Download macanismos homeostaticos de la respiracion

LICEO N°1 JAVIERA CARRERA
DEPTO. DE BIOLOGÍA
DOCUMENTO DE APOYO BIOLOGÍA 4° DIFERENCIADO
“HOMEOSTASIS DE LA RESPIRACIÓN”
El control de los gases respiratorios es importante ya que tanto oxígeno como
anhídrido carbónico participan de la respiración celular y el control del pH. Dentro de la
respiración, se incluyen cinco acontecimientos:
a) Ventilación o intercambio de gases entre la atmósfera y los pulmones, que tiene
lugar mediante la “inspiración” o entrada de aire a los pulmones y la “espiración” o
salida de dicho aire.
b) Respiración externa o intercambio de O2 y CO2, entre la sangre capilar y el aire
atmosférico de los pulmones, a través de las paredes de los alvéolos pulmonares.
c) Respiración interna o intercambio de O2 y CO2, entre la sangre capilar y el líquido
intersticial de los tejidos.
d) Transporte de los gases respiratorios por la sangre
e) Respiración celular, que produce ATP en las células.
El proceso de respiración se puede dividir en etapas:
1.- VENTILACIÓN PULMONAR:

Proceso a través del cual ingresa a los pulmones aire rico en O2 y sale aire rico en
CO2.

Durante este proceso participan dos mecanismos:
a) Movimiento del diafragma
* Se contrae y desciende, aumentando el volumen torácico. Esto tiene
como consecuencia una disminución en la presión dentro del tórax; que es
menor incluso que la atmosférica
INGRESO DE AIRE AL PULMÓN.
* Si se relaja, vuelve a su posición normal, es decir sube por lo tanto
disminuye el volumen de la caja torácica, por lo que aumenta la presión
dentro de la caja, esto provoca compresión del pulmón y
SALE AIRE
DEL PULMÓN.
* Durante las inspiraciones y espiraciones intensas NO es suficiente la
relajación del diafragma; se hace necesaria la presión adicional entregada
por los músculos abdominales, los que comprimen el contenido abdominal
contra el diafragma, esto se traduce en un aumento de la presión dentro de
la caja torácica.
b) Elevación y depresión de las costillas:
* Las costillas cumplen la función de aumentar y disminuyen el volumen de
la caja torácica
* Cuando los músculos intercostales externos se contraen, las costillas se
levantan (hacia la zona anterior), lo que determina un aumento del volumen
en la caja torácica y la disminución de la presión dentro de ella, esto
provoca
INGRESO DE AIRE A LOS PULMONES.
* Cuando los músculos intercostales externos se relajan, las costillas bajan,
lo que provoca la disminución del volumen de la caja torácica. Esto tiene
una consecuencia aumento de la presión en el interior del tórax, lo que
comprime los pulmones
EXPULSIÓN DE AIRE, de los mismos.
* Los pulmones están cubiertos de dos membranas llamadas PLEURAS,
entre ambas se encuentra líquido (pleural), que cumple la función de
lubricar al pulmón y permitir los movimientos de ventilación.
Las figuras representan los movimientos del diafragma que permiten la ventilación
pulmonar. Cuando el diafragma baja, la cavidad torácica aumenta de volumen y
por lo tanto, disminuye la presión en su interior respecto al exterior del cuerpo.
Esto determina que un volumen de aire ingrese al pulmón. Cuando, por el
contrario, el diafragma sube, la cavidad torácica disminuye de volumen y la
presión en su interior aumenta respecto a la exterior, lo que determina la salida de
aire desde los pulmones. La ventilación pulmonar se ve favorecida también por el
movimiento de las costillas, debido a la contracción de los músculos intercostales.
2.- INTERCAMBIO GASEOSO EN LOS ALVÉOLOS:
 Luego que los alvéolos se llenaron con aire, lo que continúa es la difusión de
oxígeno desde el alvéolo a la sangre pulmonar y el paso del dióxido de carbono
desde la sangre al alvéolo.
 Este recorrido se puede apreciar en el siguiente esquema:
Pulmón
4 venas pulmonares (aurícula izquierda)
Sangre
O2 y
Aurícula izquierda
CO2
ventrículo izquierdo
Arteria aorta
Células del cuerpo
Respiración Celular

El intercambio a nivel alveolar o HEMATOSIS, es un proceso que se debe
a la diferencia de presión de los gases respiratorios que existen entre los
capilares pulmonares y los alvéolos. Como el O2 y CO2 son moléculas simples,
su transporte se realiza por medio de transporte pasivo: Difusión.

El concepto de presión parcial de un gas es muy importante para interpretar
adecuadamente el transporte de los gases respiratorios.

