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Anatomía y Fisiología.
Tema 8: El Aparato Respiratorio.
Jorge Martínez Fraga.
Nivel: Medio • Educación Secundaria - C.F.G. Superior • 14 de abril de 2012
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Anatomía y Fisiología Humanas Básicas
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Anatomía y Fisiología Humanas Básicas
Contenido
El aparato respiratorio.!
Anatomía y fisiología del aparato respiratorio.
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Órganos respiratorios.
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Divisiones del aparato respiratorio.
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Estructuras del aparato respiratorio.
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Fisiología de la respiración.
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Introducción.
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Ventilación pulmonar.
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Volúmenes pulmonares.
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Fisiología de la respiración pulmonar.
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Fisiología de la respiración tisular.
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Control de la respiración.
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Alteraciones del sistema respiratorio.
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Anatomía y Fisiología Humanas Básicas
El aparato respiratorio.
Aparato respiratorio y función respiratoria.
ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL APARATO RESPIRATORIO.
En los procesos metabólicos, todas las células del cuerpo consumen oxígeno en el proceso de
oxidación, para obtener energía y liberar dióxido de carbono, que debe ser eliminado. El
sistema respiratorio abastece a las estructuras encargadas de incorporar oxígeno a la sangre y
retirar y expulsar al exterior el dióxido de carbono.
Lavoisier realizando experimentos de respiración.
Entendemos por respiración a todo el proceso de intercambio de gases. Consta de tres
grandes fases:
•Ventilación pulmonar: inspiración o entrada de aire a los pulmones y espiración o expulsión
del aire de los pulmones.
•Respiración externa: intercambio de gases entre los pulmones y la sangre.
•Respiración interna (o tisular, o celular): intercambio de gases entre las células de los tejidos
y la sangre.
Órganos respiratorios.
Divisiones del aparato respiratorio.
Consta de las siguientes partes:
•Aparato respiratorio superior: constituido por nariz, faringe y estructuras accesorias.
•Aparato respiratorio inferior: constituido por laringe, tráquea, bronquios y pulmones.
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Otra opción es clasificar en dos grandes partes:
•Vías respiratorias.
•Pulmones.
Estructuras del aparato respiratorio.
Analicemos, una a una, todas las estructuras del aparato respiratorio:
•Nariz: Tiene una porción externa y una porción interna, entre los huesos de la cara. La
porción externa está dividida en dos orificios nasales. La interna es una gran cavidad, dividida
en dos partes y situada sobre la boca. Se une a la faringe por dos orificios denominados
coanas. La nariz es la encargada de calentar, humidificar y filtrar el aire. Además, recibe los
estímulos olfatorios. Y modifica los sonidos que emitimos.
•Faringe: tubo con forma de embudo, de unos trece centímetros y que se extiende desde la
nariz hasta el cartílago cricoides, que es la parte superior de la laringe. Tiene tres partes. Por
un lado está la zona situada tras la nariz, hasta donde llegan los orificios de la trompa de
Eustaquio y denominado nasofaringe. Una zona media, situada tras la cavidad bucal, con la
que se comunica y denominada orofaringe. Esta zona es común al respiratorio y al digestivo.
La porción inferior es la hipofaringe, que se comunica con la laringe.
•Laringe: es un corto pasaje que comunica la faringe con la tráquea. Está formado por nueve
piezas de cartílago. Entre ellas destacan el cartílago tiroides, que constituye la nuez de Adán y
la epiglotis, que funciona como una trampilla, de forma que cuando comemos, la epiglotis se
eleva y deja bajar la comida, evitando que pase a la glotis y por lo tanto a las vías respiratorias.
En la laringe se encuentran también las cuerdas vocales.
•Tráquea: conducto de alrededor de doce centímetros de largo y dos centímetros y medio de
diámetro. Se encuentra por delante del esófago y va desde la laringe hasta una zona, situada
aproximadamente a la altura de la quinta vértebra dorsal, donde se divide en dos bronquios
primarios o principales. Posee entre quince y veinte anillos de cartílago incompletos, que
evitan que se colapse o cierre cuando el aire entre y sale (el juego de presiones tendería a
cerrar el tubo).
