SISTEMA RESPIRATORIO
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INTRODUCCI�N.
Para todas las personas es sobradamente conocido y aceptado el hecho que un hombre no puede vivir sin respirar ni siquiera por unos pocos minutos; tambi�n se sabe que la frecuencia con que se respira es de aproximadamente 16 veces por minuto, frecuencia que puede aumentar al desarrollar alguna actividad.
El ser humano en forma involuntaria est� incorporando ox�geno y eliminando di�xido de carbono.
Nuestro conocimiento nos dice que tenemos un sistema respiratorio constituido, entre otrass estructuras, por fosas nasales, lar�nge, traquea, bronquios y pulmones.
Analizando m�s en detalle estos t�picos se ver� que para realizar cualquier actividad f�sica o intelectual se necesita energ�a, la que es almacenada en los enlaces qu�micos de los nutrientes. Esta energ�a es proporcionada habitualmente por la glucosa, la cual pasa por una serie de reacciones qu�micas hasta obtener de ella la totalidad de su energ�a, la que es almacenada en mol�culas de ATP. Son precisamente estas reacciones qu�micas las que al mismo tiempo producen di�xido de carbono como producto de desecho, gas t�xico para el organismo.
En concecuencia, el ox�geno es el elemento vital para que se lleve a cabo el metabolismo y el di�xido de carbono es un compuesto de desecho, por lo tanto debe ser eliminado.
1.1 RESPIRACION EN LOS VERTEBRADOS TERRESTRES.
La respiraci�n es el proceso por el cual se acepta, transporta, entrega y utilza el ox�geno atmosf�rico en las c�lulas, eliminandose el di�xido de carbono por un proceso inverso.
La respiraci�n puede dividirse en cuatro etapas:
1.2 CARACTERISTICAS B�SICAS DE UN SISTEMA RESPIRATORIO.
Entre las las diversas especies de organismos pluricelulares es posible encontrar una gran variedad de sistemas respiratorios; no obstante, todos ellos tienen en com�n dos condiciones que por lo general son invariables:
Efectivamente, debe existir una superficie epitelial extensa ( en �ntimo contacto con una rica red capilar ) que permita una r�pida penetraci�n del �xigeno al sistema de transporte sangu�neo y al mismo tiempo una r�pida eliminaci�n del di�xido de carbono.
1.3 MORFOLOGIA DEL SISTEMA RESPIRATORIO.
En el hombre el sistema respiratorio incluye dos grandes sectores:
Zona de conducci�n :
Las principales estructuras pertenecientes a la zona de conducci�n aparecen en el esquema siguiente:
FIG. 1 APARATO RESPIRATORIO HUMANO.
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Fosas Nasales.Se componen de un sector externo y uno interno. La nariz corresponde a la parte externa y es una estructura constituida por un armaz�n �seo y cartilaginoso, recubierto internamente por la mucosa nasal.
El sector interno es hueso y est� dividido por un tabique nasal, en derecho e izquierdo, y su piso est� formado por los huesos del paladar.
Cada cavidad nasal presenta un orificio externo que son las narinas. Estas se dividen en tres porciones llamadas meato superior, meato medio y meato inferior, determinados por la proyecci�n de l�minas �seas desde la pared lateral de la fosa nasal denominadas cornetas.
Las dos aberturas posteriores se llaman coanas y comunican la nariz con la nasofar�nge.
La nar�z est� revestida por una mucosa ciliada, al igual que el resto del aparto respiratorio. Estos cilos est�n destinados a filtrar las part�culas de mayor volumen que penetran a la nar�z.
Los receptorers olfatorios se encuentran situados en una porci�n especializada de la mucosa que , por estar pigmentada de amarillo , se llama precisamente pitultaria amarilla ( fig 2 ) ; el resto de la mucosa que tapiza la cavidad nasal no presenta receptores olfatorios y se encuentra ricamente vascularizada, por lo cual pasa a llamarse pitultaria roja, cuyas c�lulas son ciliadas y secretan mucus.
