resumen anatomia y fisiologia del sistema respiratorio (2)

Profesora: María Paz Araya C.

ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL APARATO RESPIRATORIO.

INTRODUCCIÓN En los procesos metabólicos, todas las células del cuerpo consumen oxígeno en el proceso de oxidación, para obtener energía y liberar dióxido de carbono, que debe ser eliminado. El sistema respiratorio abastece a las estructuras encargadas de incorporar oxígeno a la sangre y retirar y expulsar al exterior el dióxido de carbono.

Entendemos por respiración a todo el proceso de intercambio de gases. Consta de tres grandes fases:•Ventilación pulmonar: inspiración o entrada de aire a los pulmones y espiración o expulsión del aire de los pulmones.•Respiración externa: intercambio de gases entre los pulmones y la sangre.•Respiración interna (o tisular, o celular): intercambio de gases entre las células de los tejidos y la sangre.

Órganos respiratorios.El Sistema respiratorio consta de las siguientes partes:•Aparato respiratorio superior: constituido por nariz, faringe y estructuras accesorias.•Aparato respiratorio inferior: constituido por laringe, tráquea, bronquios y pulmones.

Estructuras del aparato respiratorio.

Nariz: Tiene una porción externa y una porción interna, entre los huesos de la cara. La porción externa está dividida en dos orificios nasales. La interna es una gran cavidad, dividida en dos partes y situada sobre la boca. Se une a la faringe por dos orificios denominados coanas. La nariz es la encargada de calentar, humidificar y filtrar el aire. Además, recibe los estímulos olfatorios, y modifica los sonidos que emitimos.

Fig. 1 Fosas Nasales

Faringe: Tubo con forma de embudo, de unos trece centímetros y que se extiende desde la nariz hasta el cartílago cricoides, que es la parte superior de la laringe. Tiene tres partes. Por un lado está la zona situada tras la nariz, hasta donde llegan los orificios de la trompa de Eustaquio y denominado nasofaringe. Una zona media, situada tras la cavidad bucal, con la que se comunica y denominada orofaringe. Esta zona es común al respiratorio y al digestivo. La porción inferior es la hipofaringe, que se comunica con la laringe.

Laringe: es un corto pasaje que comunica la faringe con la tráquea. Está formado por nueve piezas de cartílago. Entre ellas destacan el cartílago tiroides, que constituye la nuez de Adán y la epiglotis, que funciona como una trampilla, de forma que cuando comemos, la epiglotis se eleva y deja


bajar la comida, evitando que pase a la glotis y por lo tanto a las vías respiratorias. En la laringe se encuentran también las cuerdas vocales.

Tráquea: conducto de alrededor de doce centímetros de largo y dos centímetros y medio de diámetro. Se encuentra por delante del esófago y va desde la laringe hasta una zona, situada aproximadamente a la altura de la quinta vértebra dorsal, donde se divide en dos bronquios primarios o principales. Posee entre quince y veinte anillos de cartílago incompletos, que evitan que se colapse o cierre cuando el aire entre y sale (el juego de presiones tendería a cerrar el tubo).

Bronquios: la tráquea se divide en dos bronquios, derecho e izquierdo y cada uno de los dos se dirigirá hacia un pulmón. Al penetrar en los pulmones, los bronquios se dividen y forman los bronquios secundarios. Estos se ramifican de nuevo y dan lugar a los bronquios terciarios. La siguiente división ya dará lugar a los bronquiolos. Los bronquiolos siguen sufriendo divisiones sucesivas. Al final, habrá un total de 16 divisiones. Hasta los bronquiolos, el aire no sirve para respirar, ya que no hay alvéolos en los que tengan lugar los intercambios. Este espacio de aire supone alrededor de 150 mililitros.

Los bronquiolos: Están constituidos por fibras musculares lisas circulares. El diámetro de los bronquiolos es regulado por los nervios simpáticos y parasimpáticos que producen broncodilatacion y broncocontriccion. Cada bronquiolo al dividirse origina los conductos alveolares, los que a su vez desembocan en los sacos alveolares.

