inspirado y espirado dependerá de las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono que tengan. El proceso por el que ocurre el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre el medio externo y el interno se llama difusión. La difusión respiratoria consiste en el movimiento de las partículas gaseosas desde una región donde hay mayor presión, a otra de presión menor. La difusión respiratoria opera en dos niveles: entre los alvéolos y los capilares sanguíneos y el interior de las células. Difusión entre alvéolos y capilares sanguíneos: Proceso que ocurre por la diferencia de presión gaseosa entre el aire disuelto en la sangre y el contenido en los alvéolos pulmonares. Debido a que cada alvéolo esta rodeado por una trama de finos capilares sanguíneos, el intercambio de gases ocurre a través de las delicadas paredes de unos y otros.
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Como la presión del oxígeno en el aire inspirado (105 mm Hg) es mayor que la que tiene el oxígeno en la sangre del capilar alveolar (40 mm Hg), este se difunde hacia los capilares venosos (venas pulmonares), para ser distribuido a todas las regiones del cuerpo por la arteria aorta. El CO2 es transportado por la arteria pulmonar y capilares arteriales hasta los alvéolos, para ser posteriormente espirado. La difusión de oxígeno y dióxido de carbono entre las paredes de los alvéolos y de los capilares mantienen un equilibrio de presiones dentro y fuera de los pulmones.
Difusión entre los capilares sanguíneos y las células: Proceso que se realiza entre las paredes de los capilares que transportan la sangre rica en oxígeno y las membranas celulares. La sangre oxigenada contenida en los capilares arteriales mantiene una presión parcial de oxígeno (105 mm Hg) mayor que la que existe a nivel celular (40 mm Hg). Debido a la diferencia de presión, el oxigeno se difunde desde los capilares arteriales hasta el líquido 15
intersticial y luego a las células hasta que se establece un equilibrio entre ambas presiones. En el interior de las mitocondrias celulares, el oxígeno es rápidamente consumido por la respiración celular. Paralelamente, como la presión parcial de dióxido de carbono en las células (45 mm Hg) es mayor que la que hay en los capilares venosos (40 mm Hg), el CO2 sale desde la célula hacia el líquido intersticial e ingresa a los capilares venosos, que lo transportan hasta los pulmones para ser liberados hacia el exterior en la espiración. El aire espirado sale del organismo con una baja concentración de O2. Este último es uno de los productos liberados por las células como resultado de su metabolismo. El dióxido de carbono en la sangre actúa como una señal de alarma que afecta la parte del sistema nervioso que controla y regula la respiración. Así, una mayor concentración de CO2 en la sangre produce el aumento de la frecuencia respiratoria. Volúmenes pulmonares: Cuando una persona respira, ingresa a su organismo cierta cantidad o volumen de aire. Se ha calculado que en reposo se inspiran y espiran unos 500 ml. de aire, llamado volumen de ventilación pulmonar. De los 500 ml. de aire que ingresa a las vías respiratorias, sólo el 70 % (350 ml) llega hasta los alvéolos pulmonares para ser utilizado, el porcentaje de aire restante (150 ml) queda en las vías respiratorias. La cantidad de aire que queda sin utilizar recibe el nombre de volumen de aire muerto porque ocupa espacio en los que no se hace intercambio gaseoso. Si una persona, al final de una espiración normal, realiza una inspiración profunda, introducirá a sus pulmones entre 1.500 ml y 2.000 ml más de aire. Este volumen se llama volumen de reserva inspiratoria. Los pulmones nunca se vacían totalmente de aire, ni siquiera en la espiración más esforzada. Siempre permanecerá cierto volumen de aire, que corresponde al volumen de reserva espiratoria, cuyo valor es alrededor de los 1.200 ml. Aún así, todavía permanece aire en los alvéolos debido a que la diferencia de presiones los mantiene levemente hinchados. Este corresponde al volumen residual y tiene un valor aproximado de 1.200 ml. La capacidad de mantener cierto volumen de aire residual se debe a que la presión intrapleural normal es más baja que la presión atmosférica. Es así que cuando la presión intrapleural normal sufre variaciones puede ocurrir un colapso total o parcial del pulmón o atelactasia pulmonar. La totalidad del aire que un individuo inspira durante un minuto se llama volumen de respiración por minuto, y se calcula multiplicando el volumen de ventilación por la frecuencia respiratoria normal por minuto, es decir, el número de inspiraciones que ocurren en un minuto. La frecuencia respiratoria de una persona adulta sana y en reposo es de aproximadamente 16 ciclos respiratorios por minuto. Para un individuo adulto normal, el volumen de respiración por minuto es de 8.000 ml/min. Ventilación pulmonar x frecuencia respiratoria = volumen de respiración por minuto 500 ml x 16 respiraciones / min. = 8.000 ml/min.
