Aparato Respiratorio. Intercambio de gases. Presiones respiratoria. Mecanismo que llevan y se oponen al colapso pulmonar. Volúmenes y capacidades pulmonares.

APARATO RESPIRATORIO

Respiración es el proceso de intercambio gaseoso entre la atmosfera y el organismo. Por su intermedio se obtiene oxigeno molecular necesario para los procesos metabólicos y la eliminación del anhídrido carbónico producido en los tejidos. Este intercambio gaseoso se denomina hematosis. El aparato respiratorio consta de un sistema de vías de conducción o vías respiratorias, a cuyo nivel se realizan los intercambios y el transporte de los gases. En el ser humano, el proceso de respiración consta de tres fases: inspiración, transporte por la corriente sanguínea y exhalación.

Los movimientos respiratorios de inspiración y exhalación son los procesos mecánicos que permiten el traslado del aire del exterior del organismo a su interior. Como las necesidades de oxígeno por el organismo son distintas en el reposo o en la actividad, la frecuencia y profundidad de los movimientos deben alternarse para ajustarse en forma automática a las condiciones variables. Es el centro respiratorio, ubicado en el bulbo raquídeo y la protuberancia, el que coordina los movimientos armónicos de músculos (separados) para llevar a cabo el proceso de la respiración.

ESTRUCTURA DEL APARATO RESPIRATORIO

El aparato respiratorio se divide en dos partes desde el punto de vista funcional

a) Sistema de conducción o vías aéreas.

b) Sistema de intercambio o superficie alveolar.

Vías respiratorias o sistema respiratorio conductor

 Vías aéreas altas: fosas nasales y faringe.

Vías aéreas bajas: laringe, tráquea y bronquios.

(Canarias, 2014)

INTERCAMBIO DE GASES

El intercambio de gases es la provisión de oxígeno de los pulmones al torrente sanguíneo y la eliminación de dióxido de carbono del torrente sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar en los pulmones entre los alvéolos y una red de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares, los cuales están localizados en las paredes de los alvéolos En realidad, el intercambio de gases se realiza a dos niveles: a nivel alveolar, lo que constituye la respiración externa; posteriormente, a nivel celular, entre sangre, líquido, intersticial y célula. Este intercambio es la respiración interna o tisular.

Intercambio gaseoso a nivel pulmonar

No es el volumen total de aire que penetra al aparato respiratorio el que participa en el intercambio alvéolo-sangre, sino sólo aquella parte que llega a los alvéolos. La fracción de aire inspirado que llena los bronquios, la tráquea, las vías respiratorias superiores, es funcionalmente inútil. Los espacios recién mencionados representan el llamado espacio muerto anatómico, cuyo volumen promedio es aproximadamente de 150 ml. Por lo tanto,  de los 500 ml de aire inspirados normalmente, sólo 350 ml participarán en el intercambio gaseoso a nivelpulmonar. El O2 pasa de los alvéolos a los capilares pulmonares y simultáneamente el CO2 de éstos a los alvéolos. Durante este intercambio la concentración del O2 del aire alveolar disminuye  y se eleva la del CO2, para retornar a sus niveles primitivos en la próxima inspiración. Gracias a la ventilación pulmonar, la composición del aire alveolar se mantiene prácticamente constante.

Los aires inspirado, espirado y alveolar tienen la siguiente composición:

El aire alveolar es una mezcla de gases, en que cada uno de los componentes ejerce separadamente su presión parcial. La suma de las presiones parciales es igual a la presión total del aire alveolar. De acuerdo con estas premisas, en el pulmón el O2 pasará de la cavidad alveolar a la sangre y el CO2 de la sangre al alvéolo, hasta que las presiones parciales sanguínea y alveolar de estos gases se hagan iguales. La sangre venosa, por lo tanto, durante su paso por los pulmones entrega CO2 y absorbe O2, es decir, se arterializa.

La gradiente de presiones se invierte a nivel tisular, debido a lo cual la sangre arterial entrega O2 y capta CO2 hasta que las presiones parciales de estos gases en la sangre y en los tejidos se tornan sensiblemente iguales.

