Anatomía y Fisiología Respiratoria: Dr. Eloy Jiménez Chuca Medico Especialista en Medicina Interna GESTIÓN 2023

Anatomía y
fisiología
respiratoria
DR. ELOY JIMÉNEZ CHUCA
MEDICO ESPECIALISTA EN MEDICINA INTERNA
GESTIÓN 2023
INTRODUCCIÓN
O Los trillones de células del cuerpo requieren abundante y continuo
aporte de oxígeno para llevar a cabo sus funciones vitales. No
podemos vivir tanto tiempo sin oxígeno, al igual que no es posible
vivir sin comida o agua. Además, al tiempo que las células utilizan el
oxígeno expulsan dióxido de carbono como producto de desecho del
que el cuerpo debe desprenderse.
O Los sistemas cardiovascular y respiratorio comparten la
responsabilidad de aportar oxígeno y eliminar dióxido de carbono.
Los órganos del aparato respiratorio supervisan el intercambio
gaseoso que se produce entre la sangre y el medio ambiente. Al
utilizar la sangre como fluido de transporte, los órganos del sistema
cardiovascular transportan los gases respiratorios entre pulmones y
tejidos. Si alguno de estos sistemas falla, las células empiezan a
morir por falta de oxígeno y acumulación de dióxido carbónico.
ANATOMÍA FUNCIONAL DEL
APARATO RESPIRATORIO
O Los órganos del aparato respiratorio son: nariz, faringe, laringe,
tráquea, bronquios y sus ramas, y los pulmones, que contienen los
alvéolos, o terminaciones aéreas saculares. Debido a que el
intercambio gaseoso ocurre únicamente en los alvéolos, las otras
estructuras del aparato respiratorio no son más que vías de
conducción que permiten que el aire alcance los pulmones. No
obstante, estas vías tienen otra función muy importante, ya que
purifican, humidifican y calientan el aire entrante. De este modo, el
aire que alcanza los pulmones tiene bajo contenido en irritantes
(como polvo o bacterias) respecto al aire que entró en el sistema;
además, este aire es cálido y húmedo. Todos los órganos del
aparato respiratorio están representados en la Figura 13.1.
O La nariz
O La nariz, tanto si es respingona como chata, es la única parte
externamente visible del aparato respiratorio. Durante la
respiración, el aire entra en la nariz a través de los orificios nasales
o narinas. El interior de la nariz consta de la cavidad nasal, dividida
en la línea media por el tabique nasal. Los receptores olfatorios se
localizan en la mucosa de la hendidura superior de la cavidad
nasal, justo debajo del hueso etmoides. El resto de la mucosa que
tapiza la cavidad nasal, llamada mucosa respiratoria, descansa
sobre una rica red de vénulas que calientan el aire a su paso.
(Debido a la localización superficial de estos vasos sanguíneos, las
hemorragias nasales son comunes y a menudo muy abundantes.)
O Además, el espeso moco producido por las glándulas mucosas filtra
el aire y atrapa las bacterias entrantes y otras partículas externas, y
las enzimas lisosómicas del moco las destruyen mediante un
proceso químico. Las células ciliadas de la mucosa nasal crean una
corriente que mueve la capa de moco contaminado en sentido
retrógrado hacia la garganta (faringe), de donde pasa al estómago
para ser digerida por los jugos gástricos. Normalmente no somos
conscientes de esta importante acción ciliar, pero cuando la
temperatura externa es extremadamente fría, la acción de estos
cilios se ralentiza, permitiendo al moco acumularse en la cavidad
nasal y escaparse a través de los orificios nasales. Esto ayuda a
explicar por qué se produce rinorrea en los días de duro invierno.
O Tal como muestran las Figuras 13.1 y 13.2, las paredes laterales de
la mucosa nasal son escarpadas debido a tres proyecciones
mucosas recubiertas, o lóbulos, denominadas cornetes, que
aumentan en gran medida la superficie de mucosa en contacto con
el aire. Los cornetes también incrementan la turbulencia del aire en
la cavidad nasal. Mientras el aire avanza haciendo remolinos a
través de un tortuoso trayecto, las partículas inhaladas se depositan
en la cubierta mucosa, donde quedan atrapadas, previniéndose su
paso a los pulmones.
O La cavidad nasal está separada de la cavidad oral por un tabique, el
paladar. En su parte anterior, donde el paladar tiene un
componente óseo, se denomina paladar duro; la parte sin
componente óseo es el paladar blando.
O DESEQUILIBRIO HOMEOSTÁTICO
O El defecto genético denominado fisura palatina (defecto en la fusión
de los huesos que forman el paladar) tiene como consecuencia una
respiración dificultosa, al igual que problemas con la cavidad oral y
sus funciones, como masticar o hablar. ▲
O La cavidad nasal está rodeada por un anillo de senos paranasales
localizados en los huesos frontal, esfenoidal, etmoidal y maxilar
(véase la Figura 5.10, pág. 147).
O Los senos aligeran el cráneo y actúan como caja de resonancia
para el habla. También producen moco, que drena en la cavidad
nasal. El efecto de succión que se produce al sonarse la nariz ayuda
a drenar los senos. El conducto nasolagrimal, que drena las
lágrimas procedentes de los ojos, también vacía su contenido en la
cavidad nasal.
O Frío, virus y diversos alérgenos pueden causar rinitis, esto es,
inflamación de la mucosa nasal. El exceso de moco tiene como
consecuencia congestión nasal y goteo postnasal. Debido a que la
mucosa nasal es una puerta de entrada y salida del aparato
respiratorio y que ésta se extiende hacia el conducto nasolagrimal
(lágrimas) y los senos paranasales, las infecciones de la cavidad
nasal migran a menudo hacia estas regiones. La sinusitis, o
inflamación de los senos paranasales, es difícil de tratar y puede
provocar cambios sustanciales en las características de la voz.
