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FUNDAMENTOS FUNCIONALES Y FUNCIONES DEL SISTEMA RESPIRATORIO

CONCEPTO DE RESPIRACIÓN

ES EL RESULTADO DE LA VENTILACIÓN PULMONAR, VENTILACIÓN ALVEOLAR, EL INTERCAMBIO HEMATO GASEOSO, EL TRANSPORTE SANGUÍNEO DE GASES, EL INTERCAMBIO HEMATO CELULAR  Y LA RESPIRACIÓN CELULAR.

FUNDAMENTOS FUNCIONALES DEL SISTEMA RESPIRATORIO

El aparato respiratorio se diseña evolutivamente para facilitar el intercambio de los gases respiratorios (O2 y CO2 ) con la sangre, como vehículo esta última de los mismos hacia y desde los tejidos, donde se realiza la respiración celular.

La sangre venosa sale de los tejidos con baja presión de O2 (40 mm Hg) y alta de CO2 (46 mm Hg), dirigiéndose al corazón derecho y de éste a la región pulmonar, donde se equilibra con las presiones parciales de O2 y CO2 pulmonar, arterializándose (presión de O2 de 100 mm Hg y de CO2 de 40 mm Hg), modificándose con ello las presiones parciales de estos gases en los pulmones.

Los gases respiratorios tienen que pasar de una fase gaseosa a otra líquida y viceversa. Este paso viene gobernado por las leyes físicas de los gases, que nos indican la presión que debe tener cada uno de ellos en una mezcla de gases dentro de un volumen de aire, y la presión que deben tener en una disolución líquida en función de su solubilidad. Estas presiones parciales en una mezcla gaseosa y en una líquida son las que gobiernan el intercambio hemato gaseoso.

El intercambio hemato gaseoso viene definido por la difusión, donde además del gradiente de presiones parciales para cada gas como motor del intercambio, también intervienen las resistencias a la difusión definidas por el área activa de intercambio, su espesor y la solubilidad del gas en la misma. Debido al intercambio hemato gaseoso pulmonar, se produce una disminución continua de la PAO2 y un aumento de la PACO2, lo que hace imprescindible el refresco continuo del aire alveolar con objeto de mantener el gradiente óptimo de presiones parciales para dicho intercambio. La forma de conseguirlo es estableciendo un flujo alternante de aire entre los pulmones y la atmósfera.

El gradiente de presión necesario para determinar el flujo alternante de aire, se establece entre la presión atmosférica, que se considera como referencia con un valor 0 mm Hg, y la pulmonar, siendo ésta la única que en condiciones normales podemos modificar mediante la acción de la bomba respiratoria o bomba toraco-pulmonar. De su estudio se encarga la MECÁNICA VENTILATORIA.

El diseño funcional consiste en un sistema de bombeo, que rítmicamente invierte el flujo de aire entre la atmósfera y la superficie de intercambio hemato gaseosa, y un sistema de conductos por donde discurre el flujo de aire. La entrada de aire se denomina inspiración y la salida espiración.

Las leyes que gobiernan el flujo de aire en este aparato, son las de la dinámica de fluidos a través de un sistema de conductos elásticos, por tanto su tratamiento es similar al utilizado en el sistema vascular. Es decir, el flujo de aire dependerá del gradiente de presión que se establezca entre la boca o presión atmosférica y los alvéolos pulmonares, y las resistencias que se oponen a dicho flujo. Resistencias que vendrán definidas por las características viscoelásticas de la bomba, así como la tensión superficial generada en la interfase hemato-gaseosa, que definen las resistencias estáticas, junto con las resistencias generadas por el mismo flujo de aire a través de los conductos o resistencias dinámicasEstas resistencias van a definir el trabajo respiratorio.

No todo el aire que entra en los pulmones puede ser utilizado para el intercambio hemato-gaseoso, porque parte de éste forma parte de las vías aéreas de conducción, y el que llega a la superficie de intercambio puede ser intercambiado en su totalidad o no en función del área activa de intercambio. Esto supone diferencias entre la ventilación pulmonar y la ventilación alveolar.

