Universidad Nacional Experimental Politécnica

“Antonio José de Sucre”

Vicerectorado: Puerto Ordaz

Coordinación de Postgrado

Especialización en Electromedicina

Principios de Anatomía y Fisiología

El Sistema Respiratorio

Ciudad Guayana, Diciembre de 1.998

Venezuela

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

La Respiración es un proceso involuntario y automático, en que se extrae el oxigeno del aire inspirado y se expulsan los gases de desecho con el aire espirado.

El aire se inhala por la nariz, donde se calienta y humedece. Luego, pasa a la faringe, sigue por la laringe y penetra en la traquea.

A la mitad de la altura del pecho, la traquea se divide en dos bronquios que se dividen de nuevo, una y otra vez, en bronquios secundarios, terciarios y, finalmente, en unos 250.000 bronquiolos.

Al final de los bronquiolos se agrupan en racimos de alvéolos, pequeños sacos de aire, donde se realiza el intercambio de gases con la sangre.

Los pulmones contienen aproximadamente 300 millones de alvéolos, que desplegados ocuparían una superficie de 70 metros cuadrados, unas 40 veces la extensión de la piel.

La respiración cumple con dos fases sucesivas, efectuadas gracias a la acción muscular del diafragma y de los músculos intercostales, controlados todos por el centro respiratorio del bulbo raquídeo. En la inspiración, el diafragma se contrae y los músculos intercostales se elevan y ensanchan las costillas. La caja torácica gana volumen y penetra aire del exterior para llenar este espacio. Durante la espiración, el diafragma se relaja y las costillas descienden y se desplazan hacia el interior. La caja torácica disminuye su capacidad y los pulmones dejan escapar el aire hacia el exterior.

Proporciona el oxigeno que el cuerpo necesita y elimina el Dióxido de Carbono o gas carbónico que se produce en todas las células.

SISTEMA RESPIRATORIO

Unos de los campos en el cual la medicina ha logrado mayor y más rápido avance en los últimos años es en la fisiología respiratoria. El Sistema Respiratorio es el responsable de aportar oxígeno a la sangre y expulsar los gases de desecho, de los que el dióxido de carbono es el principal constituyente, del cuerpo. Las estructuras superiores del sistema respiratorio están combinadas con los órganos sensoriales del olfato y el gusto (en la cavidad nasal y en la boca) y el sistema digestivo (desde la cavidad oral hasta la faringe).

Los dos (2) Sistemas que aportan oxigeno y eliminan el bióxido de carbono son el si stema Cardiovascular y el Sistema Respiratorio. El sistema Respiratorio está formado de Nariz, Faringe, Laringe, Tráquea, Bronquios y Pulmones. El Sistema Cardiovascular transporta los gases en la sangre desde los pulmones hacia las células. El término Aparato Respiratorio Superior se refiere a la nariz, la garganta y estructuras relacionadas. El Aparato Respiratorio Inferior se refiere a la laringe, la traquea, los bronquios y los pulmones.

El intercambio total de los gases entre la atmósfera, la sangre y las células se llama Respiración. En la Respiración intervienen tres procesos básicos. El primer proceso, la ventilación pulmonar (pulmo = pulmón) o respiración, comprende a la inspiración (flujo de aire hacia dentro de los pulmones) y la espiración (flujo de aire hacia fuera de los pulmones) o intercambio del aire entre la atmósfera y los pulmones. El segundo y tercer proceso comprenden el intercambio de gases dentro del cuerpo. La respiración externa es el intercambio de gases entre los pulmones y la sangre. La respiración interna es el intercambio de gases entre la sangre y las células.

Los sistemas respiratorios y cardiovasculares participan por igual en la respiración. La insuficiencia de uno de ellos tiene el mismo efecto en el cuerpo: alteración de la homeostasis y muerte rápida de las células debido a la ausencia de oxigeno y a la acumulación de productos de desecho.

En la faringe, los órganos respiratorios especializados se bifurcan. La laringe está situada en la parte superior de la tráquea. La tráquea desciende hacia los bronquios, que se ramifican en la bifurcación traqueal para pasar a través de los hilos de los pulmones izquierdo y derecho. Los pulmones contienen los pasillos más estrechos, o bronquiolos, que transportan aire a las unidades funcionales de los pulmones, los alvéolos. Allí, en los miles de diminutas cámaras alveolares, se transfiere el oxígeno a través de la membrana de la pared alveolar a las células sanguíneas de los capilares. Del mismo modo, los gases de desecho se desprenden de las células sanguíneas hacia el aire en los alvéolos, para ser expedidos en la exhalación. El diafragma, un músculo grande y delgado situado debajo de los pulmones, y los músculos intercostales y abdominales son los responsables de contener y expandir la cavidad torácica por efecto de la respiración. Las costillas funcionan como soporte estructural de todo el conjunto torácico y las membranas pleurales ayudan a proporcionar lubricación a los órganos respiratorios de forma que no se irriten durante la respiración.

ÓRGANOS

Los Órganos Respiratorios pueden dividirse en vías respiratorias superiores, vías respiratorias inferiores y pulmones.

Las vías respiratorias superiores comprenden la cavidad nasal y la faringe, mientras que las vías respiratorias inferiores comprenden la laringe, la tráquea y el árbol bronquial.

El árbol bronquial se ramifica hasta alcanzar los pulmones, los cuales se dividen en lóbulos.

Nariz

Además de poseer la función de órgano del olfato, la nariz tiene las importantes funciones de limpiar, calentar y humedecer el aire inhalado.

