Capítulo 7.Fisiología Respiratoria

Vías aéreas

• Cuando al respirar, el aire ingresa al cuerpo, pasa por la nariz hacia los alvéolos de los pulmones a través de una serie de conductos.

• Primeramente entra por la nariz, la cual está cubierta con una membrana.

• La nariz no es únicamente una vía de paso por donde penetra el aire a los pulmones, sino que prepara el aire mediante varios procesos.

Función de la nariz

a) Calentamiento

b) Humedecimiento

c) Limpieza del aire

Función de la nariz

• La cavidad nasal está divida por un tabique y presenta varias proyecciones denominadas cornetes (paredes laterales).

• Al entrar el aire a la cavidad nasal y ponerse en contacto con la superficie, se humedece y calienta.

• Los cornetes provocan que el aire forme “remolinos”, creando corrientes de aire que rebotan por toda la cavidad.

• De esta forma, las partículas presentes en el aire (ej: polvo) se precipitan en la superficie nasal y son atrapadas por la capa de moco que la reviste.

Vías aéreas

• Posteriormente, las células epiteliales ciliadas desplazan el moco lentamente hacia la faringe para ser deglutido.

• Después el aire fluye a través de la faringe en la garganta, un pasaje que transporta tanto alimento como aire.

• Ahí los alimentos se separan del aire que continúa por la laringe (donde se localizan las cuerdas vocales) hacia la tráquea.

Vías aéreas

• Para evitar que el alimento pase a la tráquea, existe una pequeña estructura de tejido a la entrada de ésta llamada epiglotis.

• La epiglotis cierra la entrada durante la deglución. Se trata de un reflejo que inhibe respirar cuando se deglute (usualmente) previniendo así ahogarse con alimento.

• Es decir que, la separación de los alimentos y el aire es regulada por reflejos nerviosos locales.

Hipo

• Es un movimiento involuntario (espasmo) del diafragma, el músculo que se encuentra en la base de los pulmones.

• El espasmo es seguido de un cierre rápido de las cuerdas vocales, lo cual produce el sonido característico.

• Con frecuencia, el hipo comienza sin razón aparente y suele desaparecer a los pocos minutos. En raras ocasiones, puede persistir durante días, semanas o meses.

• El hipo puede ser transitorio (agudo) o persistente.

Hipo

Causas comunes de hipo transitorio (agudo):

• Alimentos picantes o condimentados o líquidos carbonatados.

• Emanaciones nocivas

• Cambios bruscos de temperatura

• Alcohol y tabaco

Hipo

Causas comunes de hipo transitorio (agudo):

• Stress

• Cirugía abdominal

• Cualquier enfermedad o trastorno que irrite los nervios que controlan el diafragma (como una pleuresía o una neumonía)

Hipo

Causas comunes de hipo persistente:

• Los hipos persistentes se deben generalmente a un desequilibrio electrolítico (hipopotasemia, hiponatremia)

• Accidente cerebrovascular o tumor que afecte el "centro del hipo" en el cerebro.

• Daño o irritación sobretodo del nervio vago

• Desórdenes metabólicos (uremia)

Tos y estornudo

• La tos y el estornudo son un mecanismo para mantener las vías aéreas limpias mediante la expulsión rápida del aire.

• El reflejo de la tos se desencadena por un irritante que toca la superficie de la glotis, tráquea o un bronquio.

• Se transmiten impulsos nervioso sensitivos y como respuesta se generan impulsos que llegan a la laringe, ocasionando la tos (contracción de músculos y apertura de cuerdas vocales).

• En el ser humano el aire puede fluir a una velocidad de 112 km por hora.

Tos y estornudo

• El reflejo del estornudo, es semejante al de la tos sólo que en este caso el agente irritante actúa en la cavidad nasal.

• Así, el estornudo es capaz de limpiar las vías nasales y la tos puede limpiar las vías respiratorias bajas.

Tráquea

• La tráquea es una estructura tubular que conduce aire desde la garganta.

• Está formada por anillos incompletos de cartílago en su pared que le permiten mantenerse abierta cuando el cuello de dobla o la cabeza se gira.

