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Liceo Nº1 Javiera Carrera
Departamento de Biología
Nivel 3°medio diferenciado
Prof. Marta Ruiz Castro
“SISTEMA RESPIRATORIO”
VENTILACIÓN PULMONAR Y RESPIRACIÓN
Todos los seres vivos requieren de un abastecimiento constante de alimento y oxígeno
que posibilita la vida. Así, los animales vertebrados, como el hombre, cuentan con un sistema
orgánico especializado que asegura el suministro permanente de oxígeno al interior de las
células vivas. El Sistema Respiratorio.
El sistema respiratorio humano esta formado por un conjunto de conductos continuos
ubicados en la cabeza, el cuello y el tórax, y los órganos respiratorios o pulmones donde ocurre
el intercambio de gases entre organismo y medio ambiente.
El proceso respiratorio global comprende 3 etapas:
- Ventilación pulmonar: entrada y salida de aire desde y hacia los pulmones.
- Intercambio de gases: intercambio de gases entre los pulmones y la sangre, y la sangre
y el interior de las células.
- Respiración celular: proceso de utilización de oxígeno para la degradación de los
nutrientes y de producción del dióxido de carbono en la célula, de manera que
proporcione la energía necesaria para mantener las funciones vitales del organismo.
ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA RESPIRATORIO
El sistema respiratorio se encuentra estrechamente asociado al sistema circulatorio para
asegurar el transporte de los gases que respiramos.
VÍAS RESPIRATORIAS
Las vías respiratorias o aéreas comprenden las fosas nasales, faringe, laringe, tráquea.
Bronquios y bronquiolos.
Las fosas nasales son dos conductos ubicados en la parte inferior de la nariz. La nariz
está formada por una parte externa de forma triangular y otra interna o cavidad nasal, con dos
orificios separados por el tabique nasal.
Las estructuras internas de la cavidad nasal están especializadas en varias funciones:
calentar, humectar y filtrar el aire que ingresa al organismo, recibir estímulos olfatorios y servir de
caja de resonancia para la emisión de sonidos.
La mucosa nasal es la superficie interna de la nariz; un tejido epitelial de revestimiento
con glándulas productoras de mucus que detienen el polvo y los agentes extraños. Además, la
mucosa nasal humedece el aire.
Las cavidades nasales poseen una rica irrigación sanguínea que mantienen una
temperatura elevada calentando el aire antes de que llegue a los pulmones, por ejemplo si la
temperatura ambiente es de 3°C, el aire que llega a los pulmones va con una temperatura de
35° a 37°C.
Desde las fosas nasales, el aire va hacia la faringe, vía común para el aire y los
alimentos y desde allí hacia la laringe, ubicada en la parte anterior del cuello. La laringe del
humano adulto tiene una forma similar a la de una caja triangular con su punta hacia abajo; la
atraviesan alargadas cuerdas vocales que son os ligamentos tirantes de la luz del tracto
respiratorio. Las vibraciones de estas cuerdas por el aire espirado permiten los sonidos del
lenguaje. La laringitis, que es simplemente la inflamación de las cuerdas vocales, interfiere en su
vibración y por eso “se pierde la voz”.
Desde la laringe el aire inspirado viaja a través de la tráquea que es un largo tubo
membranoso también revestido por células epiteliales ciliadas. Las paredes de la tráquea están
por anillos de cartílago que impide su colapso durante la inspiración o cuando el alimento en el
esófago adyacente ejerce presión. La tráquea conduce el aire hacia los bronquios, los cuales se
subdividen cada vez en pasajes más pequeños, los bronquiolos. Los bronquios y bronquiolos
están rodeados por capas delgadas de músculo liso. La contracción y relajación de esta
musculatura altera la resistencia al flujo de aire. Si hay problemas respiratorios, esto se debe a
espasmos de la musculatura lisa que recubre los bronquios y bronquiolos, esta afección que
ocurre en determinadas condiciones se conoce como asma bronquial.
ÓRGANOS RESPIRATORIOS O PULMONES
Los pulmones son los órganos principales del sistema respiratorio, tienen la forma de
una pirámide irregular, llenos de aire y se adaptan a la cavidad torácica que los contiene.
La superficie externa de los pulmones está protegida por dos capas de tejido serosa, las
pleuras. El espacio que se forma entre ambas capas contiene el líquido pleural, que lubrica las
superficies de las pleuras al moverse una sobre la otra cuando el pulmón cambia de tamaño
durante el espiratorio.
El pulmón derecho está formado por tres lóbulos, mientras el izquierdo solo tiene dos.
Cada lóbulo recibe su propio bronquio secundario, que se ramifica en bronquios terciarios,
bronquiolos y sacos alveolares.
