Temas 12 y 13: Sistema respiratorio. Curso 2024-2025 PDF
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Universidad Europea
Belinda Rivero Pérez
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These are lecture notes on the respiratory system. The notes cover general information regarding the respiratory system, along with anatomy, ventilation, perfusion, gas exchange, and control and regulation.
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Temas 12 y 13: Sistema respiratorio. Belinda Rivero Pérez, PhD [email protected] Ve más allá § Generalidades 03 § Aparato respiratorio. 0...
Temas 12 y 13: Sistema respiratorio. Belinda Rivero Pérez, PhD [email protected] Ve más allá § Generalidades 03 § Aparato respiratorio. 05 § Ventilación. 15 § Perfusión 20 § Intercambio gaseoso 21 § Transporte de gases 26 § Control y regulación. 33 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 2 GENERALIDADES Sistema respiratorio Sistema de órganos y vías especializado en el intercambio de gases entre la atmósfera y el organismo. Realizan la llamada respiración externa mediante la ventilación (ciclos de inspiración/espiración), permitiendo el intercambio gaseoso entre la atmósfera y la sangre. Su actividad ha de estar coordinada con el sistema cardiovascular. También participa en la regulación homeostática del pH sanguíneo. Equilibrio ácido-base. Participa en la fonación. 3 GENERALIDADES Intercambio de gases En el proceso de aporte del oxígeno a los tejidos tenemos 3 procesos de intercambio de gases: Ø Intercambio I (atmósfera – pulmones), mediante la respiración externa o ventilación. Ø Intercambio II (alveolos – sangre), difusión de gases por diferencias de presión. Ø Intercambio III (sangre – células) , donde se produce la respiración celular, consumiendo O2 y generándose CO2 4 APARATO RESPIRATORIO Anatomía del sistema respiratorio Sistema de conducción (vías aéreas) ü Vías aéreas superiores ü Vías aéreas inferiores Sistema de intercambio - alveolos saquitos interconectados en estrecha relación con capilares sanguíneos. Músculos respiratorios - diafragma Pleura 5 APARATO RESPIRATORIO Anatomía del sistema respiratorio Vías aéreas superiores Vías aéreas inferiores Ø Cavidad nasal/bucal. Ø Tráquea, estructura semirrígida con anillos incompletos de Ø Faringe, estructura común al tubo cartílago. digestivo. Epiglotis tapona las vías aéreas al tragar alimento o líquidos. Ø Bronquios, Primeras ramificaciones de las vías aéreas. Ø Laringe, conducto donde También semirrígidas por encontramos las cuerdas vocales: presencia de cartílago. estructuras membranosas que vibran con el paso del aire y permiten la Ø Bronquiolos, últimos conductos fonación. antes de llegar a los alveolos. Son conductos colapsables, con musculatura lisa. Ø Alveolos, estructuras donde ocurre el intercambio gaseoso. 6 APARATO RESPIRATORIO Anatomía del sistema respiratorio 7 APARATO RESPIRATORIO Funciones del sistema respiratorio 1. Calentar el aire de la temperatura corporal. Evita que el aire ambiente modifique la temperatura interna. 2. Humidifica el aire del ambiente. El epitelio de intercambio es un epitelio húmedo, la entrada de aire seco deshidrataría las membranas y provocaría una gran pérdida de agua En las vías aéreas existen células glandulares que corporal total. producen un material mucoso. Además, encontramos glándulas que liberan una solución acuosa gracias a un 3. Atrapa y elimina sustancias gradiente osmótico. extrañas, patógenos (virus, bacterias, Finalmente, el epitelio hongos, esporas, etc.) evitando que de revestimiento alcancen las estructuras de ciliado empuja el intercambio (los alveolos). moco con las partículas extrañas hacia el exterior. 8 APARATO RESPIRATORIO Alveolos Estructuras altamente irrigadas que suponen las zonas de intercambio gaseoso. Presentan un tejido altamente elástico, lo que facilita la ventilación. Los gases atraviesan de manera libre la célula endotelial (capilar) y las paredes del alveolo por difusión siguiendo un gradiente de concentración. 9 APARATO RESPIRATORIO Alveolos En estos saquitos distinguimos dos tipos celulares: Célula alveolar (o neumocito) de tipo I – La mayoritaria, componen el epitelio de intercambio. Son células muy finas en estrecho contacto con la célula endotelial. Célula alveolar (o neumocito) de tipo II - Minoritarias, y más gruesas, fabrican el surfactante pulmonar. El surfactante pulmonar es un compuesto rico en fosfolípidos que reducen la tensión superficial en el alveolo impidiendo su colapso en la espiración. 