El sistema respiratorio está formado por las estructuras que realizan el intercambio de gases entre la atmósfera y la sangre. El oxígeno (O2) es introducido dentro del cuerpo para su posterior distribución a los tejidos y el dióxido de carbono (CO2), producido por el metabolismo celular, es eliminado al exterior. Además interviene en la regulación del pH corporal, en la protección contra los agentes patógenos y las sustancias irritantes que son inhalados y en la vocalización, ya que al moverse el aire a través de las cuerdas vocales, produce vibraciones que son utilizadas para hablar y cantar.
Anatomía respiratoria
Nariz: cavidad nasal, con dos orificios separados por tabique nasal.
Su función es calentar, humectar y filtrar aire, recibir estímulos olfatorios, caja de resonancia para emitir sonidos.
Mucosa nasal: tejido epitelial con glándulas productoras de mucus (retienen polvo y agentes extraños); humedece el aire.
Cornetes nasales: pituitaria roja (red de vasos sanguíneos que entibian el aire) y pituitaria amarilla (terminales nerviosos libres que conectan con bulbo olfatorio del cerebro).
Coanas: orificios que conectan con la cavidad bucal.
Faringe: conducto en forma de tubo, que conecta la cavidad bucal (boca) con el esófago y las fosas nasales con la laringe. Forma parte del sistema digestivo ( por conectar boca y esófago) y del sistema respiratorio (por conectar fosas nasales y laringe). Está compuesta por tejidos musculosos y revestido de una membrana de mucosa.
La vía digestiva y respiratoria se separan por la epiglotis. La función de la faringe consiste en la deglución del bolo alimenticio hasta el esófago (ver actividad del sistema digestivo, para observar el sistemo de digestión), también se encarga de la respiración, impulsa el aire inspirado y expulsa el espirado. Además también colabora en la fonación (emitir sonidos entendibles) y audición (ya que la trompa auditiva se encuentra cerca).
Nasofaringe: se une a la cavidad nasal y se comunica con el oído medio a través de la Trompa de Eustaquio.
Bucofaringe: se comunica con la boca por medio de las coanas.
Laringofaringe: se une por atrás con el esófago y por delante, con la laringe.
Laringe: conducto que transfiere el aire inhalado a los pulmones e impide la entrada de alimento o agua a las vías respiratorias.
Formado por tejido fibroso e inserciones musculares. Protegido por 9 cartílagos, donde destacan el tiroides (que en los hombres forma la nuez de Adán) y la epiglotis (que es móvil y cubre completamente el orificio de la laringe en el momento de la deglución).
Mucosa formada por dos pliegues que constituyen las cuerdas vocales, que se abren y cierran al paso del aire, y sus vibraciones hacen posible la emisión de sonidos.
Tráquea: pared interna formada por tejido epitelial ciliado y células caliciformes (secretan mucus).
Cartílagos semicirculares : sirven de sostén y mantienen la permeabilidad de la tráquea.
Bronquios y Bronquiolos
Bronquios: son dos conductos formados por anillos cartilaginosos incompletos y por un tejido de revestimiento epitelial ciliado. Nacen en la carina y se introducen a los pulmones por el hilio pulmonar.
Bronquiolos: son ramificaciones de los bronquios en el interior de los pulmones. Se encuentran los primarios y secundarios, que se caracterizan por la disminución de su diámetro, y los Bronquiolos terciarios, que finalizan en estructuras llamadas sacos alveolares (formando árboles bronquiales), los cuales contienen los alvéolos pulmonares.
Pulmones: tejido esponjoso llenos de aire; derecho: tres lóbulos; izquierdo: dos lóbulos.
Pleuras: dos capas de tejido seroso que contienen líquido pleural.
Alvéolos: sacos aéreos formados por una capa de tejido epitelial plano que permite el intercambio gaseoso con los capilares sanguíneos.
Mecánica respiratoria
Inspiración
Contracción del diafragma y músculos intercostales. Descenso del diafragma y elevación de las costillas, aumento de volumen de la cavidad toráxica y de los pulmones, disminución de la presión intrapulmonar.
Espiración
Relajación del diafragma y músculos intercostales, elevación del diafragma y del descenso de las costillas, disminución del volumen de la cavidad torácica y de los pulmones, aumento de la presión intrapulmonar.