Una mezcla gaseosa como lo es el aire atmosférico, cada gas ejerce una
presión (presión parcial) que es proporcional a su porcentaje en la mezcla. Por lo
tanto la presión total corresponde a la suma de cada una de las presiones
parciales de los componentes (O2, CO2, N2,etc).

La presión total del aire atmosférico, es de 1 atmósfera a nivel del mar.
Sabemos que el aire tiene aprox. 21% de O2; en consecuencia, la presión parcial
del oxígeno es de 0,21 atmósfera a nivel del mar. En un lugar de gran altitud
(montaña o altiplano, por ejemplo)el aire tiene 21% de oxígeno, pero en estos
lugares la presión total del aire es menor que a nivel del mar, por lo que la
presión del gas en estudio(O2) también es menor. Por esta razón la respiración
es difícil a grandes alturas.

Como el medio de transporte es la difusión, el movimiento de los gases
respiratorios está dado por la diferencia de concentraciones de ellos a ambos
lados de la membrana alveolar. Es así que el aire que llega al pulmón e ingresa
al alvéolo tiene una alta concentración de O2, comparada con la sangre que baña
al alvéolo, pobre en oxígeno y rica en CO2. Las diferencias de presiones
parciales de cada uno de los gases facilita su intercambio recíproco.

La presión parcial de O2 en el alvéolo está directamente relacionada con la
velocidad que tiene este gas cuando ingresa al alvéolo y al torrente sanguíneo.
Se podría afirmar que si aumenta la ventilación pulmonar, aumentaría
proporcionalmente la presión parcial de O2 en el alvéolo; sin embargo la presión
parcial de oxígeno nunca sobrepasa los 149 mg Hg, que el cantidad máxima que
puede contener de este gas el aire atmosférico humedecido.