MECÁNICA RESPIRATORIA
La respiración es un proceso cíclico que mantiene constante la cantidad de aire en los
pulmones. Este mecanismo comprende dos fases: la inspiración, entrada de aire, y la espiración,
salida de aire desde los sacos alveolares.
Las estructuras orgánicas que participan directamente en la respiración son las vías
respiratorias y los pulmones. Hay además otras estructuras anexas que colaboran con la
mecánica respiratoria, logrando que el proceso global sea uno de los más eficientes del
organismo. Las estructuras anexas que ayudan a la ventilación pulmonar son:
-Diafragma: músculo esquelético que divide la cavidad del cuerpo en dos compartimientos: la
cavidad abdominal y la cavidad torácica.
El diafragma cumple la función de expandir la caja torácica hacia abajo durante la inspiración.
-Músculos intercostales internos y externos: grupo de músculos que se ubican a ambos lados de
la caja torácica, durante los movimientos respiratorios se contraen y se relajan.
-Músculos esternocleidomastoideo, escaleno, serrato anterior y pectoral mayor. Son músculos
que se encuentran en posición anterior, posterior y lateral de la caja torácica. Su principal función
es mantener la rigidez de a pared del tórax durante los movimientos respiratorios.
-Músculos abdominales: son los músculos que están en la parte superior del abdomen y tienen la
función de comprimir la cavidad abdominal, con lo cual empujan el diafragma hacia arriba.
FASES DE LA MECÁNICA RESPIRATORIA
Los procesos de inspiración y espiración permiten que el aire pulmonar sea remplazado
continuamente por aire fresco.
INSPIRACIÓN: antes que ocurra la inspiración, la presión que tiene el aire en los pulmones
(intrapulmonar) es igual a la presión externa (atmosférica): 760mmHg (1 atm). En la inspiración,
el aire ingresa a los pulmones debido a la diferencia de presiones que existe entre el exterior y el
interior del organismo.
Las fases mecánicas que corresponden a la inspiración son:
- Contracción del diafragma y músculos intercostales.
- Descenso del diafragma y elevación de las costillas.
- Disminución de la presión intrapulmonar de 760 a 758 mmHg.
- Disminución de la presión intrapleural de 756 a 754 mmHg.
ESPIRACIÓN: en la espiración se produce una relajación de los músculos que han participado
en la inspiración. El aire sale de los pulmones debido a que la presión intrapulmonar es mayor
que la presión atmosférica.
-
Relajación del diafragma y músculos intercostales.
Elevación del diafragma y descenso de las costillas.
Disminución del volumen de la cavidad torácica y los pulmones.
Aumento de la presión intrapulmonar de 760 a 763 mmHg.
Aumento de la presión intrapleural de 754 a 756 mmHg.
VOLÚMENES PULMONARES
La palabra respiración (ventilación) significa una inspiración y una espiración. Cuando
una persona respira, ingresa a su organismo cierta cantidad o volumen de aire. Se ha calculado
que en reposo se inspiran y se espiran unos 500 ml de aire, el llamado volumen de ventilación
pulmonar.
De los 500 ml de aire que ingresa a las vías respiratorias, solo el 70% (350 ml) llega
hasta los alvéolos pulmonares para ser utilizado. El porcentaje de aire restante (150 ml) queda
en las vías respiratorias. La cantidad de aire que queda sin utilizar recibe el nombre de volumen
de aire muerto, porque ocupa espacios en los que no se hace intercambio gaseoso.
Si una persona, al final de una espiración normal, realiza una inspiración profunda,
introducirá a sus pulmones entre 1500 ml y 2000 ml más de aire. Este volumen se lama volumen
de reserva respiratoria.
Los pulmones nunca se vacían totalmente de aire, ni siquiera en la espiración más
esforzada. Siempre permanecerá cierto volumen de aire, que corresponde al volumen de reserva
espiratoria, cuyo valor es alrededor de los 1200ml. Aun así, todavía permanece aire en los
alvéolos debido a que la diferencia de presiones los mantiene levemente hinchados. Este
corresponde al volumen residual y tiene un valor aproximado de 1200 ml.
La capacidad de mantener cierto volumen de aire residual se debe a que la presión
intrapleural normal es más baja que la presión atmosférica. Es así que cuando la presión
intrapleural normal sufre variaciones puede ocurrir un colapso total o parcial del pulmón o
atelactasia pulmonar.
La totalidad de aire que un individuo inspira durante un minuto se llama volumen de
respiración por minuto, y se calcula multiplicando el volumen de ventilación pulmonar por la
frecuencia respiratoria normal por minuto, es decir, el numero de inspiraciones que ocurren en un
minuto. La frecuencia respiratoria de una persona adulta sana y en reposo es de
aproximadamente 12 respiraciones por minuto.
