centro respiratorio

CENTRO RESPIRATORIOCENTRO RESPIRATORIO

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La respiración, como intercambio de O2 y CO2 debe analizarse como un fenómeno particular, incluido en una actividad general que está regulada por un conjunto de sistemas de control, que funcionan jerárquicamente, dependiendo de las circunstancias.La ventilación, como movimiento de aire por unidad de tiempo, varía de acuerdo a necesidades de homeostasis metabólicas, pero también lo hace por diversas demandas generales del organismo (deglución, fonación, posición corporal) .

A pesar de ello se analiza la función ventilatoria y su control de manera aislada, que es la forma tradicional usada en fisiología.

Los estímulos fundamentales que se analizan son la PCO2, la PO2, el pH, el

consumo de O2.

clicTodas las señales que tienen acceso a los músculos respiratorios son procesadas por sus propios sistemas de control pero interaccionan con otros sistemas.

Clic

OBJETIVOS

Por ello los movimientos ventilatorios, si bien corresponden a una función de aporte de O2 y de eliminación de CO2 de manera fundamental, dependen también de la actividad cerebral, de estados emocionales y de señales somatosensoriales generales. Hay numerosas técnicas para su estudio hasta la respuesta final que es el Volumen Minuto Ventilatorio ( Ve ) estudiado como el Volumen Corriente ( Vc ) multiplicado por la Frecuencia ventilatoria ( Fv ).

.

SISTEMA VENTILATORIO

CENTRO RESPIRATORIO

ESTIMULOS

SISTEMA VENTILATORIO

CENTRO RESPIRATORIO

ESTIMULOS

MENU GENERAL

La respiración debe analizarse como un fenómeno particular, incluido en una actividad general que está regulada por un conjunto de sistemas de control, que funcionan jerárquicamente, dependiendo de las circunstancias.La ventilación varía de acuerdo a necesidades metabólicas, pero también lo hace por diversas demandas no homeostáticas del organismo en general (deglución, fonación, posición corporal) .

Por esta razón la producción y el control de los movimientos respiratorios no se puede analizar adecuadamente como la simple integración de reflejos en el “centro respiratorio”.

Como acción motora compleja sufre el control del sistema nervioso a nivel central y espinal; pero además de los músculos específicos de “bombeo” del aire, actúan músculos de la laringe, la faringe, faciales, de la lengua, el músculo liso bronquial, los que en conjunto aseguran un calibre adecuado de las vías aéreas.

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Por ello los movimientos ventilatorios, si bien corresponden a una función de aporte de O2 y de

eliminación de CO2 de manera fundamental, dependen

también de la actividad cerebral, de estados emocionales y de señales somatosensoriales generales.

Todas las señales que tienen acceso a los músculos respiratorios son procesadas por sus propios sistemas de control pero interaccionan con otros sistemas.

Los conjuntos de motoneuronas espinales constituyen centros de integración de las señales descendentes de control cerebeloso, cortical y de reflejos posturales, produciendo una respuesta en los músculos que permiten ajustar los movimientos del tórax y de la posición corporal.

Se asegura una longitud y una velocidad de acortamiento muscular adecuados y de bajo costo energético, que además combinan la ventilación con diferentes actividades.

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El análisis del control central de la ventilación considera la sensibilidad del “centro respiratorio”, es decir la relación entre la intensidad del estímulo y la respuesta del sistema. Los estímulos son generalmente

neuronales de Sistema Nervioso Central reflejos periféricos de variado origen de tipo químico, a través de variaciones de PO2 y PCO2

reflejos de origen ventilatorio

Pero las respuestas a ser estudiadas plantean diferentes problemas, donde la resultante final es un volumen corriente ( Vc ) y un tiempo de duración del ciclo ventilatorio, es decir, la frecuencia respiratoria (Fr)La ventilación o las variables que la representan ( Vc y Fr ) constituyen una respuesta final a un gran número de estímulos. Por esta razón ha sido necesario ir incorporando medidas experimentales que tengan especificidad sobre determinados fenómenos, a fin de poder diferenciar, por ejemplo, a individuos que no responden a un estímulo por un defectuoso control nervioso central de aquellos que no lo hacen por razones de diferentes aspectos mecánicos, químicos, humorales.

