Las funciones principales de la respiración son proporcionar oxígeno a los tejidos y retirar el dióxido de carbono, realizado mediante 4 componentes principales:
1.- Ventilación pulmonar: flujo de entrada y salida de aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares.
2.- Difusión de oxígeno (O2) y de dióxido de carbono (Co2) entre los alvéolos y la sangre.
3.- Transporte de oxígeno y de dióxido de carbono en la sangre y los líquidos corporales hacia las células de los tejidos corporales y desde las mismas.
4.- Y regulación de la ventilación y otras facetas de la respiración.
MÚSCULOS QUE CAUSAN LA EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN PULMONAR
Los pulmones se pueden expandir y contraer de dos maneras:
1.- Mediante el movimiento hacia arriba y hacia abajo del diafragma para alargar o acortar la cavidad torácica.
2.- Y mediante la elevación y el descenso de las costillas para aumentar o reducir el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica.
La respiración tranquila normal se consigue por el primer mecanismo, es decir, por el movimiento del diafragma. Durante la inspiración la contracción del diafragma tira de las superficies inferiores de los pulmones, después durante la espiración, el diafragma simplemente se relaja, y el retroceso elástico de los pulmones, cavidad torácica y estructuras abdominales comprimen los pulmones de manera que se expulsa el aire hacia el exterior.
Sin embargo durante la respiración forzada las fuerzas elásticas no son lo suficientemente potentes como para expulsar el aire tan rápido como se inspira, de manera que se necesita una fuerza adicional que será aportada por los músculos abdominales que empujaran el contenido abdominal hacia arriba contra las superficies inferiores de los pulmones, comprimiéndolos de esta forma.
El segundo mecanismo para producir la respiración se basa principalmente en elevar la caja torácica. Esto se logra a través de la acción de una serie de músculos que permitirán la inspiración y espiración, es decir, se dividirán en músculos inspiratorios y espiratorios, los cuales se mencionan a continuación:
Músculos inspiratorios (elevadores de la caja torácica):
1.- Músculos intercostales externos.
2.- Músculos esternocleidomastoideos: elevan el esternón.
3.- Músculos serratos anteriores: elevan muchas costillas.
4.- Músculos escálenos: elevan las 2 primeras costillas.
Músculos espiratorios (desciendes la caja torácica):
1.- Músculos rectos del abdomen: empujan hacia abajo las costillas inferiores.
2.- Músculos intercostales internos.
PRESIÓN PLEURAL Y SUS CAMBIOS DURANTE LA INSPIRACIÓN
Es la presión de líquido que está en el delgado espacio comprendido entre la pleura pulmonar y la pleura de la cavidad torácica.
Sin embargo, debido a que es una aspiración ligera, es normalmente una presión negativa.
La presión pleural normal al comienzo de la inspiración es de -5cmH2O, lo suficiente para mantener expandido al pulmón hasta su posición de reposo, y durante la inspiración normal, la expansión de la caja torácica tira hacia afuera a los pulmones con más fuerza y genera una presión pleura aun mas negativa, de modo que alcanza una presión de -7.5cmH2O
PRESIÓN ALVEOLAR: PRESIÓN DEL AIRE EN EL INTERIOR DE LOS ALVÉOLOS PULMONARES
Cuando la glotis está abierta y no hay flujo de aire hacia el interior ni el exterior de los pulmones, las presiones en todas las partes del árbol respiratorio, hasta los alvéolos, son iguales a la presión atmosférica, que se considera que es la presión de referencia cero en las vías aéreas (es decir, presión de 0 cmH2O).
Existe una ligera presión negativa que es suficiente para arrastrar 0,5 l de aire hacia los pulmones en los 2 s necesarios para una inspiración tranquila normal.
Durante la espiración, la presión alveolar aumenta hasta aproximadamente +1 cmH2O, lo que fuerza la salida del 0,5 l de aire inspirado desde los pulmones durante los 2 a 3 s de la espiración.
PRESIÓN TRANSPULMONAR: DEIFERENCIAS ENTRE LAS PRESIONES ALVEOLAR Y PLEURAL
la presión transpulmonar es la diferencia entre la presión que hay en el interior de los alvéolos y la que hay en las superficies externas de los pulmones (presión pleural), y es una medida de las fuerzas elásticas de los pulmones que tienden a colapsarlos en todos los momentos de la respiración, denominadas presión de retroceso.