Cuando las vías que conectan los senos con la cavidad nasalestán
bloqueadas o tienen un problema de tipo infeccioso, el aire de los
senos se absorbe. El resultado es un vaciamiento parcial y dolor de
cabeza sinusal localizado sobre la zona inflamada. ▲
O Faringe
O La faringe es un conducto muscular de unos 13 cm de longitud que
recuerda a una pequeña manguera roja. Comúnmente llamada
garganta, la faringe actúa como vía de paso de los alimentos y el
aire (Figuras 13.1 y 13.2). Se comunica con la cavidad nasal, en
posición anterior, a través de la apertura nasal posterior.
O El aire entra por la porción superior, la nasofaringe, desde la
cavidad nasal, y luego desciende a través de la orofaringe y
laringofaringe para entrar en la laringe, situada debajo. El alimento
entra por la boca y viaja después junto al aire a través de la
orofaringe y la laringofaringe. En lugar de entrar en la laringe, el
alimento se dirige al esófago, en posición posterior.
O La trompa de Eustaquio, que drena al oído medio, se abre a la
nasofaringe. Las mucosas de ambas regiones presentan solución
de continuidad, por lo que las infecciones de oído, como la otitis
media, pueden ser secundarias a un dolor de garganta u otras
infecciones faríngeas.
O Las agrupaciones de tejido linfático se denominan amígdalas, y se
encuentran en la faringe. La amígdala faríngea, también llamada
adenoides, se localiza en la parte alta de la nasofaringe. Las
amígdalas palatinas están situadas en la orofaringe y la porción
terminal del paladar blando, como las amígdalas linguales, que
reposan en la base de la lengua. El papel de las amígdalas en la
protección del organismo se describe en el Capítulo 12.
O Si las amígdalas faríngeas se inflaman y crecen (en el curso de una
infección bacteriana), obstruyen la nasofaringe y obligan al
individuo a respirar por la boca. En la respiración oral el aire no se
humedece, calienta o filtra correctamente antes de alcanzar los
pulmones. Muchos niños parecen tener continuamente amigdalitis.
Hace años se creía que las amígdalas, aunque protectoras, daban
más problemas que beneficios en estos casos, por lo que se
extirpaban de forma rutinaria. Ahora, debido al extendido uso de
antibióticos, ya no es necesario (o cierto). ▲
O Laringe
O La laringe dirige el aire y el alimento hacia sus conductos
correspondientes y participa en el habla. Localizada en posición
inferior a la faringe (véanse las Figuras 13.1 y 13.2), está formada
por ocho rígidos cartílagos hialinos y una solapa en forma de
cuchara compuesta por cartílagos elásticos, la epiglotis. El cartílago
hialino más grande es el tiroides, que tiene forma de escudo, el cual
protruye hacia delante, y es comúnmente conocido como nuez. A
veces se hace referencia a la epiglotis como el guardián de la vía
aérea, ya que ésta protege la apertura superior de la laringe.
Cuando no tragamos, la epiglotis no impide el paso de aire hacia las
vía aéreas inferiores.
O Sin embargo, cuando ingerimos alimentos o líquidos, la situación
cambia por completo: la laringe asciende y la epiglotis se hace
puntiaguda, tapando la apertura laríngea. Esto impulsa el alimento
hacia el esófago y el tubo digestivo, situados en posición posterior.
Si entra en la laringe otro elemento que no sea un alimento, se
dispara el reflejo de la tos para expeler la sustancia y evitar que
llegue a los pulmones. Debido a que este reflejo no funciona
cuando perdemos la conciencia, nunca se deben administrar
líquidos a una persona inconsciente a la que se intenta reanimar.
O • Palpa tu laringe posicionando tu mano en la línea media de la
superficie anterior del cuello y traga. ¿Puedes sentir cómo sube la
laringe mientras tragas?
O Parte de la membrana mucosa de la laringe forma dos pliegues,
llamados cuerdas vocales, o cuerdas vocales verdaderas, que
vibran cuando expelemos aire. Esta capacidad de vibración de las
cuerdas vocales es la que nos permite hablar. La hendidura entre
las cuerdas vocales es la glotis.
O Tráquea
O El aire que entra en la tráquea, o tubo descendente, desde la
laringe desciende a través de toda su longitud (10-12 cm) hasta el
nivel de la quinta vértebra torácica, aproximadamente hasta la
mitad del pecho (véase la Figura 13.1).
O La tráquea es muy rígida porque sus paredes están reforzadas con
anillos en forma de C de cartílago hialino. Estos anillos cumplen un
doble propósito. La parte abierta del anillo linda con el esófago y le
permite expandirse en sentido anterior durante la deglución de una
gran porción de alimento. La parte sólida soporta las paredes de la
tráquea y la mantiene permeable o abierta, pese a los cambios de
presión que acontecen durante la respiración.
O Debido a que la tráquea es la única vía por la que el aire puede
llegar a los pulmones, la obstrucción traqueal es una amenaza para
la vida. Es común la asfixia tras atragantarse con una porción de
comida que de repente obstruye la tráquea impidiendo el paso de
aire desde la glotis.
