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FISIOLOGIA RESPIRATORIA
Funcionalmente, el sistema respiratorio se compone de un grupo de procesos regulados entre si entre
los que se incluyen:
1. Respiración externa: ventilación pulmonar (respiración) e intercambio de gases en los
capilares pulmonares.
2. Transporte de gases en la sangre.
3. Respiración interna: intercambio de gases en los capilares de sangre sistémica y respiración
celular.
4. Regulación global de la respiración. (Figura 24-1)
Ventilación pulmonar.
Ventilación pulmonar es el término técnico que se aplica a lo que comúnmente se llama
respiración. Una fase de la misma, la inspiración, lleva aire al interior de los pulmones, mientras
que la otra, la espiración, lo saca.
Mecanismo de la ventilación pulmonar.
El aire se mueve dentro y fuera de los pulmones igual que cualquier otro fluido, líquido o gas, se
mueve de un medio a otro; porque la presión en un sitio es diferente a la de la otra parte.
Dicho de otro modo, la existencia de un gradiente de presión (diferencia de presión) da lugar a que
el líquido se mueva. Un líquido siempre se mueve tendiendo a disminuir su gradiente de presión;
ello significa que siempre se moverá desde la zona donde su presión es mayor hasta donde es
menor. Cuando se aplica esta idea al flujo de aire en las vías áreas pulmonares, podemos hablar
de principio primario de la ventilación.
En condiciones estándar, el aire atmosférico ejerce una presión de 760 mmHg. El aire en los
alvéolos al final de la espiración y antes del comienzo de otra inspiración llega a una presión de
760 mmHg. Este hecho explica que en ese momento el aire no entre ni salga de los pulmones. El
mecanismo que produce la ventilación pulmonar es el que establece la existencia de un gradiente
de presión entre la atmósfera y el aire alveolar.
Cuando la presión atmosférica es mayor que la presión que existe en el pulmón, el aire tiende a
disminuir este gradiente. Ello implica que el aire se va a mover desde la atmosfera a los pulmones.
En otras palabras se lleva a cabo una inspiración.
Cuando la presión del pulmón es mayor que la atmosférica, el aire intenta disminuir el gradiente,
por lo que se mueve en la dirección opuesta, desde los pulmones hacia la atmósfera.
Así pues, el mecanismo de la ventilación pulmonar debe establecer estos dos tipos de gradientes;
uno, en el que la presión intraalveolar (PA, presión en los alveolos pulmonares) es menor que la
atmosférica (o barométrica PB) para inspirar, y otro, en el que es mayor para espirar.
Véanse figuras 24-2 y 24-3.
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Estos gradientes de presión se establecen mediante cambios en el tamaño de la cavidad torácica,
que se deben a su vez a la contracción y relajación de los músculos respiratorios. Comprender la ley
de Boyle es muy importante para entender los cambios de presión que tiene lugar en el tórax y en los
pulmones durante el ciclo respiratorio.
Es un hecho conocido que el volumen de un gas, es, a una temperatura constante, inversamente
proporcional a su presión. Como aplicación a lo que nos ocupa, la expansión del tórax (aumento de
volumen) va acompañada de una disminución de la presión intrapleural (intratorácica). Ello implica
una disminución de la presión intraalveolar que da lugar a que el aire tienda a entrar en los pulmones.
La mecánica de la ventilación se suelo comprar con un globo dentro de una jarra, como se muestra en
la figura 24-4. La jarra en forma de campana representa la parrilla costal (cavidad torácica) y una
banda de goma en su parte inferior abierta representa el diagrama. El globo representa a los
pulmones. El espacio entre el globo y la jarra es el espacio intrapleural. Al expandir el tórax mediante
una tracción hacia abajo del diafragma, aumentará el volumen torácico y se reducirá la presión
intrapleural (PIP). Como el globo es distensible (se puede estirar), la reducción de la PIP produce una
reducción similar en la presión del globo (presión alveolar, PA), lo que genera un gradiente de presión
que permite la entrada de aire al globo. Lo contrario sucede cuando el diafragma sufre una retracción
elástica, con reducción de los volúmenes internos de aire (de forma que aumenta la presión interna
del aire) y con salida del aire del globo.
