Fisiología del Sistema Respiratorio

Posted on por

Mecánica Respiratoria

Tipos de Sistemas

Sistema Respiratorio Externo

Incluye el circuito alveolar (dentro del pulmón), las vías de conducción, los pulmones, los músculos asociados y el intercambio gaseoso en los alveolos pulmonares.

Sistema Respiratorio Interno

Incluye la circulación sistémica. La sangre sale del ventrículo izquierdo por la aorta, realiza el intercambio de gases en los capilares de las células sanguíneas y regresa al pulmón por las venas cavas.

Funciones del Aparato Respiratorio

  • Regulación del pH sistémico.
  • Intercambio de gases con el medio para cubrir las necesidades metabólicas celulares.
  • Permite vocalizar en el habla al expirar.
  • Realiza el metabolismo de hormonas y algunos fármacos, e incluso se excretan por el aire.
  • Es una reserva de sangre.
  • Protege contra patógenos o sustancias inhaladas.
  • Sirve de bomba propulsora (diafragma) para algunas venas.

Metabolismo de Enzimas

  • Se inactivan: bradicinina, serotonina, prostaglandina E y leucotrienos.
  • Se convierte: la angiotensina I en II (la enzima convertidora de angiotensina se fabrica en el pulmón además de los riñones y el SNC).
  • No altera: la adrenalina y la vasopresina o ADH.

Estructura del Sistema Respiratorio Externo

Pulmones

  1. Forma de cono irregular, ocupan la caja torácica situados sobre el diafragma.
  2. Rodeados por el saco pleural que posee doble membrana (llena de líquido pleural entre ambas): una en la cara externa del pulmón y otra en el interior de la caja torácica. Lo mantiene unido a esta gracias a la presión intrapleural del líquido (al no haber aire en el espacio intrapleural se produce efecto vacío), que permite su expansión y distensión cuando se contraen los músculos inspiratorios y espiratorios, y lo protege y mantiene húmedo y resbaladizo para reducir el rozamiento con la caja torácica.
  3. Formados por elastina y colágeno en forma de malla de nylon o panal de abeja que le confiere gran elasticidad y distensibilidad.

Propiedades Físicas

  1. Distensibilidad alta: capacidad del pulmón para distenderse en la inspiración. Si es baja, requiere más fuerza y puede ser una enfermedad pulmonar restrictiva.
  2. Elasticidad alta: retorno al volumen normal cuando se libera la fuerza de estiramiento en la espiración.
  3. Esta distensibilidad y elasticidad se las confiere el colágeno y la elastina que lo conforman en forma de malla o panal de abeja.
  4. Tensión superficial: que estabiliza la pared alveolar, la establece el surfactante segregado por las células alveolares Tipo II. Impide el colapso de la pared de los alveolos y la cohesión entre moléculas de fluido dentro de este, permite que los alveolos estén inflados.
  5. Funciones del surfactante o tensoactivo: formado por una mezcla de proteínas y fosfolípidos (dipalmitoil fosfatidilcolina principalmente), se secreta por las células alveolares Tipo II. Está en contacto con el aire inhalado recubriendo la pared interior de los alveolos. Disminuye la tensión superficial alveolar e iguala presiones entre alveolos. Evita el colapso de los alveolos y con ello de los pulmones, permite que estén siempre inflados. Reduce la resistencia del pulmón al estiramiento o distensibilidad para la inspiración. Comienza a producirse en el feto. Las hormonas tiroideas asociadas a glucocorticoides aumentan su producción. Un déficit de flujo sanguíneo disminuye la producción como en enfermedades respiratorias restrictivas.

Alveolos

Final del tracto respiratorio, 3-6 millones, alta área transversal (esferas) para permitir el intercambio gaseoso.

  • Irrigados: rodeando su pared externa por capilares de la circulación bronquial para cubrir sus necesidades celulares (dentro de la circulación pulmonar, pertenece a la sistémica).
  • El intercambio gaseoso se produce con la circulación alveolar dentro de los alveolos, en la llamada membrana alveolocapilar por medio de difusión. La tensión superficial que genera el surfactante impide su colapso.
  • 5 Capas para el intercambio gaseoso: epitelio alveolar, espacio intersticial, endotelio capilar, plasma y membrana del hematíe.

