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ASPECTOS MORFO FUNCIONALES DEL SISTEMA RESPIRATORIO

OBJETIVOS

  1. Conocer las funciones respiratorias de los diferentes elementos estructurales de la bomba toraco-pulmonar.
  2. Concepto de unidad respiratoria fisiológica.

LA BOMBA TORACO-PULMONAR

Figura 1.

TÓRAX.
Forma una estructura herméticamente cerrada y aislada del exterior, salvo por la región de la tráquea, mediante un conjunto de estructuras óseas y musculares. La acción muscular es responsable de la fase inspiratoria normal y forzada, así como de la fase espiratoria forzada.

bomba respiratoria
Figura-1: Bomba respiratoria.

ELEMENTOS ÓSEOS

Esternón
Parrilla costal
Columna vertebral
Clavículas

ELEMENTOS MUSCULARES

MÚSCULOS INSPIRATORIOS: Son los que elevan y expanden la caja torácica cuando se contraen.

1) DIAFRAGMA que separa las cavidades torácica de la abdominal, es el músculo más importante de la inspiración (participa en la generación del 75% del volumen inspirado). Relajado presenta una forma de cúpula hacia la cavidad torácica y durante la actividad tiende a aplanarse moviéndose hacia abajo. Su inervación viene a través del nervio frénico (uno por cada lado), procedente de las raíces espinales ventrales entre el tercero y quinto segmento cervical. Actúa a modo de émbolo. A mayor volumen pulmonar menor longitud muscular y menor tensión. Este músculo es el único activo durante la anestesia profunda y durante la espiración, mantiene su actividad brevemente.

2) INTERCOSTALES EXTERNOS, conectan las costillas entre sí, tirando de ellas hacia arriba y afuera, cuando se contraen, por lo que incrementan los diámetros laterales o anteroposterior del tórax. Simultáneamente los extremos ventrales de las costillas se desplazan en sentido ventro-craneal elevando la caja torácica. Así mismo la contracción de estos músculos tensa los espacios intercostales impidiendo que éstos se retraigan durante la inspiración como consecuencia de la presión negativa que se está generando en el interior del tórax. La inervación de estos músculos se hace por ramas que reciben el mismo nombre que salen de entre el primero y undécimo segmento torácico. Participan en la inspiración normal en un 25% del volumen inspirado, además de en las inspiraciones forzadas.

3.) MÚSCULOS ACCESORIOS, éstos sólo entran en acción cuando el flujo de aire debe ser muy alto (50 l/min). Son el escaleno y esternocleidomastoideo. Si el flujo de aire es aún mayor, participan otros músculos como trapecio y ambos pectorales. Si la respiración es muy dificultosa entran en juego otros músculos como son: milohideo, digástrico, elevador del ala de la nariz, cutáneo del cuello, bucinadores, periestafilino interno, músculos laríngeos, linguales y cervicales posteriores. Todos éstos participan disminuyendo la resistencia al flujo aéreo, aunque también se puede producir una ligera elevación de la región torácica superior.

MÚSCULOS ESPIRATORIOS (sólo actúan en espiraciones forzadas)

MÚSCULOS ABDOMINALES, oblicuo interno, oblicuo externo, transverso y rectos abdominales. Estos están inervados por nervios que salen de los segmentos D6 a D12 y primeros segmentos lumbares. Su contracción determina descenso de la parrilla costal, en consecuencia disminución del diámetro torácico; y aumento de la presión abdominal lo que provoca desplazamiento hacia arriba del diafragma. Entran en actividad cuando el flujo de espiración debe ser mayor de 40 l/min. Intervienen en la tos, esfuerzos, defecación y vómitos, inactivándose rápidamente con la anestesia.

MÚSCULOS INTERCOSTALES INTERNOS, su contracción determina retracción de las costillas hacia dentro y abajo, comprimiendo la caja torácica. A su vez tensan los espacios intercostales evitando la protrusión de éstos hacia el exterior por la alta presión positiva que se genera.

pulmones
Figura-2: Pulmones.

PULMÓN
Los pulmones son estructuras pares con una porción izquierda formada por dos lóbulos y una derecha formada por tres. Estos pulmones se encuentran encerrados en la cavidad torácica. Su peso es del 1,5% del peso corporal en el adulto, y de éste el 60% es tejido pulmonar y el resto es sangre. (Figura 2).

