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SISTEMA RESPIRATORIO Estructura y Función Estructura: La tráquea y los bronquios están compuestos por cartílagos y se mantienen abiertos en todo momento. La pared de los bronquiolos contiene músculo liso que puede contraerse o relajarse modificando el flujo aéreo. La porción de vía aérea desde la n...

SISTEMA RESPIRATORIO Estructura y Función Estructura: La tráquea y los bronquios están compuestos por cartílagos y se mantienen abiertos en todo momento. La pared de los bronquiolos contiene músculo liso que puede contraerse o relajarse modificando el flujo aéreo. La porción de vía aérea desde la nariz a los bronquiolos terminales la denominamos como zona de conducción. En ella no tiene lugar el intercambio gaseoso. A través de la zona de conducción el aire es humidificado, calentado y filtrado. (Área bronquial) La principal función es la de aportar el oxígeno a las células y eliminar el dióxido de carbono Zona Respiratoria: La zona respiratoria contiene alvéolos que se distribuyen en los bronquiolos respiratorios. Se continúan de los bronquiolos terminales y contienen algunos alvéolos en su pared. Conductos alveolares: las paredes están compuestas por alvéolos y Sacos alveolares (conjunto de alvéolos comunicados entre sí). Las arterias pulmonares llevan sangre venosa desde el corazón derecho a los pulmones. Las arterias pulmonares se ramifican repetidamente siguiendo al árbol bronquial y hasta formar una densa red capilar alrededor de los alvéolos. El oxígeno y dióxido de carbono atraviesan la membrana alveolo capilar. Ventilación pulmonar: consiste en el intercambio de aire entre la atmósfera y los pulmones. El aire se mueve desde zonas de mayor a menor presión por lo que es necesario la existencia de un gradiente de presión entre atmósfera y alvéolos. Volúmenes y capacidades Pulmonares Las capacidades pulmonares se refieren a los distintos volúmenes de aire característicos en la respiración humana. Un pulmón humano puede almacenar alrededor de 5 litros de aire en su interior, pero una cantidad significativamente menor es la que se inhala y exhala durante la respiración. • Volumen corriente (VC): volumen de aire inspirado o espirado en cada respiración normal. En un adulto sano es de 6 o 7 ml/kg (unos 500 ml aproximadamente). • Volumen de reserva inspiratorio (VRI): volumen adicional máximo de aire que se puede inspirar por encima del volumen corriente normal mediante inspiración forzada; habitualmente es igual a unos 3.000 ml. • Volumen de reserva espiratorio (VRE): cantidad adicional máxima de aire que se puede espirar mediante espiración forzada, después de una espiración corriente normal, normalmente es de unos 1.200 ml. • Volumen residual (VR): volumen de aire que queda en los pulmones y las vías respiratorias tras la espiración forzada, supone en promedio unos 1.200 ml aproximadamente. Este volumen no puede ser exhalado. Al describir los procesos del ciclo pulmonar, a veces es deseable considerar juntos dos o más volúmenes pulmonares, estas combinaciones de volúmenes son llamados capacidades pulmonares: • • • • Capacidad inspiratoria (CI): Es la cantidad de aire que una persona puede respirar comenzando en el nivel de una espiración normal y distendiendo al máximo sus pulmones (3.500 ml aproximadamente). CI = VC + VRI Capacidad residual funcional (CRF): Es la cantidad de aire que queda en los pulmones tras una espiración normal (2.300 ml aproximadamente). CRF = VRE + VR Capacidad vital (CV): Es la cantidad de aire que es posible expulsar de los pulmones después de haber inspirado completamente. Son alrededor de 4,6 litros. CV = VRI + VC + VRE Capacidad pulmonar total (CPT): Es el volumen de aire que hay en el aparato respiratorio, después de una inhalación máxima voluntaria. Corresponde a aproximadamente a 6 litros de aire. Es el máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 ml). CPT = VC + VRI + VRE + VR Difusión o intercambio alveolo-capilar de gases Una vez que los alvéolos se han ventilado con aire nuevo, el siguiente paso en el proceso respiratorio es la difusión del oxígeno (O2) desde los alvéolos hacia la sangre y del dióxido de carbono (CO2) en dirección opuesta. La cantidad de oxígeno y de dióxido de carbono que se disuelve en el