La nariz tiene una porción externa y una porción interna que se encuentra dentro del cráneo. La porción externa está formada por una estructura cartilaginosa y ósea de soporte cubierta por piel y revestida por una membrana mucosa. El puente de la nariz está formada por los huesos nasales que lo mantienen en una posición fija. Como éste tiene una estructura de cartílago flexible, el resto de la nariz externa es ligeramente flexible. Sobre la superficie de la nariz externa se encuentran dos aperturas que se llaman narinas externas (nariz) u orificios nasales.

La porción interna de la nariz es una gran cavidad en el cráneo que se encuentra debajo de éste y por arriba de la boca. En su parte anterior, la nariz interna se comunica con la nariz externa y en la parte posterior se comunica con la nariz externa y en la parte posterior se comunica con la garganta (faringe) por medio de las dos aberturas que se llaman narinas internas (coanas). Los cuatro senos paranasales (frontal, esfenoidal, maxilar y etmoidal) y los conductos nasolacrinales también se abren hacia la nariz interna. Las paredes laterales de la nariz interna están formada por los huesos etmoides, maxilar superior, lagrimal, palatino y concha nasal inferior. El etmoides también forma el techo de la nariz. El piso está formado por el paladar blando, los huesos palatinos y la apófisis palatina del maxilar, que juntos forman el paladar duro.

La parte interna de la nariz externa y de la nariz interna está formada por una cavidad nasal, que se divide en un lado derecho y un lado izquierdo por una porción vertical que se llama tabique nasal. La porción anterior del tabique está formada primordialmente por el cartílago. El resto está formado por el hueso vómer, la lámina perpendicular del hueso etmoides, el hueso maxilar superior y los etmoides.

El lado interno de la nariz situado inmediatamente detrás de las ventanas nasales está provisto de pelos que limpian al aire de las partículas más grandes. En la cavidad nasal existe un gran número de vasos sanguíneos de paredes delgadas y situadas muy próximos a la superficie que irradian calor y por consiguiente calientan el aire inhalado. La cavidad nasal se mantiene húmeda por ciertas secreciones glandulares que también humedecen el aire. El aire inspirado que atraviesa la nariz se humidifica de esta manera totalmente y alcanza una temperatura de 32°C, independientemente de la temperatura reinante en el exterior.

La porción externa está formada por una estructura cartilaginosa y ósea de soporte cubierta por piel y revestida por una membrana mucosa.

Faringe

Es la porción superior de las vías respiratorias y del tracto digestivo. Conecta con las aperturas en cuatro  áreas generales: la cavidad bucal (en la parte trasera de la lengua), la cavidad nasal, la laringe (que se dirige hacia la tráquea) y el esófago. Durante el proceso de tragado, la parte nasal de la faringe, la laringe y la cavidad bucal cooperan para cerrar el conducto respiratorio de forma que al tragar la comida no entre en la tráquea.

Laringe

¿De qué manera el ser humano emite sonidos o habla?

Después de circular por la cavidad nasal y la faringe, el aire inhalado llega a la laringe. Esta última está parcialmente cubierta por la epiglotis, que cierra completamente la abertura superior de la laringe durante la deglusión. Las cuerdas vocales también cierran al deglutir.

Las vías respiratorias extrapulmonares tienen su punto más estrecho en las cuerdas vocales, donde cualquier estrechamiento adicional puede dar lugar a un perjuicio considerable de la respiración, por ejemplo, durante o después de la intubación las cuerdas vocales pueden inflamarse, provocando obstrucción respiratoorio o ronquera (después de la extubación).

Las cuerdas vocales son la porción de la laringe que emite sonidos. Las cuerdas vocales son dos pequeños repliegues situados a ambos lados de la vía aérea. La contracción de los músculos laringeos pueden acercar o separar las cuerdas vocales, que también pueden contraerse o relajarce en sus bordes pueden aplanarce o engrosarce por acción de los músculos incluidos en ellas. Cuando las cuerdas vocales se acercan el aire pasa entre ellas, vibran y producen sonidos; las diferentes alturas del sonido depende del grado de estiramiento y de engrosamiento o de adelgazamiento de los bordes de las cuerdas vocales. Si embarga la formación de palabras y otros sonidos complicados es función de la boca y también la laringe, pues la característica de un sonido depende en gran medida de la posición de los labios mejillas ,dientes, lengua y paladar. Para emitir las palabras y otros sonidos es necesario la regulación simultanea de la respiración, cuerdas vocales y boca. Ello se realizan por un centro cerebral especial llamado área de Broca, situado en el lóbulo frontal izquierdo.

Tráquea

La tráquea es la sección superior del conducto respiratorio, separada de la faringe por la laringe. Está  compuesta por cartílago reforzado que desciende cerca de diez centímetros hasta los bronquios pulmonares. La tráquea, que descansa ligeramente sobre el esófago, puede extenderse ligeramente durante la acción de tragar, de respirar o doblar el cuello. Está  revestida por una capa mucosa y cilios que ayudan a filtrar y expulsar el polvo. La acción constante de estos cilios transporta el polvo y otras sustancias hacia la faringe, donde es tragado. Cuando la traquea superior o la faringe quedan obstruidas de forma que se corta el paso de aire, como en la inflamación de los tejidos, se realiza una pequeña incisión en la garganta y en la tráquea, en una operación denominada traqueotomía, que permite el paso de aire a la tráquea.

Es una vía aérea tubular que permite el paso del aire y que mide cerca de 12 centímetros de longitud y 2.5 centímetros de diámetro. Se localiza por delante del esófago y se extiende desde la laringe hacia la quinta vértebra torácica (T5), donde se divide en un bronquio primario izquierdo.

