Fisiología humana

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FUNCIONES DEL APARATO RESPIRATORIO.-La misión fundamental del aparato respiratorio es aportar O2 del aire corriente a lasangre y retirar CO2 vertido en la sangre desde los tejidos. Para ello es preciso que:
- El aire entre en los alvéolos pulmonares y se renueve-
proceso de VENTILACIÓN.
- Los gases deben pasar del alvéolo a la sangre (O2) y de la sangre al alvéolo (CO2)
= proceso de DIFUSIÓN.
- Además es preciso que la CIRCULACIÓN PULMONAR sea adecuada.

CIRCULACIÓN PULMONAR.Está constituida por la arteria pulmonar que recibe la sangre del ventrículo derecho y se divide en dos ramas izquierda y derecha que se ramifican siguiendo el árbol bronquial-arteriolas-capilares alveolares, que rodean los alvéolos para que se realice la difusión. El
árbol venoso está formado por vénulas que van confluyendo en 4 venas pulmonares que desembocando en la aurícula izquierda llevan la sangre oxigenada.
Características.- A diferencia de la circulación sistémica, la circulación pulmonar se caracteriza por:
- Baja resistencia
- Gran distensibilidad, por tener menos músculo liso.
Por lo tanto se genera baja presión (15
± 3 mm Hg.). Además la mayor distensibilidaddetermina que aunque existan variaciones de presión, el gran flujo del sistema estéasegurado.Además existe la circulación bronquial procedente de la aorta, (circulación sistémica)que aporta el O2 suficiente para el trofismo del árbol bronquial y los tejidos].La baja resistencia radica principalmente en los capilares perialveolares, que sedistienden o se colapsan según la presión que exista dentro de ellos y por la presión transmural originada por el aire que entra en los alvéolos. Esta resistencia puede reducirse aún más por dos fenómenos:
- Reclutamiento: Ante un aumento de la presión pulmonar, algunos capilares que se hallaban cerrados, se abren.
- Distensión: o dilatación de los segmentos sometidos a mayor presión. La menor resistencia determina que las bases pulmonares por acción de la gravedad estén más irrigadas.


 



Funciones de la circulación.-
- 1.- Llevar la sangre al alvéolo para la difusión de gases.
- 2.- Servir de filtro de cuerpos extraños y pequeños coágulos que puedan formarse,
evitando que pasen a la circulación sistémica. También sirve de filtro a
determinadas sustancias que tienen que activarse o desactivarse para su función
fisiológica.
- 3.- Es un depósito hemático de aproximadamente 1000 ml. De reserva, que pasan
al ventrículo izquierdo en caso de necesidad de reponer volemia.

Control del flujo pulmonar.-
Depende del ventrículo derecho, así los factores que controlan el gasto cardiaco del
ventrículo derecho, influyen en el flujo pulmonar.
Existen factores pasivos, dependientes de presión: si se eleva, los vasos se dilatan, si
disminuye, se estrechan. Pero más significativos son los factores activos representados
por el reflejo alveolo-capilar o vasoconstricción hipóxica: Ante una disminución del
O2 alveolar se produce un reflejo activo que provoca vasoconstricción arteriolar y
disminución del flujo capilar en esas áreas mal oxigenadas. Es una respuesta opuesta a
la que ocurre en la circulación sistémica, com hemos visto previamente. Así la sangre
deriva a zonas donde puede captar el O2.