PLEURAS, membranas serosas que tapizan al tórax en su interior: pleura parietal, la cual al llegar al hilio pulmonar se continúa por la pleura visceral, la cual tapiza al tejido pulmonar. Ambas pleuras están separadas entre sí por un estrechísimo espacio lleno de una fina lámina de líquido, que se denomina cavidad pleural o espacio intrapleural. Este líquido, con un volumen de unos 2 ml, crea una tensión superficial tan grande que permite deslizarse entre si a ambas pleuras pero no separarse, lo que permite que tanto el tejido pulmonar como la caja torácica se sigan en sus movimientos. Las fuerzas elásticas contrapuestas del tórax y los pulmones sobre estas pleuras determina que en reposo (después de la espiración normal o eupnéica) la presión del espacio intrapleural sea de unos – 3,7 mm Hg (-5 cm de H2O).

vías respiratorias
Figura-3: Sistema de canalización e intercambio.

SISTEMA DE CANALIZACIÓN E INTERCAMBIO

Figura 3

LARINGE: Estructura formada por nueve cartílagos, que protege a las vías aéreas sub siguientes frente a la aspiración sólida y líquida durante la deglución. Órgano principal de la fonación (cuerdas vocales). La epiglotis es uno de los cartílagos que ocluye parcialmente el paso de sustancias durante la deglución. La glotis es el espacio que queda entre los pliegues inferiores o cuerdas vocales, las cuales se cierran totalmente durante el reflejo de la deglución.

La laringe es importante también en el desarrollo de la tos y en la maniobra de Valsalva (cierre voluntario de la glotis durante la espiración).

De las 23 divisiones que se observan en los conductos aéreos, las 16 primeras se extienden desde la tráquea hasta los bronquiolos, formando la zona de conducción, sistema relativamente rígido de conductos que presentan un volumen de unos 150 ml y en los que no se produce ningún intercambio gaseoso. En consecuencia a este espacio se le denomina espacio anatómico muerto.

TRÁQUEA: tiene entre 10 y 12 cm de longitud por 2,0-2,5 cm de diámetro. Ésta se mantiene abierta por aproximadamente 20 cartílagos en forma de herradura que se conectan en su extremo abierto mediante músculo liso. La contracción o relajación de este músculo permite variar el área transversal de la tráquea. Al reducirse se incrementa la velocidad del flujo de aire, lo que favorece la expulsión de partículas en la tráquea (tos). 

La tráquea además está tapizada interiormente por una mucosa formada por epitelio seudoestratificado, ciliado, columnar, con células secretoras de moco. Este diseño permite atrapar las partículas que han escapado al primer filtro, partículas comprendidas entre 2 y 10 µm de diámetro. Estas partículas son expulsadas hacia el exterior o tragadas, gracias al lento movimiento del moco traqueal favorecido por la acción ciliar, la cual se ve inhibida por el humo del cigarrillo.

En la tráquea se sigue el proceso de calentamiento y humedificación del aire inspirado, como mecanismo de protección de la membrana alveolar.

BRONQUIOS: son la primera división del tubo respiratorio, así la tráquea se divide en dos tubos (izquierdo y derecho). El bronquio derecho, a 25º es más grueso y se divide en tres bronquios lobulares y el izquierdo (a 40º – 60º) en dos, los cuales se dividen en bronquios segmentarios, y éstos siguen ramificándose hasta una reducción del diámetro de unos 0,5 cm. En estas ramificaciones se sigue presentando, aunque en menor proporción, la estructura cartilaginosa en anillos unidos por músculo liso, que permiten mantener una luz tubular que permite el flujo de aire. Estas ramificaciones a medida que se estrechan presentan una menor densidad de células secretoras de moco.

BRONQUÍOLOS: Comienzan a partir de la cuarta generación divisoria y abarcan hasta la subdivisión 16. En este nivel el cartílago ha desaparecido y ha aumentado el músculo liso. La tendencia al colapso por falta de estructuras rígidas se ve compensada por la tracción de los tejidos circundantes (los septas alveolares). Desaparecen las células caliciformes secretoras y aparecen células cuboidales características del tejido respiratorio.

En esta región se produce un importante incremento de la superficie transversal y una disminución de la velocidad del flujo. La resistencia total cae. Aquí se encierra el principal volumen respiratorio 3000 ml/3150 ml.

Los bronquiolos terminales, son las últimas ramificaciones del sistema de conducción gaseosa, con un diámetro aproximado de 0,06 cm. A este nivel, las posibles partículas dañinas son eliminadas por los macrófagos alveolares.

VÍAS RESPIRATORIAS

Las siete restantes subdivisiones de las vías aéreas se conocen como zona respiratoria, pues es el lugar anatómico donde se realiza el intercambio gaseoso con el medio interno. El volumen que representa es de unos 2500 ml. Dada la ausencia absoluta de estructuras rígidas, esta área está sujeta a la compresión y distensión alternativa generada por los movimientos respiratorios durante el ciclo respiratorio, que permite variaciones de la presión alveolar con respecto a la atmosférica.

