Fisiología Respiratoria: Mecanismos, Transporte de Gases y Patologías
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Los alveolos son estructuras clave en el intercambio gaseoso. Se componen de:
- Células tipo I: Revestimiento continuo de los espacios alveolares.
- Células tipo II: Secretan el líquido alveolar, que contiene surfactante (fosfolípidos y lipoproteínas) para disminuir la tensión superficial y evitar el colapso alveolar.
- Macrófagos: Eliminan partículas no filtradas.
- Monocitos: Células de defensa.
- Fibroblastos: Producen fibras elásticas y reticulares.
Las células tipo I poseen una membrana basal elástica y una red de capilares y vénulas.
Mecánica de la Respiración
Inspiración
La entrada de aire en los pulmones requiere un cambio de presiones que aumente el volumen pulmonar. El diafragma se contrae, y simultáneamente, los músculos intercostales externos se contraen, elevando las costillas y el esternón hacia afuera. Esto disminuye la presión y permite la entrada de aire. Al final de la inspiración, las presiones se igualan.
Tipos de Respiración
- Costal: Superficial, con contracción de los músculos intercostales externos.
- Diafragmática: Profunda, con contracción del diafragma.
Ley de Boyle
La presión es inversamente proporcional al volumen. A mayor volumen, menor presión.
Diafragma
El músculo más importante de la respiración, con forma de cúpula en la base de la cavidad torácica, inervado por el nervio frénico. Se contrae 1 cm en la inspiración normal y hasta 10 cm en la inspiración forzada, alargando la cavidad torácica y aumentando su volumen en un 75%. La respiración diafragmática puede verse dificultada por el embarazo, el exceso de peso y la ropa ajustada.
Inspiración Forzada
Proceso activo que involucra músculos esqueléticos, contracción del diafragma, presión abdominal, elevación de los músculos intercostales externos y músculos accesorios (esternocleidomastoideo, escalenos, pectoral menor).
Espiración
Movimiento pasivo (en reposo) contrario a la inspiración. Relajación de los músculos y aumento de la presión intrapulmonar.
Intercambio Gaseoso
Ley de Dalton
La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas. El aire se mueve por difusión a través de una membrana. El O2 y el CO2 al contacto con moléculas de H2O pasan a vapor de agua.
Ley de Henry
La cantidad de gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas y su coeficiente de solubilidad.
Difusión
Determinada por el espesor de la membrana, el coeficiente de difusión del gas, la superficie de la membrana y la diferencia de presión del gas.
Transporte de Oxígeno
El O2 pasa a la sangre y se une reversiblemente a la hemoglobina (97%), formando oxihemoglobina. El 3% restante se transporta en el plasma. El O2 se une al Fe, aumentando la afinidad del O2 por el Fe. Si la PO2 > 80 mmHg, la hemoglobina está saturada al 100%.
- Reposo: PO2 en capilares musculares esqueléticos (40 mmHg), hemoglobina no saturada, 25% de O2 ligado a la hemoglobina.
- Ejercicio: PO2 en capilares musculares (15 mmHg), 25% de hemoglobina saturada, 75% de O2 ligado a la hemoglobina.
Si aumenta la necesidad en los tejidos, la PO2 disminuye y se libera O2. Si aumentan los H+ (ácidos), baja el pH de la sangre y se libera O2 de la hemoglobina. El aumento de CO2 y H+ disminuye el pH (acidosis respiratoria). Si aumenta la temperatura, disminuye la afinidad de la hemoglobina por el O2.
Durante el ejercicio, el aumento de CO2, ácido láctico y temperatura en el espacio intersticial desplaza la curva de disociación de la hemoglobina a la derecha, liberando más O2.
Transporte de Dióxido de Carbono
El CO2 de los tejidos pasa a la sangre: 10% en plasma, 20% unido a la hemoglobina y 70% en forma de iones de carbonato (bicarbonato). El CO2 se une reversiblemente a la hemoglobina, disminuyendo la afinidad de la desoxihemoglobina y liberando O2 de la oxihemoglobina.