MECÁNICA RESPIRATORIA.Los Movimientos respiratorios determinan el proceso de VENTILACIÓNPULMONAR estableciendo el flujo del aire, de entrada y salida, entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares. Para ello son imprescindibles dos fenómenos cíclicos:
- Inspiración.- o entrada de aire en los pulmones, que se realiza por una expansióntorácica por contracción de los potentes músculos inspiratorios:
- Diafragma.
- Intercostales externos
- Accesorios: Escalenos, esternocleidomastoideo yserratos.
- Espiración.- Es un fenómeno fundamentalmente pasivo, dependiente de laelasticidad pulmonar y de la capacidad retráctil de los alvéolos que está regida por:el surfactante pulmonar o sustancia tensoactiva, que es una lipoproteína rica enfosfolípidos, producida por los Neumocitos tipo II, que recubriendo la paredalveolar impide que los alvéolos se colapsen.Si en situaciones patológicas existe un impedimento a la salida del aire, la espiración se convierte en activa por acción de los músculos:
- Intercostales internos
- Abdominales
- Serratos menores.
El aire movilizado en cada ciclo respiratorio, no se utiliza todo en la renovación degases, sino que parte se utiliza para renovar lo que denominamos Espacio muerto,(porque no forma parte del intercambio gaseoso), que puede ser:
- Anatómico = volumen de aire en las vías aéreas superiores.
- Funcional = todo volumen de aire que no se renueva = el del espacio muertoanatómico más el de los alvéolos no perfundidos +el de los alveolos aireados enexceso respecto a su perfusión.



VENTILACIÓN PULMONAR.Significa el flujo del aire, de entrada y salida, entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares motivado por la inspiración y la espiración.El aire movilizado en cada ciclo respiratorio, no se utiliza todo en la renovaciónde gases, sino que parte se utiliza para renovar lo que denominamos Espacio muerto,(porque no forma parte del intercambio gaseoso), que puede ser:
- Anatómico = volumen de aire en las vías aéreas superiores.
- Funcional = todo volumen de aire que no se renueva = el del espacio muertoanatómico más el de los alvéolos no perfundidos +el de los alveolos aireadosen exceso respecto a su perfusión.
Resistencias aéreas.-En general, la resistencia al flujo aéreo es baja, por la gran elasticidad de los tejidospulmonares, bronquiales y pleurales; y por la existencia de presión negativa de lacavidad torácica. Los factores que determinan las resistencias al flujo aéreo son:
- 1) El volumen pulmonar y su elasticidad; la existencia de fibrosis pulmonar,rozamientos o presión sobre las estructuras pulmonares, aumentanconsiderablemente la resistencia.
- 2) El calibre de las vías aéreas. Puede variar con la presión ejercida sobre ellas porel parénquima circundante y por el tono del músculo liso bronquial.
- 3) La densidad y viscosidad del aire inspirado. En el buceo, aumenta mucho ladensidad del O2, y ello puede provocar insuficiencia respiratoria, por ello se añadehelio al O2 en los sistemas de buceo, para disminuir la densidad.
- 4) La longitud de las vías aéreas, porque está determinando el espacio muertoanatómico. Por ello en las UCI se emplea traqueotomía cuando es necesario larespiración artificial a largo plazo, en vez del tubo endotraqueal.



Estudio funcional de la ventilación pulmonar.- Espirometría:Un método simple de estudiar la ventilación pulmonar es registrar el movimiento del
volumen de aire que entra y sale de los pulmones, mediante un proceso llamadoespirometría, mediante un aparato simple llamado espirómetro, en el que se respiraobteniéndose una gráfica o espirograma que indica las variaciones de aire pulmonarrespirado en diferentes condiciones.Para facilitar la descripción de sucesos de la ventilación pulmonar en el diagrama se hasubdividido el aire de los pulmones en cuatro volúmenes y cuatro capacidades que son los siguientes:
Volúmenes pulmonares:
1) Volumen corriente: es el volumen de aire inspirado o espirado encada respiración normal (unos 500 ml).
2) Volumen de reserva inspiratorio: es el volumen adicional que sepuede inspirar por encima del volumen corriente normal, al realizaruna inspiración forzada. (unos 3000 ml).
3) Volumen de reserva espiratorio: es la cantidad adicional de aireque se puede espirar por espiración forzada después de unaespiración normal. (unos 1100 ml.)
4) Volumen residual: es el volumen de aire que queda en lospulmones tras la espiración forzada (promedio de 1200 ml).
Capacidades pulmonares:
1) Capacidad inspiratoria: es igual al volumen corriente mas el volumen de reserva inspiratorio. Es la cantidad de aire (unos 3500
ml.) que una persona puede respirar comenzando después de una espiración normal e hinchando al máximo sus pulmones.
2) Capacidad residual funcional: es igual al volumen de reserva espiratorio más el volumen residual. Es decir es la cantidad de aire que queda en los pulmones después de una espiración normal ( unos2300 ml).
3) Capacidad vital: es igual al volumen de reserva inspiratorio más elvolumen corriente más el volumen de reserva espiratorio. Es lamáxima cantidad de aire que puede movilizar una persona con unainspiración forzada seguida de una espiración forzada (unos 4500ml).
4) Capacidad pulmonar total: es la suma de la capacidad vital más elvolumen residual. Es el máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo inspiratorio posible (unos5800 ml).