El rol de esta zona es humedecer, calentar y limpiar de grandes mol�culas el aire inspirado.
Rodeando a las fosas nasales existen cuatro pares de cavidades llenas de aire llamadas senos paranasales, los que contribuyen a entibiar el aire respirado y alivianar el peso de los huesos del cr�neo. Eventualmente estos senos pueden inflamarse, dando origen a una enfermedad conocida como Sinusitis.
fig. 2 CORTE SAGITAL DE LA NARIZ.
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Faringe.Es una estructura muscular cubierta por mucosa; se extiende desde la base del cr�neo por arriba, hasta continuarse con el es�fago por abajo; se sit�a delante de las v�rtebras cervicales; conduce el aire a la laringe o caja vocal, as� como el alimento de la boca al es�fago.
La faringe posee siete aberturas, entre ellas las Trompas de Eustaquio, las dos coanas (que comunican la nariz con la nasofaringe) , la boca, la abertura a la laringe y la abertura que conduce al es�fago.
La faringe, adem�s de ser el conducto com�n al aire y alimento, participa en el importante proceso de la fonaci�n.
Finalmente conviene se�alar que en la faringe se encuentran las amigdalas y adenoides.
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Laringe.Es el �rgano m�s complejo del sistema respiratorio. Se localiza bajo la faringe y est� constituida de cart�lago, siendo el m�s prominente el cart�lago Tiroides (manzana de Ad�n). Otro cart�lago es la ep�glotis, que tiene un control muscular sirviendo como una tapa que cubre autom�ticamente la abertura superior de la laringe durante la degluci�n. La cavidad dentro de la farige se llama glotis y est� cubierta por una membrana mucosa, conteniendo dos bandas fibrosas y delgadas llamadas cuerdas vocales.
La laringe es responsable de la fonaci�n, funci�n determinada por la vibraciones de las cuerdas vocales producidas por el peso del aire a trav�s de la caja vocal.
La fonaci�n es el proceso de emisi�n de los diversos sonidos, los que se producen por la salida del aire a cierta presi�n y velocidad a trav�s de la glotis, lo que hace vibrar las cuerdas vocales. Todo esto ayudado por la acci�n de ciertos m�sculos que regulan el tono de voz, ya sea por el alargamiento o acortamiento que producen a las cuerdas vocales.
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Tr�quea.Se localiza bajo la laringe y delante de es�fago. Es un tubo que mide de 11 a 12 cm. de largo y 2,5 cm. de di�metro. Esta formada por una serie de anillos cartilaginosos incompletos en su parteposterior que le dan firmesa a la pared y permiten mantener constante el lumen de la tr�quea. La pared se cierra mediante m�sculo liso, cuya contracci�n regula el di�metro de la tr�quea. Su interior est� revestido por una mucosa ciliada.
La tr�quea forma parte de las v�as a�reas superiores por las cuales pasa el aire en direcci�n a los pulmones.
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Bronquios.Al final de su trayecto, la tr�quea se bifurca dandonorigen a los bronquios derecho e izquiero.
La estructura de los bronquios es similar a la tr�quea, es decir, poseen anillos cartilaginosos incompletos, revestidos internamente por mucosa ciliada.
Cada bronquio penetra en el pulm�n a nivel de su borde interno por un escotadura llamada hilio. Cabe consignar que por el hilio tambi�n ingresan los vasos arteriales, venosos y linf�ticos.
El pulm�n derecho tiene tres l�bulos y el izquierdo dos. As�, el bronquio derecho se divide en tre ramas principales, una para cada l�bulo antes de seguir subdividi�ndose; mientras que el bronquio izquierdo se divide en dos ramas principales.