Pulmones: órganos de forma más o menos cónica, colocados en la cavidad torácica y separados por el corazón y el mediastino. Cada uno de ellos se encuentra recubierto por dos membranas. Una externa, unida a la pared torácica y denominada pleura parietal. Y una interna, unida directamente a los pulmones y denominada pleura visceral. Entre ambas se encuentra un líquido lubricante, denominado líquido pleural. Los pulmones tienen una forma vagamente cónica, siendo más anchos por la parte de abajo, denominada base, y teniendo una parte superior más estrecha denominada vértice. Existe una zona por donde entran y salen los bronquios y vasos sanguíneos, denominado hilio. El pulmón derecho es más grande que el izquierdo, ya que este último tiene un hueco que ocupa el corazón. Sin embargo, el izquierdo es más largo, llega hasta zonas más inferiores, ya que el derecho tiene, debajo del diafragma, al hígado. Los pulmones están surcados por fisuras que dividen al pulmón en lóbulos. El izquierdo tiene una fisura oblicua que divide al pulmón en dos lóbulos, el inferior y el superior. El derecho posee dos fisuras, que dividen al pulmón en tres lóbulos, superior, medio e inferior. Es en los pulmones donde los bronquios van sufriendo sus sucesivas divisiones y estas divisiones van penetrando en subdivisiones del pulmón, denominados lobulillos. Al final de las divisiones, dentro de los lobulillos, están los sacos alveolares. Estos tienen en su interior dos o tres alvéolos pulmonares. En los alvéolos, que están recubiertos por capilares, es donde llega el aire y se intercambian oxígeno y dióxido de carbono con la sangre.


Fig. 2 Esquema del aparato respiratorio

Fisiología de la respiración.Por una parte, debemos analizar el proceso de entrada y salida de aire de los pulmones, es decir, la ventilación pulmonar. Y por otro, el proceso de intercambio que tiene lugar en los alvéolos pulmonares.

Ventilación pulmonar.Es el proceso para llenar los alvéolos de aire proveniente del exterior y posteriormente expulsarlo. Es un juego de presiones. El pulmón tiene una cierta capacidad de distensión, puede aumentar su volumen, y de elasticidad, recuperando su volumen inicial.La entrada de aire se denomina inspiración. Se basa en la expansión de los pulmones. Se basa en la contracción de los músculos respiratorios, es decir, el diafragma y los músculos intercostales. El más importante es el diafragma, que cambia su forma convexa, aplanándose. También colaboran los músculos intercostales externos, que elevan las costillas. Con todo ello conseguimos que aumente el volumen de los pulmones, empujado por la expansión de la caja torácica (la pleura visceral y parietal están pegadas una a la otra gracias a la elevada presión a la que se encuentra el líquido pleural). Al aumentar el volumen de los pulmones, la presión en su interior baja y el aire penetra.

La expulsión del aire se denomina espiración. La espiración normal no requiere esfuerzo, no precisa contracción muscular alguna. Las fibras elásticas del pulmón y el peso de la caja torácica hacen que este recupere su volumen original. Al disminuir este volumen, la presión interior aumenta y el aire es expulsado al exterior. Sin embargo, algunos músculos, como los intercostales internos y los abdominales, pueden forzar el proceso de espiración, provocando que los pulmones reduzcan su volumen más deprisa, aumentando la presión a mayor velocidad y expulsándose el aire con mayor fuerza y velocidad. Es lo que se denomina espiración forzada.Volúmenes pulmonares.Durante el proceso respiratorio normal, en los pulmones entran alrededor de 500ml de aire, los mismos que lógicamente son expulsados en la espiración. Es lo que se denomina volumen corriente (VC).De esos 500ml, 150ml permanecen en las vías externas, es decir, nariz y laringe, y vías internas en las que no se intercambia gases, es decir, faringe, tráquea, bronquios y parte de los bronquiolos, y en esta zona no se intercambian gases. A esta zona se le denomina espacio muerto anatómico (EMA).El volumen respiratorio por minuto, o volumen minuto respiratorio (VMR), se calcula multiplicando el volumen de aire inspirado por el número de inspiraciones


por minuto. Dado que solemos inspirar alrededor de doce veces al minuto, el VMR rondará los 6000ml/min.Podemos hacer una inspiración más profunda e inhalar más de esos 500ml, pudiendo alcanzar un máximo de entre 3000ml y 3500ml más de inspiración o inhalación. Este volumen se denomina volumen de reserva inspiratorio (VRI). Podemos aumentarlo aún más si, antes de inspirar, espiramos todo el aire que podamos de los pulmones. Este aire de más espirado ronda los 1200ml y se denomina volumen de reserva espiratorio (VRE).Todavía después de expulsar todo el aire que podamos de los pulmones, quedará en los pulmones un cierto volumen de aire, que rondarán los 1200ml, que mantendrá inflados los alvéolos y que se denomina volumen residual (VR).A la suma del volumen corriente y del volumen de reserva inspiratorio constituye la capacidad inspiratoria (CI). Si calculamos, veremos que ronda los 3600ml. La suma del volumen residual más el volumen de reserva respiratorio es la capacidad residual funcional (VRF), y rondará los 2400ml.

El volumen de reserva inspiratorio, más el volumen corriente, más el volumen de reserva espiratorio constituye la capacidad vital (CV) y rondará los 4800ml. La suma de todos los volúmenes es la capacidad pulmonar total (CPT) y tendrá un valor de alrededor de 6000ml.