Tráquea

• El pasaje después se divide en dos bronquios que llevan el aire a los pulmones izquierdo y derecho, para después dividirse en ramificaciones más pequeñas llamadas bronquiolos que se esparcen por los pulmones para llevar aire a los alvéolos.

• El músculo liso de las paredes de los bronquios y bronquiolos ajusta el diámetro de las vías aéreas.

Tráquea

• El tejido que cubre las vías respiratorias produce moco y está cubierto por pequeñas vellosidades llamados cilios.

• Cualquier partícula (ejemplo: polvo) que sea inhalada en el sistema respiratorio inmediatamente queda atrapada por el moco y los cilios la conducen hacia la boca o la nariz en donde podrá ser eliminada a través de la tos o el estornudo.

Pulmones y cavidad pleural

• Los pulmones ocupan la mayor parte de la cavidad torácica.

• Los pulmones y los espacios en que se encuentran, llamados cavidades pleurales, están cubiertos por membranas llamadas pleuras.

• Existe una capa de líquido entre las membranas cuyo fin es lubricar los pulmones durante los movimientos de respiración.

Pulmones colapsados

• Las cavidades pleurales están completamente selladas y no tienen conexión alguna con el medio exterior.

• Si se perforan accidentalmente (generalmente por ruptura de una costilla), el aire penetra a la cavidad pleural y el pulmón se colapsa.

• Separando a los dos pulmones hay una región de tejido que contiene el esófago, la tráquea, la aorta, la vena cava y ganglios linfáticos. Esta región recibe el nombre de mediastino.

Pulmones colapsados

• En humanos y ovinos el mediastino separa las cavidades completamente, así que la perforación de una cavidad pleural conduce sólo a un pulmón colapsado.

• En perros, esta separación es incompleta, así es que la perforación resulta en el colapso de ambos pulmones.

Neumotórax

• Al haber una abertura en la pared del tórax, la fuerza elástica de los pulmones produce su colapso inmediato.

• Las fibras elásticas del tejido pulmonar se disponen en todas direcciones y tienden constantemente a contraer los pulmones.

• Al contraerse (colapsarse) los pulmones, entra aire a la cavidad torácica por ese orificio.

• Los pulmones no se dilatan ni se contraen y el paciente puede morir por sofocación.

Respiración

• El proceso de respiración moviliza aire dentro y fuera de los pulmones.

• La actividad respiratoria involucra el movimiento del diafragma y las costillas.

Inspiración

• El diafragma es una capa delgada de músculo que separa completamente las cavidades torácica y abdominal.

• En estado de reposo tiene una forma de cúpula sobre la cavidad torácica.

• Al inspirar, el diafragma se aplana.

• Al mismo tiempo, los músculos intercostales externos moverán las costillas hacia arriba y hacia afuera.

Inspiración

• Tanto los movimientos del diafragma como las costillas, provocan que el volumen del tórax aumente.

• Debido a que las cavidades pleurales son herméticas, los pulmones se expanden hasta ocupar y llenar el aumento de espacio.

• Y así el aire se atrae hacia la tráquea y los pulmones.

Espiración

• La espiración consiste en los movimientos contrarios.

• Los músculos intercostales internos mueven las costillas hacia abajo y hacia adentro.

• El diafragma recupera su forma de cúpula y el aire es expulsado.

• La espiración por lo general es un proceso pasivo, es decir, que no requiere energía (¡a menos que estén inflando un globo!).

Inspiración y espiraciónAire dentro Aire fuera

Inspiración Espiración

Diafragma plano

Costillas hacia abajo y adentro

Diafragma convexo

Costillas hacia arriba y afuera

Presiones pulmonares

• Durante el proceso de inspiración se expande la caja torácica, lo cual aumenta el volumen de los pulmones.

• Y de acuerdo a las “leyes de la física” :

“cuando el volumen de una gas aumenta de manera súbita, su presión disminuye”.

Presión alveolar

• Durante la inspiración, la presión de los alvéolos disminuye (en el ser humano a -3 mm Hg).

• Esta presión negativa atrae el aire por las vías respiratorias hacia el interior.

• Durante la espiración ocurre lo contrario: la compresión de la caja torácica alrededor de los pulmones aumenta la presión intrapulmonar (+ 3 mm Hg), lo que hace que el aire sea expulsado.

