Aparato Respiratorio Fisiología Humana PDF

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APARATO RESPIRATORIO CELULAR Y PULMONAR Las cuatro funciones principales del aparato respiratorio son: 1. Intercambio de gases entre la y la sangre: el organismo ingresa O2 para para su hacia los tejidos y elimina CO2 de desecho producido por el metabolismo. 2. del PH corporal: los pulmones pueden a...

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APARATO RESPIRATORIO RESPIRACIÓN CELULAR Y RESPIRACIÓN PULMONAR Las cuatro funciones principales del aparato respiratorio son: 1. Intercambio de gases entre la atmósfera y la sangre: el organismo ingresa O2 para para su distribución hacia los tejidos y elimina CO2 de desecho producido por el metabolismo. 2. Regulación homeostática del PH corporal: los pulmones pueden alterar el PH corporal retenido o eliminando selectivamente CO2. 3. Protección frente a patógenos inhalados y a sustancias irritantes: al igual que todos los demás epitelios que contactan con el medio externo, el epitelio respiratorio está bien provisto de mecanismos que retienen y destruyen sustancias potencialmente nocivas antes de que puedan ingresar al organismo. 4. Vocalización: el aire que se mueve a través de las cuerdas vocales crea vibraciones que usa para el habla, el canto y otras formas de comunicación. Además de cumplir con estas funciones, el aparato respiratorio es también una fuente importante de pérdida de agua y de calor del organismo. Estas pérdidas deben ser equilibradas mediante compensaciones homeostáticas. El aparato respiratorio lleva a cabo dichas funciones intercambiando aire entre el medio ambiente y los espacios interiores de los pulmones. Este intercambio es el flujo global de aire:

  

El flujo se produce desde regiones de mayor presión hacia Una bomba muscular genera gradiente de presión. La resistencia al flujo de aire es afectada principalmente por el diámetro de los tubos a través de los cuales fluye.

La principal diferencia entre el flujo de aire en el aparato respiratorio y el flujo de sangre en el aparato circulatorio es que el aire es una mezcla comprensible de gases, mientras que la sangre es un líquido compresible. La respiración celular es la interacción intracelular de oxigeno con moléculas orgánicas para producir dióxido de carbono, agua y energía bajo la forma de ATP: la respiración externa es el movimiento de gases entre el ambiente y las células del organismo. La función básica de los pulmones es intercambiar gases entre la atmósfera y la sangre

Los componentes estructurales del aparato respiratorio son: las vías aéreas, los vasos sanguíneos, estructuras de soporte, vasos linfáticos y fibras nerviosas. El sistema respiratorio consta de un tracto respiratorio superior, que está formado por la boca, la cavidad nasal, la faringe y la laringe; y de un tracto respiratorio inferior que está formado por la tráquea, los bronquios y los bronquiolos.  Vías pulmonares aéreas Las vías pulmonares aéreas conectan los pulmones con el ambiente externo. El aire ingresa a la vía aérea superior a través de la boca y de la nariz y se dirige hacia la faringe, un corredor común para los alimentos, los líquidos y el aire. Desde la faringe, el aire fluye a través de la laringe hacia la tráquea. La laringe contiene las cuerdas vocales, bandas de tejido conectivo que se tensan para generar sonido cuando el aire se mueve entre ellas. La tráquea es un tubo semiflexible que se mantiene permeable gracias a 15 o 20 anillos cartilaginosos en forma de C. Se extiende hacia abajo en el tórax, donde se ramifica (división 1) en dos bronquios principales, un bronquio para cada pulmón. Dentro de los pulmones, los bronquios se ramifican repetidamente (divisiones 2-11) en bronquios progresivamente más pequeños. Al igual que la tráquea, los bronquios son tubos semirrígidos permeables gracias a cartílagos. En los pulmones, los bronquios más pequeños se ramifican para convertirse en bronquiolos, pequeñas vías colapsadas con paredes de músculo liso. Los bronquiolos siguen ramificándose (divisiones 12-23) hasta que los bronquiolos respiratorios se convierten en una transición entre las vías aéreas y el epitelio de intercambio del pulmón. El diámetro de las vías aéreas se vuelve progresivamente menor desde la tráquea hasta los bronquiolos, pero a medida que las vías aéreas individuales se tornas más estrechas su cantidad aumenta. Como resultado, el área transversal total se incrementa con cada división de las vías aéreas. El área transversal total es mínima en l vía aérea superior y máxima en los bronquiolos, de manera análoga al incremento del área transversal que se observa desde la aorta hasta los capilares en el aparato circulatorio.