Células Alveolares

  • Tipo I: ocupan casi la totalidad del área superficial pulmonar, llevan a cabo el intercambio de gases con los hematíes de los capilares pulmonares sanguíneos, a una distancia de 0,3 micrómetros.
  • Tipo II: secretan el líquido surfactante pulmonar que recubre el interior de los alveolos, y reabsorben agua y sodio para evitar la acumulación en los alveolos (alta humedad).
  • Macrófagos: no son células alveolares pero están dentro de los alveolos para digerir sustancias extrañas como mecanismo de defensa.

Vías de Conducción

Hay 23 ramificaciones por dicotomía (bifurcación), mayoritarias en la zona respiratoria.

  • Nariz: humedece, calienta, filtra, limpia, olfato.
  • Laringe: separa el esófago de la laringe, conduce aire, contiene cuerdas vocales.

Funciones de las Vías de Conducción

  1. Calentamiento del aire a temperatura corporal permitiendo el intercambio de gases e impidiendo posibles complicaciones fisiológicas y anatómicas por la diferencia de temperatura.
  2. Filtración de sustancias exógenas antes de llegar a las vías respiratorias sin moco (defensa por macrófagos). El moco secretado por las células Goblet las atrapa y los cilios de las células epiteliales lo expulsan a la faringe (transporte mucociliar). Más humedad y calor si se inspira por la nariz.
  3. Humedece el aire para permitir el intercambio gaseoso hasta un 100% de humedad.

División de las Vías de Conducción

  • Zona conductora: lleva el aire hasta los alveolos (tráquea, bronquios, bronquiolos y bronquiolos terminales).
  • Zona respiratoria: donde se produce el intercambio gaseoso (bronquiolos respiratorios, conductos alveolares y sacos alveolares).

Tipos de Vías

  • Vías Superiores: cavidad nasal y boca, faringe y laringe.
  • Vías Inferiores: tráquea (llega al pulmón), bronquios, bronquiolos y alveolos.

Músculos

  1. Músculos inspiratorios: esternocleidomastoideo, escalenos, intercostales externos y diafragma. Más fuerza que los espiratorios, ya que la relajación de los inspiratorios ayuda a la espiración.
  2. Músculos espiratorios: intercostales internos, oblicuos externos e internos, abdominales transversos y rectos.

Papel de la Caja Torácica en la Respiración

Para aumentar su volumen y así distender el pulmón, los músculos inspiratorios (intercostales externos y escalenos) tiran de las costillas hacia arriba y hacia afuera. A su vez, el diafragma se contrae para aumentar más el volumen.

Mecanismos de Defensa

  1. En la nariz: las vellosidades (pelos) atrapan las partículas o bacterias más grandes. También al expirar e inspirar provoca que se atrapen sustancias en el moco de la rinofaringe (antes de la laringe y la epiglotis, contiene inmunoglobulinas que inactivan patógenos) que puede provocar estornudos, tos y broncoconstricción como reacción para expulsar las sustancias extrañas. También calienta el aire a su paso.
  2. En la tráquea: los cilios de las células del epitelio desplazan el moco que atrapa contaminantes y patógenos (contiene inmunoglobulinas) hacia la faringe para que el estómago lo destruya.
  3. En las zonas respiratorias sin moco: la defensa la realizan los macrófagos, que digieren partículas o bacterias más pequeñas que esquivan las vellosidades y el moco. Si no pueden digerirlas, se transportan a la faringe donde se envían al estómago (la acidez y las enzimas destruyen cualquier microorganismo) o bien son reabsorbidas por el sistema linfático para ser eliminadas. Si no pueden eliminarlas, el macrófago muere con ella.

Leyes de los Gases

Gases

  1. Ley de Dalton: la presión total de una mezcla de gases es la suma de sus presiones parciales en un recipiente sin variar la temperatura ni el volumen. Siendo así, la presión total atmosférica es la suma de la presión parcial de O2, CO2, N2 y otros.
  2. El movimiento de aire se realiza de mayor a menor gradiente de presiones para llegar al equilibrio.
  3. Ley de Boyle: El volumen es inversamente proporcional a la presión en un recipiente como los pulmones (-Vol +P).

