Fisiología Respiratoria Humana: Funciones Esenciales y Adaptación al Ejercicio Físico

El Sistema Respiratorio: Funciones Esenciales y Mecanismos Clave

El aparato respiratorio es fundamental para la vida, desempeñando múltiples funciones vitales que van más allá del simple intercambio de gases.

Funciones Principales del Aparato Respiratorio

• Intercambio Gaseoso: Permite la absorción de oxígeno (O₂) para su transporte hacia las células corporales y la eliminación del dióxido de carbono (CO₂) producido por estas.
• Regulación del pH Sanguíneo: Ayuda a mantener el equilibrio ácido-base de la sangre.
• Filtración y Acondicionamiento del Aire: Filtra, calienta y humedece el aire inspirado, protegiendo las vías respiratorias y los pulmones.
• Sentido del Olfato: Contiene receptores especializados para la percepción de olores.
• Producción de Sonidos: Esencial para la fonación y el habla.
• Eliminación de Agua y Calor: Contribuye a la termorregulación corporal al eliminar una cierta cantidad de agua y calor.

Estructura del Aparato Respiratorio

El sistema respiratorio se divide en vías respiratorias superiores e inferiores:

• Vías Respiratorias Superiores (VRS): Incluyen la nariz y la faringe.
• Vías Respiratorias Inferiores (VRI): Comprenden la laringe, la tráquea, los bronquios y los pulmones.

Ventilación Pulmonar: El Proceso de Respiración

La ventilación pulmonar es el flujo de aire entre la atmósfera y los pulmones, un proceso que se produce debido a las diferencias de presión del aire.

• Inspiración: Se desarrolla cuando la presión dentro de los pulmones es menor que la presión del aire atmosférico, permitiendo la entrada de aire.
• Espiración: Se produce cuando la presión dentro de los pulmones es mayor que la presión del aire atmosférico, forzando la salida del aire.

Músculos Implicados en la Respiración

La mecánica de las diferencias de presión dentro de los pulmones es posible gracias a la acción de diversos músculos torácicos y abdominales:

• Esternocleidomastoideo
• Escalenos
• Intercostales (externos e internos)
• Diafragma (principal músculo de la inspiración)
• Oblicuo (mayor y menor)
• Transverso abdominal
• Recto abdominal

Cálculos de Ventilación y Capacidad Pulmonar

Para evaluar la función pulmonar, se utilizan diversas métricas:

• Ventilación Minuto (VM): Representa el volumen total de aire movido en un minuto.
  VM = Frecuencia Respiratoria (respiraciones/min) x Volumen Corriente (mL/respiración)
  Ejemplo: 12 respiraciones/min x 500 mL/respiración = 6.000 mL/min
• Capacidad Vital (CV): Es el volumen máximo de aire que se puede exhalar después de una inspiración máxima.
  Fórmula para Hombres: CV = [27,63 – (0,112 x edad)] x estatura (cm)
  Fórmula para Mujeres: CV = [21,78 – (0,101 x edad)] x estatura (cm)

Intercambio Gaseoso: Respiración Externa e Interna

El intercambio de gases vitales ocurre en dos niveles principales:

• Respiración Externa (Pulmonar): Difusión de O₂ desde el aire en los alvéolos hacia la sangre que circula por los capilares pulmonares, y difusión de CO₂ en la dirección contraria (de la sangre al aire alveolar).
• Respiración Interna (Tisular): Intercambio de O₂ y CO₂ entre los capilares sistémicos y las células que forman los tejidos del cuerpo.

Transporte de Oxígeno en la Sangre

El oxígeno se transporta principalmente unido a la hemoglobina:

En la hemoglobina, la porción hemo (que contiene 4 átomos de hierro) se une al O₂. Una presión parcial de oxígeno (PO₂) elevada favorece que la hemoglobina se sature de O₂, facilitando su transporte eficiente por las arterias hacia los tejidos.

Factores que Influyen en la Liberación de Oxígeno

Además de la PO₂, otros factores afectan la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y su liberación en los tejidos:

1. Dióxido de Carbono (PCO₂): A medida que la PCO₂ aumenta en un tejido (indicando mayor actividad metabólica), la hemoglobina libera el O₂ con mayor facilidad (efecto Bohr).
2. Acidez (pH): En un medio ácido (pH bajo), la hemoglobina libera O₂ con mayor facilidad. Durante el ejercicio, los músculos producen ácido láctico, lo que disminuye el pH local y estimula la liberación de O₂ de la hemoglobina.
3. Temperatura: A medida que la temperatura aumenta, la liberación de O₂ por la hemoglobina también se incrementa. Esto se debe a que los tejidos activos producen calor, lo que aumenta la temperatura local y estimula la liberación de oxígeno.

Transporte de Dióxido de Carbono en la Sangre

El dióxido de carbono se transporta en la sangre de tres formas principales:

1. CO₂ Disuelto (7%): Una pequeña porción de CO₂ se disuelve directamente en el plasma sanguíneo. Al llegar a los pulmones, se difunde hacia el aire alveolar para ser exhalado.
2. Unión con Aminoácidos (23%): El CO₂ se combina con grupos amino de proteínas, principalmente con la hemoglobina, formando carbaminohemoglobina (Hb-CO₂).
3. Iones de Bicarbonato (70%): La mayor parte del CO₂ se transporta en forma de iones bicarbonato (HCO₃⁻) en el plasma. Al difundirse en los capilares tisulares, el CO₂ se combina con H₂O para formar ácido carbónico (H₂CO₃), que luego se disocia en H⁺ y HCO₃⁻.

Adaptación Respiratoria al Ejercicio Físico

Transición del Reposo al Ejercicio

Durante la transición del reposo al ejercicio de intensidad submáxima, la ventilación por minuto (VE) aumenta rápidamente al inicio, seguida de un ajuste más lento hasta alcanzar un estado estacionario (steady state). A pesar del incremento en la demanda metabólica, las presiones parciales arteriales de oxígeno (PaO₂) y dióxido de carbono (PaCO₂) se mantienen relativamente estables, lo que demuestra la eficacia de la respuesta ventilatoria para satisfacer las necesidades metabólicas y mantener la homeostasis.

Ejercicio en Condiciones de Calor y Humedad

Al realizar ejercicio en condiciones de calor y humedad elevados, la ventilación tiende a aumentar. Esto se debe principalmente al incremento de la temperatura interna corporal, lo que activa una respuesta hipotalámica en el centro de control respiratorio.

A pesar de este aumento en la ventilación, la presión parcial de CO₂ en la sangre arterial no difiere significativamente de las condiciones en ambientes templados o frescos. Esto se explica principalmente por un aumento compensatorio de la frecuencia respiratoria y una mayor ventilación del espacio muerto, que ayudan a mantener la PaCO₂ dentro de rangos normales.