Líquido alveolar

• El interior de los alvéolos está revestido por un líquido llamado líquido alveolar.

• La membrana alveolar secreta hacia los alvéolos una sustancia llamada agente tensoactivo (surfactante), que es un detergente cuya función es disminuir la tensión superficial del líquido que reviste los alvéolos.

Intercambio gaseoso

• El oxígeno entra al cuerpo en forma de aire (o agua en los peces).

• El dióxido de carbono por lo general es eliminado por la misma vía.

• Este proceso se llama “intercambio gaseoso”. En los peces, el intercambio gaseoso se lleva a cabo en las branquias, en los vertebrados se lleva a cabo en los pulmones.

• Las ranas realizan el intercambio gaseoso a través de las branquias cuando son jóvenes y en los pulmones, boca y piel cuando son adultas.

Intercambio gaseoso

• Los mamíferos y aves son muy activos y tienen una temperatura corporal relativamente elevada, así es que requieren grandes cantidades de oxígeno para proveer suficiente energía a través de la respiración celular.

• Para poder inhalar suficiente oxígeno y poder liberar todo el dióxido de carbono producido, necesitan una gran superficie en la cual poder llevar a cabo el intercambio gaseoso.

Intercambio gaseoso

• Los diminutos sacos aéreos o alvéolos del pulmón proveen el intercambio gaseoso.

• Cuando se observan los alvéolos al microscopio semejan a un racimo de uvas cubierto por una densa red de finos capilares

• Una delgada capa de líquido cubre la superficie interna de cada alvéolo.

• Sólo existe una pequeña distancia –apenas 2 capas de delgadas células – entre el aire en el alvéolo y la sangre en los capilares. Los gases atraviesan por difusión.

Aporte sanguíneo del alvéolo

aire

Sangre oxigenada ala vena pulmonar

Sangre desoxigenadade la arteria pulmonar

alvéolosCapilares cubriendolos alvéolos

Difusión y transporte de oxígeno

• El aire en los alvéolos es rico en oxígeno, en tanto que la sangre en los capilares alrededor de los alvéolos es sangre desoxigenada.

• Esto es debido a que la hemoglobina de las células sanguíneas rojas ha liberado todo el oxígeno que transportaba a las células del cuerpo.

Difusión y transporte de oxígeno

• El oxígeno se difunde de una alta concentración a una baja concentración.

• Por lo tanto atraviesa la delgada barrera entre el alvéolo y los capilares para ingresar a la sangre y combinarse con la hemoglobina en las células sanguíneas rojas para formar oxihemoglobina.

Difusión y transporte de oxígeno

• El pequeño diámetro de los capilares que se encuentran distribuidos alrededor de los alvéolos implica que:

1) el flujo sanguíneo se hace más lento, y

2) que las células rojas son “comprimidas” contra las paredes de los capilares.

• Estos dos factores ayudan a que el oxígeno se difunda en la sangre.

Difusión y transporte de oxígeno

• Cuando la sangre llega a los capilares de los tejidos, el oxígeno se separa de la molécula de hemoglobina y se difunde en el fluido tisular inicialmente y después en las células.

Sección transversal de un alvéolo

Capa de líquido alveolar

Pared alveolar(grosor de una

célula)

Células sanguíneas en el capilar

Red de capilares alrededor del

alvéolo

O2

CO2

O2CO2

Difusión y transporte de dióxido de carbono

• La sangre que entra a los capilares del pulmón lleva dióxido de carbono que ha recolectado de los tejidos.

• La mayor parte del dióxido de carbono está disuelto en el plasma ya sea en forma de bicarbonato de sodio o ácidocarbónico.

• Una pequeña parte es transportada por las células sanguíneas rojas.

Difusión y transporte de dióxido de carbono

• A medida que la sangre entra al pulmón, el dióxido de carbono (gas) se difunde a través de las paredes de los capilares y los alvéolos hacia la fina capa de agua en interior de los alvéolos.

• Finalmente es expulsado de los pulmones durante la respiración.

Composición del aire

• El aire que inspiran los animales consiste de:

21% de oxígeno

0.04% de dióxido de carbono

• El aire que espiran los animales consiste de:

16% de oxígeno

4.4% de dióxido de carbono

Composición del aire

• Esto significa que los pulmones extraen sólo la cuarta parte del oxígeno presente en el aire.