El diámetro de la vía disminuyendo pero, la sección total va aumentando. El flujo es lento en los bronquiolos terminales.  Circulación pulmonar La circulación pulmonar es un sistema de baja presión y alto flujo. La pared alveolar está rodeada por completo de una pared capilar.

La circulación pulmonar empieza por el tronco de la arteria pulmonar, que recibe la sangre con la baja concentración de oxigeno proveniente del ventrículo derecho. El tronco pulmonar se divide en dos arterias pulmonares, una para cada pulmón. La sangre oxigenada proveniente de los pulmones regresa a la aurícula izquierda a través de las venas pulmonares. La velocidad e flujo sanguíneo a través de los pulmones es mucho mayor que en otros tejidos, porque los pulmones reciben todo el volumen minuto del ventrículo derecho. Aunque la velocidad del flujo pulmonar es alta su presión sanguínea es baja. El ventrículo derecho no debe bombear con tanta fuerza para que la sangre fluya a través de los pulmones porque la resistencia de la circulación pulmonar es baja. Esta baja resistencia puede atribuirse a la menor longitud total de los vasos sanguíneos pulmonares y a la distensibilidad y gran área transversal de las arteriolas pulmonares.  Circulación bronquial Proporciona el oxígeno a las estructuras pulmonares y el músculo liso de bronquios y bronquiolos. Se transporta sangre que no realiza el intercambio de gases

Componentes estructurales del aparato respiratorio 1. Estructuras de soporte.  Caja torácica: formada por las costillas, los músculos intercostales el diafragma y los músculos abdominales  Tejidos de sostén de pulmón: formado por fibras elásticas, elastina y colágeno. Las fibras elásticas se disponen formando una malla y son las responsables de la elasticidad de los pulmones. Los pulmones poseen muy poca masa tisular.

2. Estructura alveolar: la delgada barrera alveolo-capilar facilita el intercambio de los gases respiratorios. Los alveolos constituyen el sitio de intercambio de gases. Los alveolos, agrupados en los extremos de los bronquiolos terminales, constituyen la mayor parte del tejido pulmonar. Su función principal es el intercambio de gases entre ellos mismos. Cada diminuto alvéolo está compuesto por una única capa de epitelio. Las células de los alveolos sintetizan y secretan una sustancia química conocida como sustancia tensioactiva (surfactante). La sustancia tensioactiva se mezcla con la delgada capa de líquido que recubre a los alveolos para ayudar a los pulmones a los pulmones a expandirse durante la respiración.

3. Vasos linfáticos: la circulación linfática es muy abundante en los pulmones.

Inervación Los músculos respiratorios son músculos esqueléticos y reciben, por tanto, inervación somática. Los pulmones reciben inervación del sistema nervioso autónomo:  Fibras parasimpáticas (nervio vago): el musculo liso bronquial lleva a cabo la broncoconstricción, y en las glándulas se provoca un aumento de la secreción.  Fibras simpáticas: inervan el musculo liso bronquial provocando broncodilatación (receptores beta), en las glándulas provoca la inhibición de la secreción y por último los vasos sanguíneos en los que se produce vasoconstricción (receptores alfa)

Las funciones “no respiratorias” del aparato respiratorio: 1. Acondicionamiento del aire inspirado: temperatura, humedad, eliminación de partículas 2. Filtro sanguíneo 3. Depósito de sangre 4. Funciones metabólicas 5. Regulación del equilibrio acido- base

 Acondicionamiento de la humedad del aire en las vías aéreas Durante la respiración, las vías aéreas y los bronquios hacen más que simplemente actuar como corredores para el aire. Desempeñan un papel importante en el acondicionamiento del aire de que alcance los alvéolos. El acondicionamiento tiene tres componentes: 1. Calentamiento del aire a la temperatura corporal (37ºC) de manera tal que la temperatura corporal no se modifique y los alvéolos no resulten dañados por el aire frío 2. Agregado de vapor de agua hasta que el aire alcanza 100% de humedad, de manera tal que el epitelio de intercambio húmedo no se seque 3. Filtración del material extraño, de manera tal que los virus, las bacterias y las partículas inorgánicas no lleguen a los alvéolos.

