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Daniela Loyola
Fisiología del sistema respiratorio
Respiración: Conjunto de procesos que facilitan el intercambio de oxígeno y de dióxido de carbono entre la célula y el
ambiente. Se habla de una respiración interna y una externa (es la que se tratará en las clases).
- Respiración interna: Conjunto de procesos y reacciones mediante los cuales las células utilizan el oxígeno
disponible y producen agua, CO2 y energía
- Respiración externa: Conjunto de procesos que determinan el intercambio de gases entre la atmósfera y el
alvéolo y entre éste y la sangre
Existen una serie de procesos que están implicados: proceso de
ventilación (moviliza el aire dentro y fuera del pulmón), el
proceso de difusión (intercambio de gases entre el alveolo y la
sangre) y el proceso de trasporte que es toda la circulación que
va a llevar O2 a la sangre y va a traer aquellos gases que se han
de eliminar (CO2) desde el teljido a la sangre, de esta a los
pulmones y de estos al medio ambiente.
Las vías respiratorias se clasifican en altas y bajas. Esta clasificación
esta dada por las característias histo-patológicas que las diferecian.
Pared/Caja torácica:
Los pulmones se encuentran dentro de la cavidad torácica la cual
está delimitada por la pared torácica.
La Caja o pared torácica no es más que el
conjunto de estructuras anatómicas que rodea
y protege todos los órganos que se encuentran
dentro de la cavidad torácica.
Todos estos elementos tienes características de
distensibilidad y elasticidad, lo que le permite que la cavidad torácica pueda expandirse y retraerse
para llevar a cabo las funciones del sistema respiratorio.
Pulmones:
Órganos que llevan a cabo el intercambio de gases entre el aire y la sangre.
Constituídos por:
• Dos estructuras ramificadas en forma de árbol: las vías aéreas y el
árbol vascular
• Numerosos sacos aéreos separados por tejido intersticial (300 a 400
millones de alvéolos cantidad en pulmón)
Iinmersos en una matriz de tejido conectivo elástico
Todo estos alveolos, si los dispersamos, representan una superficie para el
intercambio de gases de aproximadamente 82 m2, lo que equivale a una
cancha de tenis, aun cuando solo ocupan solo un volumen de 4 litros.
Pleura y espacio pleural:
Pleura: membrana serosa que se localiza entre la pared interna del tórax y la
superficie externa de los pulmones y protege la superficie pulmonar del roce continúo con la pared torácica.
- Pleura parietal: recubre la superficie interna de la pared torácica, el mediastino y la cara superior del diafragma
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- Pleura visceral: recubre la superficie externa de los pulmones
*Ambas hojas forman una cavidad cerrada, que no es más que:
- Cavidad o espacio pleural: Espacio virtual ubicado entre las pleuras parietal y visceral. Esta cavidad está ocupada
por el líquido pleural que viene de un proceso de filtración a partir de los capilares subpleurales y actúa como
lubricante, evitando el rose del pulmón con la pared torácica durante la inspiración y la expiración, ya que permite
su desplazamiento.
Este líquido pleural se encuentra en una cantidad constante permanentemente (0,2 ml/kg de la persona) ya que
al mismo tiempo que se produce la filtración a partir de los capilares subpleurales, este líquido es aspirado a través
de unos estomas u orificios ubicados en la pleura parietal, de manera que este líquido va a salir permanentemente
del espacio pleural hacia el sistema linfático (proceso de aspiración). Esto ocurre de este modo normalmente
siempre y cuando no haya una patología.
El proceso de aspiración continuo de dicho líquido genera en la cavidad pleural una presión que es una Presión
Negativa (presión baja) mucho más baja que la que está alrededor de ese espacio. Gracias a esta presión negativa
que existe entre las dos hojas pleurales podemos adherir los pulmones a la pared torácica ya que esta presión lo
succiona por lo que siempre se mueve con la cavidad torácica; adicionalmente gracias a esta negatividad las hojas
pleurales siempre van a estar adheridas.