10 APARATO RESPIRATORIO Pleura Los pulmones se encuentran rodeados por una membrana, la pleura, que genera una especie de saco alrededor de cada pulmón. Entre la pleura y el pulmón encontramos la cavidad pleural, la cual presenta presión negativa con respecto a la presión atmosférica. La entrada de aire a dicha cavidad hace colapsar los pulmones y dificultando la ventilación - neumotórax 11 APARATO RESPIRATORIO Músculos respiratorios Ø Diafragma – Músculo laminar de tejido estriado esquelético, controlado por el sistema nervioso somático. Músculo principal en la respiración y frontera entre la cavidad torácica y la abdominal. Ø Músculos intercostales, internos y externos - Músculos que unen las costillas entre sí. Al contraerse “tiran” de las costillas expandiendo la cavidad torácica de manera lateral y elevándola. Ø Escalenos y esternocleidomastoideos – Músculos accesorios en la respiración, que unen estructuras de la cabeza y cuello con las primeras costillas. Permiten una apertura superior de la caja torácica elevando la porción superior. 12 APARATO RESPIRATORIO Músculos respiratorios En una respiración normal Inspiración – Diafragma y músculos Espiración – Cuando el diafragma se relaja, intercostales externos. La contracción del deja de “presionar” hacia la cavidad diafragma provoca un descenso del abdominal y asciende hacia la cavidad músculo, disminuyen el volumen abdominal torácica y junto con el retroceso elástico y ampliando el volumen torácico. Genera del tejido pulmonar se produce una una presión negativa en la cavidad disminución del volumen torácico y por torácica lo que provoca un efecto de tanto un aumento de la presión en esa “succión” haciendo que el aire ingrese en cavidad, empujando el aire hacia el las vías respiratorias. exterior. 13 APARATO RESPIRATORIO Músculos respiratorios En una respiración forzada Inspiración – Se añade la acción de los Espiración – Se añade la acción de los escalenos y los esternocleidomastoideos músculos abdominales e intercostales que ayudan a ampliar aún más la cavidad internos. Mediante la contracción de los torácica elevando las primeras costillas músculos abdominales se provoca una hacia arriba. El aumento del volumen de la reducción del espacio en dicha cavidad lo capacidad torácica hace que aumenta la que provoca un aumento de la presión presión negativa lo que permite una mayor abdominal, que se transmite a la cavidad entrada de aire. torácica forzando la salida del aire. La ventilación se consigue porque el aire se mueve por gradientes de presión 14 VENTILACIÓN Ventilación Ø La ventilación o respiración es el fenómeno de intercambio de aire entre la atmósfera y el sistema respiratorio. Ø Este intercambio se produce provocando diferencias de presión por los cambios de volumen de la cavidad torácica y el retroceso elástico del tejido pulmonar. Ø La ventilación se divide en el fenómeno de entrada de aire, inspiración y el fenómeno de salida, espiración. Ø Un ciclo respiratorio consiste en una inspiración seguida por una espiración. 15 VENTILACIÓN Ciclo respiratorio Volumen corriente – Volumen de aire que se moviliza en cada respiración. En un adulto de edad media son 500 mL. Frecuencia respiratoria – Número de ciclos respiratorios por unidad de tiempo. Generalmente 12 ciclos/min. Inspiración – Se inhalan 500 mL de aire fresco. A los alveolos llegan parte de aire fresco y el aire que se encontraba en el espacio muerto. Espiración – Se exhalan 500 mL de los cuales 150 ml son de aire fresco situado en las vías aéreas y el restante es aire “viciado” que proviene de los alveolos. Al final de la espiración, quedan en las vías aéreas, *El sistema respiratorio no se unos 150 mL de aire “viciado”, que son los primeros vacía por completo. que llegarán a los alveolos en la siguiente inspiración. 