Fisiología respiratoria: conceptos básicos

Hoy me gustaría hablar de la fisiología respiratoria. Está enlazado con el post de la semana pasada oxigenoterapia, y tiene como objetivo despejar dudas y aprender nuevos conceptos sobre el sistema respiratorio, ya que en un futuro quisiera realizar un post sobre ventilación mecánica y soporte ventilatorio.

Soy consciente de que el estudio de la fisiología humana a veces puede tornarse tedioso y poco interesante, sin embargo en este post prometo ser lo más breve y concisa posible, pues simplemente vamos a tomarlo como introducción.

Sistema respiratorio:

El sistema respiratorio se encarga de llevar a cabo un conjunto de mecanismos mediante los cuales las células del organismo pueden realizar la respiración tisular o interna: toman oxígeno (O2) y expulsan dióxido de carbono (CO2). Está íntimamente ligado al sistema circulatorio.

Anatomía respiratoria:

En la imagen superior podemos observar la estructura del sistema respiratorio, desde la cavidad nasal hasta los lóbulos pulmonares y el diafragma, pasando por tráquea, bronquios y bronquiolos. Aunque no aparece en la imagen, los pulmones, el mediastino, el diafragma y parte de la caja torácica se encuentran recubiertos de una membrana serosa llamada pleura. Esta se compone de dos hojas (visceral y parietal), y de un espacio intermedio conocido como cavidad pleural, que contiene un líquido lubricante.

Los pulmones tienen su propio saco pleural en la cavidad torácica. Cada uno de ellos tiene un vértice, una base y dos caras:

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  Histología pulmonar fisiológicamente normal

  El vértice es la parte superior redondeada de cada pulmón y se extiende a través de la abertura superior del tórax, por encima de la 1ª costilla.

• La base, o también llamada cara diafragmática, es cóncava, semilunar y descansa sobre la superficie convexa del diafragma.
• La cara costal es la mayor, lisa y convexa, se adapta a la pared torácica.
• La cara interna tiene una parte vertebral que ocupa el canal a cada lado de la columna vertebral y otra mediastínica que presenta depresiones debido al corazón y los grandes vasos.

El pulmón derecho está dividido en tres lóbulos: superior, medio e inferior. Es de mayor tamaño y más pesado que el izquierdo, además su diámetro vertical es menor debido a que la cúpula derecha del diafragma es más alta.
El pulmón izquierdo está dividido en dos lóbulos: un lóbulo superior, que presenta la escotadura cardíaca en donde se sitúa el corazón, y un lóbulo inferior.

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Anatomía pulmonar: bronquiolos -> bronquiolos terminales -> sacos alveolares -> alveolos
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En la imagen inferior se representa la unidad funcional pulmonar: el alvéolo. Este surge tras los bronquiolos terminales, formando los bronquiolos respiratorios, luego los sacos alveolares y finalmente el alvéolo como tal. La musculatura, como podemos apreciar en la imagen es lisa, por lo que está dominada por el sistema nervioso autónomo (SNA), compuesto a su vez por los sistemas simpático y parasimpático.

Es en el alvéolo donde ocurre la verdadera respiración pulmonar:

• Ventilación: paso de aire a través de las estructuras pulmonares durante la inspiración y la espiración
• Hematosis: intercambio gaseoso (CO2 – O2) realizado en el alvéolo, también se denomina respiración pulmonar externa.
• Difusión: paso de gases desde el alvéolo al capilar y viceversa. Depende del gradiente de concentración de ambos gases, del coeficiente de difusión de cada uno de ellos y del estado de la membrana respiratoria.
• Perfusión: irrigación del alveolo por parte del capilar pulmonar.
• Ventilación-Perfusión (RVP):  consiste en la relación existente entre los alvéolos ventilados y su perfusión  por parte de los capilares. Los alvéolos del vértice pulmonar se encuentran mejor ventilados y peor perfundidos que los de la base.

Las unidades alveolares ventiladas pero no perfundidas se conocen como espacio muerto. También se denominan de esta manera otras estructuras en las que no se realizan hematosis como las fosas nasales, laringe, tráquea y bronquios principales o fuente.

