El Sistema Respiratorio y Cardiovascular: Una Sinergia Vital

El sistema respiratorio y el cardiovascular trabajan en conjunto para suministrar oxígeno y eliminar dióxido de carbono. Este proceso esencial se basa en:

• Función ventilatoria:
• Ventilación pulmonar: Movimiento de los gases en los pulmones.
• Difusión pulmonar: Intercambio de gases entre los pulmones y la sangre.
• Transporte de oxígeno y dióxido de carbono por la sangre.
• Intercambio capilar de gases: Interacción entre la sangre capilar y los tejidos metabólicamente activos.

El proceso de respiración implica la entrada y salida de aire de los pulmones. La respiración nasal ayuda a humedecer, calentar y filtrar el aire inspirado. El aire viaja desde la nariz y la boca a través de la faringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos y finalmente a los alvéolos, donde ocurre el intercambio gaseoso. La relación entre los pulmones, el saco pleural y la caja torácica es crucial para regular el flujo de aire.

Inspiración: El Proceso de Captación de Oxígeno

Inspiración en Reposo

La inspiración en reposo es un proceso activo que involucra el diafragma y los músculos intercostales externos. Las costillas y el esternón son movidos por los intercostales externos, mientras que el diafragma se contrae, aplanándose hacia el abdomen. Esto aumenta el volumen de la caja torácica, expandiendo los pulmones y disminuyendo la presión intrapulmonar.

Inspiración durante el Ejercicio

Durante el ejercicio, la saturación de la hemoglobina depende de varios factores, incluyendo el pH de la sangre. Un pH más ácido favorece la liberación de oxígeno desde la hemoglobina hacia los tejidos.

Transporte de Oxígeno y Dióxido de Carbono

Saturación de la Hemoglobina

La saturación de la hemoglobina depende del contenido de hemoglobina en la sangre. En promedio, 100 ml de sangre contienen entre 14-18 g de hemoglobina en hombres y 12-16 g en mujeres. Cada gramo de hemoglobina puede combinarse con 1.34 ml de oxígeno, resultando en una capacidad de 16 a 24 ml de oxígeno por cada 100 ml de sangre. El hierro juega un papel crucial en este proceso. Cuando la sangre pasa a través de los pulmones, entra en contacto con el aire alveolar durante aproximadamente 0.75 segundos, logrando una saturación del 98%.

Transporte del Dióxido de Carbono

Una vez que el dióxido de carbono es liberado por las células, es transportado en la sangre principalmente de tres maneras:

• Disuelto en el plasma (solo un 7-10%). Se elimina cuando la presión parcial de CO2 (PCO2) es baja, como en los pulmones durante la espiración.
• Combinado con la hemoglobina (carboxihemoglobina). Depende de la oxigenación de la hemoglobina.

El CO2 es liberado de la hemoglobina cuando la PCO2 es más baja, como en los pulmones (alvéolos) durante la espiración.

Regulación de la Ventilación Pulmonar

El mantenimiento del equilibrio homeostático en la presión parcial de oxígeno (PO2), la presión parcial de dióxido de carbono (PCO2) y el pH en la sangre requiere la coordinación entre el sistema respiratorio y el cardiovascular. Los mecanismos de regulación incluyen:

1. Control directo de neuronas motoras que envían impulsos a los centros respiratorios en el bulbo raquídeo, regulando el ritmo y la profundidad de la respiración.
2. Regulación por cambios en el ambiente químico, detectados por quimiorreceptores que responden a cambios en los niveles de CO2 e H+.

Niveles elevados de CO2 generan un aumento de H+. Si este H+ se acumula, el pH de la sangre disminuye. Un incremento del CO2 estimula el centro inspiratorio a aumentar la respiración, no para atraer más oxígeno, sino para liberar al cuerpo del exceso de CO2 y minimizar los cambios en el pH.

3. La pleura, los bronquiolos y los alvéolos contienen receptores de estiramiento que limitan la inspiración excesiva (reflejo de Hering-Breuer).