Intercambio gaseoso a nivel alveolar

En el interior de los pulmones los bronquios penetran y se dividen en conductos cada vez más delgados llamados bronquiolillos, los cuales se abren en pequeñas vesículas denominadas alveolos pulmonares o sacos alveolares que se llenan con el aire cargado de oxígeno que ha ingresado al pulmón.
 El O2 pasa luego de los alveolos a la sangre, y es transportado por la HEMOGLOBINA (Hb) de los glóbulos rojos transformándose en HbO2. Este pasaje de O2 a la sangre se denomina HEMATOSIS. A su vez el CO2 realiza el recorrido inverso desde la sangre al interior de los alveolos desde donde será luego eliminado al exterior de los pulmones por medio de las vías respiratorias.

La sangre cargada de O2 es transportada luego por los vasos sanguíneos hacia el corazón que impulsa la sangre oxigenada hacia todas las células del cuerpo que lo necesitan para llevar a cabo el proceso de respiración celular.

VENTILACIÓN PULMONAR

Es la primera etapa del proceso de la respiración y consiste en el flujo de aire hacia adentro y hacia afuera de los pulmones, es decir, en la inspiración la contracción del diafragma y de los músculos inspiratorios da lugar a un incremento de la capacidad de la cavidad torácica, por una diferencia de presión, con lo que hace que el aire entre en las vías respiratorias. Durante la espiración, los músculos respiratorios se relajan y vuelven a sus posiciones de reposo y el aire sale de los pulmones.

Consta de dos movimientos respiratorios: inspiración y espiración.

1.   INSPIRACIÓN

Se produce por contracción del diafragma (desciende) y de los músculos que elevan las costillas. Esto provoca un aumento de la cavidad torácica, lo que hace que la presión en los pulmones descienda y, por el proceso de la difusión, el aire ingrese al cuerpo.

2.   ESPIRACIÓN

Ocurre cuando el diafragma y los músculos de las costillas se relajan, disminuyendo la capacidad torácica. Esto hace que la presión aumente y, nuevamente por la difusión, el aire sea expulsado de los pulmones.

PRESIÓN RESPIRATORIA

Presión pleural y sus variaciones durante la respiración

La presión pleural es la presión del líquido en el estrecho espacio existente entre la pleura pulmonar y la pleura de la pared torácica. Existe una pequeña presión negativa en este espacio debido a la aspiración señalada anteriormente. La presión pleural normal al comienzo de la inspiración es de -5 cm. de agua, que es la cantidad de aspiración necesaria para mantener los pulmones abiertos en su nivel de reposo. Después, durante la inspiración normal, la expansión de la caja torácica tira de la superficie de los pulmones con más fuerza y crea una presión aún más negativa, hasta un valor medio de unos -7,5 cm. de agua. Luego, en la espiración, sucede esencialmente lo contrario. (Diego, 2019)

Presión Alveolar.

La presión alveolar es la presión en el interior del alvéolo pulmonar. Cuando no fluye aire ni al interior ni fuera de los pulmones, la presión en todas partes es igual a la presión atmosférica, que se considera 0 cm. de agua. Para originar un flujo de aire en la inspiración, la presión en los alvéolos debe caer a un valor discretamente inferior al de la presión atmosférica. En la inspiración, la presión alveolar disminuye aproximadamente a -1 cm. de agua. Esta presión negativa basta para mover medio litro de aire al interior de los pulmones en los 2 segundos que dura la inspiración. Durante la espiración ocurre lo contrario: la presión alveolar se eleva hasta +1 cm. de agua, y esto
hace salir el medio litro de aire inspirado, durante los 2 o 3 segundos que dura la espiración.

Presión transpulmonar

Es la diferencia entre la presión alveolar y la presión pleural. Es una medida de la fuerza elástica de los pulmones que tienden a colapsar los pulmones en cada grado de expansión, denominada presión de retroceso elástico.

Agente tensioactivo, tensión superficial y colapso de los pulmones.