Unidad funcional de fisiología respiratoria: el alvéolo
En la imagen inferior se representa la unidad funcional pulmonar: el alvéolo. Este surge tras los bronquiolos terminales, formando los bronquiolos respiratorios, luego los sacos alveolares y finalmente el alvéolo como tal. La musculatura, como podemos apreciar en la imagen es lisa, por lo que está dominada por el sistema nervioso autónomo (SNA), compuesto a su vez por los sistemas simpático y parasimpático.
Fisiología de la respiración pulmonar
Es en el alvéolo donde ocurre la verdadera respiración pulmonar.
Ventilación
Paso de aire a través de las estructuras pulmonares durante la inspiración y la espiración.
Hematosis
Intercambio gaseoso (CO2 – O2) realizado en el alvéolo, también se denomina respiración pulmonar externa.
Difusión
Paso de gases desde el alvéolo al capilar y viceversa. Depende del gradiente de concentración de ambos gases, del coeficiente de difusión de cada uno de ellos y del estado de la membrana respiratoria.
Perfusión
Irrigación del alveolo por parte del capilar pulmonar.
Ventilación-Perfusión (RVP)
Consiste en la relación existente entre los alvéolos ventilados y su perfusión por parte de los capilares. Los alvéolos del vértice pulmonar se encuentran mejor ventilados y peor perfundidos que los de la base.
Las unidades alveolares ventiladas pero no perfundidas se conocen como espacio muerto. También se denominan de esta manera otras estructuras en las que no se realizan hematosis como las fosas nasales, laringe, tráquea y bronquios principales o fuente.
Circulación pulmonar Transporte de oxígeno y CO2
Los vasos sanguíneos encargados de abastecer el sistema respiratorio se conocen como circulación pulmonar.
Las arterias llevan la sangre oxigenada (rica en O2) y las venas la desoxigenada (pobre en O2 y rica en CO2), sin embargo en la circulación pulmonar ocurre todo lo contrario.
La arteria pulmonar lleva sangre desoxigenada y/o carboxigenada desde el ventrículo derecho del corazón hasta los capilares arteriales que envuelven los alveolos. Una vez oxigenada, es recogida por los capilares venosos y enviada a través de las venas pulmonares de nuevo a la aurícula izquierda y así se incorporará a la circulación sistémica.
El transporte de oxígeno y dióxido de carbono por vía sanguínea puede realizarse mediante dos vías: el gas se encuentra disuelto en el plasma, representado como presión parcial del gas, o bien en el interior de los hematíes ligado a la Hemoglobina (Hb), que recibe el nombre de oxihemoglobina (O2) o carboxihemoglobina (CO2) en función de qué molécula se encuentre ligada a ella.
El CO2 además puede transportarse a nivel orgánico en forma de bicarbonato (HCO3-), ya que al acceder al interior de los hematíes reacciona con agua y la enzima anhidrasa carbónica para formar ácido carbónico, que a su vez, al disociarse de un ión hidrógeno (es decir, al perderlo) formará el bicarbonato. Este se liberará de nuevo al torrente sanguíneo.
La circulación pulmonar no sólo tiene como objetivo la hematosis pulmonar, sino que también cumple una serie de funciones como:
Antiembólica:
Filtro de émbolos.
Nutricional
Transporta el O2 y los nutrientes necesarios a las células del epitelio alveolar.
Metabólicas
Producción de ciertas enzimas (enzima convertidora de angiotensina, enzima convertidora de bradiquinina, etc.).
Sistema locomotor en la fisiología respiratoria
El sistema respiratorio también cuenta con una parte musculoesquelética. La respiración pulmonar en concreto se lleva a cabo gracias a la ayuda de los músculos respiratorios.
Para realizar la respiración es necesario generar un gradiente de presión respecto a la presión atmosférica, que equivale a 0 mmHg (en fisiología respiratoria la presión parcial del O2 atmosférico es de 760 mmHg y su concentración es del 21%).
Una presión negativa equivale a una presión inferior a la atmosférica y una positiva a una superior a ella. Los músculos respiratorios actúan a modo de bomba creando una diferencia de presiones que permite acceder y expulsar el aire del interior de los pulmones, ya que estos por si solos no son capaces de generar presiones.
Músculos Inspiratorios
Durante la fase de inspiración, el diafragma y los músculos respiratorios se contraen y la presión intrapulmonar desciende respecto a la atmosférica, lo que hace que el aire entre en las vías respiratorias.
Los músculos participantes en la inspiración son:
1. El diafragma.
2.Los escalenos.