DISTENSIBILIDAD DE LOS PULMONES
El volumen que se expanden los pulmones por cada aumento unitario de presión transpulmonar (si se da tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio) se denomina distensibilidad pulmonar.
La distensibilidad pulmonar total de los dos pulmones en conjunto en el ser humano adulto normal es en promedio de aproximadamente 200 ml de aire por cada cmH2O de presión transpulmonar.
DIAGRAMA DE DISTENSIBILIDAD DE LOS PULMONES
es un diagrama que relaciona los cambios del volumen pulmonar con los cambios de la presión pleural, lo que, a su vez, modifica la presión transpulmonar.
En cada una de las curvas se registra modificando la presión pleural en escalones pequeños y permitiendo que el volumen pulmonar llegue a un nivel estable entre escalones sucesivos. Las dos curvas se denominan, respectivamente, la curva de distensibilidad inspiratoria y la curva de distensibilidad espiratoria y todo el diagrama se denomina diagrama de distensibilidad de los pulmones.
Las características del diagrama de distensibilidad están determinadas por las fuerzas elásticas de los pulmones. Estas se pueden dividir en dos partes:
1) fuerzas elásticas del tejido pulmonaren sí mismo,
y 2) fuerzas elásticas producidas por la tensión superficial del líquido que tapiza las paredes internas de los alvéolos y de otros espacios aéreos pulmonares.
PRINCIPIO DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL
Cuando el agua forma una superficie con el aire, las moléculas de agua de la superficie del agua tienen una atracción especialmente intensa entre sí. En consecuencia, la superficie del agua siempre está intentando contraerse. Esto es lo que mantiene unidas entre sí las gotas de lluvia: una membrana muy contráctil de moléculas de agua que rodea toda la superficie de la gota de agua.
EL SUFACTANTE Y SU EFECTO SOBRE LA TENSIÓN SUPERFICIAL
El surfactante es un agente activo de superficie en agua, lo que significa que reduce mucho la tensión superficial del agua. Es secretado por células epiteliales especiales secretoras de surfactante denominadas células epiteliales alveolares de tipo II, que constituyen aproximadamente el 10% del área superficial de los alvéolos.
El surfactante es una mezcla compleja de varios fosfolípidos, proteínas e iones. Los componentes más importantes son el fosfolípido dipalmitoilfosfatidilcolina, las apoproteínas del surfactante e iones calcio.
En términos cuantitativos la tensión superficial de diferentes líquidos en agua es aproximadamente la siguiente: agua pura, 72 dinas/cm; los líquidos normales que tapizan los alvéolos pero sin surfactante, 50 dinas/cm; los líquidos normales que tapizan los alvéolos con cantidades normales de surfactante incluidas, entre 5 y 30 dinas/cm.
DISTENSIBILIDAD DEL TORÁX Y DE LOS PULMONES EN CONJUNTO
La distensibilidad de todo el sistema pulmonar (los pulmones y la caja torácica en conjunto) se mide cuando se expanden los pulmones de una persona relajada o paralizada totalmente.
Para medir la distensibilidad se introduce aire en los pulmones poco a poco mientras se registran las presiones y volúmenes pulmonares. Para insuflar este sistema pulmonar total es necesario casi el doble de presión que para insuflar los mismos pulmones después de extraerlos de la caja torácica.
Por tanto, la distensibilidad del sistema pulmón-tórax combinado es casi exactamente la mitad que la de los pulmones solos, 110 ml de volumen por cada cmH2O de presión para el sistema combinado, en comparación con200 ml/cmH2O para los pulmones de manera aislada.
REGISTRO DE LAS VARIACIONES DEL VOLUMEN PULMONAR: ESPIROMETRÍA
La ventilación pulmonar puede estudiarse registrando el movimiento del volumen del aire que entra y sale de los pulmones, un método que se denomina espirometría.
Un espirómetro básico típico, está formado por un tambor invertido sobre una cámara de agua, con el tambor equilibrado por un peso. En el tambor hay un gas respiratorio, habitualmente aire u oxígeno; un tubo conecta la boca con la cámara de gas. Cuando se respira hacia el interior y el exterior de la cámara, el tambor se eleva y desciende, y se hace un registro adecuado en una hoja de papel en movimiento.
Para facilitar la descripción de los acontecimientos de la ventilación pulmonar, el aire de los pulmones se ha subdividido en este diagrama en cuatro volúmenes y cuatro capacidades, que son el promedio de un hombre adulto joven.