Mecánica de Presión Pulmonar Durante la Respiración

  1. Tiempo 0: Después de la espiración, durante el intervalo de tiempo hasta la siguiente inspiración. La presión alveolar (Palveolar) es igual a la presión atmosférica (Patm) por lo que no existe flujo de aire. El volumen pulmonar es el mínimo.
  2. Tiempo 0-2: Inicio de la inspiración y del intercambio de O2 por CO2. Los músculos inspiratorios (arriba) se contraen aumentando el volumen de la caja torácica a la que está unido el pulmón gracias al saco pleural, por lo que se distiende (distensibilidad pulmonar) inflándose de aire atmosférico.
    1. Al inicio, la Palveolar es menor que la Patm: ya que al expandirse el pulmón aumenta de volumen disminuyendo la presión en su interior (Ley de Boyle). Esto provoca la entrada de aire exterior que se encuentra a mayor presión (gradiente, ley de los gases).
    2. Llegado un punto: en el que los músculos inspiratorios están contraidos al máximo, la caja torácica no se expande más alcanzándose el volumen pulmonar máximo, se iguala la Palveolar a la Patm.
  3. Tiempo 2-4: Tras alcanzar el volumen máximo se produce la relajación de los músculos inspiratorios (ayudan a la espiración o disminución del volumen torácico) y la contracción de los músculos espiratorios (menor trabajo realizado), que se suma a la elasticidad o capacidad de retorno al volumen normal del pulmón. Por esto, cuesta más trabajo inspirar que espirar.
    1. Al disminuir el volumen pulmonar, aumenta la Palveolar que es mayor que la Patm por lo que se produce un flujo de aire hacia la atmósfera (gradiente).
  4. Tiempo 4: Fin de la espiración, se alcanza el volumen pulmonar mínimo y la Palveolar y la Patm se igualan por lo que no existe flujo de aire.

Mecánica de Presión Pleural Durante la Respiración

Siempre menor que la Patm para poder mantener el pulmón unido a la caja torácica. Surge durante el desarrollo del feto.

  • Durante la inspiración: la presión intrapleural (en el líquido pleural entre ambas membranas de la pleura) es -3 mmHg al inicio y va disminuyendo hasta alcanzar el final de la inspiración. Permite que la caja torácica y los pulmones se expandan a la vez ya que los mantiene unidos.
  • Al finalizar la inspiración o reposo: cuando el volumen pulmonar es máximo, la presión intrapleural disminuye a -6 mmHg (disminuye también el grosor, más superficie) ya que la elasticidad del pulmón y de los músculos inspiratorios (tienden a relajarse) realizan una fuerza opuesta para volver a su volumen normal.
  • Durante la espiración: la presión intrapleural va aumentando ya que la fuerza opuesta de la elasticidad del pulmón y la relajación de los músculos inspiratorios va disminuyendo hasta alcanzar el volumen pulmonar mínimo (fin de la espiración), volviendo a la presión intrapleural de -3 mmHg.

Orificio en la Pleura

Un orificio en la pleura rompe las dos membranas del saco pleural permitiendo la entrada de aire al espacio intrapleural, y con ello se pierde la presión intrapleural del líquido que contiene. Al entrar aire, la presión del espacio intrapleural aumenta y los pulmones se colapsan disminuyendo su volumen ya que la presión intrapleural es mayor que la Palveolar. La caja torácica se expande ya que la Patm es igual a la Pintrapleural. Una pleura rodea el pulmón y otra la caja torácica, con aire en medio.

Mecanismo de Acción del Diafragma

Es un músculo inspiratorio, el de mayor acción ya que aumenta mucho el volumen torácico. Al contraerse, tira de la caja torácica por la parte inferior que está unida a los pulmones por el saco pleural, aumentando el volumen de estos (distensión). Esto provoca una disminución de la Palveolar (menor que la Patm) (Ley de Boyle) que provoca la entrada de aire del exterior por gradiente para realizar el intercambio gaseoso.

Espirometría

Mide las capacidades y volúmenes pulmonares. Mide el volumen residual (150 ml), el volumen de reserva espiratorio, el volumen total pulmonar (500 ml) y el volumen de reserva inspiratorio.

Espirometría Forzada

  • FVC: Capacidad vital forzada (L).
  • FEV1: Volumen espiratorio forzado en 1 segundo (L).
  • FEV1/FVC: % relación.
  • FEF: Flujo espiratorio forzado (L/s).
  • FET: Tiempo espiratorio forzado (seg).
  • MEF: Flujo espiratorio máximo.

Con el cuadrante de Miller, representando FVC (% respecto al teórico) vs FEV/FVC %, se obtiene un valor que, dependiendo de la zona en que se encuentre, diferenciará un patrón normal, restrictivo, obstructivo y mixto.

Capacidades Pulmonares Obtenidas

  • Pulmonar total (FVC + volumen residual).
  • Inspiratoria (volumen corriente + volumen de reserva).
  • Residual funcional (