Árbol respiratorio (Vías aéreas):
Sistema ramificado de conductos de diámetro variable que están dispuestos
tanto en serie (uno detrás del otro) como en paralelo (uno al lado del otro)
dependiendo de la profundidad en que se encuentren a nivel del pulmón.
Dichos conductos aumentan en número desde la tráquea hasta el pulmón,
mientras que su diámetro disminuye y cada vez se hacen más cortos a medida
que atraviesa el pulmón.
Entre la tráquea y los alveolos las vías aéreas se dividen 23 veces, de las cuales
las 1eras 16 constituyen parte de la zona de conducción: representa aquellos
conductos a través de los cuales se lleva el aire, desde que penetra en el
sistema, hasta la zona respiratoria (aquella donde se produce el intercambio
gaseoso entre el pulmón y la sangre).
*En la zona de conducción NO ocurre intercambio de gases, solo da lugar a su
conducción.
*Los bronquiolos terminales son los que determinan el final de la zona de conducción, por lo que no tienen intercambio
de gases ya que no presentan alveolos.
*Los bronquiolos respiratorios marcan el inicio de la zona respiratoria y ya tienen
alveolos en sus paredes y conforme se ramifican van a presentar más de estos. Estos
bronquiolos generan los conductos alveolares que dan lugar a los sacos alveolares
que no son más que agrupaciones de alveolos que pueden ir de 5 – 20 alveolos por
saco. Entonces un mismo bronquiolo respiratorio puede tener varios sacos alveolares.
Sección transversal: Es el calibre del conducto
Sección transversal total: suma de todas las secciones transversales aumenta
drásticamente a medida que se ramifican los conductos, principalmente en la
transición entre la zona de conducción y la respiratoria (ver gráfico), dato importante
ya que en esta última es donde va a haber la mayor ramificación y va a ocurrir el
intercambio de gases.
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Funciones de la zona de conducción y la zona respiratoria:
Estructura histológica de la pared de las Vías respiratorias:
Desde el interior al exterior tenemos:
- Epitelio respiratorio: epitelio cilíndrico seudoestratificado ciliado con
células caliciformes que descansa sobre su lámina basal.
- Capa muscular: puede relajarse y contraerse bajo determinados
estímulos. *Produce el asma
- Glándulas submucosas que producen moco
- Cartílago (no está presente en todas las vías aéreas, y esto es
importante ya que solo las vías que presentan esta capa son resistentes a la compresión).
En la imagen se puede
comparar las paredes de la
tráquea/bronquio con la pared
del bronquiolo y la pared del
alveolo, donde dicha pared se
va simplificando cada vez más a
medida que nos acercamos al
alveolo (revisar la imagen).
*Los cilios y el moco (producido
por las glándulas y las células
caliciformes) constituyen
mecanismos de defensa del
sistema respiratorio. El moco
atrapa los microorganismos
que penetran al sistema,
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mientras que los cilios a través de sus movimientos rítmicos son los que van desplazando ese moco en sentido contrario,
desde las paredes de los bronquios hasta la faringe donde finalmente o no los tragamos o lo expectoramos a través de la
tos o el estornudo.
*Tanto el cartílago, las glándulas submucosas y el epitelio ciliado van disminuyendo a medida que se ramifica la vía,
mientras que el músculo liso va aumentando.
*NO HAY CARTÍLAGO ni en el bronquiolo ni el alveolo (son compresibles)
*En el bronquiolo la capa muscular lisa está muy desarrollada
*Los conductos alveolares son los últimos conductos de la vía donde hay músculo
*En el alveolo NO HAY MÚSCULO, siendo la pared lo más delgada posible, de manera que no se obstaculiza el intercambio.
Cada célula ciliada del epitelio respiratorio puede tener alrededor de 250 cilios los cales se mueven rítmicamente. La tos
y el estornudo aceleran el movimiento ciliar. Se tiene una célula caliciforme por cada 5 células ciliadas.
En los fumadores el número de células caliciforme y la producción de moco aumenta por lo que estas personas siempre
están expectorando mucosidad, pero la motilidad ciliar es deficiente, por lo que esta mayor cantidad de moco se acumula
y puede infectarse de manera que la persona termina con complicaciones respiratorias, no solo porque no pueda respirar
bien, sino también puede presentar enfermedades como la neumonía.