El área activa de intercambio es importante porque depende del número de alvéolos ventilados y perfundidos. En definitiva, el elemento más importante para valorar el rendimiento respiratorio y por tanto la arterialización de la sangre, es la relación ventilación/perfusión es decir, la consecución de una óptima relación entre la superficie pulmonar ventilada y la superficie pulmonar irrigada. El valor óptimo de este índice sería 1, aunque en condiciones normales no se alcanza debido a diferencias regionales entre la ventilación y la perfusión que se pone de manifiesto en la posición ortostática. No obstante, se aproxima bastante alcanzándose una relación óptima de 0,8 en un sujeto en dicha posición.

La ventilación pulmonar podemos definirla como la renovación de los gases pulmonares mediante un proceso mecánico automático, rítmico y regulado a nivel central. Volumen de aire movilizado en la unidad de tiempo.

La perfusión es el flujo de sangre en la unidad de tiempo que se pone en contacto con la superficie de intercambio hemato-gaseoso.

La función respiratoria requiere un control integral que en función de las necesidades metabólicas de los tejidos, determine una respuesta conjunta del aparato cardiovascular y respiratorio. Para ello, se miden los valores de los gases respiratorios en sangre, como índice del metabolismo tisular. Destacando como principal regulador la Pa de CO2. Pero además existen una serie de reflejos de origen pulmonar, además de otros orígenes y un control central que conforman el diseño final de dicha regulación.

 

Figura-1: Funciones del sistema respiratorio.

FUNCIONES DEL SISTEMA RESPIRATORIO

FIGURA 1.

a) Función respiratoria, por la que se permite el refresco de gases respiratorios entre el medio externo y el interno.

b) Balance del equilibrio ácido-base
En el organismo el incremento en CO2 supone incremento de H+, según la ecuación química:

CO2 + H2O <–> H+ + HCO3

Dado que el sistema respiratorio elimina CO2, el ritmo de eliminación impuesto por el ritmo respiratorio determinará cambios en el pH del medio interno. En consecuencia se desarrollan sensores circulatorios y cerebrales capaces de medir la PCO2.

c) Fonación
El paso de aire por las vías aéreas en cada ciclo respiratorio, puede ser finamente modulado a su paso por una región muscular especializada denominada cuerdas vocales, cuya vibración controlada por el SNC permite la creación de sonidos. Para ello, y siempre bajo control del SNC, se modula el flujo espiratorio de aire a través de las cuerdas vocales, las cuales modificando su tensión modulan la vibración que ocasiona el paso de aire y producen diferentes sonidos.

d) Olfación
En las fosas nasales se desarrolla un sistema sensor capaz de analizar la composición de los gases y partículas contenidas en el aire inspirado, permitiéndose obtener una información sensorial denominada olfación, útil para la conducta alimenticia y para la relación del individuo con su entorno.

e) Mecanismo de defensa
Dado que este aparato está en contacto directo con el medio externo, está sujeto a una continua agresión provocada por las partículas, microorganismos y gases contenidos en el aire inspirado (polución ambiental atmosférica). En consecuencia, se protege mediante las líneas defensivas características del sistema inmune.