•Bronquios: la tráquea se divide en dos bronquios, derecho e izquierdo y cada uno de los dos
se dirigirá hacia un pulmón. Al penetrar en los pulmones, los bronquios se dividen y forman
los bronquios secundarios. Estos se ramifican de nuevo y dan lugar a los bronquios terciarios.
La siguiente división ya dará lugar a los bronquiolos. Los bronquiolos siguen sufriendo
divisiones sucesivas. Al final, habrá un total de 16 divisiones. Hasta los bronquiolos, el aire no
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sirve para respirar, ya que no hay alvéolos en los que tengan lugar los intercambios. Este
espacio de aire supone alrededor de 150 mililitros.
•Pulmones: órganos de forma más o menos cónica, colocados en la cavidad torácica y
separados por el corazón y el mediastino. Cada uno de ellos se encuentra recubierto por dos
membranas. Una externa, unida a la pared torácica y denominada pleura parietal. Y una
interna, unida directamente a los pulmones y denominada pleura visceral. Entre ambas se
encuentra un líquido lubricante, denominado líquido pleural. Los pulmones tienen una forma
vagamente cónica, siendo más anchos por la parte de abajo, denominada base, y teniendo una
parte superior más estrecha denominada vértice. Existe una zona por donde entran y salen los
bronquios y vasos sanguíneos, denominado hilio. El pulmón derecho es más grande que el
izquierdo, ya que este último tiene un hueco que ocupa el corazón. Sin embargo, el izquierdo
es más largo, llega hasta zonas más inferiores, ya que el derecho tiene, debajo del diafragma, al
hígado. Los pulmones están surcados por fisuras que dividen al pulmón en lóbulos. El
izquierdo tiene una fisura oblicua que divide al pulmón en dos lóbulos, el inferior y el
superior. El derecho posee dos fisuras, que dividen al pulmón en tres lóbulos, superior,
medio e inferior. Es en los pulmones donde los bronquios van sufriendo sus sucesivas
divisiones y estas divisiones van penetrando en subdivisiones del pulmón, denominados
lobulillos. Al final de las divisiones, dentro de los lobulillos, están los sacos alveolares. Estos
tienen en su interior dos o tres alvéolos pulmonares. En los alvéolos, que están recubiertos
por capilares, es donde llega el aire y se intercambian oxígeno y dióxido de carbono con la
sangre.
Esquema del aparato respiratorio.
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Fisiología de la respiración.
Introducción.
Por una parte, debemos analizar el proceso de entrada y salida de aire de los pulmones, es
decir, la ventilación pulmonar. Y por otro, el proceso de intercambio que tiene lugar en los
alvéolos pulmonares.
Ventilación pulmonar.
Es el proceso para llenar los alvéolos de aire proveniente del exterior y posteriormente
expulsarlo. Es un juego de presiones. El pulmón tiene una cierta capacidad de distensión,
puede aumentar su volumen, y de elasticidad, recuperando su volumen inicial.
La entrada de aire se denomina inspiración. Se basa en la expansión de los pulmones. Se basa
en la contracción de los músculos respiratorios, es decir, el diafragma y los músculos
intercostales. El más importante es el diafragma, que cambia su forma convexa, aplanándose.
También colaboran los músculos intercostales externos, que elevan las costillas. Con todo
ello conseguimos que aumente el volumen de los pulmones, empujado por la expansión de la
caja torácica (la pleura visceral y parietal están pegadas una a la otra gracias a la elevada
presión a la que se encuentra el líquido pleural). Al aumentar el volumen de los pulmones, la
presión en su interior baja y el aire penetra.