CENTRO RESPIRATORIOCENTRO RESPIRATORIO S N C

Reflejos

Nervios motores

Músculos

Respiratorios

VENTILACION

Vc Fr

ReflejosReflejosSISTEMA VENTILATORIOcomplacencia , Resistencia

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clic

clic

MENU

Vea este grafico en las

siguientes pantallas

El electroneurograma registra en forma directa el estímulo nervioso motor y el electromiograma, cuantifica la respuesta a nivel de la unión neuromuscular .

Es evidente que estas dos mediciones permiten diferenciar de manera específica entre estímulo nervioso y contracción muscular.

el acoplamiento entre la excitación y la contracción

la relación muscular fuerza-longitud

la contractilidad muscular.Suele explorarse la respuesta individual a CO2, O2 o a ambos estímulos asociados,

como posible causa de hipoventilación o baja respuesta al esfuerzo físico.

Se usa esta técnica en un intento de producir una contracción muscular isométrica, pues se minimiza la variación de volumen al actuar con la glotis cerrada y así se explora solamente la señal central.

4 de 8

clicLa presión de oclusión es una respuesta compleja ante una señal nerviosa central, ya que se añade la influencia de las características de


Reflejos

Nervios motores

Músculos

Respiratorios

VENTILACION

Vc Fr


Electroneurograma

Electromiograma

Presión de oclusión

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El trabajo ventilatorio está determinado por la presión o energía necesaria para producir el ingreso del volumen de gas al pulmón.

Como las relaciones no son lineales se realiza el cálculo como la sumatoria o la integral del área generada por la señal correspondiente a ambas variables.

La presión puede ser la diferencia entre la medida en esófago ( Presión Pleural (Ppl) ) y la alveolar ( PA ), la que constituye una presión transmural.

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La llamada presión transpulmonar ( PTP ) se usa para estimar el trabajo de la caja torácica y se mide con trasductores diferenciales.

PTP = PA – Ppl

Cuando se mide la presión en estómago ( Presión abdominal (Pabd) ) se usa otra presión transmural conocida como presión transdiafragmática y permite estimar el trabajo diafragmático.

Pdi = Pabd – Ppl

clic

Lea Presión Transmural en la clase Presión

clic

clic

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Reflejos

Nervios motores

Músculos

Respiratorios

VENTILACION

Vc Fr


Electroneurograma

Electromiograma


Trabajo Ventilatorio

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Electroneurograma

Electromiograma



Reflejos

Nervios motores

Músculos

Respiratorios

VENTILACION

Vc Fr



Hay numerosas pruebas pero se deben recordar especialmente

Curva Flujo Volumen

Espirograma 6 de 8

Espirograma

Curva Flujo Volumen

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.clic

MENU

Lea la clase Exploración Funcional Pulmonar

… .Al medir la ventilación global o el volumen minuto ventilatorio ( Ve ) se introduce la variación del ritmo respiratorio o frecuencia respiratoria, además de las influencias genrales que controlan el volumen pulmonar.

.

Ve = Vc * Fr.

Es el resultado final del proceso ventilatorio y su valor debe ajustarse según las demandas metabólicas del organismo.

Debe analizarse el concepto de ventilación alveolar ( VA ), que es la fracción útil de la ventilación global y es la que participa del intercambio gaseoso.

.

La conclusión obvia del análisis del esquema anterior es que las medidas específicas aseguran la cuantificación de un fenómeno con precisión, pero se puede estar muy alejado de la interpretación de la respuesta global.

Por otra parte el uso de variables de tipo general no permite a veces conocer la incidencia de diferentes mecanismos y no permite realizar una diferenciación patológica clara.Alteraciones similares del volumen minuto ventilatorio suelen tener causas de origen totalmente diferentes y para un tratamiento adecuado deben ser claramente identificadas.

