Fisiología Respiratoria

Renovación de Aire

• Respiración externa
• Intercambio gaseoso: estudio de la difusión de gases a través de la membrana alveolar
• Transporte de gases: pulmón – tejidos (O₂ y CO₂)
• Respiración interna o celular

Aparato Respiratorio

Formado por:

• Pulmones: órgano de intercambio de gases
• Tórax y músculos respiratorios: bomba que ventila el pulmón
• Centros cerebrales que controlan los músculos
• Vías y nervios que conectan el cerebro con los músculos

Después de pasar por las fosas nasales y la faringe, donde es calentado y humedecido, el aire inspirado pasa por la tráquea hasta los alvéolos a través de los bronquios, bronquiolos y conductos alveolares.

Entre la tráquea y los sacos alveolares, los conductos se dividen 23 veces, dando origen a 23 generaciones.

Bronquios

1. Zona de conducción                              bronquiolos

2.                                            (0-16)                                 bronquiolos terminales

3.

bronquiolos respiratorios (17-22)

Zona de transición

(17-22)                conducto alveolar (20-23)

Zona respiratoria                         sacos alveolares

23                                                     (23)

Zona de Conducción: formada por las 16 primeras generaciones, constituida por ductos a través de los cuales se transporta el aire desde y hacia el exterior.

Zona de Transición y Respiratoria: es la zona donde ocurre la conducción y el intercambio gaseoso a nivel de los alvéolos.

Datos

• Todas las subdivisiones aumentan el área de las vías respiratorias, por lo tanto, disminuye la velocidad de la corriente de aire por los conductos.
• El hombre posee 300 millones de alvéolos y el área de contacto que tienen estos con los capilares es de 70m².
• Recordemos que:
• Los alvéolos son saquitos formados por las células tipo I (planas, con prolongaciones y primarias de revestimiento) y tipo II (o neumocitos granulosos de mayor tamaño). Estas células secretan un agente tensoactivo.
• También pueden poseer macrófagos, linfocitos, células cebadas, etc.
• Están rodeados por los capilares pulmonares.
• Perfusión alveolar: irrigación de los alvéolos.

Mecanismos de la Respiración

Respiración: proceso anatómico y modulado que se adecua a las necesidades del organismo.

Complejo toraco-pulmonar

Pulmones y tórax son dos estructuras elásticas.

Está tapizado por la pleura: visceral y parietal respectivamente, formando así el «espacio intrapleural» que está lleno de «líquido pleural».

Por su elasticidad, el pulmón por sí solo tiende a colapsarse y el tórax a expandirse. Pero la presión en el espacio intrapleural es negativa respecto a la atmósfera, lo que determina que donde vaya el tórax va el pulmón.

La función de bomba la realiza el tórax, creando un flujo aéreo que permite el intercambio gaseoso realizado por el pulmón.

Respiración

Inspiración

Espiración

En el reposo respiratorio, al comienzo de la inspiración P1 = P2.

Inspiración:

Proceso activo en el cual ingresa el aire a los pulmones.

P2

Se moviliza el tórax, la contracción de los músculos inspiratorios (intercostales externos y diafragma) aumenta el volumen intratorácico y con ello aumentan la capacidad pulmonar y se distienden los pulmones; de esta forma disminuye la presión intratorácica, provocando un flujo aéreo y el aire penetra al interior de los pulmones.

Q = P1 – P2 R

Q= flujo laminar

En el momento de la inspiración, la presión intrapleural desciende de -2,5 mmHg a -6 mmHg.

Espiración:

Proceso pasivo por el cual sale aire de los pulmones.

P2 > P1

Los músculos que estaban contraídos se relajan y todo el complejo toraco pulmonar tiende al equilibrio. Las presiones se hacen positivas y el complejo comprime el aire que está dentro de los pulmones y así se logra la espiración.

La espiración es pasiva porque no se contrae ningún músculo para que disminuya el volumen intratorácico.

Espiración Forzada: se estira el diafragma y por acción de la prensa abdominal (por acción de vísceras) se va hacia arriba. También se contraen los músculos espiratorios.

Músculos respiratorios de importancia:

Músculos Inspiratorios:

• Intercostales Externos: insertados oblicuamente hacia abajo y afuera de una costilla a otra. Al contraerse elevan las costillas, empujan el esternón hacia fuera y así aumentan la dirección ventro-dorsal y latero-lateral pero en menor cantidad.
• Diafragma: Músculo con forma de campana, insertado alrededor de la base de la caja torácica. Al contraerse se acorta y baja, aumentando la dirección rostro-caudal y latero-lateral (llevando las costillas hacia los lados) del complejo toracopulmonar. Realiza también trabajo elástico, presionando las vísceras del abdomen hacia abajo. En la espiración forzada se estira, y es empujado hacia arriba por acción de la prensa abdominal.