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Capacidad pulmonar: La capacidad pulmonar de una persona está determinada por los volúmenes de aire que permanecen o transitan por el sistema respiratorio. El termino capacidad pulmonar total se refiere al resultado que se obtiene al asumir todos los volúmenes pulmonares; este valor puede alcanzar los 6.000 ml o 6 litros de aire. Volúmenes respiratorios humanos: El esquema ilustra los volúmenes respiratorios humanos medidos con un espirómetro. El volumen corriente alcanza a 500 ml y corresponde al volumen que se intercambia en cada ciclo respiratorio. La frecuencia respiratoria en reposo alcanza alrededor de 16 ciclos por minuto, por lo que el volumen respiratorio por minuto alcanza a 8.0 litros (frecuencia x volumen corriente).
Distensibilidad pulmonar: La distensibilidad pulmonar es la capacidad de elasticidad que presentan los pulmones. Esta propiedad puede medirse estableciendo las relaciones presión – volumen de aire, durante una espiración a partir de la capacidad pulmonar total. La distensibilidad pulmonar puede aumentar o ayudada por enfermedades disminuir, algunas enfermedades son el enfisema pulmonar y la fibrosis pulmonar.
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Medición de volúmenes de aire: Generalmente se tiene la falsa noción de que llenamos los pulmones de aire fresco cuando inspiramos y los vaciamos de aire impuro cuando espiramos. Con un espirómetro se ha comprobado que inspiramos y espiramos durante la respiración normal unos 500 ml de aire. Sin embargo, sólo el 70% de este aire circulante es realmente aprovechado por los pulmones. Los deportistas incrementan su potencial fisiológico y son capaces de incrementar el volumen de aire circulante en cada inspiración. Composición del aire inspirado y espirado: Durante la ventilación pulmonar, el aire que ingresa a los alvéolos tiene una composición diferente del que sale. La respiración celular usa, por una parte, alrededor de 30% del oxígeno que entra al organismo, y por otra, la cantidad de dióxido de carbono producido es más de 100 veces mayor al que ingresa, como se observa en la siguiente tabla: % de oxígeno (O2)
% de dióxido de carbono (CO2)
% de nitrógeno (N2)
Aire inspirado
20.9
0.03
78
Aire espirado
13.9
5.5
78
Transporte de los gases respiratorios: El transporte de los gases respiratorios en el organismo se realiza a través de la sangre gracias a la hemoglobina (Hb). Es una proteína presente en los glóbulos rojos, compuesta por hierro en su interior., presenta una mayor afinidad por el CO2 que por el O2. La mayor parte del oxígeno se combina con la hemoglobina formando un compuesto llamado oxihemoglobina (HbO2), esto se observa en la siguiente ecuación: Hb + O2
HbO2
Cuando la hemoglobina se convierte por completo en oxihemoglobina se dice que esta saturada. El dióxido de carbono es transportado de diversas formas por la sangre. Alrededor de 7 % se encuentra disuelto en el plasma y otro 23% se combina con la hemoglobina formando un compuesto llamado carboaminohemoglobina (HbCO2) de acuerdo a la siguiente ecuación: Hb + CO2
HbCO2
El 70% del CO2 restante es transportado por el plasma como iones bicarbonato. El dióxido, al combinarse con el agua presente en el plasma, da origen al ácido carbónico, que al mismo tiempo se disocia en el ión hidrógeno o hidrogenión (H+) y el ión bicarbonato (HCO3) de acuerdo a la ecuación que sigue: 18
CO2 + H2O
H2CO3
anhidrasa carbónica
H+ + HCO3
Efecto de pH, la temperatura y la presión sobre la hemoglobina: El oxígeno se separa más rápidamente de la hemoglobina en un medio ácido, esto se basa en el efecto Bohr, según el cual los iones hidrógeno modifican la estructura de la hemoglobina cuando se unen a ella, y como consecuencia reducen su capacidad para transportar el oxígeno. La presión parcial alta de CO2 y la contracción muscular producen un pH sanguíneo bajo, es decir, ácido. Cuando esto ocurre, gran parte del CO2 se combina con el agua y, con la intervención de la enzima anhidrasa carbónica se forma ácido carbónico, que se disocia en iones hidrógeno (H+) e iones bicarbonato (HCO3). Al aumentar la concentración de los H+, disminuye el pH y aumenta el grado de acidez. Así el aumento de la presión parcial de CO2 origina un medio más ácido, que facilita la separación del oxígeno desde la hemoglobina, favoreciendo el intercambio gaseoso. El aumento de la temperatura también es un factor que favorece la separación del oxígeno en combinación con la hemoglobina. Cuando las fibras musculares están contraídas y al interior de las células están ocurriendo reacciones metabólicas, se liberan gran cantidad de calor, que contribuye a elevar la temperatura del medio. El aumento de la presión parcial del oxigeno en los alvéolos afecta considerablemente a la saturación de la hemoglobina, esto queda de manifiesto en el siguiente gráfico. Curva de saturación de la hemoglobina:
El gráfico ilustra que la máxima presión parcial de oxígeno se alcanza en los alvéolos y que a nivel de los tejidos es de 40 mm Hg. Por debajo de 60 mm Hg el oxígeno se desprende rápidamente de la hemoglobina.
