ESTRUCTURA ANATÓMICO-FUNCIONAL DEL SISTEMA RESPIRATORIO

Relación funcional entre sistema respiratorio y sistema circulatorio

El sistema respiratorio y el sistema circulatorio trabajan en conjunto para transportar oxígeno (O2) a las células del cuerpo y eliminar dióxido de carbono (CO2).

Árbol respiratorio

El árbol respiratorio se divide en dos zonas:

  • Zona de conducción: Tráquea, bronquios y bronquiolos. Su función es conducir el aire hacia los alveolos.
  • Zona de respiración: Bronquiolos terminales, canales alveolares y alveolos. Aquí es donde ocurre el intercambio gaseoso.

Árbol circulatorio

El árbol circulatorio pulmonar está formado por:

  • Arteria pulmonar
  • Arteriolas
  • Capilares
  • Vénulas
  • Vena pulmonar

Unidad funcional del pulmón

La unidad funcional del pulmón es el bronquiolo terminal, el alveolo y el capilar, donde se produce el intercambio gaseoso.

Fases de la respiración

La respiración implica el intercambio de gases entre el ambiente y las células del cuerpo. Se divide en cuatro fases:

  1. Ventilación o respiración: Intercambio de gases entre la atmósfera y los pulmones. Incluye la inspiración y la espiración.
  2. Difusión: Intercambio de O2 y CO2 entre los alveolos pulmonares y los capilares sanguíneos.
  3. Transporte de O2 y CO2 por la sangre: La sangre transporta los gases por todo el cuerpo.
  4. Intercambio de gases entre sangre y células activas (respiración interna): O2 se entrega a las células y se recoge CO2.

LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES

  • Ley de Boyle: V1 x P1 = V2 x P2 o P x V = K (a temperatura constante)
  • Ley de Dalton: Pp gas = Pp de ese gas x Presión total de la mezcla = 0,21 x 760 + …
  • Ley de Henry: V o concentración de un gas disuelto = Pp del gas x K (coeficiente de solubilidad para ese gas)
    • K (constante de solubilidad) O2: 0.024 CO2: 0.57

ESPIROMETRÍA ESTÁTICA

  • Volumen corriente (VC): Aire movilizado en una respiración normal tranquila. En promedio, VC = 500 ml.
  • Volumen de reserva inspiratoria (VRI): Volumen de aire que se inspira por encima del volumen corriente.
  • Volumen de reserva espiratoria (VRE): Aire que se exhala forzadamente tras una exhalación normal.
  • Volumen residual (VR): Aire que queda retenido en el pulmón tras una espiración máxima. Valor promedio, 150 ml.
  • Capacidad vital (CV): Cantidad máxima de aire que puede movilizarse voluntariamente en una respiración completa. CV = VC + VRI + VRE.
  • Capacidad pulmonar total (CPT): Volumen total de aire que puede contener el pulmón. CPT = CV + VR.
  • Capacidad inspiratoria (CI): Volumen total de aire tras una inspiración máxima. CI = VC + VRI.
  • Capacidad residual funcional (CRF): Volumen de aire que el pulmón contiene al final de una espiración normal. CRF = VRE + VR.

ESPIROMETRÍA DINÁMICA

  • Índice de Tiffeneau: Mide la relación entre VEMS (volumen espiratorio máximo en 1 segundo) y la CV (capacidad vital). Índice = VEMS / CV x 100. La normalidad está en índices superiores al 75%.
  • Ventilación máxima por minuto (VMM): Volumen total de aire que entra o sale de los pulmones/alveolos en 1 minuto. Ve = VC x FR = 0,5 l x 15 = 7,5 l/min. VA = (Ve – VEMAt) x FR = (0,5 – 0,15) x 15 = 5,2 l/min.
  • Espacio muerto anatómico: Aire inspirado que se queda en las vías aéreas pero que no participa en el intercambio de gases. En promedio, 0,15 litros.
  • Espacio muerto alveolar: Aire inspirado en los alveolos, con escasa o nula perfusión.
  • Espacio muerto fisiológico: Volumen total que no interviene en el intercambio. Normalmente ocupa el 30% del VC.

MECÁNICA RESPIRATORIA (modelo monoalveolar)

El flujo de aire se produce por una diferencia de presión (ΔP) entre el interior y el exterior del cuerpo.

  • Si Patmósfera > Palveolos: Inspiración
  • Si Palveolar > Patmósfera: Espiración

Sistema

  • Vías aéreas: Poco distensibles, resistentes al flujo.
  • Pulmón: Elástico y distensible.
  • Capa torácica (costillas, diafragma, abdomen): Elástica.

Resistencias a vencer por la musculatura

  • Estáticas: En función de la ΔV y según distensibilidad del sistema.
  • Dinámicas: En función de la velocidad de entrada/salida del aire.
  • Contracción músculos inspiratorios: “Tiran” del pulmón hacia el espacio intrapleural (Pi más negativa) → entrada de aire porque Patm > Palveolo.
  • Relajación músculos inspiratorios: Salida del aire porque Palv > Patm.