    1. FÍSICAS: PREVENCIÓN EN LA ENTRADA DE PARTÍCULAS Y SUSTANCIAS NOCIVAS. MEDIANTE LOS SIGUIENTES MECANISMOS:
      1. FILTRACIÓN EN NASOFARÍNGE: POR CILIOS Y MUCOSIDAD.
      2. DEGLUCIÓN: POR CIERRE DE LA EPIGLOTIS Y CONTRACCIÓN DE MÚSCULOS LARÍNGEOS.
      3. FIBRAS C IRRITATIVAS: CUYA ACTIVACIÓN GENERA BRONCONCONSTRICCIÓN Y GENERACIÓN DE MOCO.
      4. ELIMINACIÓN MUCOCILIAR: DE LAS PARTÍCULAS ATRAPADAS EN BRONQUIOS Y BRONQUIOLOS POR EL MOCO PRODUCIDO Y TRANSPORTADO POR LOS CILIOS (QUE BATEN SINCRÓNICAMENTE A 1000-1500 CICLOS/min). SE INHIBE POR EL HUMO DEL TABACO, EL AIRE FRÍO, FÁRMACOS, ÓXIDO DE AZUFRE Y ÓXIDOS DE NITRÓGENO.
      5. TOS: REFLEJO GENERADO POR LA PRESENCIA DE MOCO.
      6. MACRÓFAGOS ALVEOLARES: EN REGIONES DONDE NO HAY CILIOS Y VAN HACIA LA ZONA CILIAR.
      7. ALFA1-ANTITRIPSINA: ANTI-PROTEASA QUE ELIMINA LAS PROTEASAS LIBERADAS POR LAS BACTERIAS MUERTAS, MACRÓFAGOS Y NEUTRÓFILOS.(EL HUMO DEL TABACO AUMENTA EL Nº DE MACRÓFAGOS QUE LIBERAN PROTEASAS CAPACES DE ELIMINAR LA ELASTINA PULMONAR). ESTA ENZIMA SE INHIBE POR LOS RADICALES DE O2 LIBERADOS POR LOS LEUCOCITOS.
    2. CELULARES Y QUÍMICAS: CONCENTRACIÓN DE CÉLULAS INMUNE EN LA SUPERFICIE RESPIRATORIA (MALT: TEJIDO LINFOIDE ASOCIADA A LA MUCOSA). CÉLULAS M QUE TOMAN MUESTRAS DEL ANTÍGENO Y LO TRANSPORTAN AL TEJIDO LINFOIDE, Y CÉLULA B EFECTORAS, QUE PRODUCEN INMUNOGLOBULINAS TIPO A QUE SON EXCRETADAS JUNTO CON LA SECRECIÓN EPITELIAL MUCOSA PARA ELIMINAR A LOS ANTÍGENOS ESPECÍFICOS. TAMBIÉN SE PRODUCEN PROTEÍNAS BACTERIOSTÁTICAS Y BACTERIDICAS.

f) Acondicionamiento térmico del aire.
Dado que el aire inspirado se encuentra en condiciones de humedad y temperatura diferentes a las corporales, se acondiciona a la temperatura y humedad corporal. Estos cambios de temperatura y humedad se recuperan, en parte, durante la espiración.

g) Funciones metabólicas del aparato respiratorio.
funciones metabólicas:
– conversión y recaptación de sustancias vasoactivas Angiotensina I en Angiotensina II, por la enzima pulmonar ECA (enzima conversora de la ANG).

– producción, almacenamiento, liberación y eliminación de sustancias de acción local y sistémica, como por ejemplo: el surfactante pulmonar; bradicinina (potente vasodilatador, inactivado por la ECA), histamina, serotonina, heparina, metabolismo del ácido araquidónico (prostaglandinas E2 y F2alfa, leucotrienos).

– los leucotrienos están involucrados en el asma como causa de la broncoconstricción.

– el tromboxano A2 aumenta la agregación plaquetaria y la vasoconstricción y la prostaciclina ejerce efecto contrarios.

– las prostaglandinas E2 y F2alfa tienen efectos vasodilatadores y vasoconstrictores.

– producción de proteínas importantes para la función pulmonar como el colágeno y la elastina.

h) Reservorio sanguíneo del ventrículo izquierdo:
La circulación pulmonar se caracteriza por una alta compliancia que unida a la presión negativa existente, determina un volumen sanguíneo de 250 a 300 ml/m2 de superficie corporal esto significa para un adulto normal, un volumen de 500 ml de sangre. Este volumen actúa como reservorio ventricular izquierdo, cuando éste necesite aumentar el volumen diastólico.

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