Circulación pulmonar. Transporte de oxígeno y CO2:

Los vasos sanguíneos encargados de abastecer el sistema respiratorio se conocen como circulación pulmonar. Todos hemos aprendido de pequeños que las arterias llevan la sangre oxigenada (rica en O2) y las venas la desoxigenada (pobre en O2 y rica en CO2), sin embargo en la circulación pulmonar ocurre todo lo contrario. La arteria pulmonar lleva sangre desoxigenada y/o carboxigenada desde el ventrículo derecho del corazón hasta los capilares arteriales que envuelven los alveolos. Una vez oxigenada, es recogida por los capilares venosos y enviada a través de las venas pulmonares de nuevo a la aurícula izquierda y así se incorporará a la circulación sistémica.  El transporte de oxígeno y dióxido de carbono por vía sanguínea puede realizarse mediante dos vías: el gas se encuentra disuelto en el plasma, representado como presión parcial del gas, o bien en el interior de los hematíes ligado a la Hemoglobina (Hb), que recibe el nombre de oxihemoglobina (O2) o carboxihemoglobina (CO2) en función de qué molécula se encuentre ligada a ella. El CO2 además puede transportarse a nivel orgánico en forma de bicarbonato (HCO3-), ya que al acceder al interior de los hematíes reacciona con agua y la enzima anhidrasa carbónica para formar ácido carbónico, que a su vez, al disociarse de un ión hidrógeno (es decir, al perderlo) formará el bicarbonato. Este se liberará de nuevo al torrente sanguíneo.

La circulación pulmonar no sólo tiene como objetivo la hematosis pulmonar, sino que también cumple una serie de funciones como:

• Antiembólica: filtro de émbolos
• Nutricional: transporta el O2 y los nutrientes necesarios a las células del epitelio alveolar
• Metabólicas: producción de ciertas enzimas (enzima convertidora de angiotensina, enzima convertidora de bradiquinina, etc.).

Sistema locomotor respiratorio:

El sistema respiratorio también cuenta con una parte musculoesquelética. La respiración pulmonar en concreto se lleva a cabo gracias a la ayuda de los músculos respiratorios. Para realizar la respiración es necesario generar un gradiente de presión respecto a la presión atmosférica, que  equivale a 0 mmHg (en fisiología respiratoria – la presión parcial del O2 atmosférico es de 760mmHg y su concentración es del 21%). Una presión negativa equivale a una presión inferior a la atmosférica y una positiva a una superior a ella. Los músculos respiratorios actúan a modo de bomba creando una diferencia de presiones que permite acceder y expulsar el aire del interior de los pulmones, ya que estos por si solos no son capaces de generar presiones.

Músculos Inspiratorios: 

Durante la fase de inspiración, el diafragma y los músculos respiratorios se contraen y la presión intrapulmonar desciende respecto a la atmosférica, lo que hace que el aire entre en las vías respiratorias. Los músculos participantes en la inspiración son:

1. Diafragma
2. Escalenos
3. Trapecio
4. Esternocleidomastoideo
5. Músculos intercostales externos
6. Músculos paraesternales
7. Aletas nasales*

Músculos Espiratorios:

Durante la espiración, los músculos respiratorios se relajan y la presión intrapulmonar asciende respecto a la atmosférica, por lo que el aire es expulsado de los pulmones. Los músculos participantes en la espiración son:

1. Músculos de la pared abdominal (rectos y oblicuos)
2. Triangular del esternón
3. Músculos intercostales internos

A esto se le añade que la presión intrapleural es inferior a la atmosférica, por lo que nunca se puede equilibrar con la presión atmosférica ya que la cavidad pleural está cerrada de manera hermética.

Regulación respiratoria a nivel neuronal:

Los músculos respiratorios se encuentran inervados por un grupo de motoneuronas localizadas a nivel espinal, las cuales envían una serie de descargas rítmicas, y como consecuencia se produce la inspiración. Estas motoneuronas están controladas por un sistema nervioso que emplea dos tipos de mecanismos separados pero interdependientes:

Sistema nervioso voluntario: compuesto por el SN central y el periférico, capaz de controlar conscientemente el patrón respiratorio (por ejemplo cuando aguantamos la respiración bajo el agua, o hinchamos un globo)

