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Sistema Respiratorio
Fisiología
Dr. Alfonso Gómez Camero
8 Mayo 2010
Respiración
• Respiración externa: absorción de O2
y eliminación de CO2 del cuerpo.
• Respiración interna: Intercambio
gaseoso entre las células y su medio
líquido.
Aparato respiratorio
• Formado por órgano de intercambio (pulmones) y una
bomba (paredes el tórax, músculos respiratorios,
centros cerebrales y vías y nervios que conectan al
cerebro con los músculos).
• Respiración normal 12 a 15 veces por min.
• 500 ml de aire por respiración.
• 6 a 8 litros/min.
Cont…. Ap. Respiratorio
• El O2 entra a la sangre de los capilares
pulmonares por difusión.
• Mientras que el CO2 pasa a los alvéolos.
• Así, 250 ml de O2/min entran al cuerpo y 200 ml
de CO2 son expulsados.
Composición del aire seco
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O2 = 20.98%
CO2 = 0.04%
N2 = 78.06%
Constituyentes inertes (argón y helio) = 0.92%
Presión barométrica (Pb) = 760 mm Hg
Presión parcial = P
PH2O a 37º = 47 mm Hg
PO2 = 149 mm Hg
PCO2 = 0.3 mm Hg
PN2 = 564 mm Hg (incluye gases inertes)
• Los gases difunden de las áreas de mayor
presión a las de presión más baja, dependiendo
de la velocidad de difusión del gradiente de
concentración y de la naturaleza de la barrera
entre las dos áreas.
• Cuando una mezcla de gas está en contacto y
se permite que se equilibre con un líquido, cada
gas en la mezcla, se disuelve en él, de acuerdo
con presión parcial y solubilidad en el líquido.
Mecánica de la respiración
– Los pulmones y las paredes del tórax
son estructuras elásticas.
– Los primeros se deslizan fácilmente
sobre la pared, pero se resisten a ser
alejados por la tensión superficial
(presión subatmosférica).
Inspiración
• Proceso activo
– La contracción de los músculos
inspiratorios aumenta el volumen
intratorácico.
– Durante la inspiración la presión
intrapleural (-2.5 mm Hg) decrece hasta
cerca de -6 mm Hg, y los pulmones son
arrastrados a una posición más
expandida.
Cont….Inspiración
– La presión de las vías aéreas se
vuelve negativa y el aire fluye a los
pulmones.
– Al final de la inspiración el regreso de
los pulmones retrae el tórax a la
posición espiratoria donde las
presiones de la pared y el pulmón se
equilibran.
Cont….Inspiración
– Esto conduce a presión positiva en las
vías respiratorias y el aire sale.
(movimiento pasivo {no se contraen músculos} )
– Los esfuerzos inspiratorios reducen la
presión intrapleural a valores de -30
mmHg, produciendo mayores grados de
inflación pulmonar
Conductos respiratorios
• Al paso de las fosas nasales y faringe el
aire es calentado y humidificado.
• Entre la tráquea y el saco alveolar, los
conductos respiratorios se dividen 23
veces.
• Las primeras 16 forman la zona
conductora Bronquios, bronquiolos y
bronquiolos terminales.
Cont… Conductos respiratorios
• Las 7 restantes son las zonas de
transición entre conducción y respiración
donde ocurre el intercambio gaseoso,
están constituidas por bronquiolos
respiratorios, conductos alveolares y
sacos alveolares.
• Los alvéolos están rodeados por capilares
pulmonares, y las estructuras entre el aire y
la sangre, a través de las cuales se difunde
el 02 y el CO2 son delgadas.
• 300 millones de alvéolos y el área total de
las paredes alveolares con los capilares es
cercana a 70 m2 en ambos pulmones.
Alvéolos
• Células tipo I Planas: Con grandes
prolongaciones citoplásmicas (células
primarias de revestimiento)
• Células tipo II (neumocitos granulosos)
mayor espesor y contienen numerosos
cuerpos lamelares de inclusión. Secretan
agente tensioactivo.
Cont… Alvéolos
• Otros tipos de células epiteliales así
como macrófagos (MAP), linfocitos,
células plasmáticas, células captadoras y
descarboxiladoras de precursores de
aminas y células cebadas que contienen
heparina, varios lípidos, histamina y
polipéptidos que participan en las
reacciones alérgicas.
Control del tono bronquial
• Traquea y bronquios tiene poco
músculo liso, están recubiertos de
epitelio ciliado que contiene glándulas
mucosas y serosas.