El aire se satura de agua al pasar por las vías aéreas pulmonares. Gran parte de la perdida de agua corporal es debida al gas espirado.  Retención de partículas en las vías aérea

La capa de moco es secretada por las células caliciformes en el epitelio. Los cilios se mueven hacia arriba desplazando continuamente el moco hacia la faringe y generando lo que se conoce como transporte mucociliar. El moco contiene inmunoglobulinas que pueden inactivar a muchos patógenos, y una vez que el moco alcanza la faringe y se traga, el ácido y las enzimas del estómago destruyen cualquier microorganismo remanente. Las funciones metabólicas del aparato respiratorio son: 1. Contiene sustancias fibrinolíticas: heparina 2. Elimina de la sangre sustancias como 5-HT, NA,PGs 3. Almacena histamina 4. Inactiva la bradikinina 5. Transforma la angiotensina I en angiotensina II 6. Sintetiza los mucopolisacáridos y fosfolípidos (surfactante pulmonar) 7. Participa en el equilibrio ácido-base

MECÁNICA RESPIRATORIA El ciclo respiratorio consta de inspiración y una espiración. El principio básico en la respiración, el aire se mueve, como cualquier otro fluido, siempre que exista un gradiente de presión. Inspiración: entra aire, presión fuera de los pulmones mayor que dentro Espiración: sale aire, presión de los pulmones menor que dentro.

Inspiración La contracción de los músculos inspiratorios provoca un aumento del volumen del tórax que provoca a su vez un aumento del volumen pulmonar, lo que hace que la presión alveolar descienda y como resultado entra aire.  En reposo: se trata de un proceso activo, en el que intervienen los músculos inspiratorios: diafragma y los músculos intercostales externos  Forzada: se trata de un proceso activo en el que interviene los músculos accesorios de la inspiración: escalenos y el esternocleidomastoideos

Espiración La relajación de los músculos inspiratorios provoca una disminución del volumen del tórax que provoca a su vez una disminución del volumen pulmonar, lo que hace que aumente la presión alveolar y como resultado sale aire.  En reposo: se trata de un proceso pasivo, relajación de los músculos inspiratorios  Forzada: se trata de un proceso activo que provoca la contracción de los músculos espiratorios: intercostales internos y los abdominales Presión intrapleural (Ppl) presión pleural o presión torácica La presión existente en el espacio comprendido entre las dos pleuras tiene un valor inferior a la presión atmosférica. Las dos membranas pleurales se mantienen adheridas por el líquido pleural, de manera tal que los pulmones elásticos se ven forzados a estirarse para ajustarse al mayor volumen de la cavidad torácica. Pero al mismo tiempo la retracción elástica de los pulmones crea una fuerza hacia adentro que tiende a alejar los pulmones de la pared torácica. La combinación del empuje hacia fuera de la caja torácica y la retracción hacia adentro de los pulmones genera una presión intrapleural subatmósferica de alrededor de -3mmHg.

Al inicio de la inspiración la presión intrapleural es de alrededor de -3mmHg. A medida que se realiza la inspiración, las membranas pleurales y los pulmones siguen a la caja torácica en expansión a causa del líquido pleural que los une a ella, pero el tejido pulmonar elástico se resiste a ser estirado. Los pulmones tratan de alejarse de la pared torácica, lo que hace que la presión intrapleural se vuelva aún más negativa. Cuanto mayor sea el volumen pulmonar, mayor es la fuerza que tiende a retraerlo y la Ppl será menos. La disminución de la presión en el interior de las vías aéreas provoca un descenso adicional de la Ppl.

Presión alveolar

Presión transpulmonar Es la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la pared pulmonar. La presión transpulmonar es la diferencia entre la presión alveolar y la presión intrapleural. Es mayor en la inspiración que en la espiración y da idea del grado de llenado de los pulmones. Varía de los vértices de los pulmones a las bases.

Volúmenes y capacidades pulmonares

Valores normales de los volúmenes y capacidades pulmonares

Los factores de los que dependen los volúmenes y capacidades pulmonares son:  La edad  El sexo  Tamaño corporal  Patologia( enfermedades pulmonares restrictivas y obstructivas)

¿Qué funcion lleva a cabo el aire qu epermanece en elos pulmones el final de una espiracion? El aire que queda ne los pulmones al final de una espiración (CRF o VR) actua como amortuguador, evitando que ocurran grandes fluctuaciones en la PO2 y la PCO2 del gas contenido en los alvéolos( y por tanto, en sangre) con cada respiracion. Al mezclarse el aire que queda de la tráquea con el aire que permanece en los pulomones al fnal de una espiracion (CRF o VR), la variacion de la PO2 alveolar es pequeña.

TRANSPORTE DE LOS GASES RESPIRATORIOS EN LA SANGRE las leyes de los gases establecen que cada gas fluye desde las regiones con elevada presión hacia regiones con menor presión parcial, y esta regla rige el intercambio de O2 y de CO2 en los pulmones y en los tejidos. La PO2 alveolar normal es de 100mmHg. La PO2 de la sangre venosa sistémica que llega a los pulmones es de 40mmHg. El oxígeno por lo tanto se mueve siguiendo su gradiente de presiones parciales (o concentración) desde el alvéolo hasta los capilares.