En el interior de los alvéolos la superficie de agua intenta contraerse. Esta trata de forzar el aire fuera de los alvéolos a través de los bronquios y, haciéndolo hace que los alvéolos (y otros espacios aéreos) intenten colapsarse. El efecto neto es que se genera una fuerza contráctil elástica de todos los pulmones, que se denomina fuerza elástica de tensión superficial. El agente tensioactivo es una agente activo en la superficie, lo que significa que, cuando se extiende sobre la superficie de un líquido, reduce notablemente la tensión superficial. Esta sustancia es segregada por unas células que se encuentran en los alvéolos, denominadas células epiteliales alveolares de tipo II, que son células granulares y que contienen inclusiones de lípidos.

El agente tensioactivo es una mezcla compleja de varios fosfolípidos, proteínas e iones. Esta sustancia no se disuelve en el líquido; en lugar de ello, se extienden por su superficie debido a que una parte de la molécula del fosfolípido es hidrófila y se disuelve en el agua de los alvéolos, mientras que la porción lipídica es hidrófoba y se orienta hacia el aire. Los líquidos que revisten los alvéolos sin agente tensioactivo tienen una tensión superficial de 50 dinas/cm.; mientras que los líquidos que revisten los alvéolos con agente tensioactivo, entre 5 y 30 dinas/cm.

CAPACIDAD PULMONAR 

Las capacidades pulmonares se refieren a los distintos volúmenes de aire característicos en la respiración humana. Un pulmón humano puede almacenar alrededor de 5 litros de aire en su interior, pero una cantidad significativamente menor es la que se inhala y exhala durante la respiración. Al describir los procesos del ciclo pulmonar, a veces es deseable considerar juntos dos o más volúmenes pulmonares, estas combinaciones de volúmenes son llamados capacidades pulmonares:

•    Capacidad inspiratoria (CI): Es la cantidad de aire que una persona puede respirar comenzando en el nivel de una espiración normal y distendiendo al máximo sus pulmones (3.500 ml aproximadamente). CI = VC + VRI

•   Capacidad residual funcional (CRF): Es la cantidad de aire que queda en los pulmones tras una espiración normal (2.300 ml aproximadamente). CRF = VRE + VR

•    Capacidad vital (CV): Es la cantidad de aire que es posible expulsar de los pulmones después de haber inspirado completamente. Son alrededor de 4,6 litros. CV = VRI + VC + VRE

•  Capacidad pulmonar total (CPT): Es el volumen de aire que hay en el aparato respiratorio, después de una inhalación máxima voluntaria. Corresponde a aproximadamente a 6 litros de aire. Es el máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 ml). CPT = VC + VRI + VRE + V

Valores constantes

•   Volumen corriente: 500 ml

•   Volumen de reserva inspiratorio: 3.000 ml (con esfuerzo inspiratorio)

•   Volumen de reserva espiratorio: 1.000 ml (con esfuerzo espiratorio)

•  Volumen residual: 1.200 ml

•  Capacidad vital: volumen de reserva inspiratorio (3.000 ml) + volumen de reserva espiratoria (1.000 ml) + volumen circulante (500 ml) = 4.500 ml

•  Capacidad inspiratoria: volumen circulante (500 ml) + volumen de reserva inspiratoria (3.000 ml) = 3.500 ml

•  Capacidad espiratoria: volumen residual (1.200 ml) + volumen de reserva espiratoria (1.000 ml) = 2.200 ml

•  Capacidad pulmonar total: capacidad vital (4.500 ml) + volumen residual (1.200 ml) = 5.700 ml

MECANISMO QUE LLEVAN AL COLAPSO PULMONAR

Depende de dos factores:

           •  Las fibras elásticas del parénquima pulmonar.

           •  La tensión superficial de los líquidos que cubren a los alveolos.

Provoca una tendencia continua de estos a colapsarse dado que estos mecanismos suceden en todos los espacios aéreos de los pulmones, el efecto neto de los mismos en producir una fuerza elástica contráctil en la totalidad de los pulmones es igual fuerza elástica de tensión superficial.

MECANISMO QUE SE OPONEN AL COLAPSO PULMONAR

 Depende de dos factores:

•   La presión intrapleural negativa ayuda a mantener los pulmones distendidos.