Fisiología de la respiración pulmonar.

La fisiología respiratoria se basa en diferencias de concentración. Y como hablamos de gases, de presiones parciales de O2 y CO2 de los gases inspirados y sangre. Esto unido a la facilidad de difusión de ambos gases a través de la membrana alveolar, que es muy fina, concretamente alrededor de 10,5µm. Y supone una superficie amplia, alrededor de 70m2 sumando la de todos los alvéolos.El oxígeno atmosférico llega a los pulmones a una concentración equivalente a unos 100 - 105mmHg, dependiendo de la altura sobre el nivel del mar al que nos encontremos, mientras que en la sangre que llega a los pulmones rondará los 40mmHg. Por lo tanto, las presiones tenderán a igualarse pasando a la sangre oxígeno hasta llegar a esos 100 – 105 mmHg de oxígeno.El dióxido de carbono en la sangre está a unos 45mmHg. En el aire inspirado esa concentración es de unos 40mmHg. Por lo que el intercambio entre ambos es de unos 5mmHg.Como ya indicamos, para que el oxígeno no tenga que ir disuelto en la sangre se une a hemoglobina (por eso, además, posee mucha mayor capacidad de intercambio). La hemoglobina será el encargado de transportarlo.

Fisiología de la respiración tisular.En los tejidos la situación es inversa. El líquido extracelular es pobre en oxígeno, ya que ha sido consumido por las células. Concretamente, rondará los 40mmHg. Por lo que una buena parte del oxígeno de la sangre pasará a los tejidos, hasta que las presiones parciales se igualen, es decir, la cantidad de oxígeno de la sangre bajará hasta esos 40mmHg.En cambio el dióxido de carbono está más concentrado en el líquido extracelular, debido a la actividad metabólica de las células. Estará a concentraciones próximas a los 45mmHg. Por lo que el dióxido de carbono pasará del líquido extracelular a la sangre.El dióxido de carbono viaja, en parte, unido a la hemoglobina. Pero no es su principal medio de transporte, la hemoglobina prefiere transportar al oxígeno. Concretamente solo el 23% del CO2 viaja unido a la hemoglobina. Alrededor de un 7% viajará como gas disuelto. El 70% restante viajará en forma de bicarbonato, gracias a la acción de la anhidrasa carbónica, y siguiendo las siguientes reacciones de equilibrio:


Control de la respiración.La respiración es un proceso que debe estar controlado de forma muy ajustada y fina. En reposo, consumimos alrededor de 200ml de oxígeno por minuto. Durante un ejercicio intenso, podemos llegar a multiplicar por 30 esa cantidad. Para ello el cuerpo debe aumentar el ritmo de la ventilación, la profundidad de la inspiración y de la espiración.El ritmo básico está controlado por el sistema nervioso, por áreas situadas en el bulbo raquídeo y la protuberancia. El área rítmica bulbar es una zona que controla el sistema básico de respiración, el ritmo en estado de reposo. En el área neumotáxica se controla la coordinación entre la inspiración y la espiración. Y en el área apneútica se controla el proceso de toma de aire.Otras zonas del cerebro tienen conexiones con estos centros respiratorios y estimulan el aumento del ritmo respiratorio cuando resulta necesario. Por ejemplo, cuando el pH de la sangre baja. Una bajada del pH de la sangre supone que hay aumento de la cantidad de dióxido de carbono, que se transformará en bicarbonato, reaccionando con el agua y liberándose H+. También se activa el ritmo cuando baja la cantidad de oxígeno. Existen zonas del cuerpo y del sistema nervioso central en la que encontramos receptores químicos que miden las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono de la sangre.

El sistema hormonal también puede actuar sobre el centro respiratorio, aumentado o rebajando el ritmo respiratorio, o variando el calibre de los bronquiolos que comunican con los alvéolos pulmonares, permitiendo o restringiendo el paso de aire a los mismos.

Mecánica Respiratoria

INSPIRACIÓN es la entrada de aire por las FOSAS NASALES hacia los PULMONES. Cuando se produce el descenso del Diafragma, se origina un vacío o descenso de presión en la cavidad torácica de modo que al ser menor la presión intra-torácica que la atmosférica se produce la entrada del aire o INSPIRACIÓN. Esto es favorecido por la acción de los músculos que llevan las costillas hacia afuera y hacia arriba, en tanto aumenta el diámetro torácico, lo cual facilita la entrada del aire hasta los Pulmones.

