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Fisiología del aparato respiratorio

Las funciones principales del aparato respiratorio son:

  • Llevar el Oxigeno (O2) desde el aire hasta los alvéolos pulmonares.
  • Recoger el Dióxido de carbono (CO2) de la sangre venosa que se difunde desde los capilares hasta los alvéolos pulmonares y expulsarlo al exterior.
  • Además,desempeña otras funciones como son las relativas al sentido del olfato y la fonación.

Para conocer un poco la fisiología pulmonar, vamos a revisar unos conceptos básicos:

a) ¿QUÉ CONTROLA LA RESPIRACIÓN?

La respiración constituye un proceso automático e involuntario, aunque es posible modificar el ritmo y la amplitud de las inspiraciones. El centro respiratorio se localiza en el bulbo raquídeo. Esta zona nerviosa es especialmente sensible a la concentración de dióxido de carbono en la sangre.

Las estructuras pulmonares están inervadas por ramas del sistema nervioso simpático y parasimpático. Cuando aumenta el CO2 en el torrente sanguíneo, el centro respiratorio incrementa la frecuencia respiratoria: trata de favorecer la renovación del aire, o sea, expulsar CO2 y adquirir más O2. En reposo, los pulmones ventilan unos seis litros de aire por minuto, pero en un esfuerzo sostenido llega a movilizar sesenta litros de aire por minuto o más.

b) EL PROCESO DE LA RESPIRACIÓN

El aire se inspira por la nariz y en ocasiones por la boca. La nariz lo filtra, humedece y calienta. Este aire tratado pasa luego a la faringe, se desvía por la laringe y entra en la traquea. Desciendepor los bronquios y se adentra en los pulmones. En el interior de los pulmones, los bronquios se dividen una y otra vez, como las ramas de un árbol, para formar unas divisiones ya muy pequeñas conocidas como bronquiolos. En los extremos de éstos se arraciman numerosos sacos de aire llamados alvéolos. Los alvéolos pulmonares son globos diminutos que se hinchan a cada bocanada de aire. A través de su fina membrana, el oxigeno del aire pasa a los glóbulos rojos de la sangre, que lo intercambia con el dióxido de carbono, que luego será espirado al exterior. Para respirar, y esencialmente para vivir, no nos damos cuenta delos más de 20 órganos y músculos implicados en la respiración.

c) FUNCIONES DEL APARATO RESPIRATORIO

La función principal del aparato respiratorio es conducir el oxígeno al interior de los pulmones, transferirlo a la sangre y expulsar las sustancias de desecho, en forma de anhídrido carbónico. El oxígeno inspirado penetra en los pulmones y alcanza los alvéolos. Las paredes de los alvéolos están íntimamente en contacto con los capilares que las rodean, y tienen tan sólo el espesor de una célula. El oxígeno pasa fácilmente a la sangre de los capilares a través de las paredes alveolares, mientras que el anhídrido carbónico pasa desde la sangre al interior de los alvéolos, para ser espirado.

La sangre oxigenada circula desde los pulmones a través de las venas pulmonares, llega al lado izquierdo del corazón y es bombeada hacia el resto del cuerpo. Por otro lado, la sangre cargada de anhídrido carbónico vuelve al lado derecho del corazón a través de dos grandes venas: la vena cava superior y la vena cava inferior. Es impulsada a través de la arteria pulmonar hacia los pulmones, donde recoge el oxígeno y libera el anhídrido carbónico y vuelve otra vez a la aurículaizquierda.

d) INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA DE LOS GASES

1. RELACIÓN ENTRE VOLUMEN Y PRESIÓN DE UN GAS. Conocido como la ley de Boyle-Mariotte, dice que el producto del volumen (V) por la presión sometida (P) es constante.

V x P = cte.

Los cambios de presión, según el volumen del tórax, explican la mecánica respiratoria. La presión del aire en la atmósfera varía con la altitud, humedad ambiental y temperatura. Pero es la presión a nivel del mar la considerada como valor medio, correspondiente a 1 atmósfera, y capaz de elevar una columna de mercurio de 1cm2 de base hasta una altura de 760mm, utilizándose habitualmente en medicina para medir las presiones del cuerpo humano la unidad de mm de Hg.

