Anatomía y Fisiología del Sistema Respiratorio
Nariz y Cavidad Nasal
El aire ingresa al sistema respiratorio a través de los orificios nasales o narinas. El interior de la nariz, o cavidad nasal, está dividido por el tabique nasal y recubierto por epitelio ciliado. Contiene pelos cortos que filtran partículas grandes y cornetes óseos que aumentan la superficie de contacto con el aire y generan turbulencia. Esta turbulencia permite que las partículas inhaladas queden atrapadas en la mucosa, donde las enzimas las destruyen, previniendo su ingreso al árbol respiratorio.
Las células ciliadas de la mucosa nasal crean una corriente que mueve el moco contaminado hacia la faringe y luego al estómago para su digestión. La rinorrea, o goteo nasal, ocurre cuando la acción ciliar se ralentiza debido a bajas temperaturas, acumulando moco.
La pituitaria roja, o mucosa respiratoria, calienta y humedece el aire gracias a su rica red de vénulas. La pituitaria amarilla, en la parte superior de la cavidad nasal, contiene receptores olfatorios que detectan sustancias químicas. El sistema respiratorio es insensible al O2 y al CO2.
La nasofaringe, en la parte posterior de la cavidad nasal, se comunica a través de las coanas. Los senos paranasales, cavidades en los huesos frontal, esfenoidal, etmoidal y maxilar, aligeran el cráneo y actúan como caja de resonancia. El conducto nasolagrimal drena las lágrimas hacia la cavidad nasal.
El paladar separa la cavidad nasal de la oral. La parte posterior es ósea y la anterior, blanda, termina en la úvula o campanilla.
Faringe (Garganta)
La faringe es un conducto muscular de 11 a 13 cm que comunica la cavidad nasal y bucal con el esófago y la laringe. Se extiende desde la base del cráneo hasta la 6ª o 7ª vértebra cervical. Su epitelio escamoso estratificado contiene glándulas. Permite el paso del aire hacia la laringe y la tráquea, y del bolo alimentario hacia el esófago (deglución). Las amígdalas (adenoides, palatinas y linguales) forman un anillo de defensa inmunitaria.
- Nasofaringe: Parte superior, entre los orificios nasales internos y el paladar blando. Aquí se abren las trompas de Eustaquio, que conectan con el oído medio.
- Orofaringe: Parte media, detrás de la cavidad oral, desde la úvula hasta el hueso hioides.
- Laringofaringe: Parte distal, desde la epiglotis hasta la tráquea, conectando con el esófago y la laringe.
Laringe
La laringe está formada por 9 cartílagos. 8 son cartílagos hialinos, y el 9º, la epiglotis, es elástico. El cartílago más grande es el tiroides (nuez de Adán). Otro cartílago importante es el cricoides.
La epiglotis protege la apertura superior de la laringe. En reposo, permite el paso del aire. Al tragar, la laringe asciende y la epiglotis tapa la apertura laríngea, dirigiendo el alimento hacia el esófago. Si entra un elemento distinto al aire, se activa el reflejo de la tos. Nunca se deben administrar líquidos a una persona inconsciente.
La laringe es el órgano de la voz. Contiene las cuerdas vocales, pliegues membranosos. Los pliegues superiores son las cuerdas vocales falsas, y los inferiores, las cuerdas vocales verdaderas. La hendidura entre ellas es la glotis. Las cuerdas vocales verdaderas contienen músculo esquelético y un ligamento elástico (ligamento vocal). La contracción muscular mueve los cartílagos y estira las cuerdas vocales. El aire que pasa a través de las cuerdas apretadas las hace vibrar, produciendo el sonido. Cuerdas más gruesas producen tonos graves, y mayor tensión produce tonos agudos. Para aumentar el volumen, se impulsa el aire con más fuerza.
Tráquea
La tráquea es un cilindro que comunica la laringe con los bronquios. Mide entre 10 y 11 cm de longitud y 2-2.5 cm de diámetro en adultos. Contiene unos 20 anillos de cartílago en forma de herradura, con la parte anterior cartilaginosa y la posterior de músculo liso. Estos anillos mantienen la tráquea abierta. La parte elástica permite la dilatación del esófago. Está tapizada por un epitelio ciliado con células secretoras de mucus, que atrapa partículas. Los cilios impulsan el moco hacia la faringe.