•   La sustancia tensioactiva o surfactante disminuye la tensión superficial de los líquidos que rodean a los alveolos.
La sustancia tensioactiva es una mezcla bifásica de proteínas fosfolípidos e iones; dipalmitoil-lectina (apoproteiina surfactante e iones de calcio), producido por el epitelio alveolo de las células tipo II. Previene el edema pulmonar. (unknow, 2017)

IMPORTANCIA DEL VOLUMEN RESIDUAL

La conservación de un cierto volumen de aire en las vías respiratorias cuando ya no somos capaces de expulsar más aire en la espiración forzada, es esencial para mantener un equilibrio en la presión interna de los alvéolos, aspecto vital para que los pulmones puedan mantener su actividad con normalidad. Si nuestros pulmones no conservaran permanentemente un cierto volumen de aire residual, los alvéolos se vaciarían normalmente, acabando aplastados y con ello colapsados por el aumento de la presión de succión que se produce en su interior para compensar este vacío.

Este volumen de aire residual oscila entre 1 y 1,2 litros de aire según las personas. (Chile, 2010)

TRANSPORTE DE CO2

La mayor parte del CO2 transportado en sangre proviene del metabolismo celular, que en condiciones basales o de reposo forma 200 ml/minuto.

Existen varias formas de transporte para el CO2:

1.                 En forma disuelta al igual que el O2. Se solubiliza siguiendo la ley de Henry encontrándose 2,9 ml de CO2/100 ml de sangre. Al ser un gas mucho más soluble que el O2 las cantidades son comparativamente mayores que en éste.

2.                 En forma combinada: aproximadamente un 10% del CO2 es transportado en forma de compuestos carbamínicos al combinarse con los grupos amino-terminales de las proteínas, al ser la hemoglobina la proteína mayoritaria la reacción (sin acción enzimática) que tiene lugar es la siguiente: Hb-NH2 + CO2 Æ Hb-NHCOOH o carbamino-hemoglobina.

3.                 La mayor parte del CO2 difunde hacia el interior del hematíe. En el interior del mismo se combina con agua para producir ácido carbónico, que se disociará a continuación en hidrogeniones e ión bicarbonato según la siguiente reacción.

CO2 + H2 Æ H2CO3 Æ H+ + HCO3–

	% arterial	% venoso	% medio
Disuelto	5,5	5,8	5
Carbamino-Hb	4,9	7,2	5-10

UNIDAD FUNCIONAL RESPIRATORIA

El ciclo respiratorio consta de dos fases la inspiración y la espiración. Durante la inspiración el aire procedente del exterior penetra por las vías respiratorias superiores e inferiores hasta llegar a las últimas divisiones que son los alveolos. Existen alrededor de 300 millones de alveolos lo cual representa alrededor de 150 millones por cada pulmón. La unidad funcional respiratoria consta de 3 partes:

·         Alveolo.

·         Capilares.

·         Espacio intersticial.

ALVEOLO

Los alvéolos pulmonares son los divertículos terminales del árbol bronquial, en los que tiene lugar el intercambio gaseoso entre el aire inspirado y la sangre. Son sacos recubiertos en su pared interna por líquido blanco y pegajoso, pueden tener más de un milímetro de diámetro y agente tensoactivo, hay aproximadamente 300 millones de ellos en todo el aparato respiratorio, ubicados en las terminaciones de los parpados pulmonares.

CAPILARES

Los capilares sanguíneos son los vasos sanguíneos de menor diámetro, están formados solo por una capa de tejido, lo que permite el intercambio de sustancias entre la sangre y las sustancias que se encuentran alrededor de ella.

El calibre de los capilares de las diferentes partes del cuerpo varía dentro de límites relativamente estrechos, entre 8 y 12 micras, y permite el paso con dificultades de las células sanguíneas. En los órganos que están en un estado de actividad funcional mínima, muchos capilares están estrechados de tal modo que apenas circula sangre por ellos.

Espacio intersticial

Esta entre la pared del alveolo y la pared del capilar, normalmente es muy estrecho, de menos de 1 micra de ancho para evitar que exista una gran distancia entre alveolo y capilar y se mantenga una gran velocidad de difusión de gases. El espacio intersticial drena vía capilares linfáticos, al conducto torácico y a la aurícula derecha. Se calcula que su capacidad máxima de drenaje es cuando existen 25 mmHg de presión en el espacio intersticial. Si aumenta el volumen y la presión de líquido por encima de esta cifra, rompen las paredes de los alveolos y capilares produciéndose una acumulación de una mezcla de aire, líquido y glóbulos rojos llamada hemoptisis  que al ser expulsada por las vías respiratorias sale en forma de espuma sanguinolenta.

