Introducción
El sistema respiratorio, en conjunto con el sistema cardiovascular, satisface las demandas de oxígeno y la eliminación de CO2 para la vida celular. Este proceso vital implica una estrecha relación entre el ambiente, la sangre y las células.
Funciones del Sistema Respiratorio
La función principal del sistema respiratorio es el intercambio de gases entre el ambiente y las células. Además, este sistema desempeña roles cruciales en:
- Inmunidad: tanto en la vía aérea como en los alveolos, existen mecanismos de protección contra agentes patógenos.
- Función endocrina: el pulmón produce hormonas como la angiotensina.
- Equilibrio ácido-base: participa en la regulación del pH.
Importancia del Oxígeno
El oxígeno no produce energía directamente, sino que permite los procesos de fosforilación del ATP en la mitocondria, esenciales para la producción de energía a través de la oxidación.
Mecánica Ventilatoria
Inspiración
El aire ingresa al cuerpo por la diferencia de presiones entre el ambiente y la cavidad torácica. Este proceso se inicia gracias a la acción de músculos esqueléticos, principalmente:
- Diafragma: desciende y aumenta el tamaño de la cavidad torácica.
- Intercostales externos: elevan las costillas en dirección anterosuperior, expandiendo la cavidad.
- Esternocleidomastoideo: tracciona el esternón y la clavícula hacia arriba, contribuyendo a la expansión.
Al aumentar el volumen de la cavidad torácica, la presión interna disminuye, permitiendo que el aire ingrese desde el ambiente, donde la presión es mayor. Este proceso es activo, ya que requiere la contracción muscular.
Espiración
El aire sale de los pulmones cuando los músculos respiratorios se relajan. La cavidad torácica disminuye su volumen, aumentando la presión interna por encima de la presión atmosférica. El aire es expulsado de los pulmones hasta que las presiones se igualan. Este proceso es pasivo, ya que solo requiere la relajación muscular.
Fases del Proceso Respiratorio
El proceso respiratorio completo se divide en tres fases:
- Ventilación: entrada y salida de aire de los pulmones.
- Transporte de gases: a través de la sangre.
- Respiración celular: utilización del oxígeno en las células para producir energía.
Importancia de la Ventilación
La ventilación es esencial para mantener un adecuado aporte de oxígeno y eliminar el dióxido de carbono. El intercambio gaseoso ocurre entre los capilares sanguíneos y los alveolos pulmonares.
Vía Aérea
Vía Aérea Superior
La vía aérea superior se extiende desde la cavidad nasal hasta los bronquios terminales. Sus funciones principales son:
- Conducir el aire: actúa como un conducto para el paso del aire.
- Filtrar el aire: retiene partículas grandes.
- Calentar y humedecer el aire: lo acondiciona para el intercambio gaseoso.
- Protección: mediante la secreción de moco, que atrapa agentes patógenos, y la acción de células ciliadas, que movilizan el moco hacia la vía aérea superior para su eliminación.
- Regular el paso del aire: la musculatura lisa de la vía aérea puede generar broncoconstricción o broncodilatación en respuesta a diferentes estímulos.
Espacio Muerto Anatómico
El espacio muerto anatómico es la porción de la vía aérea superior donde no ocurre intercambio gaseoso. Contiene aproximadamente 150 ml de aire.
Vía Aérea Inferior o Zona de Intercambio
La vía aérea inferior, o zona de intercambio, comienza en los bronquiolos respiratorios y se caracteriza por la presencia de alveolos. Contiene alrededor de 2500 ml de aire.
Intercambio Gaseoso en los Alveolos
Estructura Alveolar
Los alveolos están formados por una pared unicelular de células llamadas neumocitos. El oxígeno debe atravesar varias membranas para llegar a la hemoglobina en los eritrocitos: la pared alveolar, el endotelio capilar, la membrana del eritrocito y las membranas de las subunidades de la hemoglobina.
Difusión de Gases
El intercambio gaseoso se produce por difusión simple, un proceso pasivo que se rige por la diferencia de concentraciones. El oxígeno se mueve desde el alveolo, donde su presión parcial es mayor, hacia la sangre capilar, donde su presión parcial es menor. El dióxido de carbono se mueve en dirección opuesta.
Importancia de la Ventilación para la Difusión
La ventilación asegura una alta presión parcial de oxígeno en los alveolos, favoreciendo la difusión hacia la sangre. Además, la ventilación elimina el dióxido de carbono, manteniendo una baja presión parcial de este gas en los alveolos.
Factores que Afectan el Intercambio Gaseoso
Solubilidad de los Gases
La solubilidad de los gases en agua afecta su capacidad de atravesar las membranas celulares y el plasma sanguíneo. El oxígeno es poco soluble en agua, lo que dificulta su transporte. El nitrógeno, aún menos soluble, normalmente no atraviesa la barrera acuosa que separa el alveolo de la sangre.
Mal de Inmersión
El mal de inmersión, que afecta a los buzos, se produce por la formación de burbujas de nitrógeno en la sangre y los tejidos. A altas presiones, la solubilidad del nitrógeno aumenta, y al ascender rápidamente, el nitrógeno disuelto forma burbujas que pueden obstruir los vasos sanguíneos.
Pleuras y Presiones Pulmonares
Pleuras
Las pleuras son membranas que recubren los pulmones y la cavidad torácica. La pleura visceral recubre los pulmones, y la pleura parietal recubre la cavidad torácica. Entre ambas pleuras existe un espacio llamado cavidad pleural, que contiene una pequeña cantidad de líquido pleural.
Función de las Pleuras
Las pleuras permiten que los pulmones se deslicen suavemente durante la respiración y generan una presión negativa que mantiene los pulmones expandidos. La presión intrapleural es menor que la presión atmosférica, lo que crea una fuerza de succión que se opone al colapso pulmonar.
Presiones Pulmonares
- Presión alveolar: es la presión del aire dentro de los alveolos. A nivel del mar, es igual a la presión atmosférica (760 mmHg).
- Presión intrapleural: es la presión dentro de la cavidad pleural. Siempre es menor que la presión alveolar.
Mecanismo de la Ventilación
Durante la inspiración, la contracción de los músculos respiratorios aumenta el volumen de la cavidad torácica, lo que disminuye la presión intrapleural. Esta disminución de presión permite que los alveolos se expandan y la presión alveolar disminuya por debajo de la presión atmosférica, permitiendo la entrada de aire. Durante la espiración, la relajación de los músculos respiratorios disminuye el volumen de la cavidad torácica, aumentando la presión intrapleural. Esto comprime los alveolos, aumentando la presión alveolar por encima de la presión atmosférica, lo que provoca la salida de aire.
Conclusión
El sistema respiratorio es un complejo sistema que asegura el intercambio de gases entre el ambiente y las células. La ventilación pulmonar, la difusión de gases a través de las membranas alveolo-capilares y el transporte de gases por la sangre son procesos esenciales para la vida. La comprensión de la fisiología respiratoria es fundamental para el diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades que afectan este sistema.