La pared de la tráquea está formada por una capa mucosa, una submucosa, una cartilaginosa y una adventicia (capa externa de tejido conectivo laxo). El epitelio de la mucosa de la tráquea es pseudoestratificado. Esta formado de células columnares ciliadas que alcanzan la superficie de la Luz de la tráquea, de células en copa y de células básales que no alcanzan la superficie de la luz. El epitelio proporciona

Bronquios

Los bronquios son los tubos que transportan aire desde la tráquea a los lugares más apartados de los pulmones, donde pueden transferir oxígeno a la sangre en pequeños sacos de aire denominados alvéolos. Dos bronquios principales, los bronquios derecho e izquierdo, se ramifican desde el extremo inferior de la tráquea en lo que se conoce como la bifurcación de la tráquea. Un bronquio se extiende en cada pulmón. Los bronquios continúan dividiéndose en pasillos menores, denominados bronquiolos, formando ramificaciones como en un árbol que se extienden por todo el esponjoso tejido pulmonar. El exterior de los bronquios se compone de fibras el elásticas y cartilaginosas, y presenta refuerzos anulares de tejido muscular liso. Los bronquios pueden expandirse durante la inspiración, permitiendo que se expandan los pulmones a su vez, y contraerse durante la expiración cuando se exhala el aire.

Pulmones

Son dos bolsas esponjosas que se expanden con contracciones diafragmaticas para admitir aire y que albergan los alvéolos, donde la difusión de oxigeno y dióxido de carbono regenera las células sanguíneas. Los pulmones se dividen en dos mitades, derecha e izquierda, que tienen tres y dos lóbulos, respectivamente. Cada mitad está  fijada por el mediastino y su parte inferior descansa sobre el diafragma. La superficie media de cada mitad presenta una apertura, denominada hilio, a través de la cual pasan los bronquios, nervios y vasos sanguíneos. Los bronquios continúan en subdivisiones menores, denominadas bronquiolos. Estas, a su vez, se ramifican en conductos alveolares que terminan en grupos de alvéolos en los sacos alveolares. La sangre pobre en oxígeno es bombeada a los pulmones desde el corazón a través de la arteria pulmonar. Esta arteria se divide para llegar a cada pulmón, subdividiéndose en arteriolas y metarteriolas que profundizan en el tejido pulmonar. Estas metarteriolas continúan en redes de vasos menores, denominados capilares, que pasan a través de la superficie alveolar. La sangre difunde los restos de dióxido de carbono a través de la pared membranosa de los alvéolos y recoge oxígeno del aire. La sangre regenerada se envía entonces a las metavénulas y vénulas, que son tributarias de la vena pulmonar. Esta vena transporta la sangre regenerada al corazón para que sea bombeada por todo el cuerpo para la alimentación de las células.

Existe una gran variedad de términos que hacen referencia a la capacidad pulmonar: aire corriente, aire complementario, aire suplemental (reserva), capacidad vital, aire residual, aire mínimo y capacidad pulmonar total. Cada uno de estos términos se refiere a un aspecto diferente de la capacidad de aire pulmonar. La capacidad pulmonar total se refiere a todo el aire que puede exhalarse de los pulmones m s el aire residual que quede en las cámaras pulmonares. Una persona no puede exhalar todo el aire de los pulmones completamente, pues provocaría el colapso de los propios pulmones, los bronquios y los bronquiolos. Incluso entonces algo de aire permanece en los alvéolos, lo que se denomina aire mínimo. La máxima cantidad de aire que puede exhalarse se denomina capacidad vital (unos cuatro litros de media), siendo el aire residual el que queda en los pulmones (un litro de media). La capacidad pulmonar total, por lo tanto, es de unos cinco litros de aire. El aire corriente es el aire inhalado y exhalado en la respiración normal (cerca de medio litro). Siguiendo a la expiración normal, la cantidad de aire que se toma con la inhalación m s profunda posible se conoce como aire complementario, y es algo menos de tres litros. Siguiendo a la inspiración normal, la cantidad de aire expelido en la mayor exhalación posible se conoce como aire suplementario, o reserva, y es, aproximadamente, un litro de aire. Las enfermedades y trastornos de los pulmones, como las enfermedades pulmonares inducidas por el tabaco, enfisema, bronquitis, neumonía y asma, pueden llegar a reducir drásticamente la capacidad pulmonar.

La función primordial del pulmón es la de mantener presiones parciales de oxigeno y de bióxido de carbono en la sangre arterial. Esta es la función fisiológica de la Respiración, fenómeno que depende de tres (3) procesos principales: Difusión, ventilación y perfusión.

FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN

El aire penetra por las fosas nasales, donde quedan retenidas las partículas de polvo y es calentado; después pasa por la laringe a la tráquea, que conduce el aire a los bronquios, de aquí pasa a los bronquiolos y de estos a los alvéolos pulmonares.

Los pulmones humanos tiene cerca de 300 millones de alvéolos que representan una superficie respiratoria de unos 70m2. El volumen de los pulmones está regulado por los cambios en el tamaño de la cavidad torácica y de la contracción y relajación de los músculos respiratorios.

Normalmente el 10% del aire contenido en los pulmones es intercambiable en cada respiración, aunque durante respiraciones profundas y voluntarias es posible intercambiar hasta un 80% de aire. La capacidad de los pulmones es aproximadamente 5 litros de los cuales: ½ litro es tomado durante la inspiración normal, el resto es aire de reserva, del cual 1 y ½ litros es aire residual (que siempre queda en los pulmones), y 3 litros de aire complementario (se toma durante la inspiración profunda).

Volúmenes Pulmonares Primarios

La función respiratoria refleja está controlada por los centros respiratorios del sistema nerviosos central, estos centros pueden modificarse voluntariamente, pero sus funciones reflejas no es posible suprimirlas completamente.

Definición de Respiración

Es una de las actividades esenciales que realizan todos los seres vivos, que gracias a ella captan de diversos modos, ya sea del aire o agua, el oxígeno necesario que debe ser distribuido a todas las células del respectivo organismo, llámese hombre, animal o planta.