FIG. 3 ARBOL BRONQUIAL
A medida que los bronquios se van ramificando en tubos de menor di�metro, los anillos cartilaginosos son reemplazados progresivamente por placas cartilaginosas aisladas e irregularmente distribuidas. Cuando los bronquios m�s peque�os llegan a tener menos de 1mm. de di�metro, el cartilago desaparece y los tubos pasan a llamarse bronqu�olos, cuyas paredes estan constituidas por fibras musculares lisas circulares. El di�metro de los bronqu�olos es regulado por los nervios simp�ticos y parasimp�ticos (producen broncodilataci�n y broncocontricci�n respectivamente). Cada bronqu�olo al dividirse origina los conductos alveolares, los que a su vez desembocan en los sacos alveolares.
Corresponde al par�nquima pulmonar y m�s espec�ficamenteal alve�lo. En ellos ocurre el importante proceso denominado hematosis por el cual la sangre traspasa el aire alveolar sus productos de excreci�n (representados por el CO2) y a la vez se aprovisiona de O2 para transportarlo a todo el organismo.
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Anatom�aEl pulm�n es un �rgano par, de color rosagris�ceo, de forma c�nica y con propiedades el�sticas, que se alojan en la cavidad tor�cica, dentro de la jaula �sea formada por las costillas (fig. 5). FIG. 5 TORAX
Su vertice sobrepasa levemente a las
claviculas y su base descansa sobre el diafragma. Entre ambos pulmones se delimita un espacio llamado mediastino. En �l encontramos diversos �rganos de gran importancia: tr�quea, bronquios principales y coraz�n. (fig. 6)
El interior de cada pulm�n est� constituido por tubos de di�metro decreciente que constituyen el �rbol bronquial y sirven de FIG. 6 PULMONES
distribuidores del aire. (ver fig. 4)
El resto del pulm�n o par�nquima pulmonar propiamente tal, est� formado casi enteramente por alv�olos.
Exteriormente, ambos pulmones est�n recubiertos por una membrana serosa: la pleura pulmonar. Esta pleura consta de dos hojas: la visceral se adhiere �ntimamente al pulm�n, cubriendolo completamentre. Cuando llega a nivel del hilio se refleja, cubriendo la superficie interna de la cavidad tor�cica, constituyendo la hoja parietal. La superficie de ambas hojas pleurales (fig. 7) presenta una copa de c�lulas aplanadas que producen un l�quido similar a la linfa, cuya funci�n es lubricar y permitir la expansi�n pilmonar con un m�nimo de fricci�n. FIG. 7 PLEURAS
Entre ambas hojas pleurales hay un
espacio dentro del cual existe una presi�n negativa que permite la expanci�n del pulm�n (espacio intrapleural).
Eventualmente, las c�lulas pleurales secretan mayor cantidad de l�quido, este cae al espacio intra`pleural produciendose la enfermedad conocida como pleures�a. Existen naturalmente otras enfermedades que afectan al pulm�n, entre las que destacan:
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Arquitectura PulmonarYa hemos mencionado que el pulm�n se divide en l�bulos (tres l�bulos el pulm�n derecho y dos el izquierdo). Adem�s, cadad l�bulo se organiza en lobulillos que constituyen la unidad funcional del pulm�n. Estos lobulillos est�n separados por tabiques interlobulillares. A cada lobulillo llega un bronqu�olo que penetra por el v�rtice para ramificarse en su interior (fig.8).
Finalmente, los alv�olos se ponen en contacto con los capilares que irrigan al lobulillo y de esta forma los gases se difunden en ambos sentidos. FIG. 8 LOBULILLO PULMONAR
Cada lobulillo tiene en su interior las
siguientes estructuras; bronqu�olos, arteria pulmonar, vena pulmonar, vasos linf�ticos, conductos alveolares y alv�olos.
1.4 FISIOLOG�A DE LA RESPIRACI�N
Desde el punto de vista mec�nico, el ciclo respiratorio consta de dos fases: el ingreso de aire o inspiraci�n y su salida o espiraci�n. Amboas fases se efect�an normalmente en forma alternada y r�tmica, con una frecuencioa media de 16 veces por minuto. La ispiraci�n se realiza debido a la expanci�n de los pulmones pasiva de los pulomes y la espiraci�n es producto de la contracci�n tambi�n pasiva de los pulmones.