2. SOLUBILIDAD DE UN GAS: Tanto el oxígeno como el dióxido de carbono pasan desde el aire alveolar hasta la sangre por un proceso de difusión, para lo que se deben disolver en ésta yen los tejidos corporales, formados mayoritariamente por agua. La cantidad disuelta de gas depende del coeficiente de solubilidad de cada gas en cada líquido, y la presión a la que se somete, siendo mayor la cantidad disuelta cuanta mayor presión y mayor coeficiente de solubilidad.

Volumen disuelto = presión del gas x coeficiente de solubilidad

Por eso cuando nos referimos a los gases disueltos en sangre, no hablamos de O2 o CO2, , sino de PO2 y PCO2 , porque hace referencia a la presión ejercida por dicho gas en ese medio, sin la cual, no sería posible su disolución.

FASES DE LA RESPIRACIÓN

Para que la respiración se lleve a cabo correctamente, deben realizarsede forma correcta los siguientes procesos:

1 VENTILACIÓN PULMONAR

La ventilación pulmonar consiste en el transporte de O2 desde la atmósfera al pulmón. La mecánica respiratoria asegura una ventilación alveolar fisiológica.

El aire entra en el pulmón durante la inspiración, y esto es posible porque se crea dentro de los alvéolos una presióninferior a la presión barométrica, y el aire como gas que es, se desplaza de las zonas de mayor presión hacia las zonas de menor presión como ya hemos visto. Durante la espiración, el aire sale del pulmón porque se crea en este caso una presión superior a la atmosférica gracias a la elasticidad pulmonar.

Si conocemos la cantidad de aire que entra en el pulmón en cada respiración (a esto se le denomina Volumen Corriente) y lo multiplicamos por la frecuencia respiratoria, tendremos el volumen/minuto.

Volumen minuto (Vm) =Volumen corriente (Vc) x Frecuencia respiratoria (Fr)

Vemos que la inspiración es un proceso activo y la espiración es pasiva. Este flujo de gases se puede medir mediante una espirometría.

De todo el aire que entra en los pulmones en cada respiración, solo una parte llega a los alvéolos. Si consideramos un Volumen Corriente (Vc) de 500 cc. en una persona sana, aproximadamente 350 ml. llegarán a los alvéolos y los 150 ml. restantes, se quedarán ocupando las vías aéreas. Al aire que llega a los alvéolos se le denomina VENTILACION ALVEOLAR o VENTILACION EFICAZ, por tomar parte en el intercambio gaseoso entre los capilares y los alvéolos. Al aire que se queda ocupando en las vías aéreas, se le denomina VENTILACION DEL ESPACIO MUERTO, por no tomar parte en el intercambio gaseoso.

Es importante conocer, que además del Vc, nuestros pulmones tienen capacidad para otros volúmenes pulmonares. Éstos se miden en litros y son:

Este esquema representa los cambios en los volúmenes pulmonares en distintas condiciones respiratorias, como son durante una inspiración o espiración forzada.

2 PERFUSIÓN PULMONAR

La perfusión pulmonar es el flujo de sangre venosa a través de la circulación pulmonar hasta los capilares y el retorno de sangre oxigenada al corazón izquierdo. Existen una serie de factores fisiológicos que determinan el flujo sanguíneo pulmonar (Q) y las Resistencias Vasculares Pulmonares (RVP):

* Gravedad: En bipedestación, debido a la gravedad, es mayor la perfusión de las bases que de los vértices.
* Presión intravascular.
* Presión extravascular y volumen pulmonar.
* Hipoxia: Cuando la PO2 disminuye se produce una vasoconstricción pulmonarpara desviar la sangre a zonas mejor ventiladas, intentando mantener una óptima relación ventilación/perfusión.

Tras el intercambio gaseoso entre el O2 y el CO2, consideraremos una gasometría arterial normal a la que cumpla con las siguientes presiones y pH:

* PH………….entre……….7,35 y7,45
* PO2………….entre………..85 y 100mm Hg
* PCO2…………entre………..35 y 45mm Hg

3 RELACIÓN VENTILACIÓN-PERFUSIÓN

Lógicamente, es necesario que los alvéolos ventilados dispongan de una buena perfusión así como los alvéolos perfundidos dispongan de una buena ventilación. A esto se le denomina relación ventilación-perfusión normal.