Función de la Respiración

El propósito principal de la respiración es aportar oxígeno a las células del cuerpo y eliminar el bióxido de carbono que se producen de las actividades celulares.

Leyes Físicas y Químicas de la Respiración

Para entender como se realiza el intercambio de gases respiratorios en el cuerpo, es necesario que se conozcan algunas leyes de los gases.

Ley de Charles

Esta ley indica “el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, manteniendo la presión constante”. Para entender un poco esta ley, tomemos el experimento realizado por Charles, colocando un gas dentro de un cilindro con pistón, con una presión de 1 atmósfera. Cuando se calienta el gas, las moléculas se mueven más rápido y aumenta el número de colisiones dentro del cilindro, la fuerza de las moléculas que lo golpean lo hacen moverse al pistón hacia arriba. El movimiento del pistón proporciona una medida del aumento de volumen, mientras aumenta el espacio el número de colisiones disminuye. Se mantiene la presión de 1 atmósfera y el volumen aumenta en proporción directa a la temperatura.

Conforme los gases entran en los pulmones que tienen una temperatura mayor, los gases se expanden y aumentan el volumen pulmonar.

Ley de Dalton

Su ley establece que “cada gas dentro de una mezcla de gases ejerce su propia presión como si el resto de los gases no estuvieran presentes”, Ley de Presiones parciales. La presión total es la suma de todas las presiones parciales de todos los gases que lo conforman.

Esta ley de presiones parciales es importante para la determinación del movimiento del oxígeno y del bióxido de carbono entre la atmósfera y los pulmones, entre los pulmones y la sangre y entre la sangre y las células corporales.

Cuando una mezcla de gas se difunde a través de una membrana permeable, cada gas se difunde hacia el área de menor presión parcial. Cada gas se comporta como si el resto de los gases no existiera.

El aire inspirado contiene aproximadamente 21% de oxígeno y 0,04% de bióxido de carbono; mientras que el aire espirado presenta menos oxígeno 16% y mas bióxido de carbono 4.5%.

Ley de Henry

Esta ley sostiene que “La capacidad del gas para permanecer en solución depende de su presión parcial y del coeficiente de solubilidad (atracción física y química por el agua)".

A mayor presión parcial del gas sobre un líquido y a mayor coeficiente de solubilidad, mayor será la cantidad de gas que permanece en solución; es decir, la cantidad de gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas y a su coeficiente de solubilidad, esto a temperatura constante.

El coeficiente de solubilidad del bióxido de carbono es alto (0,57), el del oxígeno es bajo (0,024) y el del nitrógeno es muy bajo (0,012); por lo que aunque el aire que respiramos contenga un 79% de nitrógeno este gas no tiene efecto sobre las funciones corporales ya que se disuelve muy poco en el plasma sanguíneo debido a su bajo coeficiente de solubilidad a una presión al nivel del mar.

En los casos de buzos o submarinistas (que portan un aparato de respiración marina) o mineros, los cuales respiran aire bajo una presión alta, el nitrógeno de la mezcla si puede afectar al organismo. Como la presión parcial del nitrógeno es mayor en una mezcla de aire comprimido que en el aire con una presión a nivel del mar, una cantidad considerable de nitrógeno se convierte en solución en el plasma y en el líquido intertiscial.

Las cantidades excesivas de nitrógeno disuelto pueden producir síncope y otros síntomas similares a los de la intoxicación alcohólica; esto recibe el nombre de narcosis por nitrógeno o ruptura de las profundidades. Si el buzo sale a la superficie en forma lenta, el nitrógeno disuelto se puede eliminar por los pulmones; sin embargo si el ascenso es muy rápido, el nitrógeno entra en solución mucho antes que se pueda eliminar por la respiración.

En lugar de eliminarse se forman burbujas de gas en el tejido nervioso; los síntomas incluyen dolor articular especialmente en brazos y piernas, acortamiento de la respiración, fatiga extrema, parálisis e inconsciencia. Todo esto se puede prevenir con un ascenso lento a la superficie o con el uso de un tanque de descompresión especial, el cual se usa cinco minutos después de llegar a la superficie.

Ley de Boyle

Afirma que “el volumen de un gas varía en forma inversa con la presión (a temperatura constante)”, es decir, que si el tamaño de un contenedor cerrado aumenta, la presión del aire dentro del contenedor disminuye y si el tamaño del contenedor disminuye, entonces su presión aumenta.

Ley de Graham

Si hacemos uso de la primera ley de Fick, se puede establecer una expresión para calcular el cociente entre las velocidades de difusión de dos gases:

Donde:

S: solubilidad

M: masa molecular

T: temperatura

Lo que indica que la velocidad de un gas a una presión y temperatura dada, es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular. Esta ley puede considerar como una aplicación de la teoría cinética de los gases: a una determinada temperatura, las partículas mas pequeñas se mueven mas rápido y colisionan con mayor frecuencia y por ello se difunden mas rápido.

Uno de los casos de esta ley es la difusión de aire a través de la barrera alvéolo-capilar. En este, suponiendo temperatura constante y el mismo gradiente de presión, y sustituyendo las solubilidades y masa molecular del oxígeno y dióxido de carbono obtenemos:

El resultado anterior indica que el CO2 se difunde más rápidamente que el O2 entre el alvéolo y la sangre capilar.

Procesos Básicos de la Respiración.

1.- Ventilación Pulmonar

Es el proceso por medio del cual se intercambian los gases entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares. El aire fluye entre la atmósfera y los pulmones debido a que existe un gradiente de presión. El aire entra hacia los pulmones cuando la presión de los mismos es menor a la presión del aire de la atmósfera; el aire sale de los pulmones cuando la presión dentro de estos es mayor que la presión de la atmósfera.