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La expulsión del aire se denomina espiración. La espiración normal no requiere esfuerzo, no
precisa contracción muscular alguna. Las fibras elásticas del pulmón y el peso de la caja
torácica hacen que este recupere su volumen original. Al disminuir este volumen, la presión
interior aumenta y el aire es expulsado al exterior. Sin embargo, algunos músculos, como los
intercostales internos y los abdominales, pueden forzar el proceso de espiración, provocando
que los pulmones reduzcan su volumen más deprisa, aumentando la presión a mayor
velocidad y expulsándose el aire con mayor fuerza y velocidad. Es lo que se denomina
espiración forzada.
Volúmenes pulmonares.
Durante el proceso respiratorio normal, en los pulmones entran alrededor de 500ml de aire,
los mismos que lógicamente son expulsados en la espiración. Es lo que se denomina volumen
corriente (VC).
De esos 500ml, 150ml permanecen en las vías externas, es decir, nariz y laringe, y vías
internas en las que no se intercambia gases, es decir, faringe, tráquea, bronquios y parte de los
bronquiolos, y en esta zona no se intercambian gases. A esta zona se le denomina espacio
muerto anatómico (EMA).
El volumen respiratorio por minuto, o volumen minuto respiratorio (VMR), se calcula
multiplicando el volumen de aire inspirado por el número de inspiraciones por minuto. Dado
que solemos inspirar alrededor de doce veces al minuto, el VMR rondará los 6000ml/min.
Podemos hacer una inspiración más profunda e inhalar más de esos 500ml, pudiendo alcanzar
un máximo de entre 3000ml y 3500ml más de inspiración o inhalación. Este volumen se
denomina volumen de reserva inspiratorio (VRI). Podemos aumentarlo aún más si, antes de
inspirar, espiramos todo el aire que podamos de los pulmones. Este aire de más espirado
ronda los 1200ml y se denomina volumen de reserva espiratorio (VRE).
Todavía después de expulsar todo el aire que podamos de los pulmones, quedará en los
pulmones un cierto volumen de aire, que rondarán los 1200ml, que mantendrá inflados los
alvéolos y que se denomina volumen residual (VR).
A la suma del volumen corriente y del volumen de reserva inspiratorio constituye la capacidad
inspiratoria (CI). Si calculamos, veremos que ronda los 3600ml. La suma del volumen
residual más el volumen de reserva respiratorio es la capacidad residual funcional (VRF), y
rondará los 2400ml.
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El volumen de reserva inspiratorio, más el volumen corriente, más el volumen de reserva
espiratorio constituye la capacidad vital (CV) y rondará los 4800ml. La suma de todos los
volúmenes es la capacidad pulmonar total (CPT) y tendrá un valor de alrededor de 6000ml.
Fisiología de la respiración pulmonar.
La fisiología respiratoria se basa en diferencias de concentración. Y como hablamos de gases,
de presiones parciales de O2 y CO2 de los gases inspirados y sangre. Esto unido a la facilidad
de difusión de ambos gases a través de la membrana alveolar, que es muy fina, concretamente
alrededor de 10,5µm. Y supone una superficie amplia, alrededor de 70m2 sumando la de
todos los alvéolos.
El oxígeno atmosférico llega a los pulmones a una concentración equivalente a unos 100 105mmHg, dependiendo de la altura sobre el nivel del mar al que nos encontremos, mientras
que en la sangre que llega a los pulmones rondará los 40mmHg. Por lo tanto, las presiones
tenderán a igualarse pasando a la sangre oxígeno hasta llegar a esos 100 – 105 mmHg de
oxígeno.
El dióxido de carbono en la sangre está a unos 45mmHg. En el aire inspirado esa
concentración es de unos 40mmHg. Por lo que el intercambio entre ambos es de unos
5mmHg.
Como ya indicamos, para que el oxígeno no tenga que ir disuelto en la sangre se une a
hemoglobina (por eso, además, posee mucha mayor capacidad de intercambio). La
hemoglobina será el encargado de transportarlo.
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Fisiología de la respiración tisular.