Durante la espiración el aire recorre el mismo camino pero en sentido inverso, haciendo salir aire de los alveolos al exterior.

Para lograr esto la caja Torácica debe realizar movimientos inspiratorios y espiratorios determinados por varios músculos que elevan la caja Torácica o la comprimen.

TRABAJO RESPIRATORIO

Para hacer que penetre el aire en los pulmones es necesario expandir el tórax o  sea desplazar las estructuras tóracopulmonares, por tanto se realiza un trabajo, denominado trabajo para respirar o trabajo respiratorio.

El trabajo respiratorio tiene tres fracciones:

v  El trabajo de distensibilidad o trabajo elástico, que es el realizado para expandir los pulmones venciendo las fuerzas elásticas de los mismos y deltórax.

v  El trabajo de resistencia tisular, que es el necesario para vencer la viscosidad de los pulmones y las estructuras de la pared torácica.

v  El trabajo de resistencia de la vía aérea, que es el que se debe realizar para vencer la resistencia que ofrecen las vías aéreas al paso del aire.

(Latarjet, 2006)

LA MEMBRANA RESPIRATORIA

Es el conjunto de estructuras que deben cruzar los gases entre el alveolo y el capilar pulmonar. Está compuesta por las siguientes capas yendo desde el alveolo hacia el capilar:

1.        Una monocapa de líquido que cubre la superficie interior del alveolo y que contiene el surfactante (dipalmitoillecitina).

2.        El epitelio alveolar, formada por neumocitos tipo 1 y neumocitos tipo 2.Sintetiza el surfactante.

3.        La membrana basal alveolar.

4.        El espacio intersticial entre alveolo y capilar pulmonar. Contiene una delgada capa de líquido.

5.    Membrana Basal Capilar.

6.    Endotelio Capilar.

A pesar de ser 6 capas, la membrana respiratoria tiene un espesor muy delgado, solo de 0.5 micras, en cambio si tomamos en cuenta la superficie total de los 300 millones de alveolos, su área es muy amplia de 70 a 100 metros cuadrados.

REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN

A.     CENTRO RESPIRATORIO. RITMO BÁSICO DE LA RESPIRACIÓN

El sistema respiratorio ajusta el ritmo de la ventilación alveolar casi exactamente a las necesidades que tiene el organismo en cada momento, en situación de reposo o  movimiento, con ello se mantienen las presiones adecuadas de O2 y de CO2 en sangre

B.      ÁREAS RESPIRATORIAS

ÁREA INSPIRATORIA (en el bulbo raquídeo): es la que mantiene el ritmo básico de la respiración. Envía señales hacia los músculos inspiratorios, el músculo más importante es el diafragma, cuando éste se contrae, aumenta la jaula torácica y se produce la inspiración, la cual dura unos dos segundos, a continuación los músculos vuelve a su sitio y por causa del rebote elástico, el aire es expulsado al exterior.

ÁREA ESPIRATORIA (bulbo raquídeo): La espiración dura aproximadamente unos 3 segundos. Al cabo de un minuto esto deberá sucedes de 12-14 veces. En situaciones de ejercicio, actúan también los músculos espiratorios (área espiratoria), músculos prensa abdominal

ÁREA NEUMOTAXICA: si esta zona es estimulada, se producirá una respiración rápida y superficial, aumentará la frecuencia respiratoria y disminuirá la profundidad de la respiración, se producirá un grado similar, pero no se producirá una modificación del volumen respiratorio por minuto.

Tiene función termorreguladora, eliminado calor a través del área respiratoria. También se produce esta respiración ante el miedo y la ansiedad.

VITALOMETRIA:

Sirve para medir ciertos volúmenes y capacidades tales como:

•     Volúmenes de ventilación pulmonar.
•    Volúmenes de reserva inspiratoria.
•    Volúmenes de reserva espiratoria.

Fuente: http://www.aula2005.com/html/cn3eso/08respiratori/08respiracioes.htm