La presión parcial de CO2 aumenta cuando aumenta la excreción de CO2
por el organismo y disminuye cuando la ventilación pulmonar alcanza un ritmo
elevado.
3) TRANSPORTE DE GASES RESPIRATORIOS EN LA SANGRE:
 Una vez que los gases respiratorios se han difundidos en la sangre, deben ser
transportados hasta el lugar donde serán utilizados.
 Los mecanismos de transporte para el O2 y el CO2 son diferentes, y están
involucradas otras moléculas
I Transporte de Oxígeno:
A. El 97% de este gas se transporta a las células unidas a la Hemoglobina (Hb),
proteína que se encuentra en los glóbulos rojos. El 3% restante se transporta
disuelto en el plasma.
B. La Hemoglobina permite transportar entre 30 y 100 veces más oxígeno, que si
éste viajara libre (disuelto) en el plasma.
C. Cuando la presión parcial de oxígeno es alta, se une de manera reversible con la
molécula de Hemoglobina, pero si la presión parcial es baja, la afinidad con la
Hemoglobina disminuye y se separan.
D. Existe una relación directamente proporcional entre la presión parcial de O 2 y la
unión a la Hemoglobina. Esta puede graficarse y recibe el nombre de curva de
saturación de la Hemoglobina.
Eritrocito
Molécula
de Hemoglobina
.
FIGURA A
FIGURA B
El intercambio de gases en los pulmones. Se realiza debido a la diferente
concentración de gases que hay entre el exterior y el interior de los
alvéolos; por ello, el O2 pasa al interior de los alvéolos y el CO2 pasa al
espacio muerto (conductos respiratorios).
A continuación se produce el intercambio de gases entre el aire alveolar
y la sangre.
Cuando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido en CO2 y
muy escaso en O2. El O2 pasa por difusión a través de las paredes
alveolares y capilares a la sangre. Allí es transportada por la
hemoglobina , localizada en los glóbulos rojos, que la llevará hasta las
células del cuerpo donde por el mismo proceso de difusión pasará al
interior para su posterior uso.(figura A)
El mecanismo de intercambio de CO2 es semejante, pero en sentido
contrario, pasando
el CO2 a los alvéolos. (figura B). El CO2, se
transporta disuelto en el plasma sanguíneo y también en parte lo
transporta los glóbulos rojos
1. Después de recorrer los tejidos del cuerpo, la sangre que llega a los
pulmones tiene baja presión parcial de O2 y alta presión parcial de CO2,
exactamente lo opuesto al aire inspirado que está en los alvéolos
pulmonares. Esta diferencia determina que el CO2 difunda desde la sangre
hacia el alvéolo, mientras el O2 lo hace en sentido contrario.
2. El CO2 que la sangre lleva desde los tejidos a los pulmones es transportado
principalmente en forma de ion bicarbonato (HCO3 -), una pequeña porción
como CO2 disuelto en el plasma y otra cantidad, pequeña, en combinación
con la Hemoglobina. En las arteriolas de los alvéolos, la enzima anhidrasa
carbónica, cataliza la conversión de HCO3- a CO2 libre, aumentando la
presión parcial de este gas.
HCO3-
+
H+
H2CO3
H2O
+ CO2
A medida que esta reacción se desarrolla, la Hemoglobina libera iones de
H, captados al paso de la sangre por los diferentes tejidos. Así, cuando la
combinación HHb entrega su hidrógeno, la Hemoglobina queda libre para
unirse fácilmente con el oxígeno que entra a los capilares desde los
alvéolos pulmonares:
Hb
+
O2
HbO2
3. La oxihemoglobina (HbO2) es una sustancia adecuada para transportar
oxígeno, debido a que se disocia espontáneamente en Hb y O2 cuando la
sangre entra a los capilares de los tejidos:
HbO2
Hb
+
O2
El O2 difunde desde la sangre hacia los tejidos, porque la presión parcial
de este gas es muy baja en el líquido intersticial (medio interno), ya que las
células en su respiración lo están consumiendo permanentemente.
4. Como consecuencia de las actividades metabólicas, las células producen
constantemente CO2, determinando que la presión parcial de este gas sea
mayor en el líquido intersticial que en la sangre. Entonces, el CO2difunde
hacia el plasma sanguíneo. Aquí, el CO2 se combina con el agua para
formar H2CO3 que se disocia en H+ + HCO3-. La anhidrasa carbónica
presente en los glóbulos rojos(eritrocitos), acelera la reacción:
CO2 + H2O
H2CO3
H+ + HCO3-
La liberación de iones H+ en esta reacción, significa que la sangre tiende a
hacerse ácida a medida que circula a través de los tejidos. Sin embargo, el
pH de la sangre permanece más o menos constante, porque los H+ en
exceso se fijan a la Hemoglobina produciendo HHb. El ión bicarbonato,
HCO3+, sale de los glóbulos rojos por difusión y es transportado en el
plasma.
La sangre venosa que abandona los tejidos es llevada al lado derecho del
corazón y, desde aquí, impulsada hacia los pulmones, donde tiene lugar la
respiración externa.
REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN
La función más importante del aparato pulmonar es el intercambio de gases a nivel de la
membrana alvéolo-capilar. La alternancia inspiración-espiración produce la renovación del
aire alveolar, ya que repone el oxígeno que pasa a la sangre por difusión y expulsa el
dióxido de carbono que llega a los alvéolos de esa misma sangre. La eficiencia de este
sistema también depende del aparato cardiovascular cuyo funcionamiento asegura la
circulación sanguínea e impiden que se equilibren las presiones parciales de los gases
respiratorios en las zonas de intercambioi.La estrecha relación entre estos dos sistemas
requiere de una regulación y de mecanismos de control eficientes y precisos.
CENTROS RESPIRATORIOS
La respiración es un acto esencialmente automático, involuntario, sin intervención de
la corteza cerebral. Sin embargo, la frecuencia y la amplitud de los movimientos
respiratorios (inspiración y espiración) pueden modificarse a voluntad, dentro de ciertos
límites. La producción rítmica de los movimientos respiratorios( alrededor de 16 veces por
minuto) depende de los llamados centros respiratorios constituidos por grupos de
neuronas que ejercen el control de la respiración. Tales neuronas están vinculadas con
otros grupos de neuronas responsables de la regulación cardiovascular.