Ambos movimientos respiratorios se realizan debido fundamentalmente a los cambios de presiones en la cavidad tor�cica, y el espacio intrapleural.
La cavidad tor�cica, como se recordar�, es una caja cerrada por estructuras �seas, cartilaginosas y musculares. El piso de la cavidad tor�cica posee una estructura denominada diafragma, el que en estado de reposo adquiere una forma convexa. En la parte anterior del t�rax se encuentra el estern�n; en la parte lateral se encuentran las costillas, uniodas por los m�sculos intercostales externos e internos. Finalmente, en la parte posterior encontramos las v�rtebras dorsales.
Inspiraci�n: Este movimiento es activo y se debe a un movimiento de la cavidad tor�cica en sus di�metros vertical, transversal y anteroposterior.
Al contraerse el diafragma, diminuye su convexidad, aumentando con ello el volumen de la cavidad tor�cica. Lo anterior determina que la presi�n en el espacio intrapleural disminuya en forma significativa. Esto tiende a succionar el pulm�n provocando con ello su expanci�n. Producto de lo anterior dismuye la presi�n en el interior de los alv�olos con relaci�n a la presi�n atmosf�rica. Esta gradiente de presiones permite el ingreso del aire a los pulmones , terminando as� el primer movimiento respiratorio, la inspiraci�n.
El diafragma por s� solo puede provocar la respiraci�n. Sin embargo, habitualmente es secundado por la acci�n de los m�sculos intercostales internos.
Espiraci�n: Este fen�meno ocurre habitualmente en forma pasiva y se debe b�sicamente a la elasticidad del pulm�n y a la acci�n de los m�sculos inspiratorios.
Efectivamente, cuando tanto el diafragma como los m�sculos inspiratorios vuelven a su posici�n original (de relaljaci�n), la cavidad tor�cica disminuye su volumen, la presi�n intrapleural aumenta y los alv�olos aumentan su presi�n por sobre la atmosf�rica. Todo ello hace que el aire sea expulsado hacia la atm�sfera, origin�ndose as� el segundo movimiento respiratorio, la expiraci�n.
Bajo ciertas condiciones anormales, como la tos, v�mito o estornudo, pueden eventualmente entrar en actividad los m�sculos espiratorios.
Cada vez que una persona respira normalmente est� ingresando y expulsando una cantidad de aire circulante de alrededor de 500ml. Si consideramos que la frecuencia respiratoria es de 16 veces por minuto, la ventilaci�n pulmonar ser�a de 8lt por minuto. Esta cifra es s�lo te�rica, puesto que no todo el aire circulante llega a los alv�olos, ya que cierta cantidad queda rezagado en las v�as respiratorias, constituyendo los espacios muertos (cerca de 150 ml). Por lo tanto s�lo llegar� a la superficie de intercambio una cantidad de 350ml (ventilaci�n alveolar). Sin embargo, debido a la gran capacidad de expansi�n del pulm�n, despu�s de una inspiraci�n m�xima la cantidad de aire adicional que ingresa a �l puede superar los 1500 ml; esta cantidad adicional de aire se conoce como volumen de reserva Inspiratoria (aire complementario).
Despu�s de una espiraci�n normal y por acci�n de los m�sculos espiratorios, el pulm�n es capaz de expulsar unos 1500 ml de aire correspondiente al volumen de reserva espiratoria (aire suplementario). No obstante, en los pulmones quedar� una cantidad de aire cercana a los 1000 ml; este volumen se conoce como aire residual.
Para los deportistas, especialmente, es muy importante la capacidad vital, que se refiere a la m�xima cantidad de aire que una persona puede espirar, luego de una inspiraci�n m�xima, y equivale a la sumatoria de aire complementario, suplementario y aire circulante.