Por lo que se puede reafirmar que el fenómeno ventilatorio sucede a nivel de los pulmones.

1.1.- Mecanismos de la Ventilación Pulmonar

1.1.1.- Inspiración

Es la entrada de aire a los pulmones, también es llamada inhalación. Antes de cada inspiración, la presión del aire dentro de los pulmones iguala la presión atmosférica, que es aproximadamente 760 milímetros de mercurio (mmHg) a nivel del mar. Para que el aire fluya hacia los pulmones, la presión dentro de ellos debe ser menor que la presión atmosférica; esta condición se alcanza aumentando el volumen (tamaño) de los pulmones. Las diferencia de presiones fuerzan al aire hacia los pulmones cuando la persona inhala.

Para que se presente la inspiración, los pulmones se deben expandir. Esto aumenta el volumen pulmonar y de esta manera disminuye la presión de los pulmones. El primer paso para aumentar el volumen pulmonar comprende la contracción de los principales músculos inspiratorios.

Músculos Inspiratorios

El Diafragma

Es el músculo inspiratorio más importante, es un músculo esquelético con forma de cúpula que forma el piso de la cavidad torácica y está inervado por el nervio frénico. La contracción del diafragma provoca que se haga plano, disminuyendo su curvatura. Esto aumenta la dimensión vertical de la cavidad torácica y permite el movimiento de casi 75 % del aire que entra a los pulmones durante la inspiración.

La distancia que recorre el diafragma durante la inspiración va desde 1 centímetro (durante la respiración normal en reposo) hasta mas de 10 centímetros (durante la respiración intensa).

Intercostales Externos

Estos músculos se ubican en forma oblicua hacia abajo y adelante entre las costillas adyacentes y cuando se contraen, las costillas se retraen junto con el esternón hacia delante. Esto aumenta el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica.

La contracción de estos músculos ocurre durante la inspiración, al mismo tiempo que la contracción del diafragma.

1.1.2.- Espiración

Es la expulsión del aire de los pulmones, también es llamada exhalación. Se logra mediante un gradiente de presión inverso al de la inspiración, es decir, que la presión dentro de los pulmones debe ser mayor que la presión de la atmósfera.

Músculos de la Espiración

La espiración normal en reposo es un proceso pasivo, ya que no intervienen las contracciones musculares. Este fenómeno depende de la elasticidad de los pulmones y se inicia cuando se relajan los músculos inspiratorios.

Conforme los músculos intercostales se relajan, las costillas se mueven hacia abajo y conforme se relaja el diafragma, aumenta su curvatura debido a su elasticidad. Estos movimientos disminuyen el diámetro vertical y anteroposterior de la cavidad torácica, que regresa a su tamaño de reposo.

En la ventilación intensa y cuando está impedido el movimiento del aire, si interviene la contracción de los siguientes músculos:

Músculos abdominales: la contracción de este músculo mueve las costillas hacia abajo y comprime las vísceras abdominales, forzando al diafragma para que se eleve.

Músculos intercostales internos: la contracción de estos músculos corre hacia abajo y hacia atrás entre las costillas adyacentes, mueven las costillas hacia abajo.

A medida que la presión intrapleural (presión entre las dos capas pleurales) regresa a su valor preinspiratorio (756 mmHg), las paredes de los pulmones ya no están sometidas al efecto de succión; se retraen las membranas básales elásticas de los alvéolos y las fibras elásticas de los bronquiolos y conductos alveolares; originando disminución del volumen pulmonar. La presión intrapulmonar (presión dentro de los pulmones) aumenta a 763 milímetros de mercurio y el aire se mueve desde el área de mayor presión en el alvéolo al área de menor presión en la atmósfera.

2.- Respiración Externa

Es el intercambio de oxigeno y bióxido de carbono entre el alvéolo y los capilares sanguíneos pulmonares. Origina la conversión de sangre desoxigenada (con mas bióxido de carbono que oxígeno) que proviene del corazón en sangre oxigenada (con mas oxígeno que bióxido de carbono).

Durante la inspiración el aire atmosférico que contiene oxígeno entra a los alvéolos. La sangre desoxigenada se bombea desde el ventrículo derecho a través de las arterias pulmonares hacia los capilares pulmonares para llegar hasta los alvéolos. La presión parcial de oxígeno del aire alveolar es de 105 mmHg, mientras que la presión parcial de oxígeno de la sangre desoxigenada que entra en los capilares es de solo 40 mmHg; por la diferencia entre las presiones parciales de oxígeno, este se difunde desde los alvéolos hacia la sangre desoxigenada hasta que alcanza el equilibrio, por lo que la presión parcial de oxígeno de la sangre recién oxigenada es de 105 mmHg. Mientras el oxígeno se difunde desde el alvéolo hacia la sangra desoxigenada, el bióxido de carbono se difunde en la dirección opuesta.

En los pulmones, la presión parcial del bióxido de carbono de la sangre desoxigenada pulmonar es de 45 mmHg, mientras que en el alvéolo es de 40 mmHg, por lo que debido a la diferencia de presión parcial de bióxido de carbono, este se difunde desde la sangre desoxigenada hacia el alvéolo, y se elimina de los pulmones durante la espiración.

La respiración externa es facilitada gracias a la ayuda de varias adaptaciones anatómicas, dentro de las cuales se encuentran:

El grosor total de la membrana aerocapilar, el cual es muy delgado(0,5 micras), lo que facilita inmensamente la difusión.

El área de la difusión entre alvéolos y capilares, las cuales muy amplia (casi 70m2), lo que permite que gran cantidad de sangre (100 ml) participe al mismo tiempo en el intercambio de gases en un solo momento.