Ventilación pulmonar x frecuencia respiratoria = volumen de respiración por minuto
500 ml x 12 respiraciones / min = 6.000 ml/min.
Para un individuo adulto normal, el volumen de respiración por minuto es de 6000
ml/min.
CAPACIDAD PULMONAR
La capacidad pulmonar de una persona está determinada por los volúmenes de aire que
permaneces o transitan por el sistema respiratorio.
La capacidad vital es la suma de los volúmenes de reserva inspiratoria más el volumen
de ventilación pulmonar y el de reserva espiratoria, aproximadamente 4.800 ml.
El término capacidad pulmonar total se refiere al resultado que se obtiene al sumar todos
los volúmenes pulmonares; este valor puede alcanzar los 6.000 ml o 6 litros de aire.
INTERCAMBIO Y TRANSPORTE GASEOSO
Intercambio gaseoso:
Durante la ventilación pulmonar, el aire que ingresa a los sacos alveolares tiene una
composición diferente del que sale. Es decir, el aire inspirado tiene más oxígeno que el aire
espirado. En cambio, este último tiene más dióxido de carbono que el aire inspirado.
La presión total del aire (presión atmosférica) es la suma de las presiones parciales de
cada uno de los gases que lo componen. En una mezcla gaseosa, la presión parcial de cada uno
de los gases es directamente proporcional a la concentración en que se encuentra; a mayor
concentración de un gas, mayor es su presión parcial y viceversa. Por lo tanto, la presión total
del aire inspirando y espirado dependerá de las concentraciones de oxígeno y dióxido de
carbono que tengan.
El proceso por el que ocurre el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre el
medio externo y el interno se llama difusión. La difusión respiratoria consiste en el movimiento de
las partículas gaseosas desde una región donde hay mayor presión, a otra de presión menor.
La difusión respiratoria ocurre en dos niveles: entre los alvéolos y los capilares
sanguíneos y los capilares sanguíneos y el interior de las células.
a)
Difusión entre alvéolos y capilares sanguíneos: proceso que ocurre por la
diferencia de presión gaseosa entre el aire disuelto en la sangre y el contenido
en los alvéolos pulmonares. Debido a que cada alvéolo está rodeado por una
trama de finos capilares sanguíneos, el intercambio de gases ocurre a través
de las delicadas paredes de unos y otros.
Como la presión del oxígeno en el aire inspirado (105 mmHg) es mayor que la
que tiene el oxígeno en la sangre capilar alveolar (40 mmHG), este se difunde
hacia los capilares venosos (venas pulmonares), para ser distribuido a todas
las regiones del cuerpo por la arteria aorta. El CO” es transportado por la
arteria pulmonar y los capilares arteriales hasta los alvéolos, para ser
espirado.
b)
Difusión entre los capilares sanguíneos y las células. Proceso que se
realiza entre las paredes de los capilares que transporta la sangre rica en
oxígeno y las membranas celulares.
La sangre oxigenada contenida en los capilares arteriales mantiene una
presión parcial de oxígeno (105 mmHg) mayor que la que existe a nivel celular
(40 mmHg). Debido a la diferencia de presión, el oxígeno se difunde desde los
capilares arteriales hasta el líquido intersticial y luego a las células hasta que
se establece un equilibrio entre ambas presiones. En el interior de las
mitocondrias celulares, el oxígeno es rápidamente consumido por la
respiración celular.
Paralelamente, como la presión parcial de dióxido de carbono en las células
(45 mmHg) es mayor que la que hay en los capilares venosos (40mmHg), el
CO2 sale desde la célula hacia el líquido intersticial e ingresa a los capilares
venosos, que los transportan hasta los pulmones para ser liberado hacia el
exterior en la espiración.
TRANSPORTE DE LOS GASES RESPIRATORIOS:
El transporte de los gases respiratorios en el organismo se realiza a través de la sangre
gracias a la Hemoglobina presente en los glóbulos rojos, compuesto formado por hierro y una
proteína.
La mayor parte del oxígeno se combina con la Hemoglobina formando un nuevo
compuesto llamado oxihemoglobina, de acuerdo a la siguiente ecuación:
Hb + CO2 --------------------→ Hb O2
Cuando la Hemoglobina se convierte por completo en oxihemoglobina se dice que está
saturada.