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Regulación de la respiración: La función respiratoria está regulada por dos estructuras del sistema nervioso: el bulbo raquídeo y la protuberancia anular (ambas pertenecientes al tronco encefálico del sistema nervioso central). Estas regiones constituyen el centro respiratorio, que está formado por células nerviosas que se dividen funcionalmente en tres áreas: área de ritmicidad medular, neumotáxica y apneústica. Área de ritmicidad medular o bulbar: regula el ritmo respiratorio básico. En esta región hay neuronas especializadas que regulan la inspiración y espiración. Las primeras se activan súbitamente al cabo de tres segundos. Los impulsos nerviosos que envía el área inspiratoria duran unos dos segundos y llegan hasta los músculos que intervienen en la respiración a través de los nervios frénicos. Estos llegan al diafragma, los nervios intercostales, y los músculos intercostales. Cuando los impulsos nerviosos alcanzan esta zona, los músculos se contraen y se produce la inspiración. Por su parte, los impulsos nerviosos que salen del área espiratoria producen la relajación de los músculos intercostales y la contracción de los músculos abdominales, dando como resultado la disminución del volumen de la caja torácica. Área neumotáxica: establece una coordinación entre el área inspiratoria y espiratoria. Esta área transmite impulsos inhibitorios al centro inspirador para limitar la inspiración y facilitar la espiración. Área apneústica: envía impulsos al área inspiratoria, activando y prolongando la inspiración y retardando la espiración. Esto ocurre cuando el centro neumotáxico está inhibido. Enfermedades que afectan al aparato respiratorio: Tos: es un acto reflejo, que constituye un mecanismo muy importante para mantener el árbol traqueobronquial permeable. Mediante la tos se consigue la expulsión de aire a gran velocidad, con lo cual se arrastran las secreciones existentes en el lumen de estos conductos y los cuerpos extraños que accidentalmente pueden haberse introducido. Cuando la tos se acompaña de expectoración, se habla de tos seca. Esputo: es el conjunto de secreciones de la mucosa bronquial que se expulsa al exterior mediante la tos. Las características del esputo varían en las diferentes enfermedades; así en la traquiobronquitis se elimina un esputo mucoso, el esputo herrumbroso es característico de la neumonía neumocícica, en las bronquiectasias hay eliminación de grandes cantidades de esputo, etc. Disnea: es la respiración difícil y trabajosa, se puede generar al realizar un esfuerzo (disnea de esfuerzo) o bien puede manifestarse ya estando el paciente en reposo (disnea de reposo), esta última es más característica en las enfermedades cardiacas.
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Dolor torácico: hay que tener en cuenta que puede originarse en: -Huesos y músculos de la pared del tórax. -Estructuras pleuropulmonares. -Estructuras cardiovasculares. Cianosis: coloración azulada de la piel y mucosas por haber una excesiva cantidad de hemoglobina reducida en sangre. Este aumento de hemoglobina reducida puede ocurrir por: -Déficit de oxígeno (hipoxemia). Este tipo de cianosis aparece en la insuficiencia respiratoria. -Aumento de utilización de oxígeno por los tejidos. Asma: obstrucción potencialmente reversible de las vías aéreas con componentes de inflamación de la mucosa, acumulación de secreciones y contracción de las fibras musculares lisas dispuestas de manera circular, con lo cual, se reduce el lumen bronquiolar dificultando la respiración. Neumonía: infección aguda de los alvéolos causada por bacterias y virus. Bronquitis: infección y posterior inflamación de los bronquios. Bronconeumonía: infección de los alvéolos contiguos a los bronquios. Tuberculosis pulmonar: destrucción gradual del tejido pulmonar por la creación de una capsula (tubérculo), producto de una reacción pulmonar para evitar la dispersión de la bacteria Mycobacterium tuberculosis. Enfisema pulmonar: perdida de la elasticidad pulmonar y destrucción progresiva de los alvéolos, una de las principales causas es el tabaquismo.