Alveolo:
Saco casi esférico que contiene aire adentro y presenta una pared
delgada constituía por un solo estrato epitelial (células planas
escamadas) donde se encuentran 3 tipos de células, pero solo se
hablarán de 2 de ellas en la clase:
- Célula alveolar tipo I o neumocito tipo I: Ocupan el 95%
de la superficie epitelial. Sin células de citoplasma
alargado, siendo muy planas, lo cual es importante ya que
representa la zona principal del intercambio de gases.
- Célula alveolar tipo II: Tiene forma cúbica y solo ocupan
del 2-5% de la superficie alveolar. Su función es la
producción del surfactante pulmonar o agente tenso-activo pulmonar que tiene una gran importancia. Además
esta célula se encarga de reparar la pared alveolar cuando hay daño, ya que ante este ella se multiplica, prolifera,
ocupa el espacio dañado y se diferencia en células tipo I.
*Si esta célula no tuviese la capacidad de convertiré en una célula tipo I a lo largo del tiempo tendríamos un
alveolo lleno de células tipo II que no es funcional ya que no ocurre el intercambio de gases. Hay patologías donde
se presenta esta situación.
Adicionalmente también se presentan macrófagos en el alveolo, ya que al no haber glándulas productoras de moco ni
cilios, siendo este el encargado de la defensa. El Manto líquido: Película de líquido que recubre al alveolo por su superficie
interna.
*El surfactante que produce la célula tipo II está siempre mesclado con el manto líquido reduciendo la tensión superficial
de este que cubre la pared superficial del alveolo, lo cual tiene gran importancia.
NOTA: La tensión superficial de un líquido es la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de
área. Esto implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.
Intersticio pulmonar: Espacio que se encuentra rodeando los diferentes alveolos
Tejido que se encuentra entre las membranas basales del epitelio alveolar y el endotelio capilar. Sirve de sostén a los
alveolos pulmonares (saquitos llenos de aire) y permite el intercambio gaseoso.
*Hay autores que lo toman como parte de la pared del alveolo
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Contiene:
- Tejido conectivo: Fibroblastos que sintetizan colágeno y elastina proporcionan soporte al alveolo y son
responsables del comportamiento elástico del pulmón.
- Vasos capilares y linfáticos
¿Qué papel cumplen esas fibras de tejido conjuntivo (colágeno y elastina) que forman parte del intersticio del pulmón?
Fibras de elastina: bajo el efecto de una fuerza deformante se distienden, pudiendo aumentar su longitud hasta dos veces
más que la original (eleva) y además son capaces de retraerse a su posición original cuando cesa la aplicación de la fuerza
que la estiró. Entonces las fibras de elastina son distensibles (porque se estiran) y elásticas (porque regresan a su posición
original).
*Las fibras elásticas representan el elemento determinante del comportamiento elástico del pulmón
Fibras de colágeno: no son distensibles (son poco extensibles), de manera que se resisten al estiramiento limitando la
distensibilidad del pulmón.
En el sistema cuando estamos a bajos volúmenes pulmonares (final de la espiración e inicio de la inspiración) la elasticidad
del pulmón viene determinada por las fibras de elastina que se estiran a medida que empieza a llenarse de aire el pulmón;
mientras que las fibras de colágeno se encuentran plegadas y no contribuyen a dicho estiramiento.
Cuando estamos a volúmenes pulmonares altos (final de la inspiración) las fibras de elastina están a su máximo de
estiramiento de manera que intervienen en este momento en el retorno elástico del alveolo o del pulmón a su posición
inicial (expiración). Las fibras de colágeno que estaban plegadas inicialmente de despliegan, ya que el pulmón está
totalmente distendido, encontrándose a su máxima tensión y limitando la expansión alveolar.
Entonces… gracias a estas dos fibras el pulmón se distiende con facilidad, pero sin distensiones excesivas ya que hay un
límite para esta. Las fibras de elastina son las que permiten los cambios de volumen de los alvéolos y NO las de colágeno.