INTERCAMBIO GASEOSO: DIFUSIÓN.El intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre se realiza a través de lamembrana alveolo-capilar o barrera hemato-gaseosa, con un espesor de 0,1-0,5 micrasy una superficie total de 70-90 m2, está constituida desde el alveolo a la sangre por:
- La capa de surfactante pulmonar
- El epitelio alveolar
- La membrana basal eptelial
- El estrecho espacio intersticial
- La membrana basal capilar
- El endotelio capilar.
El O2 además debe atravesar la membrana del hematíe.

Factores que afectan a la difusión.- la difusión se rige por unas leyes físicas,determinadas por una serie de factores:
- Espesor y área de superficie de la membrana alveolo-capilar: Si aumenta el grosorde la membrana ej. En la fibrosis o el edema disminuye la difusión de gases. Osi disminuye la superficie pulmonar ej. Enfisema o embolismo también
disminuye la difusión.
- Tiempo de contacto entre el aire alveolar y la sangre capilar, aproximadamente 0,75segundos.
- Solubilidad del gas, en las estructuras que integran la membrana alveolo-capilar. Eneste sentido el coeficiente de difusión del CO2 es 20 veces mayor que para el O2.

No obstante, el equilibrio para el CO2 en todo el pulmón se establece a la mismavelocidad que para el O2 por dos razones:
1) la reacción que libera el CO2 de la sangre es lenta
2) el gradiente de presión a través de la membrana es
menor para el CO2



Gradiente de presión.- Es decir la diferencia de presiones de los gases entre elalvéolo y la sangre:
- La presión de O2 en el alvéolo es habitualmente de 100 mm de Hg.mientras que la presión de O2 en la sangre capilar pulmonar es de 40 mm de
Hg, por lo que el O2 difunde hacia la sangre; así la sangre que abandona elpulmón por las venas pulmonares tiene una presión de O2 de 95 mm de Hg. no llega a ser de 100 mm de Hg porque se ha mezclado con algo de sangrevenosa procedente de la circulación bronquial.  En los tejidos la presión deO2 es de 20 mm de Hg, por lo que el O2 difunde de la sangre a los tejido.
- La presión de CO2 que llega en la sangre capilar es de 45 mm de Hg.,mientras que la presión de CO2 en el aire alveolar es habitualmente de 40mm de Hg. por lo que el CO2 difunde de la sangre al alvéolo. En lostejidos, la presión de CO2 procedente de la respiración celular es de 50 mm
de Hg, por lo que el CO2 difunde de los tejidos a la sangre.
La capacidad de difusión se mide, en la clínica práctica, mediante la gasometríaarterial, analizando la sangre obtenida de una arteria con un aparato de gasometría. Losvalores normales son:
pH : 7,35 7,45
PaO2: 80-110 mm de Hg.
PaCO2: 40-45 mm de Hg.
HCO3: 24-26 mmol/l.
O2 Satc: 98% (saturación de hemoglobina por el O2).
Cuando la PaO2 está disminuida, se habla de hipoxemia, término distinto de la hipoxia,
que define la disminución de O2 tisular.