1.5 INTERCAMBIO DE GASES RESPIRATORIOS A NIVEL ALVEOLAR
Si se analiza el siguiente cuadro que dice relaci�n con el aire inspirado (aire atmof�rico) y espirado, se comprobar� que existe evidentemente una diferencia, especialmente en cuanto a las concentraciones de O2 y CO2
Gases |
Aire |
Aire |
Atmosf�rico |
espirado |
|
Ox�geno |
20% |
16% |
Di�xido |
||
de Carbono |
0.03% |
4% |
Nitr�geno |
79% |
79% |
Vapor de |
||
agua |
variable |
saturado |
Lo anterior demuestra, sinlugar a dudas, que ha habido un intercambio gaseoso (Hematosis) entre el alv�olo y el capilar. La hematosis se ve favoresida por el �ntimo contacto que existe entre el alv�olo y el capilar (membrana alv�olo-capilar). (fig. 9)
FIG. 9 MEMBRANA ALV�OLO-CAPILAR
El mecanismo que permite el intercambio gaseoso est� dado por una simple difusi�n a trav�s de la membrana alv�olo capilar, basada en las diferencias de las presiones parciales del O2 y CO2.
GASES |
ALV�OLO |
CAPILAR |
O2 |
100mm Hg |
40mm Hg |
CO2 |
40mm Hg |
46mm Hg |
El an�lisis de las presiones parciales de estos gases nos demuestran que la presi�n parcial de O2 es mayor en el alv�olo que en el capilar, esto determina que este gas difunda hacia el alv�olo. Todo esto trae como consecuencia que la sangrre que ingresa al pulm�n capte ox�geno y que a su vez elimine el di�xido de carbono que se produce por el metabolismo celular.
Finalmente conviene destacar las condiciones anat�micas que facilitan la difusi�n de gases respiratorios, entre el alv�olo y la sangre:
1.6 TRANSPORTE DE GASES RESPIRATORIOS
Al inicio de este cap�tulo se se�al� que el sistema de transporte era una condici�n estrictamente necesaria para que el proceso respiratorio se llevara a cabo normalmente.
Una peque�a parte del ox�geno que ingresa a la sangre, a trav�s de la membrana alv�olo-capilar, se disuelve en el plasma sangu�neo (3%), el cual lo transporta hacia las c�lulas y tejidos; el resto, es decir la mayor cantidad de ox�geno (97%), se combina con la hemoglobina en el interior de lso gl�bulos rojos, formando as� un compuesto intermedio, la oxihemoglobina ( HbO2 ). Paraque esta uni�n se efect�e el ox�geno debe difundir desde el plasma hacia los gl�bulos rojos, donde se establece la asociaci�n entre el O2 y el grupo hem da la hemoglobina:
O2 + Hb HbO2
La capacidad de O2 por la hemoglobina seve favorecida por el aumento de la presi�n parcial de este gas en el plasma.
CURVA SATURACION DE LA Hb
100
80
60
40
20
20 40 60 80 100 PO2
FIG. 10
El an�lisis de la curva indica que la hemoglobina est� saturada por una presi�n de ox�geno de 100mm Hg.
Cuando la presi�n de ox�geno cae por debajo de 60 mm Hg. la saturaci�n de la hemoglobina por el ox�geno decrece significativamente.
El di�xido de carbono tiene tres mecanismos de transporte en la sangre:
El CO2 se combina con el H2O del plasma para formar una compuesto inestable que es �cido carb�nico (H2CO), compuesto que de inmediato se disocia en ion bicarbonato m�s hidr�geno (H+ ):
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H
La reacci�n anterior es catalizada por una enzima, la anhidrasa carb�nica.
Cuando la sangre llega a las proximidades de los alv�olos la reacci�n se hace inversa, vale decir, el ion bicarbonato se une al H+ para formar �cido carb�nico, el que se disocia en el agua m�s CO2 y este �ltimo difunde a los alv�olos.
Cabe se�alar que atrav�s del manejo del CO2 el sistema respiratorio puede regular el pH sanguineo.