Sistema nervioso autónomo: totalmente involuntario, compuesto por un centro respiratorio, localizado en el tronco encefálico. Este centro es el encargado de controlar la respiración en función de las necesidades metabólicas del organismo. Su actividad se lleva a cabo mediante varios tipos de mecanismos:

• Mecanismo de control químico: el centro respiratorio está compuesto por un grupo de neuronas localizadas en el bulbo y protubrerancia que se encargan de regular la respiración mediante los cambios detectados en las concentraciones plasmáticas de O2, CO2 e hidrogeniones (H+). A su vez se encuentra dividido en 3 regiones principales: dorsal, ventral y neumotáxica.
  Indirectamente, el CO2 es el compuesto más importante para la regulación química de la respiración, pues en el tronco encefálico están alojados unos quimioreceptores centrales que detectan eficazmente el incremento de hidrogeniones, producto de la reacción entre el CO2 y el H2O que hemos visto anteriormente (de ácido carbónico a bicarbonato e iones hidrógeno), en el torrente sanguíneo cuando intentan atravesar la barrera hematoencefálica. El CO2 atraviesa con facilidad dicha barrera y tiene poco poder estimulante sobre las neuronas del centro respiratorio, por lo que no es fácil de detectar directamente. El aumento de hidrogeniones estimula el centro respiratorio, el cual a su vez activa los músculos para aumentar la frecuencia respiratoria, expulsar CO2 y así diminuir la cantidad de hidrogeniones plasmática hasta llegar a condiciones normales.
  De igual manera, el O2 también es monitorizado por el organísmo mediante los quimioreceptores periféricos, pero no resulta tan útil para la regulación respiratoria ya que su carencia se detecta sólo en niveles muy avanzados, como por ejemplo en una enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Esto es debido a que el O2 resulta tan indispensable para nuestro cuerpo que se conserva siempre una presión de O2 alveolar más alta de la necesaria para que la Hb quede casi completamente saturada. Por ello es posible que la ventilación alveolar varíe sin afectar el transporte de O2 al resto del organismo.
• Mecanismo de control por propioceptores: son unos receptores especiales de sensibilidad profunda. Los ubicados en los pulmones, detectan el estiramiento pulmonar y se activan para proteger los pulmones de un estiramiento excesivo. Los que se encuentran en las articulaciones, son estimulados durante el ejercicio y avisan al centro respiratorio de que es necesario aumentar la frecuencia respiratoria
• Mecanismos de actividad del centro vasomotor: este centro es el responsable de la vasoconstricción periférica y la actividad cardíaca. Si este centro aumenta su actividad del CVM, paralelamente también aumenta la actividad del respiratorio, como por ejemplo cuando el organismo sufre una hipotensión.
• Mecanismo de regulación de la temperatura corporal: si la temperatura corporal aumenta, también lo hace el metabolismo celular, aumentando también la concentración de dióxido de carbono y, en consecuencia, la ventilación alveolar. También existe un efecto estimulante directo de la temperatura sobre el centro respiratorio.

Y con esto vamos a concluir este explicativo post, espero que no os hayáis aburrido mucho, pero creo que sirve de repaso para temas que pretendo abordar más adelante (si el tiempo y mi agenda me lo permiten, que últimamente está más apretada que el metro en hora punta). Nos vemos en la web, ¡chao!

Bibliografía:

1. Reiriz Palacios, J. Sistema respiratorio: Anatomía y Fisiología. Collegi Oficial de Infermeres i Infermers, Barcelona. Infermera Virtual. págs 1 – 27. consultado el día 3 de mayo de 2015. Disponible en: https://www.infermeravirtual.com/files/media/file/97/Sistema%20respiratorio.pdf?1358605430
2. Young, M. Fisiología del aparato respiratorio. Universidad Nacional del Nordeste. Argentina 2011. Consultado el día 3 de mayo de 2015. Disponible en: http://med.unne.edu.ar/enfermeria/catedras/fisio/2011/016.pdf
3. García-Porrero, J. A; Hurle, M. J; Ambriosani Fernández, J; Benítez Padilla, G; Bueno López, J. L; Colvée Benlloch, E. et al. Anatomía Humana. Mc Graw Hill-Interamericana. 1ª Edición. Madrid, 2005. S 5; C9. págs: 421 – 473.

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