Volúmenes y Capacidades Pulmonares

Los volúmenes y capacidades pulmonares pueden medirse con precisión mediante espirometría, reflejando las características de la función ventilatoria de un individuo.

• Capacidad vital (CV): Cantidad máxima de gas movilizado por una espiración forzada después de una inspiración máxima; CV = VRI + VC + VRE.
• Volumen residual (VR): Volumen de gas que queda en los pulmones después de una espiración forzada.
• Capacidad pulmonar total (CPT): Cantidad de gas movilizado en los pulmones entre una inspiración y una espiración forzada; CPT = CV + VR.
• Volumen corriente (VC): Volumen de gas inspirado o espirado durante un ciclo respiratorio normal.
• Reserva inspiratoria (VRI): Volumen de gas inspirado al final de una espiración normal.
• Reserva espiratoria (VRE): Volumen de gas espirado al final de una espiración normal.
• Capacidad inspiratoria (CI): Cantidad de aire que puede ser inspirado después de una espiración normal.
• Capacidad residual funcional (CRF): CRF = VR + VRE.

Ventilación y Perfusión: El Acoplamiento Alveolar

En Reposo

Un intercambio gaseoso adecuado entre el alvéolo y la sangre requiere un óptimo acoplamiento entre la ventilación alveolar y la perfusión sanguínea a los alvéolos (VE/Q). En reposo, la ventilación alveolar es de aproximadamente 4.2 L/min y el flujo sanguíneo es de 5 L/min, resultando en un cociente VE/Q de aproximadamente 0.8.

En Ejercicio Ligero

La ventilación aumenta linealmente con la intensidad del trabajo físico, al igual que el gasto cardíaco. Por lo tanto, el VE/Q se mantiene cerca de la unidad (1.2-1.3).

En Ejercicio Intenso

Se produce un incremento desproporcionado de la ventilación alveolar (de 5 L/min a 200 L/min), mientras que el incremento del gasto cardíaco es lineal (de 5 L/min a 25-30 L/min).

Ventilación y Metabolismo Energético

Durante la actividad física suave en estado estable, la ventilación parece mantenerse al nivel del metabolismo energético. El equivalente ventilatorio para el O2 (VE/VO2) indica la economía del O2, es decir, la proporción de aire ventilado por la cantidad de O2 consumido. En reposo, este valor oscila entre 23 y 28 litros de aire por litro de O2 consumido, y puede llegar a 30 litros cuando la intensidad aumenta.

Cuando la intensidad se acerca al máximo, la ventilación se incrementa desproporcionadamente en comparación con el VO2, alcanzando el punto de máxima tensión ventilatoria tolerable. El umbral anaeróbico puede determinarse identificando el punto en el que el VE/VO2 aumenta y el VE/VCO2 se mantiene estable.

Difusión y Transporte de Gases en el Ejercicio

El intercambio gaseoso se produce a través de la membrana respiratoria mediante un proceso de difusión. La difusión de oxígeno depende de:

• La velocidad con que el oxígeno pasa a la sangre.
• La velocidad con que el oxígeno penetra en los pulmones desde el aire atmosférico.

Durante el ejercicio, la capacidad de difusión para el oxígeno puede aumentar hasta el triple respecto a las cifras de reposo. La captación de oxígeno a lo largo del capilar pulmonar no es uniforme y depende de la intensidad del ejercicio (hasta 0.25 segundos).

Difusión del Dióxido de Carbono

La concentración de CO2 en los alvéolos depende de:

• La eliminación de CO2 de la sangre a los alvéolos.
• La ventilación. La disminución de la ventilación aumenta la PCO2 alveolar en proporción directa al ritmo de eliminación del CO2 y disminuye en proporción inversa a la intensidad de la ventilación.

Durante el ejercicio, el tiempo que tarda la sangre en obtener la misma presión que los alvéolos es similar al del oxígeno (mayor a 0.25 segundos).