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La figura 24-5 aplica estos mismos principios del modelo de globo a las vías aéreas humanas para
explicar la mecánica de la ventilación. La alternancia constante entre la inspiración y la espiración se
llama ciclo respiratorio.
Inspiración.
La contracción del diafragma de forma aislada, o del diafragma junto con los músculos intercostales
externos, es la responsable de la inspiración en reposo.
A medida que se contrae, el diafragma desciende, lo que se traduce en un aumento de la cavidad
torácica. La contracción de los músculos intercostales externos tira de los extremos de las costillas
hacia arriba y hacia fuera (Fig. 24-6, A). Ello también hace que el esternón suba, lo que produce un
aumento del tórax en su eje antero posterior y lateral (Fig. 24-6, B). Además, la contracción del
esternocleidomastoideo, del pectoral menor y del músculo serrato anterior ayuda a elevar el esternón
y la caja torácica durante la inspiración forzada.
A medida que el tamaño del tórax aumenta, la presión intrapleural (intratorácica) y la presión
intraalveolar disminuyen (ley de Boyle), lo que da lugar a la inspiración.
Al final de la espiración y antes del comienzo de las siguientes, la presión intrapleural, (PIP) es de
unos 758 mmHg, es decir, unos 2 mmHg menos que la atmosférica (se indica como -2 mmHg).
Durante la inspiración en reposo, desciende hasta 755 mmHg (es decir -4 mmHg) o menos. A medida
que el tórax aumenta, atrae a los hacia sus paredes, debido a la cohesión que existe entre la pleura
pulmonar y la torácica, ambas lubricas. Por ello, los pulmones se expanden y la presión en sus
conductos y en los alveolos disminuye. La presión intraalveolar desciende desde un nivel atmosférico
a un nivel subatmosférico de unos 1 a -3 mmHg. Cuando la presión intraalveolar se hace inferior a l
atmosférica, se crea un gradiente de presión entre la atmosfera y el interior de los pulmones. Según el
principio primario de la ventilación, el aire se mueve así necesariamente hacia los pulmones. A final se
produce la entrada de suficiente aire en los pulmones para conseguir el equilibrio entre la presión
atmosférica y pulmonar, de forma que se interrumpe el flujo de aire. (Esto es pregunta de examen)
La capacidad del tórax y los pulmones de distenderse o distensibilidad resulta esencial para la
respiración normal. Si un proceso patológico disminuye dicha distensibilidad, la inspiración será difícil
o incluso imposible.
Las figuras 24-5 y 24-7 resumen los mecanismos de la inspiración que se acaba de describir.
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Espiración.
La espiración en reposo suele ser un proceso pasivo que comienza cuando los gradientes, o
presiones, que han alcanzado en la inspiración comienzan a revertir. Los músculos inspiratorios se
relajan, dando lugar a la disminución del tamaño del tórax y a un aumento de la presión intratorácica
(intrapleural) desde los 754 mmHg (-6 mmHg) hasta el nivel preinspiratorio de 756 mmHg (-4 mm
Hg). Es muy importante que se comprenda que la presión que existe entre la pleura parietal y visceral
siempre es negativa, es decir, menor que la atmosférica. Esta presión intratorácica, (intrapleural)
negativa es necesaria para evitar la tendencia de los pulmones a colapsarse, debido a la tensión
superficial, del liquido de los alveolos y al estiramiento de las fibras elásticas que están en un
constante intento de retroceso.
Conforme aumenta la presión alveolar, se establece un gradiente de presión positiva desde el alveolo
a la atmosfera, produciéndose la espiración cuando el aire fluye al exterior a través de las vías
respiratorias. En una espiración forzada, la contracción de los músculos abdominales e intercostales
internos puede aumentar la presión intraalveolar a valores muy elevados.
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La tendencia del tórax y los pulmones a recuperar su volumen previo a la inspiración es un proceso
físico denominado recuperación elástica. En las patologías que reducen la elasticidad de los tejidos
pulmonares, las espiraciones deben ser forzadas, incluso en reposo.
Las figuras 24-5 y 24-8 resumen el mecanismo de la espiración que acabamos de describir.