O La maniobra de Heimlich, un procedimiento en el cual el aire presente
en los pulmones se utiliza para expulsar la pieza de alimento que
obstruye, ha salvado a muchas personas de convertirse en víctimas de
tal “asfixia por atragantamiento”. La maniobra de Heimlich es fácil de
aprender y de aplicar. De todos modos, la mejor forma de aprenderla es
mediante demostraciones, porque el traumatismo costal es muy
probable si no se realiza de forma correcta. En algunos casos de
obstrucción respiratoria se practica una traqueotomía de emergencia
(apertura quirúrgica de la tráquea) para proporcionar al aire una ruta
alternativa hacia los pulmones. Los individuos a los que se les coloca
un tubo de traqueotomía forman grandes acúmulos de moco en el lugar
de colocación durante los primeros días, debido a la irritación de la
tráquea. Por tanto, deben aspirarse esas secreciones con frecuencia
durante ese tiempo para evitar el paso de ese moco hacia los
pulmones. ▲
O La tráquea está tapizada por una mucosa ciliada (Figura 13.3). Los
cilios baten continuamente en dirección opuesta al aire entrante.
Propulsan el moco cargado de partículas de polvo y otros agentes
nocivos lejos de los pulmones, hacia la garganta, donde se tragan o
se expectoran.
O Fumar inhibe la motilidad ciliar y finalmente destruye los cilios. Sin
cilios la tos es el único mecanismo que impide la acumulación de
moco. Los fumadores con congestión respiratoria deben evitar
tomar fármacos que inhiban el reflejo de la tos. ▲
O Bronquios principales
O Los bronquios principales (primarios) izquierdo y derecho se forman
por división de la tráquea. Cada bronquio principal discurre con
trayectoria oblicua antes de hundirse en la depresión medial (hilio)
del pulmón correspondiente (véanse las Figuras 13.1 y 13.4). El
bronquio principal derecho es más ancho, corto e inclinado que el
izquierdo. Así, éste es el lugar más común donde terminan
alojándose los cuerpos extraños inhalados. Cuando el aire alcanza
los bronquios principales es cálido, libre de la mayoría de las
impurezas, y está bien humidificado. Las subdivisiones más
pequeñas de los bronquios principales dentro de los pulmones son
vías directas hacia los alvéolos.
O Pulmones
O Los pulmones son órganos de gran tamaño. Ocupan toda la cavidad
torácica excepto su porción central, el mediastino, que engloba el
corazón (en la región inferior del pericardio), los grandes vasos
sanguíneos, los bronquios, el esófago y otros órganos (véase la
Figura 13.4). La estrecha porción superior de los pulmones, el ápex,
está justo debajo de la clavícula. La parte ancha del pulmón que
descansa sobre el diafragma es la base. Cada pulmón está dividido
en lóbulos por las cisuras; el pulmón izquierdo tiene dos lóbulos,
mientras que el derecho tiene tres.
O La superficie de cada pulmón se halla recubierta por una capa
serosa visceral denominada pleura pulmonar o visceral; la pared
torácica está tapizada por la pleura parietal.
O Las membranas pleurales producen líquido pleural, una secreción
serosa resbaladiza que permite a los pulmones deslizarse sobre la
pared torácica durante los movimientos respiratorios, y hace que las
dos capas se aferren mutuamente. Las hojas pleurales pueden
desplazarse con facilidad de lado a lado la una contra la otra, pero
ofrecen gran resistencia a ser separadas. De esta forma, los
pulmones se agarran con fuerza a la pared torácica, y el espacio
pleural es más un espacio virtual que uno verdadero. Descrito de
manera resumida, esta condición de fuerte adherencia de las
membranas pleurales es absolutamente esencial para una
respiración normal. La Figura 13.4 muestra la posición de la pleura
en los pulmones y la pared torácica.
O La pleuresía o pleuritis, inflamación de la pleura, puede ser
consecuencia de una disminución de la secreción de líquido pleural.
La superficie se torna seca y áspera, dando como resultado fricción
y dolor punzante con cada ciclo respiratorio. En cambio, puede
producirse el proceso inverso: la pleura puede producir un exceso
de fluido, que ejerce presión sobre los pulmones. Este tipo de
pleuresía obstaculiza los movimientos respiratorios, pero es mucho
menos dolorosa que el tipo seco por fricción. ▲
O Después de entrar en los pulmones, los bronquios principales se
subdividen en bronquios cada vez más pequeños (bronquios
secundarios, terciarios, y así sucesivamente), terminando en las
vías conductoras más pequeñas, los bronquiolos (Figura 13.5).
O Debido esta ramificación sucesiva de las vías respiratorias dentro
de los pulmones, la red que se forma se denomina habitualmente
árbol respiratrorio o bronquial. A excepción de las ramas menores,
todas las ramas tienen su pared reforzada con cartílago.
O Los bronquiolos terminales se continúan con el acino respiratorio,
conductos aún más pequeños que finalmente terminan en los
alvéolos (alvéolo, cavidad pequeña), o sacos aéreos. El acino
respiratorio, que incluye el bronquiolo respiratorio, el conducto
alveolar, el saco alveolar y los alvéolos, es el único lugar en el que
se produce el intercambio gaseoso. Las otras vías respiratorias son
zonas de conducción hacia el acino respiratorio. Hay millones de
alvéolos agrupados, que simulan racimos de uvas y componen la
masa pulmonar. De esta forma, los pulmones son espacios aéreos
mayoritariamente.
O La estructura que sostiene el tejido pulmonar es el estroma, que es
en gran parte tejido conectivo elástico que permite a los pulmones
retraerse pasivamente en la espiración. Por tanto, y a pesar de su
relativo gran tamaño, los pulmones pesan alrededor de 1,5 kg y son
suaves y esponjosos.
