sistema-respiratorio
Sistema respiratorio
La respiración es la serie de procesos involucrados en el transporte de O2 desde el medio
ambiente hasta la célula y de CO2 en sentido contrario. Estos procesos se ponen en marcha para
poder ingresar O2 hacia los alveolos y CO2 en sentido contrario, con el fin de los el O2 llegue a
los tejidos y el CO2 pueda eliminarse hacia la atmósfera. En el proceso de transporte de gases
participan dos sistemas:
- Sistema respiratorio: Se encarga de la ventilación pulmonar y difusión alveolo capilar.
- Sistema circulatorio: Transporta el O2 hacia los tejidos y el CO2 en sentido contrario, y
se encarga de la difusión en los tejidos.
El intercambio gaseoso empieza a partir de los bronquiolos respiratorios, los bronquiolos dan
aproximadamente 17 de ramificaciones antes de llegar a la parte en la que se da el intercambio
gaseoso que son los bronquiolos respiratorios y finalmente termina en sacos alveolares.
Parénquima pulmonar
El parénquima pulmonar está formado por dos tipos de células, lo neumocitos tipo I y los
neumocitos tipo II, que son células de tipo epitelial encargadas de secretar surfactante (los tipo
II), que cubre las paredes de los alveolos para reducir la tensión superficial de las moléculas de
agua que cubren a los alveolos, así impiden el colapso de los mismos.
Los macrófagos se encuentran en gran cantidad porque en este sitio puede haber una gran
probabilidad de ingresos de patógenos, así los macrófagos en el parénquima pulmonar se
encuentran como componentes de la primera barrera inmunitaria.
El parénquima pulmonar es un tejido muy elástico, y eso está dado por fibras elásticas y de
colágeno en sus paredes.
En el endotelio de los capilares pulmonares se da el intercambio gaseoso.
Organización de la irrigación pulmonar
Una rama de la arteria pulmonar lleva la sangre sin oxigeno proveniente de la circulación
sistémica hacia el lecho capilar pulmonar, o sea, se va ramificando hasta llegar hasta los alveolos
donde se capilariza para dar lugar a las vénulas que recogen la sangre y la llevan de vuelta a la
aurícula izquierda a través de las venas pulmonares.
También hay una circulación nutricia que es dada por ramas de la aorta, como la arteria bronquial,
que aporta sangre nutricia para el parénquima pulmonar. Las arterias bronquiales se transforman
en venas bronquiales y forman un cortocircuito, es decir, luego de perder el O2 se unen
directamente a las venas pulmonares, mezclando sangre oxigenada (la de las venas pulmonares)
con desoxigenada (la de las venas bronquiales).
Existen aproximadamente 300 millones de alveolos por pulmón, la vía respiratoria va
disminuyendo su superficie de sección hasta llegar a los alveolos donde es más grande, en las vías
respiratorias hay un aumento de la superficie para el intercambio gaseoso a través de su
conformación en alveolos, lo que favorece el intercambio gaseoso.
Otra característica anatómica importante es que en la región en la que se da el intercambio
gaseoso, que es la interacción entre los neumocitos y el endotelio capilar, se genera una
membrana alveolo-capilar extremadamente delgada, de unas 1.5 micras, lo que favorece la
difusión de gases a través de la misma.
Estas dos características anatómicas son de suma importancia para la difusión de los gases.
Durante la respiración el aire se mueve desde la atmosfera hacia los pulmones durante la
inspiración y desde los pulmones hacia la atmosfera durante la espiración.
Esto lo hace siguiendo gradientes de presión generados durante el ciclo respiratorio. Para que
haya movimiento de sangre debe haber una diferencia de presión para vencer la resistencia
vascular y que la sangre pueda circular, en el caso de la respiración pasa lo mismo, para que el
aire llegue a los pulmones durante la respiración, debe haber una diferencia de presión entre la
atmosfera y los pulmones, que permita el movimiento de sangre, así la respiración se da
siguiendo gradientes de presión generados durante el ciclo respiratorio
Presión es la fuerza que un gas ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene. La presión
atmosférica es la presión que ejerce el peso del aire de la atmosfera sobre los objetos que se
encuentran en la superficie de la tierra, a nivel del mar esa presión es de 760mmHg .
La presión atmosférica resulta de la suma de presiones individuales que ejerce cada gas de la
mezcla de gases. Este concepto lleva a la ley de Dalton.
Ley de Dalton: En una mezcla de gases la presión total ejercida por los mismos, es la suma de la
presión ejercida por cada gas individualmente.