16 VENTILACIÓN Ciclo respiratorio 17 VENTILACIÓN Tipos de ventilación ü Eupnea – Respiración normal en reposo ü Hiperpnea/hiperventilación – Aumento de la ventilación pulmonar debido a un aumento del metabolismo (ejercicio) o no (emocional, soplar). ü Hipoventilación - Descenso de la ventilación pulmonar que afecta a la ventilación alveolar (asma, respiración superficial) ü Taquipnea – Respiración rápida y superficial (jadeos) ü Disnea – Dificultad respiratoria ü Apnea – Ausencia de ventilación (voluntaria o por depresión de centros de control respiratorio en el SNC) 18 VENTILACIÓN Factores que afectan a la ventilación Ø Acción de los músculos respiratorios que generan gradientes de presión. Ø Presión intrapleural (inferior a la presión atmosférica) Ø Distensibilidad y elasticidad pulmonar Ø Resistencia de las vías aéreas (obstrucción o por broncoconstricción/dilatación) Ø Surfactante pulmonar 19 VENTILACIÓN Perfusión La perfusión es el proceso por el cual el sistema cardiovascular bombea la sangre a los pulmones. Los pulmones reciben todo el gasto cardíaco (5 L/min), pero la distancia a recorrer y el diámetro de los vasos es un poco mayor, por lo tanto, la resistencia vascular es baja, y el flujo es alto en comparación a la sistémica. El flujo de sangre en los alveolos ha de estar coordinada con la ventilación de los alveolos. La circulación pulmonar es de alto flujo, baja resistencia y baja presión. 20 INTERCAMBIO GASEOSO Intercambio por difusión Ley de Dalton La presión total de una mezcla Ø El intercambio de gases alveolo – capilares se de gases es igual a la suma de produce de manera pasiva gracias a las las presiones parciales de los diferencias en las concentraciones en cada gases individuales. compartimento. Ø En la eficacia del intercambio depende la proporción de O2 que haya en el aire respirado. ¿Cuál es la presión parcial del O2? ¿Cuál es la presión parcial del CO2? *0,03% 21 INTERCAMBIO GASEOSO. Intercambio según las presiones parciales Ø Los gases, al igual que Ø La sangre después de pasar cualquier sustancia, siempre por lo alveolos siempre van a buscar el equilibrio de mantendrá la misma concentración entre dos presión parcial de O2 y CO2 compartimentos que había en ese espacio, “comunicados”. 100 mmHg y 40 mmHg, respectivamente. Ø Por lo que, al pasar por los capilares de los alveolos, el Ø La sangre después de pasar CO2 tenderá a salir al por los tejidos tendrá la espacio alveolar desde la misma presión parcial de O2 sangre ya que existe menor y CO2 que había en ese pCO2 en ese espacio, y el espacio, < 40 mmHg y > 46 O2 hará lo contrario. mmHg, respectivamente. 22 INTERCAMBIO GASEOSO. Presiones parciales según el ambiente A nivel del mar, 25ºC y un 100% de humedad – El vapor de agua aporta una presión de 24 mmHg. Las presiones parciales de los gases se ven modificadas por las condiciones ambientales (altitud, temperatura, humedad). En las vías aéreas hay una Esto implica que, de los 760 mmHg, 24 los aporta el humidificación del aire atmosférico, por vapor de agua = 736 mmHg à 154,56 mm Hg O2 lo que la pO2 se ve modificada. La humedad del aire equivale a vapor de agua (gas) cuya presencia provoca una “dilución” del resto de gases. Estas variaciones pueden afectar al intercambio gaseoso en los alveolos. ¿Qué ocurre con la disponibilidad de O2 en un ambiente de alta humedad? 23 INTERCAMBIO GASEOSO. Factores que influyen Una baja presión parcial de O2, la disminución de la superficie de intercambio (enfisema), el aumento de la distancia alveolo-capilar (edema) y una menor ventilación alveolar por Los gases O2 y CO2 van a difundir desde los ejemplo por broncoconstricción (asma) hace alveolos hacia la sangre y viceversa por la disminuir el intercambio gaseoso. diferencia en las concentraciones: Existencia de gradientes de presión. Un endurecimiento de la pared alveolar (fibrosis), afecta a la elasticidad pulmonar y También influye la superficie disponible de por tanto a la ventilación, afectando en última intercambio y la distancia entre alveolo y capilar. medida al intercambio se gases 24 INTERCAMBIO GASEOSO. Factores que influyen 25 INTERCAMBIO GASEOSO. Transporte de gases El 98% del total de ese O2 viajará asociado a la hemoglobina de los glóbulos rojos, el restante viaja disuelto. El porcentaje de saturación mide la unión del oxígeno a la hemoglobina, nos dice cuántos sitios de unión al oxígeno están ocupados en la hemoglobina. 26 INTERCAMBIO GASEOSO. Transporte de oxígeno Hematocrito – Cantidad de eritrocitos que hay en la sangre Volumen corpuscular medio – Tamaño medio de los eritrocitos. Hemoglobina – Cantidad de hemoglobina por volumen de sangre. Hemoglobina corpuscular media – Cantidad de hemoglobina que hay en los eritrocitos. 27 INTERCAMBIO GASEOSO. Transporte de oxígeno La afinidad de la Hb puede verse modificada por las condiciones físico-químicas del entorno. Efecto del pH (efecto Bohr): Disminución de la afinidad de la Hb por el O2 (p50 más altas) en pH más ácidos. También puede modificar la afinidad la temperatura, la pCO2, o metabolitos intermedios de la glucólisis. 