O Membrana respiratoria
O La paredes de los alvéolos se componen en gran parte por una
única y fina capa de células escamosas epiteliales. La delgadez de
sus paredes es difícil de imaginar, e incluso una lámina de un
pañuelo de papel es bastante más gruesa. Los poros alveolares
conectan sacos vecinos y proporcionan rutas alternativas al aire
para alcanzar alvéolos cuyos bronquios tributarios están atascados
por un tampón de moco o cualquier otro tipo de bloqueo.
O La superficie externa de los alvéolos está cubierta por una red en
forma de mazorca de capilares pulmonares. Juntos, los alvéolos y
las paredes capilares, sus membranas basales fusionadas y
algunas fibras elásticas constituyen la membrana respiratoria
(barrera hemato-aérea), en la que hay gas (aire) pasando hacia un
lado y sangre pasando hacia el otro. El intercambio gaseoso se
produce mediante una difusión simple a través de la membrana
respiratoria: el oxígeno pasa del aire alveolar hacia el capilar, y el
dióxido de carbono abandona la sangre para entrar en el alvéolo
lleno de aire. Se estima que la superficie total para el intercambio
gaseoso proporcionada por las paredes alveolares es de unos 50 a
70 metros cuadrados en un individuo sano, o aproximadamente 40
veces mayor que la superficie de su piel.
O La superficie externa de los alvéolos está cubierta por una red en
forma de mazorca de capilares pulmonares. Juntos, los alvéolos y
las paredes capilares, sus membranas basales fusionadas y
algunas fibras elásticas constituyen la membrana respiratoria
(barrera hemato-aérea), en la que hay gas (aire) pasando hacia un
lado y sangre pasando hacia el otro. El intercambio gaseoso se
produce mediante una difusión simple a través de la membrana
respiratoria: el oxígeno pasa del aire alveolar hacia el capilar, y el
dióxido de carbono abandona la sangre para entrar en el alvéolo
lleno de aire. Se estima que la superficie total para el intercambio
gaseoso proporcionada por las paredes alveolares es de unos 50 a
70 metros cuadrados en un individuo sano, o aproximadamente 40
veces mayor que la superficie de su piel.
O La última línea de defensa del aparato respiratorio la constituyen
los alvéolos. Los macrófagos alveolares, de destacada eficiencia, a
veces denominados “células de polvo”, recorren el camino dentro y
fuera del alvéolo recogiendo bacterias, partículas de carbón y otros
agentes nocivos. Además, dispersas entre las células epiteliales
que forman la mayoría de las paredes alveolares hay células
cuboides robustas, que se diferencian notablemente de las células
epiteliales escamosas. Las células cuboides producen una molécula
lipídica (grasa) denominada surfactante, que cubre la superficie
alveolar expuesta a gases y es muy importante para el
funcionamiento pulmonar (como se describe en la página 461).
FISIOLOGÍA RESPIRATORIA
O La función principal del aparato respiratorio es aportar oxígeno al
organismo y expulsar el dióxido de carbono. Para hacerlo, deben
producirse de forma simultánea cuatro acciones diferentes,
llamadas respiración:
O 1. Ventilación pulmonar. El aire debe entrar y salir de los pulmones
de modo que los gases que están en los sacos aéreos (alvéolos) de
los pulmones se renuevan continuamente. Este proceso de
ventilación pulmonar suele denominarse respiración.
O 2. Respiración externa. El intercambio gaseoso (carga de oxígeno
y descarga de dióxido de carbono debe tener lugar entre la sangre
pulmonar y los alvéolos. Recuerda que en la respiración externa, el
intercambio gaseoso se realiza entre la sangre y el exterior del
cuerpo.
O 3. Transporte de gases. El oxígeno y el dióxido de carbono viajan a
través del torrente sanguíneo desde los pulmones a los tejidos del
organismo, y viceversa.
O 4. Respiración interna. En los capilares sistémicos, el intercambio
gaseoso debe hacerse entre la sangre y las células de los tejidos*.
En la respiración interna, el intercambio gaseoso tiene lugar entre
las células sanguíneas en el interior del cuerpo.
O Aunque sólo los dos primeros procesos son responsabilidad
específica del aparato respiratorio, los cuatro procesos son
necesarios para completar el intercambio gaseoso. A continuación
se describe cada uno de estos procesos.
O Mecanismos de la respiración
O La respiración, o ventilación pulmonar, es un proceso mecánico
completo del cual dependen los cambios de volumen que se
producen en la cavidad torácica. Aquí se muestra una regla para
hacernos una idea del mecanismo de la ventilación pulmonar: los
cambios de volumen llevan a cambios de presión, que hacen que el
flujo de gases equipare esa presión.
O Un gas, al igual que un líquido, adopta siempre la forma de su
continente. Sin embargo, a diferencia de un líquido, el gas rellena el
continente. Por tanto, en un gran volumen, las moléculas de gas
estarán muy separadas y la presión (creada por las moléculas de
gas golpeándose unas contra otras y contra las paredes del
continente) será baja.
O Si el volumen es reducido, las moléculas de gas estarán más juntas,
aumentando, por tanto, la presión. Comprobemos esta relación con
las dos fases de la ventilación pulmonar, la inspiración, cuando el
aire fluye hacia los pulmones, y la espiración, cuando el aire
abandona los pulmones.
O Inspiración
O Cuando los músculos inspiratorios, el diafragma y los intercostales
externos se contraen, aumenta el tamaño de la cavidad torácica.
Mientras el diafragma con forma de cúpula se contrae, se mueve
hacia abajo y se aplana (se deprime). Como resultado, la dimensión
supero-inferior (altura) de la caja torácica aumenta. La contracción
de los músculos intercostales externos eleva la parrilla costal y tira
del esternón hacia delante, aumentando así los planos
anteroposterior y lateral del tórax (Figura 13.7a).