Bronquios
Los bronquios se originan en la bifurcación de la tráquea. El bronquio izquierdo es más largo y de menor diámetro (1.5 cm) que el bronquio derecho (2 cm). Están formados por anillos cartilaginosos cerrados. Cada bronquio y sus ramificaciones forman el árbol bronquial. El bronquio derecho entra al pulmón derecho verticalmente, mientras que el izquierdo entra al pulmón izquierdo con mayor ángulo. Los bronquios se subdividen en bronquios secundarios, terciarios, y finalmente en bronquiolos. Excepto los bronquiolos, todas las ramas tienen cartílago. Bronquios y bronquiolos están rodeados por músculo liso, controlado por el sistema nervioso autónomo.
Diferencias clave:
- Bronquios: Diámetro ≥ 1 mm, anillo de cartílago, glándulas mucosas.
- Bronquiolos: Diámetro < 1 mm, sin cartílago ni glándulas, capa muscular más gruesa (broncoespasmo).
Acinos y Alvéolos
Los bronquiolos respiratorios terminan en sacos aéreos que contienen alvéolos pulmonares. El conjunto de bronquiolos, conductos y sacos alveolares forma el acino respiratorio, donde ocurre el intercambio gaseoso. Hay unos 600 millones de alvéolos, con una superficie total de 100-140 m2, 40 veces mayor que la piel.
El alvéolo tiene tres tipos de células:
- Células tipo I: Tejido epitelial monoestratificado pavimentoso, realizan el intercambio de gases.
- Células tipo II: Secretoras, producen surfactante, que disminuye la tensión superficial.
- Macrófagos alveolares: Función defensiva, eliminan bacterias y partículas nocivas.
La superficie respiratoria está formada por las membranas de las células tipo I y las membranas de los capilares (endotelios). El intercambio gaseoso se realiza por difusión simple: el O2 pasa del alvéolo al capilar, y el CO2, del capilar al alvéolo.
Pulmones
Los pulmones ocupan la cavidad torácica, excepto el mediastino (donde está el corazón). Son masas rosadas con forma de saco. La porción superior es el ápice, y la base descansa sobre el diafragma. El pulmón derecho tiene tres lóbulos, y el izquierdo, dos. Están formados por el árbol bronquial, acinos respiratorios, red sanguínea y tejido conjuntivo. Este tejido conjuntivo elástico permite la retracción pasiva en la espiración. Los pulmones pesan alrededor de 1.5 kg.
La pleura, una doble membrana de tejido conjuntivo, recubre los pulmones. La pleura parietal se adhiere al diafragma y a la caja torácica, y la pleura visceral recubre los pulmones. El líquido pleural (unos 15 cc) lubrica y mantiene unidas las capas. Su inflamación causa pleuresía.
Ventilación Pulmonar
La ventilación pulmonar es el proceso de renovación del aire en los pulmones, mediante la inspiración y la espiración. Los cambios en el volumen de la cavidad torácica generan variaciones de presión.
La renovación del aire se logra mediante la ampliación y reducción de la caja torácica, gracias al diafragma y los músculos intercostales. También colaboran músculos torácicos y abdominales.
El diafragma, en reposo, tiene forma acampanada. Los músculos intercostales, al contraerse, elevan las costillas.
- Inspiración: Activa. El diafragma desciende y las costillas se levantan, aumentando el volumen torácico. La presión pulmonar disminuye y el aire entra.
- Espiración: Pasiva (en reposo). El diafragma y las costillas vuelven a su posición inicial, disminuyendo el volumen torácico. La presión pulmonar aumenta y el aire sale.
En la inhalación forzada, se utilizan músculos accesorios (esternocleidomastoideos, escalenos, pectoral menor, abdominales). En la espiración forzada, intervienen los músculos abdominales.
Respiración Torácica y Abdominal
- Respiración torácica: Intervienen los músculos intercostales.
- Respiración abdominal o diafragmática: Interviene el diafragma. Produce relajación y aporta más oxígeno.
Intercambio de Gases
El intercambio de gases ocurre por difusión en los alvéolos, debido a las diferentes presiones parciales de O2 y CO2. La barrera de difusión está formada por el endotelio de los capilares y las células epiteliales de los alvéolos.