La delgadez de los capilares que permiten la exposición justa para tomar el oxígeno necesario y disponible.

Factores que Influyen en la Respiración Externa

La altitud

Con la altitud la presión parcial del oxígeno atmosférico disminuye, disminuyendo al mismo tiempo la presión parcial de oxígeno alveolar por lo que una cantidad menor de oxígeno se difunde hacia la sangre. Los síntomas mas comunes de la altitud incluyen el acortamiento de la respiración, fatiga, náusea entre otros, los cuales se atribuyen a la baja concentración de oxígeno en la sangre.

La Superficie Total de Intercambio de Gases

Cualquiera alteración pulmonar que disminuya la superficie funcional formada por la membrana alveolocapilar disminuye la eficacia de la respiración externa.

Volumen por Minuto de la Respiración

Existen drogas como la morfina que disminuye la cantidad de oxígeno y bióxido de carbono que se pueda intercambiar entre el alvéolo y la sangra, afectando el comportamiento normal del individuo.

3.- Respiración Interna

Es el intercambio de oxígeno entre los capilares tisulares y las células; esta origina la conversión de sangre oxigenada en sangre desoxigenada. La sangre oxigenada que entra a los capilares tisulares tiene una presión parcial de oxígeno de 105 mmHg, mientras que las células tiene una presión parcial de oxígeno promedio de 40 mmHg, debido a esta diferencia de presiones el oxígeno se difunde desde la sangre oxigenada a través del líquido intersticial hasta que la presión parcial de oxígeno disminuya hasta 40 mmHg (presión parcial de oxígeno de la sangre desoxigenada).

En reposo el 25% del oxígeno disponible entra a la célula, cantidad suficiente para cubrir las necesidades de las células en reposo. Durante la ventilación intensa (ejercicio físico) se libera más oxígeno.

Mientras el oxígeno se difunde desde los capilares tisulares a las células, el bióxido de carbono se difunde en dirección opuesta; ya que la presión parcial del bióxido de carbono de las células es de 45 mmHg, mientras que la de la sangre oxigenada es de 40 mmHg; como resultado el bióxido de carbono se difunde desde las células hasta el líquido intersticial y después hacia la sangre oxigenada hasta que la presión parcial del bióxido de carbono de la sangre aumente a 45 mmHg (presión parcial del bióxido de carbono de la sangre capilar desoxigenada). La sangre desoxigenada regresa al corazón la bombea hasta los pulmones para iniciar un nuevo ciclo de respiración externa.

Transporte de Gases Respiratorios

Una función de la sangre es el transporte de los gases respiratorios entre los pulmones y los tejidos corporales. Cuando el bióxido de carbono y el oxígeno entran en la sangre, se presentan ciertos cambios físicos y químicos que ayudan al transporte de los gases.

Oxígeno

Éste no se disuelve con facilidad en el agua y por lo tanto se transporta muy poco oxigeno disuelto en el agua del plasma sanguineo. En efecto, 100 mililitros de agua oxigenada contienen sólo un 3% del oxígeno disuelto en el plasma. El resto del oxígeno, cerca del 97%, se transporta en combinación química con la hemoglobina de los eritrocitos.

La hemoglobina está formada de una porción proteica que se llama globina y una porción de pigmento que se conoce como heme. La porción heme consta de 4 atómos de hierro, cada uno de los cuales es capaz de combinarse con una molecula de oxigeno. El oxígeno y la hemoglobina se combinan en una reacción fácilmente reversible para formar oxihemoglobina de la siguiente manera:

Hemoglobina y presión parcial de oxígeno: EL factor más importante para determinar la cantidad de oxígeno que se combina con la hemoglobina es la presión parcial de oxígeno que se combina con la hemoglobina es la presión parcial de ogigeno. Cuando la hemoglobina (hemoglobina reducida o desoxigenada) se convierte por completo a oxihemoglobina, se satura en forma completa. cuando la hemoglobina está formada de una mezcla de hemoglobina y oxihemoglobina, se encuentra saturada en forma parcial. El % de saturación de la hemoglobina es el % de oxihemoglobina en la hemoglobina total.

Hemoglobina y pH: La cantidad de oxígeno que se libera de la hemoglobina está determinada por varios factores además de la presión parcial de oxígeno. Por ejemplo, en un medio ácido, el oxigeno se depara con más facilidad de la hemoglobina. Esto se conoce como efecto Bohr y se basa en la teoría de que cuando los iones hidrógeno (H+) se unen con la hemoglobina, altera su estructura y por lo tanto disminuyen su capacidad para transportar oxígeno.

Hemoglobina y temperatura: Dentro de ciertos límites, conforme la temperatura aumenta, también aumenta la liberación de oxigeno de la hemoglobina . La energía calórica es un producto final de las reacciones metabolicas de todas las células, y las fibras musculares en contracción liberan una cantidad especialmente grande de calor. La separación de la molécula de oxihemoglobina es otro ejemplo de la manera como los mecanismos homeostáticos ajustan las actividades corporales a las necesidades celulares. Las células activas requieren más oxígeno y también liberan más ácido y calor. Por el contrario, el ácido y el calor estimulan la oxihemoglobina para que libere su oxígeno.

Hemoglobina y difosfoglicerato: Un facto final que ayudan a que oxígeno se libere de la hemoglobina es una sustancia que se encuentra en los eritrocitos y se conoce como 2, 3-difosfoglicerato o, en forma más simple, difosfoglicerato. Esta sustancia se forma en los eritrocitos durante la glucolisis. Tiene la capacidad de combinarse en forma reversible con la hemoglobina y de esta manera alterar su estructura para liberar oxígeno. A mayor cantidad de difosfoglicerato, se liberará más oxígeno de la hemoglobina. Ciertas hormonas, como la tiroxina, la hormona del crecimiento humano, la adrenalina, la noraadrenalina y la testosterana, aumentan la formación de difosfoglicerato.