O Los pulmones están fuertemente adheridos a la pared torácica
(debido a la tensión superficial del fluido que se encuentra entre las
membranas pleurales) y, por tanto, se expanden de manera acorde
con el nuevo y mayor tamaño del tórax. Mientras, el volumen
intrapulmonar (el volumen que hay dentro de los pulmones)
aumenta, y los gases contenidos en los pulmones se expanden para
llenar este espacio agrandado. El descenso de presión que tiene
lugar en los pulmones produce una presión negativa (presión
inferior a la atmosférica) que succiona el aire hacia éstos (Figura
13.8). El aire continúa movilizándose hacia los pulmones hasta que
la presión se equipara con la atmosférica. Esta serie de
acontecimientos se denomina inspiración (inhalación).
O Espiración
O La espiración (exhalación) en personas sanas es un proceso en
gran parte pasivo que depende más de la elasticidad pulmonar
natural que de la contracción pulmonar. A medida que los músculos
inspiratorios se relajan y recuperan su longitud de reposo, la parrilla
costal desciende y los pulmones se retraen. De este modo, tanto el
volumen intrapulmonar como el torácico decrecen (Figura 13.3b),
se fuerza a los gases intrapulmonares a juntarse, y la presión
intrapulmonar crece hasta superar a la atmosférica (véase la Figura
13.8). Esto provoca que los gases salgan para igualar la presión
dentro y fuera de los pulmones. En condiciones normales, la
espiración es no forzada, pero si las vías respiratorias se estrechan
por espasmos bronquiolares (como en el asma) u ocupados por
moco o fluidos (como en la bronquitis crónica o la neumonía), la
espiración se convierte en un proceso activo.
O En estos casos de espiración forzada, los músculos intercostales se
activan para ayudar al descenso de la parrilla costal, y los músculos
abdominales se contraen y ayudan a expulsar el aire de los
pulmones, movilizando las vísceras abdominales contra el
diafragma.
O La presión normal en el espacio pleural, presión intrapleural,
siempre es negativa, siendo éste el factor principal en la prevención
de la atelectasia pulmonar. Si por cualquier motivo la presión
intrapleural se iguala con la atmosférica, los pulmones se retraen
completamente de inmediato y se colapsan.
O Durante la atelectasia, o colapso pulmonar, el pulmón no es viable
para la ventilación. Este fenómeno se produce cuando el aire entra
en el espacio pleural a través de una herida en el pecho, pero
también puede deberse a una ruptura de la pleura visceral, que
permite al aire entrar en el espacio pleural desde el aparato
respiratorio La presencia de aire en el espacio intrapleural, que
interrumpe la unión líquida entre las hojas plurales, se denomina
neumotórax. El neumotórax se trata drenando aire desde el espacio
intrapleural con tubos de drenaje torácicos, que permiten reinflarse
al pulmón y recuperar su funcionalidad. ▲
O Movimientos aéreos no respiratorios
O Muchas situaciones distintas a la ventilación pulmonar movilizan
aire dentro y fuera de los pulmones y modifican el ritmo respiratorio
normal. La tos y los estornudos liberan las vías aéreas de detritus y
acúmulos de moco. La risa y el llanto reflejan emociones. En su
mayoría, estos movimientos no respiratorios son consecuencia de
reflejos, pero algunos se producen de manera voluntaria. En la
Tabla 13.1 se muestran los movimientos de este tipo más comunes.
O Volúmenes y capacidades respiratorios
O Hay muchos factores que afectan a la capacidad respiratoria, por
ejemplo, la talla, el sexo, la edad y la condición física de una
persona. La ventilación silenciosa normal mueve aproximadamente
500 ml de aire dentro y fuera de los pulmones en cada ciclo (véase
la Figura 13.8b). Este volumen respiratorio se denomina volumen
corriente (TV).
O Como norma general, una persona puede inspirar mucho más aire
que el volumen corriente durante un ciclo respiratorio normal. La
cantidad de aire que de manera forzada puede superar al volumen
corriente se denomina volumen de reserva inspiratorio (IRV), que
normalmente se establece en torno a los 2.100 ml y los 3.200 ml.
O De manera similar, tras una espiración normal se puede expulsar
más aire. Esta cantidad de aire espirado extra, que se hace de
manera forzada y supera al volumen corriente, es el volumen de
reserva espiratorio (ERV), que se aproxima a los 1.200 ml.
O Incluso después de la espiración más potente, alrededor de 1.200
ml de aire quedan aún en los pulmones, y no puede ser expulsado
de forma voluntaria. Éste es el volumen residual. El volumen
residual es importante porque permite continuar el intercambio
gaseoso incluso entre ciclos respiratorios, ayudando a mantener
abiertos los alvéolos.
O La cantidad total de aire intercambiable ronda los 4.800 ml en un
joven adulto sano, siendo esta capacidad respiratoria la capacidad
vital (VC). La capacidad vital es la suma de TV + IRV + ERV. Los
volúmenes respiratorios se muestran resumidos en la Figura 13.9.
O Como es lógico, gran parte del aire que entra en el aparato
respiratorio se queda en las vías de conducción y nunca llega a los
alvéolos. Este fenómeno se denomina espacio muerto, y durante un
ciclo normal llega a ser de unos 150 ml. El volumen funcional, esto
es, el que realmente llega al acino respiratorio y contribuye al
intercambio gaseoso, es de unos 350 ml.
O Las capacidades respiratorias se miden mediante un espirómetro.