Músculos inspiratorios

  • Diafragma: Responsable del 60-70% de la inspiración; ↓P pleural.
  • Intercostales externos: Responsables del 30-40% de la inspiración.
  • Accesorios: Esternocleidomastoideo y escalenos.

Músculos espiratorios (en reposo, espiración pasiva. Acción en espiración forzadas)

  • Intercostales internos
  • Abdominales

Presión pleural

Presión del líquido entre la pleura del pulmón y la pleura de la caja torácica. De -5 cm (reposo) a -7,5 cm (inspiración). Aumento del volumen (VC = 0,5 l), entrada de aire. En la espiración sucede lo contrario. (de -7,5 cm a -5 cm).

Presión alveolar

Presión del líquido dentro de los alveolos. Inspiración (de 0 a -1 cm), en la espiración, lo contrario.

Presión transpulmonar

Grado de expansión de los pulmones, distensibilidad. Diferencia entre la Palveolar y la Ppleural.

  • Distensibilidad pulmonar: Variación del volumen de los pulmones en función de la ΔP.
  • Histéresis: Diferencia en las curvas de presión-volumen pulmonares durante la inspiración/espiración. Se necesita mayor presión para llenar los pulmones hasta un volumen determinado en comparación con la presión necesaria en la espiración (en coger aire, se ha de vencer la tensión superficial en los alveolos, interfase aire-líquido).

INTERCAMBIO GASEOSO EN EL PULMÓN: DIFUSIÓN

  • Intercambio de gases a través de la barrera alveolo-capilar.
  • Por difusión pasiva: a favor de ΔP.
  • Vx = S x D x ΔP / δ (Ley de Fick) ml/min/mmHg
  • VA = VCO2 x K / PpCO2 (Ecuación de Bohr)
  • Q = VO2 / Dif a-v O2 (Ecuación de Fick)
  • CR = VCO2 / VO2 (Cociente respiratorio)

TRANSPORTE SANGUÍNEO DE GASES RESPIRATORIOS

O2

  • En disolución: Muy pequeña proporción. En sangre arterial: 0,3 ml/100 ml sangre (para PpO2 = 100 mmHg): En sangre venosa, 0,12 ml/100 ml de sangre (para PpO2 = 40 mmHg). Esencial su combinación química con la mioglobina (reserva O2).
  • Unido a la Hemoglobina: Proteína que puede asociarse en su grupo hemo con un máximo de 4 O2. De forma genérica, tenemos 15 g Hb/100 ml de sangre, con lo que se transporta 20,7 ml O2/100 ml de sangre. Si sumamos, el O2 unido a la Hb y el que está en disolución, 21 ml O2/100 ml de sangre (volumen de O2 que va a los tejidos).

Saturación de la Hemoglobina: Proporción de Hb que se encuentra unido con el O2, respecto a su capacidad de transporte (en sangre arterial, su saturación es del 100%; en sangre venosa, su saturación es del 75%, lo que equivale a 15,7 ml O2/100 ml de sangre).

CO2

  • En disolución: Como CO2 gaseoso, en forma de H2CO3 (ácido carbónico), o unido a proteínas: en total, representa el 10% de CO2.
  • En forma de bicarbonato (HCO3–): CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3– + H+ (65% del total de CO2)
  • Unido a la Hemoglobina (carboxihemoglobina): CO2 + Hb ↔ Hb-CO2 (25% del total de CO2)

CURVA DE DISOCIACIÓN DE LA HEMOGLOBINA (transporte de O2 en sangre)

  • Como el consumo de O2 iguala la producción de CO2 → Interdependencia y cooperatividad entre los sistemas de transporte de O2 y CO2.
  • La liberación de uno de los gases, permite la captación del otro y viceversa: Efectos de Bohr y Haldane.
  • Parte plana: (aprox de 50-100 mmHg): la Hb se “carga” de O2 en los pulmones.
  • Parte vertical: (sigmoidea, aprox de 0-50 mmHg): “descarga” de O2 de la Hb sanguínea a los tejidos.

CURVA DISOCIACIÓN HEMOGLOBINA

  • Relación entre el grado de saturación de la Hb, en función de la PpO2.
  • Baja afinidad de la Hb por el O2: relación sigmoidea y efecto cooperativo (la unión de una molécula de O2 favorece la unión del resto. Aumenta la afinidad, primero de forma lenta y después rápidamente).
  • Efecto BOHR: El aumento de la Pp CO2, provoca un aumento de H+, es decir un descenso del PH, produce un cambio estructural en la Hb que le hace perder afinidad por el O2, y liberando O2 a los tejidos y captando CO2.
  • Efecto HALDANE: Aumento de la capacidad de transporte de CO2 por la Hb, al liberar el O2 en los tejidos, y quedar “sitos” libres para el transporte de CO2. Al principio la hemoglobina está poco saturada de O2 porque lo ha dejado en los tejidos, pero conforme llega a los pulmones aumenta su O2. En los pulmones la hemoglobina está saturada al 100% únicamente. La saturación es lenta, rápida y lenta de nuevo con lo que se denomina curva sigmoidea. A la hemoglobina no le gusta el O2. Si no necesita no lo utiliza. Le cuesta coger la 1ª molécula de O2 Hay por eso poca diferencia de presión parcial. La 2ª molécula hasta la 4ª no le cuesta tanto cogerlas.