Los BRONQUIOLOS RESPIRATORIOS abarcan entre la 17ª a 19ª división, representan una zona de transición entre la zona de conducción y la zona respiratoria, y aunque sigue siendo una zona de conducción, la presencia de epitelio respiratorio permite el intercambio gaseoso con el medio interno. Estos conductos terminan en varios CONDUCTOS ALVEOLARES, que forman la 20ª y 22ª división, los cuales se abren en los SACOS ALVEOLARES, que forman la 23ª subdivisión.

Unidad fisiológica respiratoria
Figura-4: Unidad fisiológica respiratoria o pulmonar.

UNIDAD FISIOLÓGICA RESPIRATORIA

El lóbulo primario, unidad respiratoria básica de los pulmones o unidad fisiológica respiratoria (UFR), está formado por el bronquiolo respiratorio, los conductos alveolares derivados y los sacos alveolares correspondientes. Además de los vasos arteriales, venosos y linfáticos correspondientes. Los sacos alveolares están formados por un conjunto de alvéolos que se abren a una cámara, el saco. Esta unidad es siempre mayor que cualquier alvéolo anatómico. Existen unas 60.000 URF con unos 5000 alvéolos por unidad y con 250 ductos alveolares. (Figura 4).

ALVÉOLOS,  (Figura 5) son el lugar de intercambio gaseoso entre la fase gaseosa y la fase líquida. Su superficie corresponde a la membrana respiratoria o superficie de intercambio hematogaseoso. El número de alvéolos es de aproximadamente 300 millones en ambos pulmones de un hombre adulto. La forma de éstos es poligonal con un diámetro de unos 70 a 300 µm. Los alvéolos adyacentes se intercomunican mediante poros (poros de Kohn) en el tabique interalveolar, estos tabiques o septas están formados por tejido elástico que impide en parte el colapso de estos alvéolos cuando su presión se hace negativa. Existen células epiteliales que revisten las paredes alveolares, células endoteliales de los capilares, células de origen sanguíneo, células alveolares epiteliales tipo I (95%) con citoplasma extenso, células alveolares epiteliales tipo II (5%) productoras del material tensioactivo o surfactante pulmonar y fagocitos alveolares.

alveolos
Figura-5: Alveolos.
superficie de intercambio alveolo capilar
Figura-6: Superficie de intercambio alveolo-capilar.

SUPERFICIE DE INTERCAMBIO ALVEOLO-CAPILAR

Figura 6.

Representa el área a través de la cual se produce el intercambio gaseoso con la sangre. Esta barrera líquido-gas tiene un grosor de unos 0,6 µm a 1,5 µm y una superficie de unos 70 m2 en capacidad residual funcional (CFR), aproximadamente 40 veces el área de la superficie corporal y está formada por:

– capa tensioactiva que rodea internamente a cada alvéolo
– epitelio alveolar
– espacio intersticial
– endotelio capilar
– plasma sanguíneo
– membrana del eritrocito

circulación e inervación bronquial.
Figura-7: Circulación e inervación bronquial.
bronquiolo
Figura-8: Corte de un bronquiolo.

CIRCULACIÓN BRONQUIAL

Además de la circulación pulmonar o circulación menor del sistema cardiovascular, encargada del refresco gaseso de la sangre, tenemos la circulación bronquial diseñada para el aporte nutritivo del parénquima pulmonar.

Las arterias bronquiales nacen, la izquierda de la aorta y la derecha de la arteria intercostal tercera. Esta circuito no llega a la unidad fisiológica respiratoria, la cual recibe directamente la sangre de la pulmonar. (Figura 7 y 8).

El flujo sanguíneo es el 1% del GC y la resistencia vascular es mayor que la pulmonar.

El retorno venoso se hace a través de dos vías, las venas que desaguan en la aurícula derecha (venas ácigas) y las que desaguan en la vena pulmonar, responbles de la mezcla venosa de la sangre arterial pulmonar.

Esta circulación tiene capacidad angiogénica (capacidad de desarrollar nuevos vasos).

INERVACIÓN BRONQUIAL

Figuras 7 y 8.

En cuanto a la inervación pulmonar, ésta viene determinada por el parasimpático y el simpático, las cuales controlan tanto la ventilación, como el calibre de las vías aéreas, la secreción glandular y la actividad vasomotora bronquial. La parasimpática corre por el nervio vago y la simpática nace en los segmentos T1 a T5.

La estimulación del parasimpático supone constricción bronquial, vasodilatación arterial (sobre todo cuando previamente ha habido una vasoconstricción) e incremento de la secreción glandular.

La estimulación simpática supone relajación bronquial mediada por receptores ß2 y vasoconstricción arterial mediada por receptores alfa, evidente en las arterias de mayor calibre.

Los transmisores implicados son la NA, la ACh y el VIP (péptido intestinal vasoactivo, que tiene un efecto vasodilatador).

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