El dióxido de carbono es transportado de diversas formas por la sangre. Alrededor del
7% se encuentra disuelto en el plasma y el otro 23% se combina con la Hemoglobina formando
un compuesto llamado carbominohemoglobina, de acuerdo a la siguiente ecuación:
Hb + CO2 ------------------→ Hb CO2
El 70 % del CO2 restante es transportado por el plasma como iones bicarbonato. El
dióxido de carbono, al combinarse con el agua presente en el plasma, da origen al ácido
carbónico, que al mismo tiempo se disocia en el ión hidrógeno (H+) y el ión bicarbonato (HCO¯3)
de acuerdo a la ecuación que sigue:
CO2 + H2O -----------------→ H2CO3 ←----------------→ H+ HCO¯3
EFECTO DE PH Y LA TEMPERATURA SOBRE LA HEMOGLOBINA
El oxígeno se separa más rápidamente de la hemoglobina en un medio ácido. Esto se
basa en el efecto Bohr, según el cual los iones hidrógeno modifican la estructura de la
hemoglobina cuando se unen a ella, y como consecuencia reducen su capacidad de transportar
oxígeno.
La presión parcial alta de CO2 y la contracción muscular producen un pH sanguíneo bajo
(pH<7), es decir, ácido. Cuando esto ocurre, gran parte del CO2 se combina con el agua y, con
la intervención de la enzima anhidrasa carbónica, forma ácido carbónico, que se disocia en iones
hidrógeno (H+) e iones bicarbonato (HCO¯3).
Al aumentar la concentración de los H+, disminuye el pH y aumenta el grado de acidez.
Así, el aumento de la presión parcial de CO2 origina un medio más ácido, que facilita la
separación del oxígeno desde la hemoglobina, favoreciendo el intercambio gaseoso.
El aumento de la temperatura también es una factor qe favorece la separación del
oxígeno en combinación con la hemoglobina. Cuando las fibras musculares están contraídas y al
interior de las células están ocurriendo reacciones metabólicas, se libera gran cantidad de calor,
que contribuye a elevar la temperatura del medio.
REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN
La función respiratoria está regulada por dos estructuras del sistema nervioso: el bulbo
raquídeo y la protuberancia anular. Estas regiones constituyen el centro respiratorio, que está
formado por células nerviosas que se dividen funcionalmente entre áreas: área de ritmicidad
medular, neumotáxica y apneústica.
Área de ritmicidad medular o bulbar:
El área de ritmicidad medular regula el ritmo respiratorio básico. En esta región hay
neuronas especializadas que regulan la inspiración y la espiración. Las primeras se activan
súbitamente al cabo de tres segundos. Los impulsos nerviosos que envía el área inspiratoria
duran unos dos segundos y llegan hasta los músculos que intervienen en la respiración a través
de los nervios frénicos. Estos llegan al diafragma, los nervios intercostales, a los músculos
intercostales. Cuando los impulsos nerviosos alcanzan esta zona, los músculos se contraen y se
produce la inspiración.
Por su parte, los impulsos nerviosos que salen del área espiratoria producen la relajación
de los músculos intercostales y la contracción de los músculos abdominales, dando como
resultado la disminución del volumen de la caja torácica.
Área neumotaxica: El área neumotaxica establece una coordinación entre el área inspiratoria y
espiratoria. Esta área transmite impulsos inhibitorios al centro inspirador, para limitar la
inspiración y facilitar la espiración.
Área apneústica: El área apneústica envía impulsos al área inspiratoria, activando y prolongando
la inspiración y retardando la espiración. Esto ocurre cuando el centro neumotáxico esta inhibido.
ACTIVIDADES
1.
Nombra todas las estructuras que recorre el oxigeno desde las fosas nasales hasta que
se une a la hemoglobina de los glóbulos rojos
2. Nombra y describe todas las estructuras óseas que conforman la caja respiratoria.
Incluye además un esquema explicativo.
3. ¿Qué son y que función cumplen los músculos intercostales? Explica.
4. ¿Qué forma adopta el diafragma cuando se contrae y cuando se relaja y que importancia
tiene este hecho en la mecánica respiratoria?. Explica.
5. Ante la presencia de dióxido de carbono en la sangre, se activa el centro inhalatorio
respiratorio del bulbo raquídeo, al respecto:¿serías capaz de explicar todos los cambios
que ocurren en la caja toráxica y las consecuencias de este hecho en la mecánica
respiratoria? Explica.
6. La hematosis es el proceso por el cual se produce el intercambio de oxígeno por dióxido
de carbono en los alvéolos pulmonares ¿ cómo se lleva a cabo este proceso?. Explica.
7. Mientras más se asciende por una montaña, más aumenta la frecuencia respiratoria:
¿cómo explicas este hecho?.
8. ¿De que forma influyen en la respiración los siguientes factores?:
a) Aumento del dióxido de carbono.
b) Disminución del oxigeno en la sangre.
9. Indica 10 afirmaciones que sean correctas respecto al sistema respiratorio y la
respiración