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Electroneurograma

Electromiograma



Reflejos

Nervios motores

Músculos

Respiratorios

VENTILACION

Vc Fv



Espirograma

Curva Flujo Volumen

MENU

Galeno (II a.c) había descrito que la presencia de lesión o sección nerviosa por debajo del bulbo conducía a una muerte rápida.

A pesar de tener patrones de respuesta muy variados, ellas solas no aseguran movimientos ventilatorios normales en cuanto a su frecuencia y a su amplitud, como se verá mas adelante.

La ubicación anatómica del amplio conjunto que se llamó ¨centro respiratorio¨ está establecida desde el siglo XVII y también desde fines del siglo XIX se conoce la acción global de los diferentes grupos neuronales que lo componen.

CENTRO

RESPIRATORIO

Se sabe que hay una variación rítmica de la ventilación que se mantiene con la sola acción de las neuronas inspiratorias y espiratorias.

ANTERIOR POSTERIOR

Protuberancia

AQS AQS

CN CN

CuartoVentrículo

C E

C I

Pedúnculos cerebeloso

Derecha Izquierda Izquierda Derecha

Anterior Posterior

En 1780 LeGallois describió la persistencia de la ventilación a pesar de la extirpación del cerebro y del cerebelo, si se mantenían las estructuras inferiores intactas.En 1840 Flourens ubicó lo que llamó el ”nudo vital”, constituído por un área de 2 mm de diámetro ubicada a ambos lados de la línea bulbar media.

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clic.

clic.

MENU

Si bien no se describe actualmente el control central de la ventilación con el modelo de Julius Comroe para entender este interesante proceso de una manera general las modificaciones generales, es interesante proceder a su desarrollo y explicación.

ANTERIOR POSTERIOR

Protuberancia

AQS AQS

CuartoVentrículo

C E

C I

Pedúnculos cerebeloso

Derecha Izquierda Izquierda Derecha

Anterior Posterior

La ubicación anatómica de las áreas quimiosensibles ( AQS ) en el área de las neuronas de control ventilatorio, hizo pensar que el “centro respiratorio” era sensible y producía regulación de la ventilación por cambios químicos.Hoy se sabe que son estructuras diferentes y que el “centro respiratorio” tiene como función fundamental el procesamiento de señales enviadas por neuronas quimiosensibles tanto centrales como periféricas; también procesa e integra señales del Sistema Nervioso Central ( SNC ) y de reflejos periféricos de variado origen.

C N

C A

Se describen las neuronas del centro neumotáxico ( CN ) y centro apnéusico ( CA ) como estructuras de control, que determinan la amplitud y la frecuencia de los movimientos ventilatorios.

CENTRO

RESPIRATORIO

A ello se suma un control periférico muy determinante que llega a través del nervio neumogástrico.

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MENU

CN CN

CuartoVentrículo

CE

CI

Aún con todas las neuronas centrales intactas aumenta la amplitud y disminuye la frecuencia de los movimientos ventilatorios.

Centro neumotáxicoCentroApnéusico

CentroEspiratorio CentroInspiratorio

NEUMOGASTRICOSNEUMOGASTRICOS

intactos cortadosintactos cortados

Un corte por debajo del centro bulbar inspiratorio – espiratorio deja suprimido todo movimiento ventilatorio.

Si se suprimen los centros neumotáxico y apnéusico, se mantiene un cierto ritmo, pero sin regularidad en su frecuencia y en su amplitud .

CENTRO

RESPIRATORIO

Hay una modificación de la ventilación producida por la falta de control de tipo reflejo, como se evidencia cuando los nervios neumogástricos se seccionan experimentalmente.

Si se suprime el efecto inhibidor del centro neumotáxico, por ejemplo, por un corte que mantiene en función las neuronas del centro apnéusico y del centro inspiratorio-espiratorio, se produce una interrupción de la ventilación en inspiración, llamada apnea inspiratoria.