• Es justamente por esta razón que es posible dar respiración artificial a una persona (o un animal) soplando aire espirado en su boca.

Composición del aire

• La respiración por lo general es una actividad inconsciente que se lleva a cabo estando despiertos o dormidos.

• Dos regiones están involucradas en el control de la respiración: la médula oblongada (tallo cerebral).

• Se denominan centros respiratorios. Estos centros responden a la concentración de dióxido de carbono en la sangre, regulando la frecuencia respiratoria.

Composición del aire

• Cuando la concentración de dióxido de carbono aumenta debido a actividad, por ejemplo, se envían automáticamente impulsos nerviosos al diafragma y a los músculos intercostales para aumentar la frecuencia y la profundidad de la respiración.

• El incremento de la frecuencia respiratoria también aumenta la cantidad de oxígeno en la sangre para poder cubrir así las necesidades generadas por el aumento de la actividad.

Acidez de la sangre y respiración

• El grado de acidez de la sangre (balance ácido-básico) es crítico para el funcionamiento normal de todo el cuerpo.

Por ejemplo: si la sangre está ácida o alcalina, puede afectar seriamente el funcionamiento nervioso y provocar un estado de coma, espasmos musculares, convulsiones e incluso la muerte.

Acidez de la sangre y respiración

• El dióxido de carbono acarreado en la sangre hace que ésta se vuelva ácida.

• A mayor concentración de dióxido de carbono menor será el pH de la sangre.

• Esto es peligroso, por lo que el organismo tiene varios mecanismos que pueden controlar el equilibrio ácido-básico y mantenerlo en un rango normal.

Acidez de la sangre y respiración

• La respiración es uno de estos mecanismos homeostáticos.

• Al aumentar la frecuencia respiratoria, el animal aumenta la cantidad de dióxido de carbono disuelto que es expxulsadode la sangre.

• Esto reduce la acidez de la sangre.

Respiración en aves

• Las aves tienen un sistema respiratorio particular que les permite respirar a frecuencias elevadas que son necesarias para volar.

• Los pulmones son estructuras relativamente sólidas que no cambian de forma y tamaño de la manera en que lo hacen los pulmones de los mamíferos.

• Los pulmones están conectados con los sacos aéreos ubicados en la cavidad torácica y la cavidad abdominal y a algunos huesos.

Respiración en aves

• Los movimientos de las costillas y el esternón expanden y comprimen los sacos aéreos de manera que actúan como fuelles, bombeando así aire a los pulmones.

• La evolución de este sistema de respiración extremadamente eficiente ha permitido que las aves sean capaces de migrar grandes distancias y volar a altitudes mayores a la cima del Monte Everest.

Capítulo 7 – Resumen

• Los animales necesitan respirar para proveer a las células de oxígeno y eliminar el dióxido de carbono que es un producto de desecho.

• Los pulmones se encuentran en las cavidades pleurales en el tórax.

• El intercambio gaseoso se lleva a cabo en los alvéolos de los pulmones.

• Aquí el oxígeno se difunde hacia las células sanguíneas de los capilares que rodean los alvéolos. El dióxido de carbono que se encuentra en altas concentraciones en la sangre se difunde hacia los alvéolos y es espirado.

Capítulo 7 – Resumen

• La inspiración ocurre cuando los músculos de las costillas y el diafragma se contraen. Estos movimientos aumentan el volumen de la cavidad pleural y atraen aire hacia los pulmones.

• El aire entra por la cavidad nasal y pasa por la faringe y la laringe en donde la epiglotis cierra el paso a los alimentos durante la deglución.

• El aire continúa por la tráquea a los bronquios, bronquiolos y alvéolos.

• Las células que cubren las vías respiratorias producen moco que atrapa las partículas (polvo), las cuales son movilizadas por los cilios.

Capítulo 7 – Resumen

• La espiración es un proceso pasivo (no requiere energía). Depende de la relajación de los músculos u del tejido elástico de los pulmones.

• La frecuencia de respiración se determina por la concentración de dióxido de carbono en la sangre.

• Dado que el ácido carbónico acidifica la sangre, la frecuencia de respiración ayuda a controlar el equilibrio ácido-básico de la sangre.