VALORES MEDIOS DE LOS VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES PARA UN HOMBRE ADULTO JOVEN Y SANO
VOLÚMENES PULMONARES
1. El volumen corrientees el volumen de aire que se inspira o se espira en cada respiración normal; es igual a aproximadamente 500 ml en el hombre adulto medio.
2. El volumen de reserva inspiratoriaes el volumen adicional de aire que se puede inspirar desde un volumen corriente normal y por encima del mismo cuando la persona inspira con una fuerza plena; habitualmente es igual a aproximadamente 3.000 ml.
3. El volumen de reserva espiratoria es el volumen adicional máximo de aire que se puede espirar mediante una espiración forzada después del final de una espiración a volumen corriente normal; normalmente, este volumen es igual a aproximadamente 1.100 ml.
4. El volumen residuales el volumen de aire que queda en los pulmones después de la espiración más forzada; este volumen es en promedio de aproximadamente 1.200 ml.
CAPACIDADES PULMONARES
1. La capacidad inspiratoriaes igual al volumen corriente más el volumen de reserva inspiratoria. Esta capacidad es la cantidad de aire (aproximadamente 3.500 ml) que una persona puede inspirar, comenzando en el nivel espiratorio normal y distendiendo los pulmones hasta la máxima cantidad.
2. La capacidad residual funcionales igual al volumen de reserva espiratoria más el volumen residual. Esta capacidad es la cantidad de aire que queda en los pulmones al final de una espiración normal (aproximadamente 2.300 ml).
3. La capacidad vital es igual al volumen de reserva inspiratoriamás el volumen corriente más elvolumen de reserva espiratoria. Esta capacidad es la cantidad máxima de aire que puede expulsar una persona desde los pulmones después de llenar antes los pulmones hasta su máxima dimensión y después espirando la máxima cantidad (aproximadamente 4.600 ml).
4. La capacidad pulmonar totales el volumen máximo al que se pueden expandir los pulmones con el máximo esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 ml); es igual a la capacidad vital más el volumen residual.
VENTILACIÓN ALVEOLAR
la función de la ventilación pulmonar es renovar continuamente el aire de las zonas de intercambio gaseoso de los pulmones, en las que el aire está próximo a la sangre pulmonar. Estas zonas incluyen los alvéolos, los sacos alveolares, los conductos alveolares y los bronquíolos respiratorios. La velocidad a la que llega a estas zonas el aire nuevo se denomina ventilación alveolar.
ESPACIO MUERTO Y SU EFECTO SOBRE LA VENTILACION ALVEOLAR
Parte del aire que respira una persona nunca llega a las zonas de intercambio gaseoso, sino que simplemente llena las vías aéreas en las que no se produce intercambio gaseoso, como la nariz, la faringe y la tráquea. Este aire se denomina aire del espacio muerto, porque no es útil para el intercambio gaseoso.
Durante la espiración se expulsa primero el aire del espacio muerto, antes de que el aire procedente de los alvéolos llegue a la atmósfera. Por tanto, el espacio muerto es muy desventajoso para retirar los gases espiratorios de los pulmones.
TRÁQUEA, BRONQUIOS Y BRONQUIOLOS
no de los desafíos más importantes en todas las vías aéreas es mantenerlas abiertas y permitir el paso sin interrupciones de aire hacia los alvéolos y desde los mismos. Para evitar que la tráquea se colapse, múltiples anillos cartilaginosos se extienden aproximadamente 5/6 del contorno de la tráquea.
En las paredes de los bronquios, placas curvas de cartílago menos extensas también mantienen una rigidez razonable, aunque permiten un movimiento suficiente para que los pulmones se expandan y se contraigan.
Estas placas se hacen cada vez menos extensas en las últimas generaciones de bronquios y han desaparecido en los bronquíolos, que habitualmente tienen diámetros inferiores a 1,5 mm. No se impide el colapso de los bronquíolos por la rigidez de sus paredes. Por el contrario, se mantienen expandidos principalmente por las mismas presiones transpulmonares que expanden los alvéolos. Es decir, cuando los alvéolos se dilatan, los bronquíolos también se dilatan, aunque no tanto.
PARED MUSCULAR DE LOS BRONQUIOS Y BRONQUÍOLOS Y SU CONTROL
n todas las zonas de la tráquea y de los bronquios que no están ocupadas por placas cartilaginosas las paredes están formadas principalmente por músculo liso. Además, las paredes de los bronquíolos están formadas casi totalmente por músculo liso, con la excepción del bronquíolo más terminal, denominado bronquíolo respiratorio, que está formado principalmente por epitelio pulmonar y su tejido fibroso subyacente más algunas fibras musculares lisas.