Músculos Espiratorios:

• Intercostal interno: ubicado oblicuamente hacia abajo y atrás de costilla a costilla. Al contraerse en la espiración forzada desciende las costillas y disminuye el volumen intratorácico.

Volúmenes Pulmonares

Espirómetro: instrumento utilizado para medir el consumo de oxígeno en el humano.

Compuesto básicamente por dos cilindros concéntricos, una campana, un lugar de salida de aire y papel de registro.

Podemos observar en el papel de registro dos espigas (respiración tranquila), después de un esfuerzo se ven dos espigas de inspiración y espiración máximas. Así podemos medir distintos volúmenes.

Volumen Corriente o de Ventilación Pulmonar (VC): es el volumen de aire que se inspira y espira en una respiración tranquila, y corresponde a 500 ml.

Volumen de Reserva Inspiratoria (VRI): es el volumen de aire de una inspiración máxima o forzada que determina un volumen por sobre el corriente. Corresponde a 3.100 ml.

Volumen de Reserva Espiratoria (VRE): es el volumen de aire expelido en una espiración forzada después de una espiración tranquila y corresponde a 1.200 ml.

Volumen Residual (VR): el pulmón nunca llega a colapsarse porque el tórax no lo hace, aunque realicemos un esfuerzo espiratorio máximo siempre quedará aire en el pulmón. Este volumen de aire que queda en los pulmones después de un esfuerzo espiratorio máximo corresponde a 1.200 ml.

Capacidad Pulmonar Total (CPT): corresponde a la suma de todos los volúmenes o capacidades.

VC           500

VRI        3100

VRE       1200

VR     +  1200

CPT =    6000 ml.

Capacidad Vital: es el volumen máximo de aire que podemos movilizar con todo el esfuerzo posible. Corresponde a 4.800 ml, que se forman por la sumatoria de VC + VRI + VRE.

Capacidad Residual Funcional:

VRE + VR = 2.400 ml.

Es el volumen de aire que queda en los pulmones en las respiraciones tranquilas.

Cuando hacemos inspiración tranquila se movilizan 500 ml, estos se encuentran con 5 veces su valor en los pulmones. De este volumen que ingresa sólo 350 ml llegan a los alvéolos y el cambio alveolar es muy bajo, por eso la estabilidad en la composición gaseosa de los alvéolos. Son muy importantes las concentraciones de gases, ya que influyen en el pH de la sangre.

El pH está dado por las concentraciones de HCO₃ y CO₂, entonces necesitamos tener las concentraciones en equilibrio de HCO₃ con una presión parcial de CO₂ de 40 mmHg.

HCO₃-CO₂ = principal complejo tamponante

Espacio Muerto Anatómico: Es el espacio ocupado por el gas, en la zona conductora de las vías respiratorias, que no se intercambia con el de la sangre de los vasos pulmonares.

Capacidad Inspiratoria: VR + VRI

Ciclo Respiratorio

De acuerdo con los gráficos, podemos ir viendo lo que sucede con las presiones en la inspiración y en la espiración.

• La presión intrapleural que representa la intratorácica se reduce por acción del diafragma (presión negativa). Esta presión desciende en el proceso inspiratorio.
• Se crea una presión subatmosférica dentro de los pulmones. Con esta diferencia de presión se crea el flujo aéreo necesario para el intercambio.
• Gracias al flujo creado, ingresa el aire a los pulmones.
• Ahora los músculos inspiratorios que estaban contraídos comienzan a relajarse y vuelven al reposo. Se comprimen los pulmones y el aire comienza a salir, por lo tanto, disminuye el volumen respirado.
• Justo antes de salir, la presión intrapulmonar se iguala a la atmosférica. Son iguales a 0.
• Al mismo tiempo la presión intratorácica o intrapleural comienza a hacerse positiva y con esto sale el aire de los pulmones.
• En resumen:

PIP = PA = 0             al inicio de una espiración y una inspiración

al final de una espiración y una inspiración

PIP= presión intrapulmonar

PA= presión atmosférica

Distensibilidad y Tensión Superficial

La distensibilidad o «compliance» (en sist. resp.) es la variación en el volumen pulmonar por una unidad de variación de presión en los conductos respiratorios.

Distensibilidad es la adaptabilidad de los pulmones y la pared torácica. D = V / P

La distensibilidad depende del volumen pulmonar. Una persona con un solo pulmón tendrá la mitad de V para una presión dada. Existen casos donde «D» está aumentada o disminuida.