3. El trapecio.
4. Esternocleidomastoideo.
5. Músculos intercostales externos.
6. Músculos paraesternales.
7. Aletas nasales.
Músculos Espiratorios
Durante la espiración, los músculos respiratorios se relajan y la presión intrapulmonar asciende respecto a la atmosférica, por lo que el aire es expulsado de los pulmones.
Los músculos participantes en la espiración son:
1. Músculos de la pared abdominal (rectos y oblicuos).
2. Triangular del esternón.
3. Músculos intercostales internos A esto se le añade que la presión intrapleural es inferior a la atmosférica, por lo que nunca se puede equilibrar con la presión atmosférica ya que la cavidad pleural está cerrada de manera hermética.
Regulación respiratoria a nivel neuronal
Lo siguiente para entender mejor cómo funciona la fisiología respiratoria es entender toda la parte correspondiente al sistema nervioso. Los músculos respiratorios se encuentran inervados por un grupo de motoneuronas localizadas a nivel espinal, las cuales envían una serie de descargas rítmicas, y como consecuencia se produce la inspiración.
Estas motoneuronas están controladas por un sistema nervioso que emplea dos tipos de mecanismos separados pero interdependientes:
Sistema nervioso voluntario
Compuesto por el SN central y el periférico, capaz de controlar conscientemente el patrón respiratorio (por ejemplo cuando aguantamos la respiración bajo el agua, o hinchamos un globo).
Sistema nervioso autónomo
Totalmente involuntario, compuesto por un centro respiratorio, localizado en el tronco encefálico. Este centro es el encargado de controlar la respiración en función de las necesidades metabólicas del organismo.
Mecanismos de control de la respiración
Su actividad se lleva a cabo mediante varios tipos de mecanismos.
Mecanismo de control químico
El centro respiratorio está compuesto por un grupo de neuronas localizadas en el bulbo y protuberancia que se encargan de regular la respiración mediante los cambios detectados en las concentraciones plasmáticas de O2, CO2 e hidrogeniones (H+). A su vez se encuentra dividido en 3 regiones principales: dorsal, ventral y neumotáxica.
Indirectamente, el CO2 es el compuesto más importante para la regulación química de la respiración, pues en el tronco encefálico están alojados unos quimiorreceptores centrales que detectan eficazmente el incremento de hidrogeniones, producto de la reacción entre el CO2 y el H2O que hemos visto anteriormente (de ácido carbónico a bicarbonato e iones hidrógeno), en el torrente sanguíneo cuando intentan atravesar la barrera hematoencefálica.
El CO2 atraviesa con facilidad dicha barrera y tiene poco poder estimulante sobre las neuronas del centro respiratorio, por lo que no es fácil de detectar directamente. El aumento de hidrogeniones estimula el centro respiratorio, el cual a su vez activa los músculos para aumentar la frecuencia respiratoria, expulsar CO2 y así disminuir la cantidad de hidrogeniones plasmática hasta llegar a condiciones normales.
De igual manera, el O2 también es monitorizado por el organismo mediante los quimiorreceptores periféricos, pero no resulta tan útil para la regulación respiratoria ya que su carencia se detecta sólo en niveles muy avanzados, como por ejemplo en una enfermedad pulmonar obstructiva crónica.
Esto es debido a que el O2 resulta tan indispensable para nuestro cuerpo que se conserva siempre una presión de oxígeno alveolar más alta de la necesaria para que la Hb quede casi completamente saturada. Por ello es posible que la ventilación alveolar varíe sin afectar el transporte de oxígeno al resto del organismo.
Mecanismo de control por propioceptores
Son unos receptores especiales de sensibilidad profunda. Los ubicados en los pulmones, detectan el estiramiento pulmonar y se activan para proteger los pulmones de un estiramiento excesivo.
Los que se encuentran en las articulaciones, son estimulados durante el ejercicio y avisan al centro respiratorio de que es necesario aumentar la frecuencia respiratoria.
Mecanismos de actividad del centro vasomotor
Este centro es el responsable de la vasoconstricción periférica y la actividad cardíaca. Si este centro aumenta su actividad del CVM, paralelamente también aumenta la actividad del respiratorio, como por ejemplo cuando el organismo sufre una hipotensión.
Mecanismo de regulación de la temperatura corporal
Si la temperatura corporal aumenta, también lo hace el metabolismo celular, aumentando también la concentración de dióxido de carbono y, en consecuencia, la ventilación alveolar. También existe un efecto estimulante directo de la temperatura sobre el centro respiratorio.
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