Para calcular la presión parcial de cada gas, es necesario saber la proporción de cada gas en la
mezcla. En el caso de la presión atmosférica, la distribución proporcional de cada gas está en la
imagen siguiente.
Luego, la presión parcial de cada gas es el resultado de la multiplicación de la presión
barométrica (760 mmHg) por la fracción del gas en la mezcla (porcentaje del gas /100). Se hace
el cálculo para todos los gases y se suman, dando el resultado de la presión atmosférica.
Cuando el aire ingresa en las vías respiratorias se satura con vapor de H20 proveniente de la
superficie húmeda de la mucosa respiratoria. Las vías respiratorias están tapizadas por moléculas
de agua, y estas a una determinada temperatura pasan a estado gaseoso y generan vapor de
agua.
La temperatura normal del cuerpo es de 37 grados centígrados, a esa temperatura la presión
ejercida por el vapor de H20 es de 47mmHg.
En las vías respiratorias entonces, existe la presión parcial ejercida por cada gas atmosférico pero
además se une la presión parcial ejercida por el vapor de agua, lo que genera una dilución de las
presiones parciales de los gases inspirados.
Así la presión inspirada de oxigeno (PIO2) es la presión barométrica menos la presión de agua,
que es el nuevo gas, multiplicado por la fracción del gas en las vías respiratorias. En el caso del
oxigeno, se obtiene una presión parcial levemente menor, de 149.2.
Todos los gases atmosféricos sufren disminución en su presión cuando ingresan en las vías
respiratorias, esto es importante porque la difusión de los gases hacia los alveolos depende de la
presión que tengan, así que menos presión de oxigeno son menos posibilidades de que el mismo
difunda hacia la sangre.
La fracción del gas inspirada es la misma, que es el porcentaje del gas atmosférico dividido cien.
Lo que hay que tener presente es que el aire una vez dentro de las vías respiratorias, en las vías
respiratorias superiores se modifica por la incorporación de vapor de agua.
A nivel del mar las presiones parciales de los gases tienen un valor característico, si el aire es seco
no hay presión parcial de agua. Al entrar en las vías respiratorias las presiones disminuyen un
poco en cada gas y se adiciona la presión parcial de agua. Luego en el alveolo ocurre el intercambio
de gases, por lo que parte del O2 se transporta hacia la sangre, disminuyendo su presión parcial,
mientras que el CO2 ingresa al alveolo, por lo que aumenta la presión parcial para este gas.
Como la presión parcial de oxigeno en el alveolo es mayor que la presión parcial del mismo gas
en la sangre, vence el gradiente de presión en dirección al capilar. Por el contrario el CO2 tiene
una presión mayor en la sangre venosa sistémica, así que la diferencia de presión es en sentido
contrario, y genera la fuerza impulsora para que el CO2 pase del capilar a los alveolos.
Como consecuencia de este intercambio de presiones, la circulación sistémica obtiene los valores
de presiones parciales del alveolo, con excepción del N2, pero este gas no es tan importante en
la respiración.
Para que fluya aire desde la atmósfera hacia los alveolos, la presión atmosférica tiene que ser
mayor que la de los alveolos o esta menor que la atmosférica.
La presión atmosférica no se puede modificar, pero sí la presión alveolar, y para hacerlo se sigue
la ley de Boyle.
Cuando no existe flujo aéreo y las vías respiratorias están en comunicación libre con el medio
ambiente (por ejemplo inmediatamente antes de la inspiración o de la espiración en reposo), la
presión a lo largo de toda la vía aérea incluyendo al alveolo es igual a la presión barométrica, de
manera que ninguna presión vence a la otra, y por esto no hay flujo de aire.
Durante la inspiración la presión alveolar cae por debajo de la presión atmosférica; este gradiente
establece el flujo inspiratorio; lo opuesto ocurre durante la espiración, en que la presión alveolar
aumenta por encima de la presión atmosférica.
La presión pleural existe por las tendencias elásticas del pulmón y del tórax hacen que uno tienda
a separarse del otro, esto genera una presión negativa en el espacio que separa ambas laminas
pleurales. El pulmón genera una fuerza hacia adentro al expandirse y el tórax una fuerza hacia
afuera, así que son fuerzas opuestas las que generan la presión alveolar negativa, y es esa misma
fuerza negativa la que se requiere para mantener con cierta distención al alveolo para que tenga
la misma presión intraalveolar que la presión atmosférica.