En el caso de fibrosis, la curva está desplazada hacia abajo y hacia la derecha. El volumen ha disminuido con respecto al volumen normal. La pendiente de la curva también es menor y, por lo tanto, «D» está disminuido.

En el caso de efisema el volumen ha aumentado, la pendiente es mayor y, por lo tanto, «D» también.

Como podemos ver «D» dependerá de la pendiente que formen en el gráfico las variaciones de presión y volumen.

(OJO: estos gráficos, sólo son ejemplos para entender la distensibilidad, no se compliquen)

         Un señor (no sé su nombre) observó este fenómeno, para ello tomó el pulmón de un gato y lo puso dentro de una campana con un tubo para variar el aire entregado a los pulmones.

Cambiando los volúmenes  que inflan el pulmón midió las distintas presiones.

Podemos ver en el gráfico, que en la insuflación (cuando se llena el pulmón de aire ) comienza a aumentar la presión y luego el volumen .

Posteriormente en la desinflación (sale el aire), disminuye el volumen y con ello la presión.  Si observamos las pendientes de cada curva podemos ver que la de desinflación es mayor, entonces podemos decir que “D” es mayor aquí.

         El interior de los alvéolos esta húmedo (hidratado), con esto se crea puntos de interfase entre una fase líquida y otra gaseosa. La tensión superficial del líquido que recubre los alvéolos afecta enormemente la distensibilidad.

 El suero fisiológico reduce la tensión superficial a casi cero, por eso en la curva la pendiente es mayor.

Tensión Superficial (TE):

         El 35% de las resistencias que debe vencer el aparato respiratorio son de tensión superficial. El ap.resp. Posee mecanismos para vencer esta tensión.

         Las moléculas de agua poseen desigual fuerzas de interacción, una molécula que está en el medio puede interactuar en 6 direcciones aproximadamente, pero una que está en la superficie no tiene las suficientes moléculas para interactuar al igual que las otras. Por lo tanto la fuerza que poseía para interactuar con una molécula de arriba la utiliza para hacerlo con una de abajo o del lado y con ello fortifica esta fuerza. Ahora esta monocapa que se formó será más fuerte que el resto de las capas.

Esta tensión generada es una resistencia para la respiración, ya que a través de la pared del alvéolo debe realizarse el intercambio gaseoso.

         En vista de este problema, nuestro maravilloso sistema respiratorio ha creado una sustancia que disminuye la tensión dentro de los alvéolos y es el “surfactante pulmonar”.

Surfactante Pulmonar: producido por las células epiteliales alveolares tipo II, es una solución compleja de dipalmitoil lecitina como compuesto principal. También posee proteínas pero no esta clara su función.

La dipalmitoil lecitina es un fosfolípido de estructura compleja y su propiedad se asemeja a la de los detergentes.

Los detergentes unen su cabeza polar al agua y dejan sus colas apolares hacia el exterior reemplazando la monocapa formada.

Si aumenta la superficie, es necesario más detergente para reemplazar la monocapa y este puede formar micelas, pero la dipalmitoil lecitina no puede formar micelas y por lo tanto habrá espacios del alvéolo sin dipalmitoil.

Podemos concluir entonces que la tensión superficial es variable y depende de la superficie y del surfactante.

*Aumenta el grado de inspiración

*Aumenta la superficie del alvéolo

*Aumenta la tensión superficial

*Disminuye la efectividad del surfactante

*Disminuye la distensibilidad

*Aumenta el trabajo respiratorio

Es importante saber que si la tensión no es mantenida baja cuando los alvéolos reducen de diámetro durante la espiración, estos se colapsan.

El sistema respiratorio también debe vencer otras resistencias para realizar el trabajo respiratorio, estas son:

                                                        Elasticidad toracopulmonar (35% del 75%)

Resistencias Elásticas

o estáticas (75%)

                                                        Tensión superficial (35% del total)    

                                                        Resistencia al flujo aéreo (24%) (RQA)

Resistencias viscosas

o dinámicas (30%)

                                                        Resistencia de la viscosidad tisular (6%)

“TRABAJO PULMONAR”

         Los músculos realizan trabajo al distender las paredes del tórax, los pulmones y al desplazar el aire.

W= V * P (g/cm² * cm³ = g * cm)= F * d

OACDO         àárea necesaria para vencer       

                             Resistencias elásticas.

                                                         ABCEA à representa el W necesario para

Vencer resistencia viscosa.

La espiración se produce con energía guardada en forma de trabajo elástico (fenómeno pasivo).