Transporte de Oxígeno y Saturación de la Hemoglobina

La fracción de la hemoglobina que cede su oxígeno cuando pasa por los capilares tisulares se denomina coeficiente de utilización. En reposo, es de 0.25 (25% de la saturación), mientras que en ejercicio puede ser de 0.75 a 0.85.

Respuesta General al Ejercicio

Volumen Minuto (VE)

En condiciones de reposo, la frecuencia respiratoria (FR) alcanza valores medios de 12 respiraciones por minuto, mientras que en ejercicio intenso puede llegar a 60-70. El volumen corriente (VC) suele ser de 0.5 litros por respiración, pudiendo alcanzar 2 litros o más por minuto. El volumen minuto se calcula como VE = FR * VC, variando de 6 L/min en reposo a 100 L/min en ejercicio intenso.

Ventilación en Ejercicio Estable

El aumento de la ventilación pulmonar es el ajuste ventilatorio más importante en respuesta al ejercicio, y se produce en tres fases:

• Fase I: Aumento brusco de la ventilación debido a componentes neurales e inicio del movimiento (30-50 segundos).
• Fase II: Aumento gradual de la ventilación.
• Fase III: Estabilización (3-4 minutos después del inicio).

Adaptaciones en la Ventilación con el Entrenamiento

El entrenamiento de resistencia provoca cambios significativos en la ventilación durante ejercicios máximos y submáximos.

En Ejercicio Máximo

• Aumento de la VE máxima debido al aumento de la fuerza y resistencia de los músculos respiratorios.
• Mayor tolerancia a incrementos en la PCO2 y descensos en la PO2 durante el ejercicio intenso.

En Ejercicio Submáximo

• La ventilación suele ser ligeramente menor durante los ejercicios submáximos.
• Disminución del VE/VO2, lo que reduce la fracción de VO2 necesaria para mantener la ventilación pulmonar.
• Aumento del volumen corriente y reducción de la frecuencia respiratoria.

Resumen de Adaptaciones Ventilatorias al Entrenamiento

• Frecuencia respiratoria: Baja en reposo y submáxima, sube en máxima.
• Ventilación pulmonar: Se mantiene aproximadamente en reposo y submáxima, aumenta en máxima.
• Difusión pulmonar: Se mantiene en reposo y submáxima, aumenta en máxima.
• Diferencia arteriovenosa de oxígeno: Se mantiene aproximadamente en reposo y submáxima, aumenta en máxima.

Equilibrio Acidobásico

La actividad muscular intensa ocasiona con frecuencia la producción de H+ y lactato, lo que dificulta el metabolismo y la formación de ATP, así como la contracción muscular. Para minimizar los efectos de los H+ libres, la sangre y los músculos contienen sustancias base que los amortiguan. En reposo, los fluidos corporales tienen más bases (bicarbonato, fosfatos y proteínas), produciendo un pH de 7.1 a 7.4 en la sangre.

Los tres amortiguadores químicos más importantes son el bicarbonato, los fosfatos y las proteínas (incluyendo la hemoglobina). La cantidad de HCO3 que se combina con los H+ iguala la cantidad de ácido amortiguado. Por ejemplo, cuando el ácido láctico hace bajar el pH desde 7.4 a 7.0, se ha usado más del 60% del HCO3 en la sangre.

Cualquier incremento de los H+ libres en la sangre estimula el centro respiratorio e incrementa la ventilación, facilitando el enlace de H+ y HCO3 y la eliminación de CO2.

Problemas Asociados con la Respiración Durante el Ejercicio

Los problemas más comunes son:

• Disnea: Respiración corta frecuente en personas con baja condición física, debido al mal acondicionamiento de los músculos respiratorios.
• Hiperventilación: Sobrerrespiración que genera un descenso en la PCO2 de la sangre dirigida a los alvéolos (de 40 a 15 mmHg).