Ley de Boyle
A temperatura constante la presión que ejerce un gas es inversamente proporcional al volumen
en el que está contenido.
P = 1/V
La presión está dada por la cantidad de interacciones que ejercen las moléculas del gas sobre las
paredes que lo contienen, por eso si existe una determinada presión en cierto volumen, y la
superficie de ese volumen se modifica al doble, la presión estará disminuida a la mitad. Si
aumenta el volumen la cantidad de choques por unidad de superficie es menor así que disminuye
la presión.
Así mismo si se disminuye el volumen, proporcionalmente aumenta la presión.
Lo mismo ocurre en el pulmón, para vencer la presión atmosférica y que el aire sea expulsado el
pulmón se contrae, así que disminye el volumen, lo que aumenta la presión alveolar y el aire sale.
En cambio para inhalar el pulmón se expande, así aumenta su volumen, disminuye la presión
alveolar y el aire puede entrar porque la presión atmosférica es mayor.
Ciclo respiratorio
El ciclo respiratorio comienza cuando las presiones atmosféricas e intraalveolares están en
equilibrio, es decir, no hay diferencia entre las presiones y por lo tanto no hay flujo de aire.
Cuando se contrae el diafragma aumenta el volumen de la cavidad torácica y por lo tanto, de
acuerdo con la ley de Boyle, disminuye la presión intraalveolar (que es la que ocurre porque el
tórax se expande y los pulmones se contraen). Mientras mayor sea el aumento en la cavidad
torácica, el pulmón más tendencia tendrá en volver a contraerse hasta su tamaño normal, así que
las fuerzas son mayores y se genera una mayor disminución de la presión intraalveolar.
Los músculos inspiradores son:
- Esternocleidomastoideo
- Diafragma
- Escalenos
- Intercostales externos
Los músculos espiradores son:
- Diafragma (relajacion)
- Intercostales internos
- Abdominales
Músculos inspiratorios
Durante el estado en reposo, la inspiración está dada fundamentalmente por el diafragma, los
esternoceidomastoideo participan mayormente en la inspiración forzada y los escalenos
contribuyen a levantar la parrilla costal, los intercostales externos ayudan en la expansión del
tórax.
Es la contracción del diafragma lo que permite la inspiración, los intercostales externos al
contraerse expanden la cavidad torácica
Músculos espiratorios
En la espiración relajada la sola relajación del diafragma permite la espiración, y en la exhalación
forzada los abdominales comprimen las vísceras hacia arriba empujando el diafragma y
reduciendo el volumen de la cavidad torácica. Los intercostales internos tiran de las costillas
reduciendo el volumen de la cavidad torácica.
Resumen:
Antes de la inspiración, la presión alveolar es igual a la atmosférica, por eso se parte de cero en
la primer gráfica. Cuando se produce la inspiración la presión alveolar disminuye a-1 con
respecto a la atmosférica.
La presión intrapleural se hace cada vez más negativa, pasa de -3 a -7 aproximadamente, porque
al estirarse el pulmón se aumentan las fuerzas opuestas y la presión intrapleural se hace más
negativa y el tamaño de los alveolos aumenta. Cuanto más negativa es la presión intrapleural
mayor tamaño tienen los alveolos
El volumen de aire en la inspiración aumenta, en cada inspiración aumenta aumenta unos 500mL
de aire, con cada diferencia de presión de 1mmHg se genera el ingreso de 500mL de aire hacia
los pulmones.
Al expirar en cambio, aumenta la presión alveolar a +1, porque la intrapleural se hace más
positiva, disminuye el tamaño de los alveolos y eso genera por ley de Boyle un aumento de la
presión intraalveolar que hace que el aire fluya en sentido contrario.
Ventilación pulmonar y ventilación alveolar
La ventilación es el volumen de aire que entra y sale en un minuto.
Se denomina ventilación pulmonar al volumen de aire que entra y sale de los pulmones en un
minuto.
Ventilación pulmonar es el volumen corriente, que es el que se mueve en cada ciclo respiratorio
multiplicado por la frecuencia respiratoria, que es aproximadamente 12 ciclos respiratorios por
minuto.
Vp= VC x FR
Vp= 500 x 12
Vp= 6000 ml
De esta ventilación pulmonar, solo la que llega al alveolo puede intervenir en el intercambio
gaseoso, en el resto de las vías respiratorias el aire no participa en el proceso. La ventilación
alveolar es el volumen de aire que se intercambia entre la atmosfera y los alveolos en un minuto
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