Mientras el sujeto respira, los volúmenes de aire espirado pueden
leerse en un indicador que muestra los cambios del volumen aéreo
que tienen lugar dentro del aparato. La espirometría es útil para
evaluar pérdidas de la función respiratoria y para el seguimiento de
algunas enfermedades del aparato respiratorio. En la neumonía, por
ejemplo, la inspiración está obstruida, por lo que disminuyen el
volumen de reserva inspiratorio y la capacidad vital.
O En el enfisema, donde está comprometida la espiración, el ERV es
mucho menor de lo normal, y el volumen residual mayor.
O Sonidos respiratorios
O A medida que el aire entra y sale del árbol respiratorio produce dos
sonidos reconocibles que pueden ser captados por un estetoscopio.
Los sonidos bronquiales se producen por el roce del aire a lo largo
de las vías respiratorias (tráquea y bronquios). El murmullo vesicular
se produce cuando los alvéolos se llenan de aire. El murmullo
vesicular es tenue y recuerda a una brisa suave.
O El tejido respiratorio enfermo, mocos o pus pueden producir ruidos
anormales tales como crepitantes (sonido burbujeante) y sibilancias
(sonido silbante). ▲
O Respiración externa, transporte de gases y respiración interna
O Tal y como se ha explicado previamente, la respiración externa es el
intercambio real de gases entre los alvéolos y la sangre
(intercambio gaseoso pulmonar), y la respiración interna es el
intercambio gaseoso que se produce entre los capilares sistémicos
y las células de los tejidos. Es importante recordar que los
intercambios gaseosos se hacen de acuerdo con las leyes de la
difusión: esto es, el desplazamiento se produce hacia las áreas de
menor concentración de la sustancia que difunde. La relación entre
las cantidades de O2 y CO2 en los tejidos alveolares y en la sangre
arterial y venosa se muestra en la Figura 13.10.
O Respiración externa
O Durante la respiración externa, la sangre roja oscura que fluye a
través de la circulación pulmonar se transforma en un río escarlata
que regresa al corazón para ser distribuido a nivel sistémico.
Aunque este cambio de color se debe a la captación de oxígeno
pulmonar por la hemoglobina, se descarga dióxido de carbono de la
sangre con la misma velocidad. Debido a que las células del cuerpo
toman constantemente oxígeno de la sangre, siempre hay más
oxígeno en los alvéolos que en la sangre. De este modo, el oxígeno
tiende a moverse del aire alveolar hacia la sangre pobre en oxígeno
de los capilares pulmonares atravesando la membrana alvéolo-
capilar. Por otro lado, mientras las células tisulares extraen oxígeno
de la sangre de la circulación sistémica, liberan dióxido de carbono
a la sangre.
O Es por esto que la concentración de dióxido de carbono es mayor en
los capilares pulmonares que en el aire alveolar. Se desplazará, por
tanto, de la sangre a los alvéolos para luego ser expulsado durante
la espiración. A grandes rasgos, la sangre que los pulmones drenan
a las venas pulmonares es rica en oxígeno y pobre en dióxido de
carbono y, por tanto, está lista para ser distribuida a nivel sistémico.
O Transporte de gases en la sangre
O El oxígeno se transporta en la sangre de dos maneras. La mayoría
se une a moléculas de hemoglobina dentro de las células rojas
sanguíneas (RBC) para formar oxihemoglobina (HbO2 en la Figura
13.11a). Una pequeña cantidad de oxígeno se transporta disuelto
en el plasma.
O Es por esto que la concentración de dióxido de carbono es mayor en
los capilares pulmonares que en el aire alveolar. Se desplazará, por
tanto, de la sangre a los alvéolos para luego ser expulsado durante
la espiración. A grandes rasgos, la sangre que los pulmones drenan
a las venas pulmonares es rica en oxígeno y pobre en dióxido de
carbono y, por tanto, está lista para ser distribuida a nivel sistémico.
O Transporte de gases en la sangre
O El oxígeno se transporta en la sangre de dos maneras. La mayoría
se une a moléculas de hemoglobina dentro de las células rojas
sanguíneas (RBC) para formar oxihemoglobina (HbO2 en la Figura
13.11a). Una pequeña cantidad de oxígeno se transporta disuelto
en el plasma.
O La mayoría del dióxido de carbono se transporta en plasma en
forma de ión bicarbonato (HCO3-), que desempeña un papel muy
importante como sistema tampón sanguíneo. (La transformación
enzimática de dióxido de carbono en ión bicarbonato tiene lugar en
el interior de las células rojas, luego, el ión bicarbonato recién
formado sale disuelto al plasma). Una pequeña cantidad (entre el
20-30% del transporte de CO2) es transportado por las RBC unido a
la hemoglobina. El dióxido de carbono que viaja en el interior de los
glóbulos rojos se une a la hemoglobina en un lugar diferente al que
lo hace el oxígeno, por tanto, no interfiere en modo alguno en el
transporte de oxígeno. Antes de que el dióxido de carbono pueda
salir de la sangre y dirigirse a los alvéolos, debe primero liberarse
de su forma de ión bicarbonato.
O Para que esto suceda, los iones bicarbonato entran en los glóbulos
rojos, donde se combinan con iones de hidrógeno (H) para formar
ácido carbónico (H2CO3). El ácido carbónico se disocia
rápidamente para formar agua y dióxido de carbono, para luego
difundir de la sangre a los alvéolos.
O Transporte de oxígeno alterado: sea cual sea la causa, el transporte
inadecuado de oxígeno hacia los tejidos se denomina hipoxia. Esta
situación es fácil de reconocer en personas de piel clara porque su
piel y mucosas adoptan un tono azulado (se tornan cianóticos). En
individuos de piel oscura, este cambio de color es sólo evidente en
las mucosas y el lecho ungueal. La hipoxia puede ser consecuencia
de una anemia, enfermedad pulmonar o alteraciones o bloqueos a
nivel circulatorio.