RESISTENCIA AL FLUJO AÉREO EN EL ÁRBOL BRONQUIAL
En condiciones respiratorias normales el aire fluye a través de las vías aéreas con tanta facilidad que es suficiente un gradiente de presión menor de 1 cmH2O desde los alvéolos a la atmósfera para generar un flujo aéreo suficiente para una respiración tranquila.
La máxima resistencia al flujo aéreo no se produce en las pequeñas vías aéreas de los bronquíolos terminales, sino en algunos de los bronquíolos y bronquios de mayor tamaño cerca de la tráquea. La razón de esta elevada resistencia es que hay relativamente pocos de estos bronquios de mayor tamaño en comparación con los aproximadamente 65.000 bronquíolos terminales en paralelo, a través de los cuales solo debe pasar una cantidad muy pequeña de aire.
CONTROL NERVIOSO Y LOCAL DE LA MUSCULATURA BROQUIOLAR: DILATACIÓN SIMPÁTICA DE LOS BROQUÍOLOS
El control directo de los bronquíolos por las fibras nerviosas simpáticas es relativamente débil porque pocas fibras de este tipo penetran hasta las porciones centrales del pulmón. Sin embargo, el árbol bronquial está muy expuesto a la noradrenalina y adrenalina que se liberan hacia la sangre por la estimulación simpática de la médula de las glándulas suprarrenales.
Estas dos hormonas (especialmente la adrenalina, debido a su mayor estimulación de los receptores β-adrenérgicos) producen dilatación del árbol bronquial.
CONSTRICCIÓN PARASIMPÁTICA DE LOS BRONQUIOLOS
Algunas fibras nerviosas parasimpáticas procedentes de los nervios vagos penetran en el parénquima pulmonar. Estos nervios secretan acetilcolina y, cuando son activados, producen una constricción leve a moderada de los bronquíolos.
Cuando una enfermedad como el asma ya ha producido un cierto grado de constricción bronquiolar, la estimulación nerviosa parasimpática adicional con frecuencia empeora la enfermedad. Cuando se produce esta situación, la administración de fármacos que bloquean los efectos de la acetilcolina, como atropina, a veces puede relajar las vías aéreas lo suficiente para aliviar la obstrucción.
LOS FACTORES SECRETORES LOCALES PUEDEN PRODUCIR CONTRICCIÓN BRONQUÍOLAR
Algunas sustancias que se forman en los pulmones tienen con frecuencia bastante actividad en la producción de constricción bronquiolar.
Dos de las más importantes de estas sustancias son la histamina y la sustancia de reacción lenta de la anafilaxia. Estas dos sustancias se liberan a nivel pulmonar por los mastocitos durante las reacciones alérgicas, sobre todo las provocadas por pólenes del aire. Por tanto, juegan un papel fundamental en la obstrucción de la vía aérea observada en el asma alérgica, sobre todo la sustancia de reacción lenta de la anafilaxia.
MOCO QUE RECUBRE LAS VÍAS AÉREAS Y ACCIÓN DE LOS CILIOS EN LA LIMPIEZA DE LAS VÍAS AÉREAS
Todas las vías aéreas, desde la nariz a los bronquíolos terminales, están humedecidas por una capa de moco que recubre toda la superficie.
El moco es secretado en parte por las células caliciformes mucosas individuales del recubrimiento epitelial de las vías aéreas y en parte por pequeñas glándulas submucosas. Además de mantener humedecidas las superficies, el moco atrapa partículas pequeñas que están en el aire inspirado e impide que la mayoría de estas partículas llegue a los alvéolos.
Toda la superficie de las vías aéreas, tanto en la nariz como en las vías inferiores hasta los bronquíolos terminales, está tapizada por un epitelio ciliado que tiene aproximadamente 200 cilios por cada una de las células epiteliales. Estos cilios baten continuamente a una frecuencia de 10 a 20 veces por segundo y la dirección de su «golpe de fuerza» siempre se dirige hacia la faringe.
Es decir, los cilios de los pulmones baten hacia arriba, mientras que los de la nariz baten hacia abajo. Este batido continuo hace que la cubierta de moco fluya lentamente, a una velocidad de algunos milímetros por minuto, hacia la faringe. Después el moco y las partículas que están atrapadas en el mismo son deglutidos o se expulsan hacia el exterior con la tos.
Alexis Jovany 