Ejemplo: en un sujeto con enfermedad respiratoria que retiene CO2 , la reacci�n ocurre de la siguiente forma:
�
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-
Como se ve, un aumento del CO2 sangu�neo determina un incremento en la concentraci�n de H+ , produci�ndose una disminuci�n del PH, fen�meno conocido como acidosis sangu�nea. Frente a esto el sujeto responde aumnetando la frecuencia respiratoria y con ello la ventilaci�n pulmonar, eliminando as� una mayor cantidad de CO2 , con lo cual se produce un desplazamiento de la relaci�n en el sentido inverso:
�
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-De esta forma el HCO3- puede tamponar las prote�nas y transformarse finalmente en CO2 y H2O .
La difusi�n y transporte del ox�geno y di�xido de carbono est�n esquematizados a continuaci�n:
FIG. 11 TRANSPORTE DE OX�GENO Y CO2
1.7 REGULARIZACI�N DE LA RESPIRACI�N
EL proceso respiratorio es involuntario, sin embargo, es hasta cierto puntosusceptible de controlar en forma voluntaria. Por lo tanto, podemos aumentar la frecuencia respiratoria, disminuir�a y a�n detenerla voluntariamente por un cierto tiempo.
La respiraci�n es regulada por el centro respiratorio, el que se localiza en el bulbo raqu�deo y por el centro neuma�xico, ubicado en la protuberancia anular.
EL centro respiratorio puede verse estimulado por diversos mecanismos, entre los que destacan:
Son estimulados por un descenso del O2 arterial (PO2) y adem�s por un aumento en la presi�n parcial CO2 (PCO2). Todo esto estimula al centro respiratorio, el cual ordena una mayor eficacia en la ventilaci�npulmonar.
En los pulmones se encuentran ciertos receptores sensibles a la distenci�n pulmonar. Al ser estimulados, inhiben al centro respiratorio, con lo que disminuye la intensidad y frecuencia respiratoria.
Esto es conocido como reflejo de Hering-Breuer.
En el control voluntario los impulsos son transmitidos desde la corteza cerebral el centro respiratorio ya sea inhibiendo o aumentando la frecuencia respiratoria.
ASFIXIA
Se entiende por asfixia una anormal oxigenaci�n de la sangre en los pulmones, lo que trae como concecuencia una deficiencia de ox�geno y un aumento del di�xido de carbono en la sangre y en los tejidos .
Las causas que provocan la asfixia pueden ser muy variadas, entre las cuales podemos mencionar:
De las causas se�aladas anteriormente tiene especial relevancia la que dice relaci�n con el exceso de mon�xido de carbono en la atm�sfera, ya que entre este gas y la hemoglobina existe gran afinidad.
Cualquiera sea la causa que provoca la asfixia, uno de los s�ntomas m�s caracter�sticos es la disnea (dificultad para respirar).
En casode asfixia, existen algunos m�todos de respiraci�n artifiacl como el m�todo de Shaefer y la reanimaci�n boca a boca.
1.8 RESPIRACI�N EN VEGETALES.
El intercambio gaseoso no es una propiedad exclusiva de los animales, ya que las plantas tambi�n tienen estructuras especializadas para el intercambio de ox�geno, di�xido de carbono y vapor de agua, entre el organismo y el ambiente.
La superficie interior y superior de la hoja, est� cubierta por una capa de c�lulas epid�rmicas, las que en la mayor�a de las angiosperas (plantas con flores) tienen una gran cantidad de aberturas o poros denominados estomas (Fig. 12).
Los estomas est�n bastantes m�s concentrados en la epidermis inferior de la hoja.
Las c�lulas oclusivas (constituyen el estoma), presentan un engrosamiento en la pared celular que mira al pporo, ello les permite regular su abertura de acuerdo a la variaci�n de su presi�n de turgencia.
Es a trav�s del estoma que la planta capta el CO2 atmosf�rico que ser� utilizado en el proceso fotosint�tico y que al mismo tiempo libera ox�geno y vapor de agua.
Uno dde los principales factores que determina la abertura y cierre de los estomas es la luz ; generalmente, los esromas durante el d�a est�n abiertos y durante la noche se cierran.