Un ejemplo común en nuestro medio sería el siguiente: Tenemos un paciente con un problema tal que la ventilación del hemitórax izquierdo está comprometida (importante zona atelectásica, un tumor, etc. ), cuando le damos un cambio postural y le colocamos en decúbito lateral izquierdo detectamos que el paciente se desadapta al ventilador, que disminuye la saturación de oxígeno, etc. ¿ Qué ha pasado? En un paciente en decúbito lateral, la sangre venosa que se dirige a los pulmones, a través de la arteria pulmonar no se distribuye uniformemente. El pulmón que se encuentra por debajo de la silueta cardiaca va a recibir más volumen de sangre que el pulmón que se encuentra por encima del corazón (esto se lo debemos simplemente a la gravedad), así pues el pulmón izquierdo del paciente en el ejemplo, va a recibir mayor volumen sanguíneo que el pulmón derecho, por el contrario el pulmón derecho (que se encontrará mejor ventilado), va a recibir menor aporte sanguíneo, por lo tanto este paciente no gozará de una buena relación ventilación/perfusión.

Los trastornos en la relación ventilación-perfusión son la causa más frecuente de las hipoxemias (disminución de la PO2 en la sangre arterial ).

4 DIFUSIÓN PULMONAR

Después que los alveolos se han ventilado con aire fresco, el siguiente paso en el proceso de la respiración es la difusión del O2 desde el alveolo al capilar y el del CO2 , desde el capilar hacia el alveolo para ser expulsado al exterior. Este intercambio gaseoso, se lleva a cabo debido a los gradientes de presión de los gases, pasando desde donde hay más concentración a donde hay menos

En algunas enfermedades pulmonares como el SDRA, EAP, etc. el alveolo se llena de líquido y secreciones dificultandoel paso de gases, por tanto los trastornos de la difusión son otra causa de hipoxemias. Estos trastornos fisiopatológicos pueden ser:

1. Aumento del espesor de la membrana respiratoria. Surge en enfermedades que acumulan líquido en la membrana (edema), dado que a mayor distancia entre capilar y alveolo, mayor dificultad de difusión.
2. Disminución de la superficie de la membrana respiratoria, incluyéndose las enfermedades que disminuyen el número de alvéolos funcionales (Atelectasias).
3. Disminución del gradiente de presión, sobre todo del O2. En aquellas enfermedades que disminuyen el O2 que llega a los alvéolos.

5. TRANSPORTE DE OXIGENO

Hasta ahora hemos recordado los caminos que recorre el O2 para llegar desde el aire atmosférico hasta los capilares pulmonares. Pues bien,ya en la sangre, el oxígeno en su mayor parte va unido a la Hemoglobina y una parte mínima va disuelto en el plasma sanguíneo. Por esta razón la cantidad de hemoglobina es un factor importante a tener en cuenta para valorar si llega suficiente cantidad de oxígeno a los tejidos.

Por este motivo, un paciente puede tener una gasometría normal, pero si presenta una anemia importante (disminuye el número de transportadores del O2), la cantidad de O2 que reciben sus tejidos no es suficiente para el metabolismo.

Otro factor a tener en cuenta es la función cardiaca. Si existe una insuficiencia cardiaca, la corriente sanguínea se va a enlentecer, se formarán zonas edematosas y con ello el oxígeno que llegará a los tejidos será también insuficiente.

En resumen, para que el oxígeno llegue en cantidad suficiente a los tejidos, se tienen que dar tres condiciones indispensables:

a)      Normal funcionamiento pulmonar

b)      Cantidad normal de hemoglobina en la sangre

c)      Normal funcionamiento del corazón y circulación vascular

Cualquier alteración en una de estas condiciones, va a poner en marcha un intento de compensación por parte de las demás, así por ejemplo, una disminución de la hemoglobina se intentará compensar con un aumento de la frecuencia cardiaca y respiratoria, etc. Si falla en último término, los mecanismos compensadores, dará lugar a la aparición de una Insuficiencia respiratoria aguda (IRA).

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