Hemoglobina fetal: Esta difiere de la hemoglobina del adulto en sus estructura y en su afinidad por el oxigen. La hemoglobina fetal tiene mayor afinidad por el oxigeno debido a que no se puede unir al difosfoglicerato y de esta manera puede tranportar de 20 a 30 por ciento má oxígeno que la hemohglobina materna.

Toxicidad del oxígeno: Respirar oxígeno puro puede ser peligroso. Experimentos en animales mostraron que cuando los cerdos de Guinea respiran oxígeno al 100% bajo presión atmosférica, desarrollan edema pulmonar. En pacientes que respiran oxígeno al 100% hay evidencia de alteraciones en el intercambio de gases. Un peligro de respirar oxígeno al 100% se observó en los recién nacidos prematuros. Cuando las incubadoras proporcionan oxígeno al 100%, se presenta ceguera en alguno niños. La vasoconstricción local provocada por la elevada presión de oxígeno desencadena la formación de tejido fibroso por atrás del cristalino. El riesgo se elimina con la simple reducción, del porcentaje de oxígeno de la incubadora por abajo de 40%.

Hipoxia

(hypo = por abajo o abajo) se refiere a una disponibilidad baja de oxígeno; desde el punto de vista fisiológico, se refiere a una deficiencia de oxígeno a nivel tisular. En base a su causa, se puede clasificar la hipoxia de la siguiente manera:

1.- Hipoxia hipóxica.

2.- Hipoxia anémica.

3.- Hipoxia por éstasis.

4.- Hopoxia históxica.

Bióxido de Carbono

Bajo condiciones normales de reposo, cada 100 mililitros de sangre desoxigenada contiene cuatro mililitros de bióxido de carbono (CO2), que se transporta en la sangre en varias formas. El porcentaje más pequeño, cerca del 7%, se encuentra disuelto en el plasma. Cuando alcalnza los pulmones, difunde hacia el alvéolo. Un porcentaje algo mayor, cerca del 23%, se combina con una porción de la hemoglobina para formar carbaminohemoglobina (Hb CO2).

El mayor porcentaje de bióxido de carbono, cerca del 70%, se transporta en el plasma en forma de iones bicarbonato.

Conforme el bióxido de carbono difunde hacia los capilares tisulares y entra en los eritrocitos, reacciona con el agua en presencia anhidrasa carbónica se disocia en iones hidrógeno y en iones bicarbonato. Los iones hidrogeno se combinan principalmente con la hemoglobina. Los iones bicarbonato dejan a los eritrocitos y entran en el plasma. En el intercambio, los iones de cloro (Cl-) difunden desde el plasma hacia los eritrocitos. Este intercambio de iones negativos mantiene el equilibrio iónico entre el plasma y los eritrocitos y se conoce como intercambio de coloro. Los iones de cloro que entran a los eritrocitos se combinan con los iones potasio (K+) para formar la sal de cloruro de potasio (KCl). Los iones de bicarbonato que entran al plasma desde los eritrocitos se combinan con el sodio (Na+), el principal ion positivo en el liquido extracelular para formar bicarbonato de sodio (NaHCO3) El efecto neto de todas estas reacciones es que el bicarbonato se transporta desde las células tisulares en forma de iones bicarbonato en el plasma.

La sangre desoxigenada que regresa a los pulmones contiene bióxido de carbono disuelto en el plasma, bióxido de carbono combinado con la globina en forma de carbaminohemoglobina y bióxido de carbono incorporado a los iones de bicarbonato. En los capilares pulmonares, los acontesoimientos son inversos. El bióxido de carbono disuelto en el plasma difunde hacia el alvéolo. El bióxido de carbono que se combina con la globina se separa de ella y difunde hacia el alvéolo. El bióxido de carbono que se combina con la globina se separa de ella y difunde hacia el alvéolo. El bioxido de carbono que se transporta en forma de bicarbonato se libera en una reacción. Conforme la hemoglobina de la sangre pulmonar recoge el oxígeno, se liberan iones hidrógeno de la hemoglobina. Los iones de cloro se separan en forma simultanea de los iones de potasio y los iones bicarbonato reingresan a los eritrocitos después de separarse de los iones de sodio. Los iones de hidrógeno y de bicarbonato se recombinan para formar ácido carbónico, que se separa en bióxido de carbono y agua. El bióxido de carbono deja al eritrocito y difunde hacia al alvéolo. La dirección de la reacción del ácido carbónico depende en su mayor parte de la presión parcial de bióxido de carbono. El bicarbonato se forma en los tejidos capilares, donde la presión parcial de oxígeno es alta. En los capilares pulmonares, donde la presión parcial de oxígeno es baja, se forma el bióxido de carbono y el agua.

Como el aumento del bióxido de carbono de la sangre provoca que el oxígeno se separe de la hemoglobina, la unión del oxigeno a la hemoglobina provoca la liberación de bióxido de carbono de la sangre. En presencia de oxígeno se une menos bióxido de carbono en la sangre. Esta reacción, que se llama efecto Haldane, se presenta debido a que cuando el oxígeno se combina con la hemoglobina, ésta se convierte en un ácido fuerte. En este estado, la hemoglobina se combina con menos bióxido de carbono. De la misma manera, la hemoglobina más ácida libera más iones hidrógeno que se unen con los iones de bicarbonato para formar ácido carbónico; el ácido carbónico se desdobla en agua y bióxido de carbono y el bióxido de carbono se libera de la sangre hacia el alvéolo. En los capilares tisulares la sangre recoge más bióxido de carbono conforme el oxígeno se elimina de la hemoglobina. En los capilares pulmonares la sangre libera más bióxido de carbono conforme el oxígeno se une a la hemoglobina.