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clic

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La observación del aumento de la ventilación durante la realización de actividades físicas, probablemente está entre las primeras apreciaciones de la modificación sistemática de una función fisiológica y se señala el año 1650 como fecha del primer reporte de observaciones experimentales.

A pesar de ello y de los innumerables estudios desarrollados al respecto, hay aspectos sumamente polémicos que en forma extrema son descritos por Blackie : ” el conocimiento del patrón ventilatorio en esfuerzo máximo en pacientes es limitado porque el rango de respuestas ventilatorias ( volumen minuto, volumen corriente, frecuencia respiratoria) en esfuerzo máximo es desconocido ”.

Esta crítica es real pero exagerada, ya que se conoce que la ventilación se modifica en forma global aumentando a valores máximos en relación con el consumo de oxígeno y la eliminación de dióxido de carbono , producto de la realización de esfuerzo; también se sabe que estos valores tienen una amplia dispersión.

ESTIMULO

VENTILATORIO

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PCO2 mmHg40 50 60 70

Ve l / min.

Ventilación Voluntaria MáximaVentilación Voluntaria Máxima

Los estímulos de la ventilación son variados y con respuestas que presentan una amplia dispersión individual y de grupo.

De manera voluntaria se pueden generar aumentos de la ventilación y una prueba funcional de uso durante muchas años ha sido la Ventilación Voluntaria Máxima ( VVM ).

Produciendo un aumento máximo en el volumen corriente (Vc) y en la frecuencia respiratoria (Fr) se pueden producir ventilaciones entre 150 y 200 litros por minuto

El dióxido de carbono ( CO2 ) es el estímulo principal de la ventilación, pero ante aumentos exagerados se produce una disminución de la respuesta. Se analiza como un fenómeno de narcosis producido por falta de respuesta de las células quimiosensibles, sobretodo a nivel de sistema nervioso central.

ESTIMULO

VENTILATORIO

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PCO2 mmHg40 50 60 70

Ve l / min.

90 70 50 30 PO2 mmHg

7.4 7.2 7.0 6.8 pH unidad7.4 7.2 7.0 6.8 pH unidad

Las disminuciones de la presión parcial de oxígeno ( PO2 ) sin modificación de otras variables ( PCO2, pH ) son un estímulo poco efectivo para producir un aumento de la ventilación.

Pero si simultáneamente aumenta la PCO2, que es lo que ocurre cuando hay hipoventilación, los efectos se potencian, con aumentos mayores en 6 o 7 veces.Una respuesta un poco mayor se produce ante disminuciones del pH sanguíneo (aumento de la concentración de hidrogeniones).

Siempre es una respuesta menor que la lograda con variaciones de PCO2.

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ESTIMULO

VENTILATORIO

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Lea la clase Control Ventilatorio

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PCO2 mmHg40 50 60 70

Ve l / min


90 70 50 30 PO2 mmHg


. Un cambio mixto es el que se produce en las pruebas de esfuerzo, por aumento de consumo de O2 ( VO2 ) y de la

eliminación del CO2 ( VCO2 ).

0.5 1.0 1.5 2.0 VO2esfuerzo

En la gráfica de Julius Comroe que se está desarrollando, se presentan VO2 entre 0.5 y 2 litros

por minuto.

A pesar de ser el estímulo mas potente presentado, no alcanza los valores de la V V M.

Ello se produce porque el músculo debe tener un período de relajación adecuado para contraerse nuevamente a niveles máximos. Además la sensación disneica impide que el individuo realice esfuerzos tan intensos como los producidos para lograr la V V M por mas de unos pocos segundos.

ESTIMULO

VENTILATORIO

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PCO2 mmHg40 50 60 70

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90 70 50 30 PO2 mmHg


Ventilación Voluntaria MáximaVentilación Voluntaria Máxima La ventilación en reposo es de aproximadamente 10 l / min y se puede alcanzar hasta 150 l / min como se vió en esfuerzo ventilatorio voluntario máximo.