FACTORES QUE DESPLAZAN LA CURVA DE LA Hb HACIA LA DERECHA

  1. Aumento hidrogeniones (H+)
  2. Aumento CO2
  3. Aumento temperatura
  4. Aumento DPG
  • Con el desplazamiento hacia la derecha, P50 aumenta (mayor valor de PpO2 con el mismo valor de saturación) → menor afinidad de la Hb por el O2, mayor concentración O2, en sangre.
  • Como consecuencia del ejercicio, CO2, H+ y Tª aumentan → desplazamiento de la curva hacia la derecha → mayor liberación de 02 a los tejidos.
  • Efecto Bohr y Haldane (desplazamiento de la curva hacia la derecha).
  • Si disminuye DPG es malo porque tiene más afinidad con el O2 pero suelta menos O2.

¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE MIOGLOBINA Y HEMOGLOBINA?

  • Funciones biológicas distintas: Mb -almacén de O2 en el músculo, y aporte de O2 al músculo en situaciones de esfuerzo intenso-. Hb: transporte de O2 en sangre por todo el cuerpo.
  • Diferencia de afinidad por el O2: Relación hiperbólica en la Mb (sube rápido y mucha afinidad con el O2) y sigmoidea en la Hb.
  • Mioglobina se une a 1 O2, frente a 4 O2 de la Hemoglobina.
  • La Hemoglobina es más grande que la MG.
  • La MG sólo está en los músculos y la HM en todo el cuerpo (glóbulos rojos).
  • La MG actúa en ejercicios muy intensos, cuando la PP de O2 es muy baja.
  • Diferencia en la P50 (Pp O2 a la cuál están saturados el 50% de sitios de unión).

EQUILIBRIO ÁCIDO-BASE

Valores en reposo (homeostasis):

PH = 7.4 [ HCO3– ] = 24 mEq/l PpCO2 = 40 mmHg

COMPENSACIONES (Se compensa parcialmente con…)

  1. ALCALOSIS RESPIRATORIA: a) Estimular centros respiratorios para ↓PpCO2; b) excreción neta de H+ a través del tampón amonio (NH3 + H+ ↔ NH4+).
  2. ALCALOSIS METABÓLICA: a) Estimulación renal: reabsorción renal de HCO3– y excreción de H+ por la orina.
  3. ACIDOSIS RESPIRATORIA: a) Inhibición centros respiratorios para reducir la FR y así ↑PpCO2. b) aumento de la excreción renal de HCO3–.
  4. ACIDOSIS METABÓLICA: a) Estimulación renal: Inhibe la reabsorción de HCO3– y disminuye la excreción de H+ por la orina.

REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN

Objetivo principal: regular la PpCO2 y PpO2 en sistema arterial.

Receptores: información mecánica (pulmón, vías respiratorias y caja torácica) e información química (composición de la sangre arterial).

——> Centros de regulación nerviosa (centro de control ventilatorio) ——> EFECTORES

A) CONTROL NERVIOSO DE LA RESPIRACIÓN: bulbo raquídeo y médula espinal

Centros protuberanciales (en protuberancia) ——> Centros bulbares (en bulbo raquídeo) ——> Receptores mecánicos: pulmón, vías respiratorias, caja torácica, articulaciones, etc ——> Médula espinal ——> Efectores: médula espinal (acción sobre el diafragma): ↑ Ve ——> Reflejos vagales: Hering-Breuer, y receptores J ——> Reflejos espinales

B) CONTROL QUÍMICO DE LA RESPIRACIÓN (Quimioreceptores)

Quimioreceptores periféricos (en aorta y carótida): reconocen ↓ PpO2 y ↑ Pp CO2 en sangre. + Quimioreceptores centrales (en bulbo raquídeo): especialmente sensibles a ↑ Pp CO2 en sangre = Acción sobre el diafragma: ↑ Ve

¿Cómo afectan el aumento de la FR y la profundidad de la respiración durante el ejercicio?

  • En ejercicio: ↑ FR y ↑ profundidad respiración (↑ VC) ajustan la Va al ejercicio. ¿Qué efecto tiene el entrenamiento en el VC?
  • Aumento del VC durante el ejercicio: a costa del VRI, además de una reducción, aunque menor, de VRE, hasta llegar a una meseta; también ↑ FR. Mayores intensidades de ejercicio, aumentarán la Va por ↑↑ FR de forma desproporcionada.
  • En ejercicio, aumento de la Ve, la difusión, y la perfusión.

CARACTERÍSTICAS VÍAS RESPIRATORIAS

  • + volumen de entrada + resistencia
  • + Distensibilidad – resistencia
  • + velocidad de entrada de aire + resistencia