• Los cilios y las glándulas carecen de
epitelio de los bronquiolos y
bronquiolos terminales sus paredes no
contienen cartílago, pero si músculo.
• Las paredes de los bronquiolos y de los
bronquios terminales están inervadas por el
sistema nervioso autónomo.
• Hay abundantes receptores muscarínicos y
la descarga colinérgica causa bronco
constricción. Hay receptores b2adrenérgicos en las paredes de los
bronquiolos y los agonistas b inhalados o
inyectados como el isoproterenol causan
broncodilatación.
• Los leucotrienos LTC4, LTD4 y LTE4, son
potentes broncoconstrictores, sobre todo
en forma inhalada.
• Existe un ritmo circadiano en el tono
bronquial, con constricción máxima cerca
de las 6 a.m. y una dilatación máxima
cerca de las 6 p.m.
Volúmenes pulmonares
• Volumen de ventilación pulmonar:
Cantidad de aire que penetra a los
pulmones con cada inspiración
• Volumen inspiratorio de reserva:
Aire inspirado con un esfuerzo
inspiratorio máximo que exceda al de
ventilación pulmonar.
Cont…. Volúmenes pulmonares
• Volumen espiratorio de reserva:
Volumen expelido por un esfuerzo
espiratorio activo, después de la espiración
pasiva.
• Volumen residual:
El aire que queda en los pulmones
después de un esfuerzo espiratorio máximo.
Cont…. Volúmenes pulmonares
• Espacio muerto:
Ocupado por el gas en la zona conductora
de las vías respiratorias, que no se intercambian
con el de la sangre de los vasos pulmonares.
• Capacidad Vital:
Mayor cantidad de aire que puede ser
espirada después de un esfuerzo inspiratorio
máximo.
Cont…. Volúmenes pulmonares
• VEF 1 seg, capacidad vital cronometrada:
Fracción de la capacidad vital espirada en un
segundo se encuentra reducida en
enfermedades como asma, (aumento de la
resistencia de la vía respiratoria).
• Ventilación pulmonar o volumen respiratorio por
min:
Cantidad de aire inspirado por minuto, es de
6 lts/min. (500 ml/resp x 12 resp./min)
Cont…. Volúmenes pulmonares
• Ventilación voluntaria máxima (VVM), o
capacidad respiratoria máxima:
Mayor volumen de gas que puede
entrar y salir de los pulmones en un
minuto, por esfuerzo voluntario. La VVM
Normal es de 125 a 170lt/min.
Volúmenes y Capacidades
Capacidad
Pulmonar
Total
(5800 ml)
Capacidad
vital
(4600 ml)
Volumen
residual
(1200 ml
Capacidad
inspiratoria
(3500 ml)
Volumen de
reserva
inspiratoria
(3000 ml)
Volumen
Corriente
450-550 ml
Capacidad
Funcional
Residual
(2300 ml)
Volumen
de reserva
espiratoria
(1100 ml)
Volumen
residual
(1200 ml)
Ciclos de la Respiración
• Inspiración.
– Entrada de aire a los pulmones que se inicia cuando la
presión en el interior de las vías aéreas comienza a
aumentar, y termina cuando el mecanismo cesa.
• Consta de dos tiempos.
– 1.- Tiempo inspiratorio activo.
– 2.- Pausa inspiratoria.
• Espiración.
– La salida del aire hacia el exterior de los pulmones
• Consta de dos fases.
– 1.- Movimiento del aire al exterior de los pulmones.
– 2.- Pausa espiratoria.
Músculos de la respiración
• El movimiento del diafragma produce 75% del
cambio en el volumen intratorácico durante la
inspiración tranquila.
• La distancia que se desplaza varía de 1.5 hasta
7 cm en la inspiración profunda.
• Los m. inspiratorios (m. intercostales) corren
oblicuamente hacia abajo y hacia afuera de una
costilla a otra.
• Contracción de los intercostales externos, eleva
las costillas inferiores; empuja el esternón hacia
fuera y aumenta el diámetro anteroposterior del
tórax.
• Tanto el diafragma como con IC externos
pueden mantener la ventilación en reposo.
• Escaleno y esternocleidomastoideo son
músculos inspiratorios accesorios, que elevan la
caja torácica durante la respiración profunda.
• Los IC internos (músculos espiratorios) al
contraerse disminuyen el volumen
intratorácico; corren oblicuamente hacia
abajo y atrás de costilla a costilla, empujan
las costillas hacia abajo.
• La contracción de los m. de la parte ant.
del abdomen ayudan en la inspiración,
llevando a las costillas hacia abajo y
adentro e incrementando la presión
intraabdominal que empuja el diafragma
hacia arriba.