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Cuadro sin贸ptico del sistema respiratorio
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Guía de ejercicios: 1.- Los pulmones contienen aproximadamente 300 millones de alvéolos, que desplegados ocuparían una superficie aproximadamente de: a) b) c) d) e)
7 metros cuadrados 770 metros cuadrados 20 metros cuadrados 17 metros cuadrados 70 metros cuadrados
2.- El conjunto de secreciones de la mucosa bronquial que se expulsa al exterior mediante la tos, se denomina: a) Cianosis b) Enfisema c) Esputo d) Tuberculosis e) Disnea 3.- El (los) vaso (s) sanguíneo (s) que conduce (n) la sangre venosa desde el ventrículo derecho del corazón a los pulmones es (son): a) La aorta b) Las arterias pulmonares c) Las venas pulmonares d) Las venas cavas e) Todas las alternativas son correctas 4.- La trompa de Eustaquio comunica la faringe con: a) El oído externo b) El oído medio c) El oído interno d) La glotis e) La laringe 5.- La vía aérea principal de los pulmones es: a) La tráquea b) El bronquio c) El alveolo d) La laringe e) La faringe
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6.- La hemoglobina presenta mayor afinidad con el: a) Oxigeno b) Nitrógeno c) Dióxido de carbono d) Hidrogeno e) Helio 7.- En los pulmones, la sangre venosa se convierte en sangre arterial, este proceso se denomina: a) Hematosis b) Hematopoyesis c) Eritropoyetina d) Oxihemoglobinosis e) Ningunas de las alternativas es correcta 8.- La infección de los senos de las fosas nasales de conoce como: a) Laringitis b) Amigdalitis c) Conjuntivitis d) Sinusitis e) Rinitis 9.- La depresión central de cada pulmón se denomina: a) Hilio b) Glotis c) Traquearteria d) Alveolo pulmonar e) Lóbulo 10.- La tuberculosis es generada por: a) El bacilo de Koch b) Mycobacterium tuberculosis c) Tripanosoma tuberculosis d) Alternativas a y b son correctas e) Alternativas a y c son correctas 11.- Los pulmones de manera externa están cubiertos por la (el): a) Neumotórax artificial b) Neumotórax c) Hilio d) Pleura e) Traquea
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12.- El aire atmosférico que ingresa al espacio intrapleural cuando existe una perforación del pulmón, se conoce como: a) Neumotórax b) Bronconeumonía c) Pleuresía d) Volumen residual e) Capacidad vital 13.- Los anillos cartilaginosos en forma de C, se encuentran en: a) Los alvéolos b) La traquea c) Los bronquios d) Los bronquiolos e) La pleura 14.- El piso del tórax es: a) El músculo intercostal b) El músculo abdominal c) El diafragma d) El músculo estenocleidomastoideo e) El abdomen 15.- El proceso de inspiración respiratorio es un fenómeno esencialmente: a) Pasivo b) Activo c) Osmótico d) Alternativas a y b son correctas e) Alternativas a y c son correctas 16.- El pulmón izquierdo presenta: a) 1 lobulación b) 2 lobulaciones c) 3 lobulaciones d) 4 lobulaciones e) 5 lobulaciones 17.- El gas que se encuentra en mayor cantidad en la atmósfera terrestre es el: a) Oxigeno b) Dióxido de carbono c) Ozono d) Vapor de agua e) Nitrógeno
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18.- Inspiraci贸n honda con la boca bastante abierta, seguida de una espiraci贸n lenta. Esta definici贸n corresponde al: a) Bostezo b) Hipo c) Risa d) Estornudo e) Todas las alternativas son correctas 19.- La sangre que sale de los pulmones, lo hace por las: a) Arterias pulmonares b) Venas cavas c) Arterias aortas d) Venas pulmonares e) Ninguna de las alternativas es correcta 20.- La membrana mucosa denominada pituitaria se encuentra en: a) La traquea b) Los bronquiolos c) La faringe d) Los alv茅olos e) Las fosas nasales
Alternativas correctas: 1 E 2 C 3 B 4 B 5 A 6 C 7 A 8 D 9 A 10 D
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
D A B C B B E A D E 26