Por ello no se considera al sistema ventilatorio como un factor limitante en esfuerzo en sujetos normales; pero puede serlo en presencia de patología.

La función primaria del sistema respiratorio es proveer oxígeno a los músculos involucrados en el esfuerzo y éstos pueden fallar de forma directa o indirecta.

0.5 1.0 1.5 2.0 VO2esfuerzo

ESTIMULO

VENTILATORIO

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Tan importante como lo anterior es la eliminación de dióxido de carbono y la regulación ácido-.base del organismo.

Lea la clase Control Ventilatorio.

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Las motoneuronas espinales constituyen elementos importantes en la integración de las señales eferentes, generando una acción motora final, dirigida fundamentalmente a los músculos respiratorios.

En forma directa puede producirse una alteración si el pulmón y la caja torácica son incapaces de proveer una ventilación adecuada o en producir un intercambio gaseoso eficiente.

En forma indirecta si el O2 adicional provisto por el aumento de ventilación es consumido por los músculos ventilatorios; la ventilación puede pasar de adecuada a insuficiente por el aumento de una demanda metabólica exagerada o mala circulación.

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PCO2 mmHg40 50 60 70

Ve l / min

90 70 50 30 PO2 mmHg



0.5 1.0 1.5 2.0 VO2esfuerzo

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No se trata de un simple mecanismo destinado a regular la normal concentración de O2 y CO2 en el organismo ( homeostasis) sino que cumplen numerosas funciones generales.

MENU0.5 1.0 1.5 2.0 VO2esfuerzoRESUMEN FINAL

El centro respiratorio es una estructura en sistema nervioso central que controla gran parte de la actividad ventilatoria, pero reforzado por señales periféricas mecánicas y químicas de distinto tipo. Se ha presentado el modelo clásico desarrollado por Julius Comroe, aunque hay modelos mas completos.

Existen numerosos estudios de laboratorio que analizan los fenómenos

globales como el Volumen Corriente ( Vc ) y la Frecuencia Ventilatoria ( Fv)

parciales como el Trabajo Ventilatorio, el Espirograma, la Curva Flujo Volumen

Obviamente debe conocerse la patología existente para proponer el estudio adecuado y abordar su corrección.

Los estímulos ventilatorios tales como CO2, O2, pH son estudiados a través de análisis de laboratorio realizados en sangre arterial, gases alveolares, orina.

La información ofrecida en esta clase es necesaria para hacer una primera aproximación a la patología ventilatoria y puede ser completada leyendo las clases de Control Ventilatorio, de Oxígeno y de Dióxido de Carbono.

FIN

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FIN

El concepto de Centro Respiratorio ha ido cambiando permanente de acuerdo con los métodos experimentales de estudio y con las posibilidades de prever respuestas mas complejas. Se ha considerado útil explicar en esta clase algunos métodos de estudio de las respuestas ante algunos estímulos aislados.

Pero la respuesta global cada vez mas se orienta con estudios mas relacionados con la respuesta de neuronas y su integración con otros sistemas, aunque se trata de métodos experimentales no siempre accesibles a un laboratorio clínico de mediana complejidad

Las medidas comunes son el resultado final o volumen minuto ventilatorio (Ve l / min) que se compone con el valor del volumen corriente (Vc, cc litro) y la frecuencia ventilatoria (Fv), ventilaciones /min). Numerosas formas de exploración de la función ventilatoria se han descrito, que se utilizan según la hipótesis manejada y la necesidad de un diagnóstico diferencial

Los estímulos químicos de la ventilación son muy importantes pues permiten estudiar no solo la función ventilatoria sino también la cardiovascular, la hormonal, la metabólica.

El estudio de la ventilación con variables como PO2, PCO2, pH permite realizar aproximaciones fisiopatológicas sumamente importante, por lo que es fundamental conocer a cabalidad su comportamiento normal.

CONCLUSIONES

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