O La intoxicación por monóxido de carbono representa un tipo único
de hipoxia. El monóxido de carbono (CO) es un gas inodoro e
incoloro que compite fuertemente con el oxígeno por el mismo sitio
de unión a la hemoglobina. Además, debido a que la hemoglobina
tiene más afinidad por el CO que por el oxígeno, el monóxido de
carbono es un competidor muy exitoso, más aún si entra en
grandes cantidades o desplaza el oxígeno.
O La intoxicación por monóxido de carbono es la principal causa de
muerte en incendios. Es especialmente peligrosa porque mata a
sus víctimas suave y silenciosamente. No produce los signos
característicos de la hipoxia, que son cianosis y dificultad
respiratoria. En su lugar, la víctima entra en un estado de confusión
y presenta cefalea punzante.
O En algunos casos, la piel adquiere un color rojo cereza (el color del
complejo CO-hemoglobina) que a menudo se interpreta como un
rubor saludable. Los individuos con intoxicación por CO deben
recibir oxígeno al cien por cien hasta que el CO sea eliminado del
organismo. ▲
O Respiración interna
O La respiración interna, o intercambio de gases entre la sangre y las
células de los tejidos, es lo contrario de lo que ocurre en los
pulmones. Este proceso, en el cual el oxígeno se descarga y la
sangre se carga de dióxido de carbono, se muestra en la Figura
13.11b. El dióxido de carbono se difunde saliendo de las células de
los tejidos para pasar a la sangre, donde se combina con agua para
formar ácido carbónico, que rápidamente libera iones bicarbonato.
O Como se apuntó con anterioridad, la mayor parte de la
transformación de dióxido de carbono a ión bicarbonato se produce
en el interior de los glóbulos rojos, donde está disponible una
enzima especial (anhidrasa carbónica) que cataliza la reacción.
Posteriormente, los iones bicarbonato pasan al plasma, el cual será
su medio de transporte. Al mismo tiempo, el oxígeno se libera de la
hemoglobina y sale rápidamente de la sangre para entrar en los
tejidos.
O Como resultado de este intercambio, la sangre venosa sistémica es
mucho más pobre en oxígeno y rica en dióxido de carbono que la
que abandona los pulmones.
O Control de la respiración
O Regulación neurológica: las bases del ritmo
O Aunque la respiración parece muy sencilla, su control es
sumamente complejo. Se tratarán únicamente los aspectos más
básicos del control respiratorio. La actividad de los músculos
respiratorios, el diafragma y los intercostales externos se regula a
través de impulsos nerviosos transmitidos desde el cerebro por el
nervio frénico y los nervios intercostales.
O Los centros neurales que controlan las frecuencias respiratorias y
su profundidad se localizan principalmente en el bulbo y la
protuberancia (Figura 13.12). El bulbo, que sienta las bases del
ritmo respiratorio, contiene un marcapasos, esto es, unas células
inspiratorias autoexcitables.
O Cuando estas neuronas se activan, una ráfaga de impulsos viaja a
lo largo de los nervios frénicos e intercostales para excitar el
diafragma y los músculos intercostales externos, respectivamente.
El bulbo también contiene un centro que inhibe el marcapasos de
una manera rítmica. Los impulsos que van y vienen de los centros
bulbares mantienen un rango de 12 a 15 respiraciones por minuto.
Este rango respiratorio normal se denomina eupnea. Los centros
pontinos parecen suavizar el ritmo básico de inspiración y
espiración establecido por el bulbo.
O Además, los bronquiolos y los alvéolos tienen receptores de
estiramiento que responden a una superinflación extrema (que
puede dañar los pulmones) mediante el inicio de reflejos
protectores. En caso de superinflación, el nervio vago envía un
impulso desde los receptores de estiramiento hacia el bulbo. De
manera inmediata, acaba la inspiración y comienza la espiración.
O Durante el ejercicio, respiramos más vigorosamente y en
profundidad porque los centros del cerebro envían más impulsos a
la musculatura respiratoria. Este patrón respiratorio se llama
hiperpnea. Sin embargo, La frecuencia respiratoria no debe crecer
de manera significativa con el ejercicio. Después de un ejercicio
extenuante, la espiración se transforma en activa, y los músculos
abdominales y cualquier otro músculo capaz de levantar las
costillas se utilizan para ayudar a la espiración.
O Si los centros bulbares están suprimidos por completo (como en
una sobredosis de hipnóticos, morfina o alcohol), la respiración se
para totalmente y se produce el fallecimiento. ▲
O Factores no neurales que influyen en la frecuencia y profundidad
respiratoria
O Factores físicos Aunque los centros respiratorios bulbares
establecen el ritmo básico respiratorio, no hay duda de que factores
físicos tales como el habla, la tos y el ejercicio pueden modificar
tanto la frecuencia como la intensidad respiratoria. Ya se han
examinado algunos de estos factores en el apartado anterior de
movimientos aéreos no respiratorios. La elevación de la
temperatura corporal provoca un incremento de la frecuencia
respiratoria.
O Voluntad (control consciente) Tenemos control consciente de
nuestro patrón respiratorio de vez en cuando.