Control de la Respiración

El ritmo básico de la respiración se controla en el sistema nervioso, básicamente a nivel del bulbo raquídeo y de la protuberancia. Este ritmo se puede modificar en respuesta a las demandas del cuerpo.

Control Nervioso

En centro respiratorio está formado de un área rítmica medular (área respiratoria e inspiratoria), área pneumotáxica y área apnéustica.

El área inspiratoria tiene una excitabilidad intrínseca que ajusta el ritmo básico de la respiración.

Las áreas pneumotáxica y apnéustica coordinan la transición entre la inspiración y la espiración.

Regulación de la cavidad del centro respiratorio

Las respiraciones se pueden modificar por un gran número de factores cerebrales así como factores externos.

Entre los factores que modifican la respiración se encuentran las influencias corticales, la inflación refleja, los estímulos químicos como la concentración de oxígeno y de bióxido de carbono (en realidad es la de hidrogeno), la presión sanguínea, la temperatura y el dolor e irritación a la mucosa respiratoria.

El volumen y la frecuencia de la respiración se determinan por impulsos procedentes del centrorespiratorio situado en la médula oblongada. Estos impulsos son gobernados por la información recibida de diferentes receptores del cuerpo: los receptores centrales localizados en la proximidad del centro respiratorio y los receptores periféricos ubicados en las arterias carótidas.

Los impulsos de los receptores centrales dependen principalmente del Nivel del dióxido de carbono existe en la sangre expresado en forma de PaCO2 (presión parcial del dióxido de carbono). La PaCO2 influye sobre el nivel de dióxido de carbono y por lo tanto sobre el valor del pH del líquido que rodea el cerebro y la médula espinal (líquido cerebrospinal). El valor de pH del líquido cerebrospinal ejerce una acción directa sobre el centro respiratorio en el sentido de que un pH bajo (alto nivel de CO2) estimula la respiración y un pH alto (bajo nivel de CO2) disminuye la respiración.

También los receptores periféricos son afectados por el valor del pH de la sangre, de manera que un pH bajo estimula la respiración.

CONCLUSIÓN

Los órganos respiratorios incluyen a la nariz, la laringe, la tráquea, bronquios y los pulmones. Estos órganos actúan junto con el sistema cardiovascular para proporcionar oxígeno y eliminar bióxido de carbono de la sangre.

La nariz está adaptada para el calentamiento, humificación y filtración del aire, para el olfato y para ayudar al desarrollo del habla.

La faringe o garganta es una estructura muscular revestida por una membrana mucosa.

La Laringe contiene (caja de resonancia) es una de las vías aéreas que comunica a la faringe con la tráquea. La laringe contiene las cuerdas vocales, que producen sonidos. El estiramiento de las cuerdas vocales produce tonos altos y su relajamiento produce tonos bajos.

La Tráquea se extiende desde la laringe hasta los bronquios primarios. Esta compuesta de músculo liso y de anillos de cartílago con forma de C y revestida con el epitelio pseudoestratificado.

EL árbol bronquial está formado por tráquea, bronquios primarios, bronquios secundarios, bronquios terciarios, bronquiolos y bronquiolos terminales.

Los pulmones son órganos pares que se encuentran en la cavidad torácica. Se encuentran limitados por la membrana pleurales. La pleura parietal es la capa externa. La pleura visceral es la capa interna.

La ventilación pulmonar, o respiración consta de inspiración y espiración. Los movimientos de aire hacia adentro y afuera de los pulmones dependen de los cambios en la presión gobernados en parte por la Ley de Boyle.

Los movimientos respiratorios se usan para expresar emociones y para limpiar las vías aéreas. Algunos tipos de movimientos respiratorios incluyen tos, estornudos, bostezos, suspiros, llantos, hipo y sonrisas.

Los volúmenes pulmonares de la ventilación son el volumen corriente, el volumen de reserva inspiratoria, el volumen de reserva espiratoria, el volumen residual y el volumen mínimo.

Las capacidades pulmonares, la suma de dos o más volúmenes, incluyen la capacidad pulmonar total, la capacidad inspiratoria, la capacidad funcional residual, la capacidad vital y la capacidad total.

De acuerdo a la Ley de Charles, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta, asumiendo que la presión permanece constante. La presión parcial de un gas es la presión que ejerce dicho gas en una mezcla de gases. Se simboliza con la letra P.

De acuerdo a la Ley de Dalton cada gas en una mezcla de gases ejerce su propia presión como si los otros gases no estuvieran presentes.

La ley de Henry afirma que la cantidad de un gas que se disminuye en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas y a su coeficiente de solubilidad cuando la temperatura permanece constante. Una aplicación clínica importante de la ley de Henry es la oxigenación hiperbárica.

En la respiración interna y en la respiración externa, el oxígeno y el bióxido de carbono se mueven desde áreas donde tienen una presión parcial mayor hasta áreas donde la presión parcial es menor.

La respiración externa es el intercambio de gases entre el alvéolo y los capilares pulmonares. Tiene la ayuda de la membrana alveolocapilar (respiratoria) que tiene la característica de ser delgada , una gran superficie alveolar y un rico aporte sanguíneo. La respiración interna es un intercambio de gases entre los capilares tisulares y las células tisulares.

En cada 100 milímetros de sangre oxigenada el tres por ciento del oxigeno se encuentra disuelto en el plasma y el 97 por ciento se transporta en la hemoglobina en forma de oxihemoglobina (HbO2)

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O2

Oxigeno

+

Hb

Hemoglobina reducida (desoxigenada) (hemoglobina no combinada)

HbO2

Oxihemoglobina (hemoglobina combinada)