TRANSPORTE DE GASES EN LA SANGRE:
Transporte de O2
.Una pequeña proporción de O2 va disuelto en el plasma, pero el 98% del O2 vatransportado en combinación reversible con la hemoglobina, en el interior de loshematíes. Así se determina laO2 Sat. = O2 combinado con Hb/ capacidad máx de O2 x 100.(No es del 100% por el efecto shunt de la circulación bronquial).La relación de la presión de O2 y su unión a los grupos hemo de la hemoglobinasaturación de la Hb), está representada por una curva sigmoidea denominada curva dedisociación de la hemoglobina: El valor de presión de O2: P50  indica la Pa de O2 necesaria para saturar la Hb enel 50%.Si la curva se desplaza a la izquierda,<>50 = la hemoglobina sesatura con PaO2 baja,aumenta la afinidad del O2 por lahemoglobina, que no lo suelta a los tejidos, dando lugar a hipoxia.
Si la curva se desplaza a la derecha, >P50 = la hemoglobina sesatura con PaO2 alta disminuye la afinidad de O2 por la hemoglobina, y los tejidos están bien oxigenados.Los factores que afectan la curva de disociación de la hemoglobina son:El pH y la PaCO2: dimpH y/o aumPaCO2-desplazan la curva a laderecha;aum pH y/o dimPaCO2,desplazan la curva a la izquierda.
2) La temperatura: tªaum curva a la derecha; tª dsim a la izquieda, asíse explican las congelaciones en las partes acras en las personasexpuestas a frío intenso.
3) La concentración de 2-3 difosfoglicerato en el interiorde los hematíes .Si aum,como en el ejercicio, la exposición a la altura o lahipoxia, curva a la derecha, para facilitar la oxigenacióntisular.Si dis, como ocurre en la sangre almacenada, curva a laizquierda.
4) La concentración de monóxido de carbono: CO, elevada en lasangre por resp c0 a la izquierda,dando lugar aasfixia con PaO2 normal.


 


 



Transporte de CO2.-
- El 5% del CO2 procedente de los tejidos va disuelto en la sangre.
- El 85%, se transporta en el interior del hematíe como bicarbonato, por la reacciónreversible catalizada por la anhidrasa carbónica (AC):AC
- El 10% en forma de compuestos carbamínicos, al combinarse con grupos aminoterminales de las proteínas:

El CO2 está en equilibrio constante con el H2CO3, ejerciendo un importantecontrol en el mantenimiento del pH o equilibrio ácido-base. Diariamente se eliminanpor el pulmón aproximadamente 10.000 mEq. (miliequivalentes) de ácidos volátiles,frente a los 1.000 mEq. De ácidos fijos que se eliminan por el riñón.

RELACIONES ENTRE LA VENTILACIÓN Y LA PERFUSIÓN.-En situación de normalidad y en reposo la relación entre ventilación alveolar y flujo
sanguíneo es la igualdad:VA/Q = 4 litros de aire/5 litros de sangre = 0,85-0,90.Los desequilibrios que puede haber en esta relación, determinados por situaciones patológicas son de dos tipos:
1) Efecto espacio muerto: Existen alvéolos que están bien ventilados peromal perfundidos, por lo que no existe intercambio gaseoso: ventilación
ineficaz.
2) Efecto shunt: Existen alvéolos que están bien perfundidos pero no estánventilados,la sangre pasa al sistema venoso sin haberse hecho el
intercambio. El reflejo alveolo-capilar limita este efecto.


 


 


 



REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN.El control ventilatorio se realiza en cuatro sitios principales:
a) El centro del control respiratorio
b) Los quimiorreceptores centrales
c) Los quimiorreceptores periféricos
d) Los mecanorreceptores pulmonares/nervios sensitivos
.