Distensibilidad (compliancia)
• El cambio en el volumen pulmonar por unidad
de cambio en la presión de los conductos
respiratorios (DV/DP),es la distesibilidad de los
pulmones y la pared torácica.
• Esta depende del volumen pulmonar.
• La resistencia de los pulmones y el tórax es la
diferencia de presión requerida para una unidad
de flujo aéreo y esta medida que es dinámica y
no estática, también toma en cuenta la
resistencia al flujo del aire en vías respiratorias
Agente tensioactivo
• Se debe a un lípido que abate la tensión
superficial, compuesto por el fosfolípido
dipalmitoilfosfatidilcolina (DPFC) y dos
proteínas.
• Tiene una cabeza hidrófila y dos colas
paralelas de ácidos grasos hidrófobos
como los fosfolípidos de las membranas
celulares.
• Las moléculas están paralelamente
orientadas en la inter-fase aire líquido de
los alvéolos y la tensión superficial es
inversamente proporcional a su
concentración.
• Las moléculas son apartadas cuando el
tamaño alveolar crece durante la
espiración ajustando así la tensión
superficial durante la respiración.
• Si la tensión superficial no es mantenida
baja cuando los alvéolos se reducen de
diámetro durante la espiración, se
colapsan de acuerdo a la ley de Laplace.
•
En las estructuras esféricas, la presión
distendente es igual a dos veces la
tensión dividida entre el radio (P = 2T/R);
si T no se reduce cuando R se reduce, la
tensión vence a la presión de distensión.
• Previene el edema agudo pulmonar
• Si no estuviera, la tensión sin oposición de
los alvéolos produciría una fuerza de 20
mm Hg.
• Producido por células alveolares epiteliales
tipo II y secretado por exocitosis, es
eliminado por los macrófagos alveolares.
• Su deficiencia causa enfermedad de la
membrana hialina
(Sx. de insuf. resp, {SIR})
• La maduración del componente en los
pulmones es acelerado por las hormonas
corticosuprarrenales.
Espacio muerto y ventilación no
uniforme
• Gas que ocupa los conductos donde no se realiza
intercambio ni difusión de O2.
• Es aproximadamente igual al duplo del peso
corporal en Kg.
• Distinguir entre espacio muerto anatómico (Vol. del
sistema respiratorio con exclusión de los alvéolos)
y el espacio muerto total o fisiológico (volumen de
gas que no se equilibra con la sangre)
• El volumen de gas en los alvéolos no
perfundidos, y cualquier volumen de aire
alveolar en exceso del necesario para
arterializar a la sangre en los capilares
alveolares, es parte del volumen de gas
del espacio muerto.
Ventilación alveolar
• Cantidad de aire que llega a los alvéolos con un
volumen respiratorio por minuto de 6 lt/min, es
de 500 a 150 ml multiplicados por 12
respiraciones/min, o sean 4.2 lt/min.
Corto circuito fisiológico
• 2% de la sangre que circula no ha pasado
por los capilares pulmonares.
• Las arterias bronquiales, ramas de la
aorta torácica, proporcionan sangre que
nutre partes del parénquima pulmonar, y
algo de esta sangre regresa al corazón
por las venas pulmonares.
• Hay una dilución ulterior de la sangre
oxigenada en el corazón con la sangre
que llega a las arterias coronarias
directamente a las cámaras del lado
izquierdo del corazón.
Presión capilar
• En los capilares pulmonares es de 10 mm
Hg, mientras la oncótica es de 25 mm Hg,
de tal manera que hay un gradiente
dirigido hacia dentro de cerca de 15 mm
Hg que conserva a los alvéolos exentos
de líquido
Otras funciones del Ap. respiratorio
Defensa
* Térmica, inmunológica, celular.
* Sx. De Kartagener, Movilidad ciliar defectuosa,
ausencia de transporte de moco.
Funciones metabólicas y endocrinas
* Elaboran material tensioactivo.
* Sistema fibrinolítico
* Liberación de múltiples sustancias
* Prostaglandinas
Sustancias biológicamente activas
metabolizadas por el pulmón
• Sintetizadas y usadas en el pulmón
Agente tensioactivo
• Sintetizadas o almacenadas y vertidas en la sangre.
Prostaglandinas, histamina, calicreína
• Extraídas de la sangre
Prostaglandinas, bradicinina, adenin-nucleótidos,
serotonina,
noradrenalina, acetilcolina.
• Activadas en el pulmón.
Angiotensina I
angiotensina II