Los principales centros respiratorios se encuentran en el bulbo raquídeo, donde
constituyen el centro respiratorio bulbar, compuesto de neuronas inspiratorias y
espiratorias que pueden iniciar y mantener el ciclo de inspiración y espiración, controlando
el ritmo básico y fijando la frecuencia de la inspiración. Otros centros respiratorios están
situados en la protuberancia anular y tienen por función excitar o inhibir algunas neuronas
del centro respiratorio bulbar. Estos centros son los siguientes.
a) Centro apneustico: ubicado en la parte inferior o baja de la protuberancia. Excita al
centro inspiratorio prolongando la contracción del diafragma (apnea) regulando la
profundidad de la respiración. Este centro estimula la inspiración e inhibe la espiración.
b) Centro neumotáxico: ubicado en la parte alta de protuberancia, se encarga de inhibir la
inspiración.
MECANISMOS NEUROLÓGICOS QUE CONTROLAN LA RESPIRACIÓN
Las fibras motoras del centro inspiratorio del bulbo raquídeo descienden por la médula
espinal hasta el nivel de la 3°, 4° y 5° vértebras cervicales, donde hacen sinapsis con
neuronas motoras que dan origen a los dos nervios frénicos que inervan el diafragma. La
estimulación de estos nervios frénicos produce la contracción del diafragma haciendo que
este descienda y aumentando el volumen de la caja torácica en la inspiración. Otro grupo
de fibras nerviosas que descienden del centro respiratorio hacen sinapsis con
motoneuronas torácicas, cuyas fibras inervan los músculos intercostales. Estos músculos,
al contraerse elevan las costillas y aumentan también la cavidad torácica en la inspiración.
Los centros inspiratorio y espiratorio del bulbo se inhiben entre sí durante el
proceso de ventilación pulmonar; además actúan integrados con receptores de tensión
que hay en las paredes alveolares, los cuales ayudan a regular la amplitud de los
movimientos respiratorios. Si hacemos un resumen del proceso, deberíamos
considerar los siguientes pasos:
1.- El centro inspiratorio descarga impulsos nerviosos que activan los
músculos para la inspiración y, al mismo tiempo, inhiben al centro espiratorio.
2.- La distensión pulmonar, producida por la inspiración, estimula los
receptores de tensión; estos receptores generan impulsos que suben por las
fibras aferentes de los nervios vagos hasta llegar al centro respiratorio bulbar,
donde inhiben al centro inspiratorio; entonces, este mismo centro deja de inhibir
al centro espiratorio.
3.- El centro espiratorio se vuelve activo, inhibe al centro inspiratorio, y causa
la espiración, fenómeno pasivo determinado por la relajación del diafragma y los
músculos intercostales.
4.- Cuando los pulmones se han contraído por el tejido elástico que
contienen, cesa la estimulación de los receptores de tensión y estos dejan de
enviar los impulsos que inhiben el centro inspiratorio. Liberadas, las neuronas
inspiratorias renuevan la descarga rítmica de impulsos hacia el diafragma y los
músculos intercostales, y vuelven a inhibir al centro espiratorio.
REGULACIÓN QUÍMICA DE LA RESPIRACIÓN
Además de los mecanismos neurológicos que controlan la respiración, hay
mecanismos químicos que permiten al organismo adaptar su respiración a los
cambios metabólicos. El nivel de CO2 en la sangre es el estimulo químico más
importante para regular la frecuencia y amplitud de los movimientos
respiratorios. Se ha demostrado que la disminución de oxígeno no es causa
determinante de los cambios respiratorios, pero si esta disminución es
demasiado acentuada si puede afectar la frecuencia respiratoria
El centro respiratorio se halla modulado, a su vez, por la información
nerviosa proveniente de: quimiorreceptores centrales (en la cara ventral del
bulbo raquídeo), quimiorreceptores periféricos (en el cayado de la aorta y el
inicio de las arterias carótidas que irrigan el cerebro).
Estos quimiorreceptores centrales y periféricos detectan variaciones en los
parámetros sanguíneos asociados a la respiración: la pO2 arterial, la p CO2 y el
pH plasmático. Este sistema es extremadamente sensible a cualquier cambio.
La aceleración de la frecuencia respiratoria se debe a un aumento de la presión
parcial de CO2 en la sangre y al mismo tiempo a un incremento de la acidez de
la sangre, ya que cuando sube la concentración de CO2 en la sangre, se eleva
simultáneamente la cantidad de iones de hidrógeno por disociación del ácido
carbónico ( en el transporte de CO2 ). Los quimiorreceptores presentes en el
bulbo raquídeo, detectan el aumento de la presión parcial del dióxido de carbono
y del nivel de H + en la sangre, entonces estos receptores descargan impulsos
nerviosos que estimulan a los centros respiratorios inspiratorios bulbares para
que aumenten la frecuencia y amplitud de la respiración. A medida que el CO2
es removido de la sangre por los pulmones, disminuye la presión parcial de este
gas y decrece la concentración de iones de hidrógeno, restableciéndose la
homeostasis y la frecuencia y la profundidad de la ventilación.
Se dijo anteriormente que un descenso muy acentuado en la concentración del
O2 de la sangre también puede afectar la frecuencia respiratoria. Cuando la
presión parcial de O2 disminuye marcadamente los quimiorreceptores
aórticos y carotideos reaccionan y envían impulsos nerviosos a los centros
respiratorios para aumentar la frecuencia de la respiración. Las fibras nerviosas
aferentes de los cuerpos aórticos se incorporan al nervio vago. Los
quimiorreceptores aórticos y carotideos responden mas bien a la disminución de la
presión parcial de oxígeno y menos al aumento de la presión parcial de CO2 .
Por lo tanto el aumento de pCO2,la disminución de pO2 sanguínea y también la baja
del pH de la sangre (acidez) es capaz de modificar la actividad respiratoria. Todos
estos factores químicos ejercen sus efectos no sólo sobre los centros respiratorios
bulbares, sino también sobre los quimiorreceptores periféricos ubicados en la
bifurcación de la carótida y en el cayado aórtico.