O Durante el canto y la deglución, el control de la respiración es muy
importante, y con bastante frecuencia se corta la respiración
durante cortos periodos de tiempo para nadar bajo el agua. Sin
embargo, el control voluntario de la respiración es limitado, y los
centros respiratorios simplemente ignoraran mensajes del córtex
(deseos) cuando el aporte de oxígeno en la sangre baja y nuestro
pH desciende. Lo que se necesita para poner a prueba esto es
tratar de hablar con normalidad o cortar la respiración después de
correr a un fuerte ritmo durante unos minutos. Simplemente no
puede hacerse. Muchos niños pequeños tratan de manipular a sus
padres cortando la respiración “para morirse”. Incluso aunque esta
amenaza provoca ansiedad en muchos padres, no es necesario
preocuparse porque el control involuntario toma el control y la
respiración normal se restaura.
O Factores emocionales Los factores emocionales también modifican
la frecuencia e intensidad de la respiración. ¿Has visto alguna vez
una película de terror que te haya hecho contener la respiración?
¿Te has asustado hasta el punto de jadear? ¿Has tocado alguna vez
algo frío y húmedo y has resoplado por ello? Todo esto es
consecuencia de reflejos iniciados por estímulos emocionales que
actúan a través de los centros hipotalámicos.
O Factores químicos Aunque hay muchos factores que pueden
modificar la frecuencia respiratoria y su intensidad, los factores más
importantes son los químicos: los niveles de dióxido de carbono y
oxígeno en sangre. El aumento de los niveles de dióxido de carbono
y el descenso del pH sanguíneo son los estímulos más importantes
que producen un aumento de la frecuencia e intensidad
respiratoria.
O (En realidad, un incremento en los niveles de dióxido de carbono y
el descenso del pH sanguíneo son lo mismo en este caso, porque la
retención de dióxido de carbono conlleva un aumento de los niveles
de ácido carbónico, que hace descender el pH.) Los cambios en las
concentraciones de dióxido de carbono en la sangre parecen actuar
directamente sobre los centros bulbares influenciados por el pH del
líquido cefalorraquídeo (CSF) (véase la Figura 13.12).
O En cambio, las variaciones en las concentraciones de oxígeno en
sangre se detectan a través de quimiorreceptores periféricos en
torno a la aorta (cuerpos aórticos en el cayado aórtico) y en la
bifurcación de la arteria carótida común (el seno carotídeo). Éstos,
cuando procede, envían impulsos al bulbo cuando caen los niveles
de oxígeno en la sangre.
O Aunque toda célula del cuerpo necesita oxígeno para vivir, es la
necesidad del organismo de desprenderse del dióxido de carbono
(no de tomar oxígeno) el estímulo más importante para la
respiración en una persona sana. El descenso en los niveles de
oxígeno se convierte en un importante estímulo sólo cuando esos
niveles caen peligrosamente.
O En personas que retienen dióxido de carbono, como individuos con
enfisema, bronquitis crónica u otras enfermedades pulmonares
crónicas, el cerebro ya no reconoce como importantes estos
incrementos en los niveles de dióxido de carbono. En tales casos, la
caída de los niveles de oxígeno se convierte en el estímulo
respiratorio.
O Esto es un hecho interesante ya que explica por qué estos pacientes
tienen siempre niveles bajos de oxígeno. Si los niveles fuesen altos,
dejarían de respirar debido a que su estímulo respiratorio (niveles
bajos de oxígeno) habría cesado. ▲
O Los mecanismos homeostáticos del aparato respiratorio, en
individuos sanos, son obvios. Cuando el dióxido de carbono u otras
fuentes de ácidos comienzan a acumularse en la sangre y el pH
sanguíneo empieza a caer, se respira más rápido e intensamente.
Este patrón respiratorio, llamado hiperventilación, es distinto de la
hiperpnea del ejercicio. La hiperventilación expulsa más dióxido de
carbono y desciende la cantidad de ácido carbónico, que devuelve a
la sangre su pH habitual. Por otra parte, cuando la sangre comienza
a volverse alcalina o básica (por cualquier motivo), la respiración se
ralentiza y se torna más superficial.
O La respiración más lenta permite al dióxido de carbono acumularse
en la sangre y devolver ésta su rango normal de pH. Efectivamente,
el control de la respiración durante el descanso va dirigido, en
primer lugar, a la regulación del nivel de hidrogeniones en el
cerebro. La hipoventilación (respiración extremadamente lenta o
superficial) o la hiperventilación pueden cambiar de manera
drástica el nivel de ácido carbónico en sangre. El ácido carbónico
aumenta considerablemente durante la hipoventilación y desciende
de forma sustancial durante la hiperventilación. En ambas
situaciones la capacidad tampón de la sangre está al borde de ser
superada; el resultado es acidosis o alcalosis.
O La hiperventilación, a menudo provocada por ataques de ansiedad,
conduce frecuentemente a breves periodos de apnea, cese de
respiración, hasta que el dióxido de carbono se restaura en la sangre.
Si la respiración se para durante un largo periodo de tiempo, la cianosis
puede aparecer como resultado de déficit de oxígeno en sangre.
Además, la persona que hiperventila puede marearse y desmayarse a
causa de la alcalosis, que provoca vasoconstricción a nivel cerebral.
Tales ataques pueden prevenirse colocando al individuo que
hiperventila una bolsa de papel en la cabeza. Debido a que el aire
espirado contiene más dióxido de carbono que el aire atmosférico, esto
altera el gradiente de difusión normal que provoca que el dióxido de
carbono se descargue de la sangre para abandonar el organismo.
Como resultado, el dióxido de carbono (y, por tanto, el ácido carbónico)
comienza a aumentar en sangre, finalizando la alcalosis. ▲

Anatomía y Fisiología Respiratoria: Dr. Eloy Jiménez Chuca Medico Especialista en Medicina Interna GESTIÓN 2023

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