*Un interciso normal es aquel que no se ve al microscopio electrónico (no es evidente). Cuando hay una patología ese
intersticio se expande por la acumulación de líquido o de células inflamatorias; también puede volverse rígido como en el
caso de la fibrosis pulmonar, ocurriendo limitaciones para la expansión del pulmón.
Red alvéolo-capilar:
Una vez que todos los vasos sanguíneos del pulmón se van ramificando forman una red
(red capilar) la cual es muy densa y cubre a los alvéolos (red alveolo-capilar ocupa
un área de 70 m2). Los segmentos capilares individuales son tan cortos que la sangre
forma un manto casi continuo sobre los alvéolos.
La Red alveolo-capilar facilita el intercambio de gases a nivel pulmonar y regula la cantidad de líquido dentro del pulmón.
Barrera hemato-gaseosa o membrana alvéolo-capilar:
La red de alvéolo-capilar forma una interfaz aire-sangre a través de la cual se realiza el intercambio de gases (O2 y CO2).
Esta barrera tiene un grosor variable, esto se debe a:
- No todos los autores incluyen los mismos componentes (epitelio
alveolar, espacio intersticial formado por una fina capa de tejido
conjuntivo y endotelio capilar).
- Hay sitios del alveolo donde esta barrera es más delgada, esto depende
si forma parte el intersticio o no el intersticio pulmonar (cuando la
membrana basal del endotelio capilar está directamente pegada a la
membrana basal del epitelio alveolar son más eficientes).
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Elementos de la barrera hemato-gaseosa:
o Estrato líquido (factor tensoactivo)
o Epitelio alveolar (células alveolares tipo I)
o Membrana basal del epitelio
o Espacio intersticial (puede o no estar presente)
o Membrana basal del endotelio capilar
o Endotelio capilar alveolar
o Plasma de los capilares alveolares
o Citoplasma del eritrocito
Tensión superficial del líquido alveolar:
Fuerza que se genera en la superficie del líquido debido a que las fuerzas que actúan sobre cada molécula son diferentes
en el interior y la superficie líquido.
En cualquier líquido las moléculas se atraen entre sí (fuerzas de cohesión):
- Moléculas en la superficie
Las fuerzas de atracción entre las moléculas de líquido adyacentes son de mayor
magnitud que las fuerzas que se generan entre el líquido y el aire, lo que genera
una fuerza neta hacia el interior del líquido (flecha roja), donde hay una mayor
fuerza de atracción.
- Moléculas en el interior
Sometidas a fuerzas de atracción en diferentes sentidos que, en promedio, se
anulan unas con otra (no hay fuerza neta en ninguna dirección).
*Entonces la flecha roja representa la tensión superficial del líquido: fuerza que se genera en la superficie del líquido
debido a esta diferencia.
La tensión superficial tiene a reducir la superficie del líquido ya que la fuerza neta es hacia el interior, a esto se debe que
todos los líquidos formen gotas (manera de lograr la menor superficie para un volumen determinado), y genera una
presión dentro de la esfera que sigue la Ley de Laplace (importante):
En los alveolos la tensión superficial del líquido alveolar (manto líquido) genera una fuerza
que “atrae” la superficie del alveolo hacia adentro de manera que favorece el colapso del
alvéolo (facilita la espiración) y se opone a su expansión (dificulta la inspiración). Esto
ocaciona dos problemas:
1- NO es conveniente que cada vez que respiremos los alveolos calapsen ara luego
volverlos a expandir; el sistema respiratorio necesitaria desarrollar una fuerza de gran
magnitud para volver a expandir a un alveolo totalmente colapsado. Si esto ocurriera de
esta forma no pudiéramos respirar correctamente debido que luego de tres respiraciónes
estaríamos totalmente agotados.
2- Durante la ispiración hay una fuerza que se opone a la expanción, de manera que
el sistema respiratorio tendría que genera una fuerza capaz de vencer la fuerza que se
opone a dicha expansión.