- ESPIRACIÓN es la salida de aire desde los PULMONES hacia las Fosas Nasales. Cuando se produce el ascenso del Diafragma, la presión intra-torácica es mayor que la atmosférica y esto provoca la salida del aire o ESPIRACIÓN. El proceso es facilitado por la relajación de los Músculos que actuaron favoreciendo la Inspiración.

Fig. 3 Mecánica Respiratoria


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-Respiramos unas 17 veces por minuto y cada vez introducimos en la respiración normal ½ litro de aire. El número de inspiraciones depende del ejercicio, de la edad etc. la capacidad pulmonar de una persona es de cinco litros. A la cantidad de aire que se pueda renovar en una inspiración forzada se llama capacidad vital; suele ser de 3,5 litros.

Cuando el aire llega a los alvéolos, parte del oxígeno que lleva atraviesa las finísimas paredes y pasa a los glóbulos rojos de la sangre y el dióxido de carbono que traía la sangre pasa al aire, así la sangre venenosa se convierte en sangre arterial esta operación se denomina hematosis.

Transporte De Los Gases

El oxígeno tomado en los alvéolos pulmonares es llevado por los glóbulos rojos de la sangre hasta el corazón y después distribuido por las arterias a todas las células del cuerpo.

El dióxido de carbono es recogido en parte por los glóbulos rojos y parte por el plasma y transportado por las venas cavas hasta el corazón y de allí es llevado a los pulmones para ser arrojado al exterior.

La Respiración de Las Células

Toman el oxígeno que les lleva la sangre y/o utilizan para quemar los alimentos que han absorbido, allí producen la energía que el cuerpo necesita y en especial el calor que mantiene la temperatura del cuerpo humano a unos 37ºC.

Fig. 4 Respiración Celular


El intercambio de gases en los pulmonesSe realiza debido a la diferente concentración de gases que hay entre el exterior y el interior de los alvéolos; por ello, el O2 pasa al interior de los alvéolos y el CO2 pasa al espacio muerto (conductos respiratorios).

A continuación se produce el intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre.

Cuando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido en CO2 y muy escaso en O2. El O2 pasa por difusión a través de las paredes alveolares y capilares a la sangre. Allí es transportada por la hemoglobina, localizada en los glóbulos rojos, que la llevará hasta las células del cuerpo donde por el mismo proceso de difusión pasará al interior para su posterior uso. (Ver figura 5).

Figura 5 Mecanismo de intercambio de O2

El mecanismo de intercambio de CO2

es semejante, pero en sentido contrario, pasando el CO2 a los alvéolos. (Ver figura 6).El CO2, se transporta disuelto en el plasma sanguíneo y también en parte lo transportan los glóbulos rojos.

Transporte de oxigenoUna pequeña parte del oxígeno que ingresa a la sangre, a través de la membrana alveolar, se disuelve en el plasma sanguíneo (3%), el cual lo transporta hacia las células y tejidos, el resto, es decir, la mayor parte de oxigeno (97%), se combina con la hemoglobina. Para que esta unión se efectúe el oxígeno debe difundir desde el plasma hacia los glóbulos rojos formando un compuesto intermedio, la oxihemoglobina.

Transporte de dióxido de carbonoEl dióxido de carbono tiene tres mecanismos de transporte en la sangre:

-Un 60% se transporta como Ion bicarbonato.-Un 30% se transporta unido a la parte proteica de la hemoglobina (Carbaminohemoglobina)

-El restante lo hace disuelto en el plasma.

Fig.6 Mecanismo de intercambio de CO2


Gases de la Respiración: Composición del aire inspirado y del espiradoOxigeno Dióxido de

carbonoNitrógeno Vapor de

aguaArgón

Aire inspirado

21% 0,03% 78% variable 0,9%

Aire espirado

16% 4% 78% Muy abundante

0,9%

Volúmenes ventilatoriosCada vez que una persona respira normalmente está ingresando una cantidad de aire circulante de alrededor de 500ml. Si consideramos que la frecuencia respiratoria es de 16 veces por minutos, la ventilación pulmonar seria de 8lt. por minuto. No todo el aire circulante llega a los alvéolos, ya que cierta cantidad queda rezagado en las vías respiratorias, constituyendo los espacios muertos (cerca de 150ml). Por lo tanto solo llegara a la superficie de intercambio una cantidad de 350ml (ventilación alveolar). Sin embargo debido a la gran capacidad de expansión del pulmón, después de una inspiración máxima la cantidad de aire adicional que ingresa a él puede superar los 1500ml (3300ml. En el hombre y 1900ml. En mujeres), esta cantidad de aire adicional se conoce como volumen de reserva inspiratoria. (Aire complementario).Regulación de la Respiración

Fig. 7 La respiración es regulada por el centro respiratorio ubicado en el Bulbo Raquídeo.

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