Analice un momento la figura 24-9. En ella se muestran los ciclos respiratorios repetidos
representados como cambios de presión del volumen. Observe que la presión intrapleural siempre es
menor que la alveolar. La diferencia (PIP- PA) se llama presión transpulmonar. La presión
intrapleural es siempre «negativa» respecto del alveolar. La presión transpulmonar debe ser negativa
para mantener la insuflación pulmonar, como se comento antes.
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Concentración
del diafragma
Relajación de los músculos
espiratorios
Aumento del diámetro
vertical del tórax
Reducción de la presión
intratorácica (intrapleural)
Contracción de los músculos
que elevan el tórax
Aumento de las dimensiones antero
posterior y transversal del tórax
Cohesión de las pleuras
visceral y parietal
Distensibilidad del tórax y de los
pulmones
Expansión de los pulmones
Disminución de la presión alveolar
Se establece un gradiente de presión
entre la atmosfera y los alveolos
Inspiración
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Relajación de los músculos
inspiratorios
Disminución de tamaño del tórax
Contracción de músculos
espiratorios
Retroceso elástico del tejido pulmonar
Aumento de la presión
intratorácica desde -6 mmHg
hasta -4 mmHg
Disminución de tamaño de los pulmones
Aumento de la presión alveolar desde -3
mmHg hasta +3 o +4 mmHg
Gradiente de presión desde el alveolo
hasta la atmosfera
Espiración
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Volúmenes y capacidades pulmonares.
Los volúmenes del aire que se mueven dentro y fuera de los pulmones y el remanente que queda con ellos
tienen una importancia fundamental. Deben ser normales para que se produzca un adecuado intercambio de
oxigeno y dióxido de carbono entre el aire alveolar y la sangre capilar alveolar.
1- Volúmenes pulmonares.
El espirómetro es un aparato que se utiliza para poder medir el volumen de aire que se intercambia en cada
respiración. El registro grafico de los cambios que se producen en los volúmenes pulmonares durante la
respiración se denomina Espirometría.
El volumen de aire que se exhala normalmente después de una inspiración es lo que se llama volumen
corriente (VT o VC).
Como se puede ver en la figura 24-11, el volumen corriente de un adulto es de unos 500 ml (0,51).
Después de que se ha espirado el volumen corriente, todavía se puede forzar más la expulsión de aire de los
pulmones. El volumen máximo de aire adicional que se puede espirar forzadamente después de espirar el
volumen corriente se denomina volumen de reserva espiratoria (VRE).
En el adulto, como nos muestra la figura 24-11, el VRE está comprendido entre los 1.000 y 1.200 ml (1,1 a 2,1).
El volumen de reserva inspiratoria (VRI) es la cantidad de aire que se puede inspirar de manera forzada tras una
inspiración normal. Se mide haciendo que el individuo exhale con normalidad después de una inspiración
forzada.
El VRI normal es de unos 3.300 ml (3,31).
Al margen de lo forzadamente que uno exhale, no se puede expulsar todo el aire de los pulmones; siempre
quedará algo de aire atrapado en los alveolos. Esta cantidad de aire que no puede ser espirado forzadamente se
denomina volumen residual (VR) y es de unos 1.200 ml (1,21).
Entre las respiraciones tiene lugar el intercambio entre el oxigeno y el dióxido de carbono en el aire residual
atrapado en los alveolos y en la sangre. Este proceso ayuda a «nivelar», o a llevar a sus valores normales, la
cantidad de oxigeno y de dióxido de carbono en la sangre durante el ciclo respiratorio. ¿Ha sentido alguna vez
cómo se «quedaba sin aliento» tras un golpe súbito en el tórax o una serie de toses profundas? En este caso se
fuerza su reserva espiratoria para que abandone la vía aérea, además de parte del volumen residual y algunos
alveolos se colapsarán en consecuencia. Se puede tardar un momento en re insuflar los alveolos colapsados y
recuperar la respiración normal y exigirá cierto esfuerzo por su parte.
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2- Capacidades pulmonares.