plasma depende del gradiente de presiones y de la solubilidad del gas. Ya que la solubilidad de cada gas es constante, el principal determinante del intercambio de gases es el gradiente de la presión parcial del gas a ambos lados de la membrana alvéolo-capilar. Los gases fluyen desde regiones de elevada presión parcial a regiones de baja presión parcial. La PO2 normal en los alvéolos es de 100 mmHg mientras que la PO2 normal en la sangre venosa que llega a los pulmones, es de 40 mmHg. Por tanto, el oxígeno se mueve desde los alvéolos al interior de los capilares pulmonares. Lo contrario sucede con el dióxido de carbono. La PCO2 normal en los alvéolos es de 40 mmHg mientras que la PCO2 normal de la sangre venosa que llega a los pulmones es de 46 mmHg. Por tanto, el dióxido de carbono se mueve desde el plasma al interior de los alvéolos. A medida que difunde más gas de un área a otra de la membrana, la presión parcial va disminuyendo en un lado y aumentando en otro, de modo que los 2 valores se van acercando y, por tanto, la intensidad de la difusión es cada vez menor hasta que llega un momento en que las presiones a ambos lados de la membrana alvéolo-capilar se igualan y la difusión se detiene. La cantidad de aire alveolar sustituida por aire atmosférico nuevo con cada movimiento respiratorio solo es la 1/7 parte del total, de modo que se necesitan varios movimientos respiratorios para renovar la mayor parte del aire alveolar. Con una ventilación alveolar normal se necesitan unos 17 segundos aproximadamente, para sustituir la mitad del aire alveolar y esta lentitud tiene importancia para evitar cambios bruscos en las concentraciones gaseosas de la sangre. Membrana respiratoria o alveolo-capilar Las paredes alveolares son muy delgadas y sobre ellas hay una red casi sólida de capilares interconectados entre sí. Debido a la gran extensión de esta red capilar, el flujo de sangre por la pared alveolar es descrito como laminar y, por tanto, los gases alveolares están en proximidad estrecha con la sangre de los capilares. Por otro lado, los gases que tienen importancia respiratoria son muy solubles en los lípidos y en consecuencia también son muy solubles en las membranas celulares y pueden difundir a través de éstas, lo que resulta interesante porque el recambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce a través de una serie de membranas y capas que se denominan en conjunto, membrana respiratoria o membrana alvéolo-capilar. A pesar del gran número de capas, el espesor global de la membrana respiratoria varía de 0.2 a 0.6 micras y su superficie total es muy grande ya que se calculan unos 300 millones de alvéolos en los dos pulmones. Además, el diámetro medio de los capilares pulmonares es de unas 8 micras lo que significa que los glóbulos rojos deben deformarse para atravesarlos y, por tanto, la membrana del glóbulo rojo suele tocar el endotelio capilar, de modo que el O2 y el CO2 casi no necesitan atravesar el plasma cuando difunden entre el hematíe y el alvéolo por lo que aumenta su velocidad de difusión. La difusión del oxígeno y del dióxido de carbono a través de la membrana respiratoria alcanza el equilibrio en menos de 1 segundo de modo que cuando la sangre abandona el alvéolo tiene una PO2 de 100 mmHg y una PCO2 de 40 mmHg, idénticas a las presiones parciales de los dos gases en el alvéolo. Relación ventilación perfusión alveolo capilar (VA/Q) Para que la ventilación alveolar y la difusión de gases sean correctas, es necesario que todos los alvéolos se ventilen por igual y que el flujo de sangre por los capilares pulmonares sea el mismo para cada alvéolo. La perfusión pulmonar es el flujo sanguíneo pulmonar (Q). Para representar posibles variaciones, se ha desarrollado el concepto de relación ventilación alveolar-perfusión (VA/Q) o relación entre la ventilación alveolar y el flujo sanguíneo pulmonar. El valor normal del cociente VA/Q es 0,8, lo que significa que la ventilación alveolar (en litros/min) es 80% del valor del flujo sanguíneo pulmonar (en litros/min). El término normal significa que si la frecuencia respiratoria, el volumen corriente y el gasto cardíaco son normales, el cociente será ese. cualquier alteración puede provocar su aumento o disminución. Transporte de oxígeno Una vez que el oxígeno (O2 ) ha atravesado la membrana respiratoria y llega a la sangre pulmonar, tiene que ser transportado hasta los capilares de los tejidos para que pueda difundir al interior de las células. El transporte de O2 por la sangre se realiza principalmente en combinación con la hemoglobina (Hb), aunque una pequeña parte de oxígeno se transporta también disuelto en el plasma. Como el oxígeno es poco soluble en agua, solo unos 3 ml de oxígeno pueden disolverse en 1 litro de plasma, de modo que, si dependiésemos del oxígeno disuelto en plasma, solamente 15 ml de oxígeno disuelto alcanzarían los tejidos cada minuto, ya que nuestro gasto cardíaco (o volumen de sangre expulsado por el corazón en un minuto) es de unos 5 L/min. Esto resulta absolutamente insuficiente puesto que el consumo de oxígeno por nuestras células en reposo, es de unos 250 ml/min y aumenta muchísimo con el ejercicio. Así que el organismo depende del oxígeno transportado por la Hb, por lo que más del 98% del oxígeno que existe en un volumen dado de sangre, es transportado dentro de los hematíes, unido a la Hb, lo que significa que alcanza unos valores de unos 197 ml/litro de plasma, si se tienen niveles normales de Hb. Como el gasto cardiaco es unos 5 l/min, entonces el oxígeno disponible es de casi 1000 ml/min, lo que resulta unas 4 veces superior a la cantidad de oxígeno que es consumido por los tejidos en reposo. Transporte de dióxido de carbono La producción de dióxido de carbono (CO2) se realiza en los tejidos como resultado del metabolismo celular, de donde es recogido por la sangre y llevado hasta los pulmones. Aunque el dióxido de carbono es más soluble en los líquidos corporales que el oxígeno, las células producen más CO2 del que se puede transportar disuelto en el plasma. De modo que la sangre venosa transporta el CO2 de 3 maneras: Combinado con la hemoglobina (Hb) (20%) En forma de bicarbonato (73%) En solución simple (7%) COMBINADO CON LA HB: el 20% del CO2 que penetra en la sangre que circula por los capilares tisulares es transportado combinado con los grupos amino de la hemoglobina. Cuando el oxígeno abandona sus sitios de unión en los grupos hemo de la Hb, el dióxido de carbono se une a la Hb en sus grupos amino formando carbaminohemoglobina proceso que es facilitado por la presencia de hidrogeniones (H+) producidos a partir del CO2 ya que el pH disminuido en los hematíes, disminuye la afinidad de la Hb por el oxígeno. EN FORMA DE BICARBONATO: cerca del 75% del CO2 que pasa de los tejidos a la sangre es transportado en forma de iones bicarbonato (HCO3 -) en el interior de los hematíes. El dióxido de carbono difunde al interior de los hematíes en donde reacciona con agua en presencia de un enzima, la anhidrasa carbónica, para formar ácido carbónico. El ácido carbónico se disocia en un ión de hidrógeno y un ión de bicarbonato por medio de una reacción reversible: CO2 + H2O <-------> CO3H2 <-------> HCO3 -+ H+ A medida que el CO2 va entrando en los hematíes se va produciendo ácido carbónico y bicarbonato hasta alcanzar el equilibrio. Los productos finales de la reacción (HCO3 - y H+) deben ser eliminados del citoplasma de los hematíes. Los hidrogeniones se unen a la Hb y así se mantiene baja su concentración en el interior de los hematíes y los iones bicarbonato salen desde los hematíes al plasma utilizando una proteína transportadora. Cuando la sangre venosa llega a los pulmones sucede que la presión parcial del dióxido de carbono (PCO2) de los alvéolos es más baja que la de la sangre venosa. El CO2 difunde desde el plasma al interior de los alvéolos y la PCO2 del plasma empieza a bajar, lo que permite que el CO2 salga de los hematíes. La reacción entonces se produce a la inversa. Los H+ se liberan de la Hb y el bicarbonato del plasma entra en los hematíes. El bicarbonato y los H+ forman ácido carbónico que, a su vez, se convierte en CO2 y en agua. El dióxido de carbono entonces difunde desde los hematíes al interior de los alvéolos para ser expulsado al exterior del organismo por la espiración. EN SOLUCIÓN SIMPLE: el CO2 es muy soluble en agua y la cantidad del que es transportado en solución depende de su presión parcial, aunque en condiciones normales solo un 7-10% del transporte del CO2 se realiza en solución, disuelto en el plasma.