El O2 entra por difusión pasiva. El CO2 sale de la misma manera. El oxígeno es poco soluble en el plasma. La mayor parte se une a la hemoglobina. En los vertebrados, la hemoglobina está dentro de los glóbulos rojos. La hemoglobina tiene 4 subunidades, cada una se combina con una molécula de oxígeno. Esto incrementa la afinidad por la siguiente molécula. Cuando la presión parcial de oxígeno se eleva, la hemoglobina incorpora oxígeno. Cuando la PO2 cae, el oxígeno se disocia. Cuando la sangre alcanza los capilares, libera parte de su oxígeno (aprox. 30%) en los tejidos.
El dióxido de carbono es más soluble que el oxígeno. Se encuentra en la sangre:
- Como CO2 disuelto en el plasma (10%).
- Como ion bicarbonato (HCO3–) (60-70%), como tampón de pH sanguíneo.
- Como carbaminohemoglobina (20-30%).
El CO2 difunde a los alvéolos y sale con el aire exhalado.
Ritmo y Volumen Respiratorio
El ritmo y volumen respiratorio se ajustan para proporcionar O2 y eliminar CO2. Las capacidades respiratorias se miden con un espirómetro. La espirometría evalúa la función respiratoria.
Factores que afectan la capacidad respiratoria: talla, sexo, edad, condición física.
La capacidad pulmonar de un adulto es de 4 a 5 litros (capacidad vital, VC). En la respiración normal se emplean 0.5 litros (volumen normal o tidal, TV). El volumen de reserva inspiratorio (IRV) es la cantidad de aire que se inspira forzadamente (2100-3200 ml). El volumen de reserva espiratorio (ERV) es el aire expulsado forzadamente (1200 ml). VC = TV + IRV + ERV. El volumen residual (RV) es el aire que queda tras una espiración forzada (1200 ml), permitiendo el intercambio gaseoso continuo. Capacidad pulmonar total = VC + RV.
El ritmo respiratorio en reposo es de unas 17 veces por minuto (14,000 litros de aire diarios).
Volúmenes de aire en los pulmones:
- Ventilación normal: 500 cc
- Reserva inspiratoria: 2500 cc
- Reserva espiratoria: 1000 cc
- Capacidad vital: 4500 cc
- Aire residual: 1500 cc
- Volumen pulmonar total: 6000 cc
Control de la Respiración
El sistema nervioso central controla la ventilación. La actividad de los músculos respiratorios se regula por impulsos nerviosos transmitidos desde el cerebro por el nervio frénico (diafragma) y los nervios intercostales (intercostales). Las neuronas del centro respiratorio bulbar (bulbo raquídeo) y el puente de Varolio controlan la respiración normal.
Los cambios en las concentraciones de CO2 se controlan en el bulbo raquídeo, influenciados por el pH del líquido cefalorraquídeo. Las variaciones en las concentraciones de O2 se detectan por quimiorreceptores periféricos (cayado de la aorta, bifurcación de la carótida).
El control voluntario de la respiración es limitado. Si el O2 baja y el pH desciende, los centros respiratorios ignoran los mensajes del córtex. Si dejamos de respirar, el cuerpo reacciona ante la falta de O2; se produce un desmayo y la respiración se activa automáticamente.
Acidosis y Alcalosis
El control respiratorio mantiene el equilibrio homeostático. Acidosis o alcalosis ocurren cuando se supera la capacidad tampón de la sangre. El exceso o falta de CO2 son detectados por el cerebro.
El ácido carbónico aumenta durante la hipoventilación y desciende durante la hiperventilación. En la acidosis, el pH sanguíneo baja porque el CO2 se acumula. En un ataque de ansiedad, se puede bajar el CO2 demasiado rápido; para prevenirlo, se debe respirar en una bolsa de papel.
La hiperventilación expulsa más CO2, disminuyendo el ácido carbónico y devolviendo el pH a la normalidad. Cuando la sangre se vuelve alcalina, la respiración se ralentiza.
El control de la musculatura lisa de bronquios y bronquiolos se debe al sistema nervioso autónomo y a hormonas (adrenalina y noradrenalina).
Intoxicación por CO
El monóxido de carbono (CO) es un gas inodoro e incoloro, muy peligroso. La intoxicación con CO puede ser accidental, por suicidio o laboral. La fuente suele ser la combustión incompleta de carbono. El CO tiene 220 veces más afinidad por el grupo hemo de la hemoglobina que el O2, formando carboxihemoglobina, disminuyendo la difusión de oxígeno. Las personas intoxicadas presentan coloración rosada (rojo cereza). Deben ser tratadas con O2.