En los tejidos la situación es inversa. El líquido extracelular es pobre en oxígeno, ya que ha
sido consumido por las células. Concretamente, rondará los 40mmHg. Por lo que una buena
parte del oxígeno de la sangre pasará a los tejidos, hasta que las presiones parciales se igualen,
es decir, la cantidad de oxígeno de la sangre bajará hasta esos 40mmHg.
En cambio el dióxido de carbono está mas concentrado en el líquido extracelular, debido a la
actividad metabólica de las células. Estará a concentraciones próximas a los 45mmHg. Por lo
que el dióxido de carbono pasará del líquido extracelular a la sangre.
El dióxido de carbono viaja, en parte, unido a la hemoglobina. Pero no es su principal medio
de transporte, la hemoglobina prefiere transportar al oxígeno. Concretamente solo el 23% del
CO2 viaja unido a la hemoglobina. Alrededor de un 7% viajará como gas disuelto. El 70%
restante viajará en forma de bicarbonato, gracias a la acción de la anhidrasa carbónica, y
siguiendo las siguientes reacciones de equilibrio:
Control de la respiración.
La respiración es un proceso que debe estar controlado de forma muy ajustada y fina. En
reposo, consumimos alrededor de 200ml de oxígeno por minuto. Durante un ejercicio
intenso, podemos llegar a multiplicar por 30 esa cantidad. Para ello el cuerpo debe aumentar
el ritmo de la ventilación, la profundidad de la inspiración y de la espiración.
El ritmo básico está controlado por el sistema nervioso, por áreas situadas en el bulbo
raquídeo y la protuberancia. El área rítmica bulbar es una zona que controla el sistema básico
de respiración, el ritmo en estado de reposo. En el área neumotáxica se controla la
coordinación entre la inspiración y la espiración. Y en el área apneútica se controla el proceso
de toma de aire.
Otras zonas del cerebro tienen conexiones con estos centros respiratorios y estimulan el
aumento del ritmo respiratorio cuando resulta necesario. Por ejemplo, cuando el pH de la
sangre baja. Una bajada del pH de la sangre supone que hay aumento de la cantidad de dióxido
de carbono, que se transformará en bicarbonato, reaccionando con el agua y liberándose H+.
También se activa el ritmo cuando baja la cantidad de oxígeno. Existen zonas del cuerpo y del
sistema nervioso central en la que encontramos receptores químicos que miden las
concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono de la sangre.
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El sistema hormonal también puede actuar sobre el centro respiratorio, aumentado o
rebajando el ritmo respiratorio, o variando el calibre de los bronquiolos que comunican con
los alvéolos pulmonares, permitiendo o restringiendo el paso de aire a los mismos.
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Alteraciones del sistema respiratorio.
No se trata de alteraciones que afecten a la imagen del individuo, sino que ponen en peligro su
vida, por lo que su importancia se debe a motivos de salud y supervivencia.
Veamos algunas de las importantes.
•Restricción en la respiración: pueden deberse a que se alteren las propiedades del pulmón,
alterándose su capacidad elástica, o que las paredes de los alvéolos se engrosan impidiendo el
correcto intercambio de gases, o problemas en el sistema de pleuras que impiden la
espiración o inspiración correcta (pneumotórax).
•Obstrucciones: pueden deberse a aumento de la mucosidad (esta ayuda a eliminar invasores
y polvo o residuos que inhalamos), asociado en ocasiones a problemas como la bronquitis.
•Alergias: pueden disminuir el grosor de las vías, obstruyendo el paso de aire. Está mediado
por el sistema nervioso autónomo. El sistema simpático abre las vías, el parasimpático las
cierra. Produce ataques de asma.
•Problemas de la circulación pulmonar: la sangre no se oxigenará correctamente, con todo lo
que ello implica.
•Infecciones: son muy comunes, muy abundantes y variadas. Están en contacto directo con el
exterior. Los más comunes, bronquitis, neumonía y tuberculosis.
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