a). EL CENTRO DE CONTROL RESPIRATORIO.-
Está constituido por 2 núcleos bulbares distintos que participan en el control del patrónrespiratorio: uno,el grupo respiratorio dorsal, que está constituido por células delnúcleo del haz solitario, que recibe estímulos aferentes del pulmón y la vía aérea por el nerviovago y el glosofaríngeo, que se considera constituye la primera estación de procesamientointracraneal.El segundo es el grupo respiratorio ventral que contiene neuronas inspiratorias yespiratorias cuyos axones viajan por el nervio vago hacia la faringe la laringe, y por los tractosventrolaterales de la médula espinal a los músculos respiratorios. Las descargas inspiratorias seinician en el núcleo del haz solitario, que desencadenan la contracción sucesiva de los músculosrespiratorios. Cuando cesan estas descargas se inician otras en las neuronas espiratorias delgrupo respiratorio ventral. Por lo tanto muchas neuronas de estos centros modulan la ventilación,aunque cada tipo celular puede ejercer una función específica. unos  coordinar la actividad muscular y larespiración; en receptores de la temperatura, cuya estimulación en caso de fiebre da lugar aun aumento de la frecuencia respiratoria; en receptores de presión o barorreceptores; impulsos que se originan en centros superiores del SNC que influyen sobre la respiración en situaciones de ansiedad, dolor, bostezos, estornudos


 



b) QUIMIORRECEPTORES CENTRALES.- Son células especializadas situadas en la
superficie ventrolateral del bulbo, sensibles al pH del líquido extracelular que les rodea en
contacto con el líquido cefalorraquídeo (LCR), son muy sensibles al PCO2 que atraviesa bien
la barrera hematoencefálica (los iones H+ y el HCO3- la atraviesan peor). Un aumento ligero de
la PCO2 del LCR con el consiguiente descenso del pH, estimula los centros respiratorios, con el
objeto de reducir esta PCO2 del LCR y de la sangre, en minutos, para la compensación
homeostática.

c) QUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS.- Están situados en los cuerpos carotídeos y
aórticos y responden a cambios en la PO2 arterial, a la PCO2 y al pH, y transmiten información
aferente por el par IX al centro de control respiratorio central. Son los únicos quimiorreceptores
sensibles a la PO2. Si esta disminuye por debajo de 100 mm. de Hg. se incrementan los
impulsos generados por estos sensores fomentando la respiración. Por debajo de 75 mm. de Hg.,
la respuesta se hace más enérgica. El incremento de la respiración producido por una baja PO2
se ve potenciado además por un aumento de la PCO2 y una disminución del pH. por aumento de
los iones H+.



d) MECANORRECEPTORES PULMONARES.- Se halan presentes en las víasrespiratorias altas y en los pulmones. Son de varios tipos y desencadenan varios reflejos queinfluyen en la ventilación y en los patrones respiratorios. Los principales son los receptores dedistensión pulmonar (RDP) que envían aferencias por el nervio vago (X par) inhibiendo lainspiración por estimulación de las neuronas bulbares responsables del apagado: Reflejo
inhibidor de la inspiración de Hering-Breuer
. Este reflejo está inactivo en la respiracióntranquila y tiene mucha importancia en el recién nacido.
También existen receptores nasales y faciales, sensibles al agua fría , que desencadenaapnea y bradicardia ( Reflejo de inmersión), que protege a los individuos de tragar agua en lasprimeras fases del ahogamiento.Los receptores mecánicos de la nasofaringe y la faringe desencadenan el reflejo del
estornudo o aspiración, que son importantes para la deglución, porque su estímulo inhibe larespiración y permiten el cierre de la laringe, abriendo la faringe y permitiendo la deglución. Laactivación de receptores de la laringe determinan apnea, tos y movimientos respiratorios
destinados a proteger las vías aéreas de la aspiración de cuerpos extraños.
Por último existen receptores sensitivos especializados en el parénquima pulmonar que
responden a la estimulación mecánica o química (por bradicinina, leucotrienos, histamina, ….)
del intersticio pulmonar denominados receptores yuxtaalveolares o J, que transmiten la
información aferente a través de fibras nerviosas amielínicas C por el nervio Vago, que son las
responsables de la sensación de disnea (falta de aire) y de la ventilación superficial rápida que se
observa en el edema intersticial pulmonar y en algunos cuadros inflamatorios pulmonares.

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