Cuando disminuye la PO2, aumenta el pH y el CO2, aumenta la frecuencia y amplitud respiratoria, activando el centro respiratorio. La protuberancia inhibe el centro respiratorio, limitando la duración de la inspiración y facilitando la espiración. El centro neumotáxico predomina sobre el apnéusico.
Si el pH disminuye, se estimula el centro respiratorio, aumentando la frecuencia y elevando el CO2, lo que normaliza el pH. Si el pH aumenta, disminuye la frecuencia respiratoria, reteniendo CO2 y normalizando el pH.
Patologías Respiratorias
Colapso Pulmonar
Causado por la retracción elástica y la tensión superficial, que generan fuerzas opuestas. El surfactante reduce la tensión superficial.
Síndrome de Dificultad Respiratoria en el Recién Nacido
Común en prematuros.
Neumotórax
Entrada de aire en la cavidad pleural. Puede ser:
- Externo: Por fractura de costilla (traumático).
- Interno: Por rotura alveolar (enfisema o bulla), aumentando la presión y causando colapso pulmonar (espontáneo).
Edema Agudo de Pulmón (EAP)
Aumento del espesor de la membrana por insuficiencia cardíaca izquierda, que aumenta la presión venosa en los capilares (acumulación de líquido en los alveolos). Aumenta la diferencia entre PO2 y PCO2, y la ventilación alveolar. El aumento del intercambio de aire atmosférico y residual aumenta la PO2 y disminuye la PCO2.
Ataque de Histeria (Taquipnea)
Aumenta el CO2 cuando la ventilación excede la perfusión, disminuyendo la captación de O2. El débito cardíaco no llega bien a los capilares (mala perfusión).
Ventilación en Reposo
La parte superior del pulmón se relaja y disminuye la ventilación (hipoventilación superior). Las arterias se contraen, disminuyendo el flujo a los alveolos no ventilados.
Ventilación Durante el Ejercicio
La parte superior aumenta la ventilación, disminuye la PCO2 y aumenta la PO2. La vasodilatación de las arteriolas aumenta el flujo a los alveolos ventilados, mejorando el intercambio gaseoso.
Efecto Bohr
El aumento del pH en la sangre aumenta la afinidad de la hemoglobina por el O2.
Intoxicación por Monóxido de Carbono
Desplaza el O2 de la hemoglobina, impidiendo la captación de O2. La curva de disociación se desplaza a la izquierda, disminuyendo la liberación de O2 en los tejidos.
Acidosis Respiratoria
Disminución de PO2, aumento de CO2, aumento de H+ y disminución del pH.
Alcalosis Respiratoria
Aumento de PO2, disminución de CO2, disminución de H+ y aumento del pH.
Apnea Voluntaria
Disminución de O2, aumento de PCO2 y H+, estimulando el centro respiratorio (mecanismo de supervivencia).
Reflejo de Hering-Breuer
Receptores de distensión en la inspiración envían señales al bulbo raquídeo a través del nervio vago, inhibiendo el centro respiratorio. En la espiración, ocurre lo contrario.
Fenómenos Respiratorios
Tos
Mecanismo reflejo para desobstruir las vías aéreas. La irritación de las vías aéreas impulsa al bulbo raquídeo, cerrando la glotis y aumentando la presión intratorácica. Al abrirse la glotis, se arrastra cualquier cuerpo extraño.
Estornudo
Tos respiratoria superior. Dos inspiraciones profundas seguidas de la expulsión de aire con fuerza, abriendo la glotis y venciendo la resistencia de la boca y cavidad nasal.
Bostezo
Ayuda a la ventilación completa del pulmón, abriendo los alveolos colapsados y aumentando la ventilación pulmonar.
Hipo
Respiración anormal del diafragma, sin función conocida. Es una contracción espasmódica del diafragma con la glotis cerrada, causada por irritación del nervio frénico.