Ley de Laplace: La presión generada en el interior de una esfera es directamente
proporcional a la tensión originada en su superficie e inversamente proporcional al radio
de la misma. Entonces a menor tamaño de la esfera mayor será la presión interna, de
manera que mientras los alveolos sean más chiquitos más rápido se van a colapsar.
Considerados
por todos los
autores
Daniela Loyola
Esta ley hace una comparación entre dos alveolos de diferente tamaño conectados entre
sí por una vía aérea:
La presión generada en el interior del alvéolo pequeño es mayor que en el grande. Si la
tensión superficial de dos alvéolos es igual, el de menor tamaño tendrá una presión
interna mayor, colapsará y vaciará su contenido de aire en el alvéolo de mayor tamaño,
expandiéndolo.
Se requiere una presión mayor para expandir los alvéolos de menor tamaño, ej. al final
de la espiración todos los alveolos están chiquiticos de manera que costará mucho
volverlos a expandir. Esto no ocurre así gracias a la existencia del surfactante pulmonar
que disminuye T (tensión superficial) cuando los alveolos disminuyen de volumen (disminuye r) para que no se produzca
el colapso de los mismos y no sea necesario una presión muy alta para volver a expandirlos.
Surfactante pulmonar:
-Es un complejo lipoprotéico (85-90% de lípidos y el resto proteínas) que tiene como principal componente el
dipalmitoilfosfatidilcolina (fosfolípido).
-Es una molécula anfotérica Los grupos hidrofóbicos de los fosfolípidos se orientan hacia el aire y los grupos hidrofílicos
lo hacen hacia el agua.
-Reduce la tensión superficial del líquido alveolar:
1- Forman una monacapa y se intercalan entre las moléculas agua, de
manera que cada vez que de intercala una de las moléculas de
surfactante se desplaza una molécula de agua de manera que
disminuye la tensión ya que esa molécula de agua representa una
fuerza de atracción que se está quitando (recordar que la tensión
superficial se debe a la atracción entre las moléculas de agua).
2- Las moléculas de surfactante situadas en diferentes lugares de la monocapa se repelen entre sí, esta repulsión se
opone a las fuerzas de atracción de las moléculas de agua, disminuyendo la tensión superficial del líquido alveolar.
- El surfactante reduce más la tensión superficial del líquido alveolar en los alvéolos más pequeños:
Cuando se comprime la monocapa (alvéolos de menor tamaño o en proceso de retracción), los fosfolípidos del surfactante
son empaquetados en un área menor, aumentando la densidad superficial del surfactante:
Las moléculas del fosfolípido se apiñan y repelen más entre sí
Se produce una expulsión de un mayor número de moléculas de agua de la interface
*Entonces… la tensión superficial es inversamente proporcional a la densidad de surfactante. En alveolos pequeños se
tiene el surfactante en mayor densidad porque hay más cantidad por unidad de volumen y por ende la tensión es menor.
*Según la Ley de Laplace si se disminuye el radio y al mismo tiempo la tensión, la presión se mantiene
In vivo la estabilidad alveolar se produce gracias al surfactante pulmonar:
La tensión superficial del líquido alveolar se reduce, con lo que disminuye la resistencia a la expansión
Durante la espiración, la tensión superficial del líquido alveolar se reduce cuando los alvéolos disminuyen de
volumen (se reduce r), evitándose el colapso de los mismos y manteniéndose un volumen de aire residual, de
esta manera, la fuerza necesaria para que el alvéolo se vuelva a distender en la siguiente inspiración será mucho
menor.
Gracias al surfactante pulmonar: Se previene el colapso alveolar durante la espiración, se promueve la estabilidad de los
alvéolos, el pulmón es fácil de distender y su fuerza de retracción depende casi exclusivamente de la elasticidad de los
tejidos, disminuye el trabajo respiratorio (esfuerzo necesario para expandir los pulmones en cada respiración), se
mantiene seco los alvéolos (↓riesgo de edema), se proporciona una función inmunológica de defensa frente a
microorganismos patógenos.
La tensión
superficial se
reduce aún
1-Estructura funcional respiratoria.pdf
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