La «capacidad» pulmonar es la suma de dos o más «volúmenes» pulmonares. Obsérvese en la figura 24-11 que
la capacidad vital (CV) es la suma de:
VRI+VT+VRE
La capacidad vital representa el mayor volumen de aire que una persona puede movilizar dentro y fuera de los
pulmones. Se calcula midiendo la mayor espiración posible tras la mayor inspiración posible.
El grado de capacidad vital de una persona depende de numerosos factores, el tamaño de la caja torácica, la
postura y otros. Por lo general, cuando más robusta es la persona, mayor capacidad vital tiene respecto a otra a
otra persona que no lo es tanto. La capacidad vital también es mayor cuando se está de pie que cuando se está
tumbado.
El exceso de líquido en las cavidades pleural o abdominal también reduce la capacidad vital. Lo mismo sucede en
la enfermedad llamada enfisema. En dicha enfermedad, las paredes alveolares se estiran, es decir, pierden
elasticidad, y son incapaces de retroceder normalmente durante la espiración. Todo ello da lugar a un
incremento del VR. En el enfisema severo, el VR se puede aumentar tanto que el pecho adopte la posición
inspiratoria incluso en reposo. Se requiere un esfuerzo muscular excesivo para la inspiración y, debido a la
pérdida de elasticidad del tejido pulmonar, también para la espiración.
La capacidad inspiratoria (CI) es la máxima cantidad de aire que una persona puede inspirar después de una
espiración normal. De la figura 24-11 podrá deducir que:
CI=VT+VRI
La capacidad residual funcional (CRF) es la cantidad de aire que se retiene en los pulmones después de una
espiración normal.
CRF= VRE + VR
Con los volúmenes dados, la capacidad residual funcional sería de unos 2.200-2.400 ml. El volumen total de
aire que un pulmón puede contener es la capacidad pulmonar total (CPT). Es, como se indica en la figura 24-11,
la suma de los cuatro volúmenes.
El termino ventilación alveolar indica el volumen de aire inspirado que alcanza o «ventila» realmente los
alvéolos. Solo este volumen forma parte del intercambio de gases entre el aire y la sangre. (El aire alveolar
intercambia parte de su oxigeno por parte del dióxido de carbono que contiene la sangre). Con cada respiración,
parte del aire rellena los conductos respiratorios, nariz, faringe, laringe, tráquea y bronquios. Este volumen de
aire que no llega a los alvéolos no puede evidentemente formar parte del intercambio gaseoso. En sentido
estricto, seria «aire muerto». Por ello, los conductos de mayor calibre en los que se encuentra se denominan
espacio muerto anatómico. En la figura 24-11, B, se relaciona el volumen del espacio muerto anatómico con los
principales volúmenes pulmonares. En algunos trastornos denominados enfermedad pulmonar obstructiva
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crónica (EPOC) algunos alvéolos quedan apartados del intercambio gaseoso y se convierten también en
«espacio muerto». El espacio muerto anatómico más el espacio muerto alveolar forma el espacio muerto
fisiológico.
Se calcula a grosso modo que el espacio muerto anatómico ocupa un volumen en mililitros aproximadamente
igual al peso de la persona en libras. Otra regla aproximada nos dice que es más o menos el 30% del VT.
El VT menos el espacio muerto anatómico es igual al volumen de ventilación alveolar. Supongamos que se tiene
un VT normal de 500 ml y que un 30 % de esta cifra, es decir, 150 ml, llena el espacio muerto anatómico. La
cantidad de aire que llega a los alvéolos, el volumen de ventilación alveolar, es por tanto de 350 ml, que es el
70% del VT.
VT – ESP. MUERTO ANAT. = V. ALVEOLAR.
El enfisema y otras enfermedades aumentan el espacio muerto anatómico. Como consecuencia, la ventilación
alveolar disminuye, dando lugar a que la cantidad de oxigeno que pasa a la sangre disminuya, así como la
cantidad de dióxido de carbono que se puede expulsar, así pues, un inadecuado intercambio gaseoso en la
consecuencia de una pobre ventilación alveolar. O expresado de otra forma, los alvéolos deben estar bien
ventilados para que el intercambio de gases que s lleva a cabo en los pulmones se realice de forma adecuada.
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