28 INTERCAMBIO GASEOSO. Transporte de oxígeno Las cadenas polipeptídicas que forman la Hemoglobina también determinan su afinidad. La Hb adulta está compuesta por 2 cadenas 𝛼 y 2 cadenas 𝛽, en cambio la Hb fetal la componen 2 cadenas 𝛼 + 2 cadenas 𝛾. La HbF presenta mayor afinidad por el oxígeno que la adulta. 29 INTERCAMBIO GASEOSO. Transporte de dióxido de carbono El 23% del total de ese CO2 viajará asociado a la hemoglobina, el 7% viaja disuelto y el 70% viaja en forma de HCO3- (ión bicarbonato). 1. El CO2 entra en el glóbulo rojo, donde es transformado en H2CO3. 2. A pH fisiológico, el bicarbonato pierde un H+, acidificando el medio. 3. Cuando la sangre llega a los pulmones el HCO3- es transformado de nuevo en CO2, el cual difunde hacia los alveolos y es liberado en forma de gas. 4. Parte de esos protones libres, y el CO2 AC – anhidrasa carbónica asociado, afectarán a la hemoglobina, haciendo que disminuya su afinidad por el O2 30 INTERCAMBIO GASEOSO. Resumen Los gases difunden alveolo-sangre de forma pasiva a favor de gradientes de concentración La mayor parte del O2 viaja en sangre unido a la hemoglobina, siendo el porcentaje de saturación de la hemoglobina cuando sale de los pulmones cerca del 100%. A medida que la sangre va llegando a los tejidos la hemoglobina va cediendo O2 con cierta facilidad, facilitándose esta liberación según las condiciones físico-químicas del entorno. 31 INTERCAMBIO GASEOSO. Resumen La respiración celular en los tejidos genera CO2, que difunde a la sangre donde la mayoría es transformado en H2CO3. Cuando llega a los pulmones el bicarbonato es transformado de nuevo en CO2 el cual difunde al espacio de los alveolos. La molécula de H2CO3 actúa como un tampón fisiológico, pudiendo ceder o captar protones en función de las variaciones de pH de la sangre. 32 CONTROL Y REGULACIÓN. Puntos de control Existen diversos puntos de control tanto de la ventilación pulmonar como de la ventilación alveolar: Ø El Sistema Nervioso Central realiza un fenómeno de control generalizado, dirigiendo la contracción y relajación rítmica de los músculos respiratorios o modificándolas antes determinados estímulos. Ø También existe una afectación voluntaria de la ventilación, ya que los músculos respiratorios están inervados por el sistema nervioso somático. Ø Existen fenómenos de regulación locales, estimulados por señales paracrinas y endocrinas que afectan a la perfusión y a la broncoconstricción y dilatación de las vías aéreas. 33 CONTROL Y REGULACIÓN. Centro de control El centro de control de la respiración se encuentra en el bulbo raquídeo, cuyas neuronas presentan un mecanismo similar que las células autorrítmicas del corazón, con un potencial de membrana inestable, lo que van provocando descargas de señal que estimulan los músculos respiratorios de manera rítmica. 34 CONTROL Y REGULACIÓN. Modulación por señal de receptores Las señales que parten del bulbo raquídeo se ven moduladas por la información recibida de diferentes receptores sensitivos internos, así como por órdenes emitidas desde la corteza. Los receptores sensitivos específicos del sistema respiratorio son quimiorreceptores que detectan de manera constante las concentraciones de O2, CO2 y el pH. Los quimiorreceptores se encuentran tanto en el SNC como en los cuerpos carotídeos y aórtico, junto con los barorreceptores de la tensión arterial. 35 CONTROL Y REGULACIÓN. Regulación del pH Ley del equilibrio de masas El pH del LEC (plasma) ha de mantenerse en unos niveles homeostáticos. Una bajada en el pH se denomina acidosis y un aumento alcalosis. La acción conjunta del sistema respiratorio y el renal van a mantener la homeostasis con respecto al pH. 36 CONTROL Y REGULACIÓN. Tipos de trastorno ácido-base Acidosis respiratoria Se produce por hipoventilación. Existe una acumulación de CO2 en plasma y por tanto de HCO3- + H+. Acidosis metabólica Producido por una acidosis láctica o cetogénica, o por pérdidas de HCO3- (por diarreas, por ejemplo) Alcalosis respiratoria Se produce por hiperventalización. Existe una disminución de CO2 en plasma y por tanto de HCO3- + H+ Alcalosis metabólica * La compensación ventilatoria en estos casos es muy eficiente. Producido por vómitos (contenido ácido) o por ingesta excesiva de bicarbonato. 37 Temas 12 y 13: Sistema respiratorio. Curso 2024-2025 DUDAS 38