La cantidad de O2 que se transporta en sangre depende de su pO2 y del contenido de hemoglobina.

La hemoglobina transporta la mayor parte de la sangre de los tejidos. El oxígeno es transportado de dos maneras en la sangre: disuelto en el plasma, y unido a la hemoglobina (Hb). Este hecho puede resumirse de la siguiente manera: Contenido total de O2= cantidad disuelta en el plasma + cantidad unida a la Hb La hemoglobina, proteína de unión al oxígeno de los eritrocitos, se une de manera reversible al oxígeno. En los capilares pulmonares la PO2 del plasma aumenta a medida que el oxígeno se difunde desde los alveolos, la Hb capta el oxígeno. En las células donde el oxígeno se utiliza y la PO2 del plasma disminuye, la Hb cede oxígeno. Más del 98% del oxígeno de un volumen dado de sangre está unido a Hb y es transportado dentro de los eritrocitos. Una molécula de Hb trasporta cuatro moléculas de O2. Encontramos una forma férrica (metahemoglobina) y una forma ferrosa (desoxihemoglobina u oxihemoglobina) El contenido en O2 de la sangre no varía de manera apreciable como consecuencia de las variaciones en la ventilación normal. En condiciones normales (PO2=199mmHg) la sangre transporta todo el oxígeno que es capaz de transportar. El hecho de que aumente la ventilación normal (hiperventilación) hace que aumente la pO2 alveolar y por tanto la pO2 en sangre, pero esto no hace que aumente significativamente el contenido en O2 de esa sangre

Contenido de O2 en la sangre

Una disminución ligera de la PO2 arterial normal (+-20mmHg) no modifica la oxigenación de la sangre, y por tanto de los tejidos. Si disminuye la PO2 arterial de forma acentuada se reduce la oxigenación de la sangre y por tanto de los tejidos.

contenido de O2 descargado en los tejidos

Si la demanda tisular de O2 esta elevada, no basta con incrememtar la ventilación alveolar, será necesario que aumente el aporte de sangre a los tejidos. Al aumentar el GC aumentará la perfusion sanguinea de lso cpailares alveolares y habrá de auemntar la ventilación pulmonar. Los factores que afectan a la afinidad de la Hb por el O2 son, el desplazamiento a la derecha que provoca un a umento de la P50 por lo tanto una disminución de la afinidad. ¿Cómo afecta el trasnporte de O2 un desplazamiento de la curva? Un desplazamiento d ela curva a la derecha supone que la sangre, cualquiera que sea el valor de la PO” transporta menos oxígeno. Efecto bohr, el CO2 disminuye la afinidad de la Hb por el oxígeno. Debido al Efecto Bohr se ve incrementada la cesión de O2 desde la sangre a los tejidos . Cualquier factor que cambie la conformacion de la molecula de la Hb puede afectar su capacidad de unir oxígeno. Los cambios fisiologicos en el PH plásmatico, la PCO2 y la temperatura alteran su afinidad de unión al oxígeno. Los cambios de afinidad de unión se refeljan en los cambios en la forma de la curva de disociación de la HbO2. El aumento de la temperatura, el aumento de la PCO2 y la disminución del PH reducen la afinidad de la Hb por el oxígeno desplazan la curva de disociacion hacia la derecha. Cuando estos factores cambian en la dirección opuesta, la afinidad de unión aumenta y la curva se desplaza a la izquierda. A medida que la concentración de los protones aumenta, el PH cae, la afinidad de la Hb por el oxígeno disminuye,y la curva de disociación de la HbO2 see desplaza hacia la derecha. Se libera más oxígeno en los tejidos a medida que la sangre se torna más ácida (disminucion del PH). El cambio de la curva de saturación de la Hb que surge como consecuencia de un cambio de PH se llama efecto de Bohr.

El co tiene una afinidad con la hemoglobina mucho más alta que el oxígeno con la misma. Hay mayor cantidad de hemoglobina unida a co que a o2. Poca hemoglobina unida a o2 y el poco oxigeno unido es muy difícil que se libere. Efectos del CO2 sobre el transporte de O2 en la sangre El CO tiene una afinidad por la Hb unas 200 veces superior a la afinidad del O2, en presencia de Co disminuye la cantidad de Hb disponible para unirse con el O2 (se reduce mucho la llegada de O2 a los tejidos). El CO aumenta la afinidad de la Hb por el O2 y esto hace que la extracción de O2 a nivel tisular esté muy reducida (se reduce la disponibilidad de O2 por las mitocondrias). El CO también afecta al transporte de O2 en el miocito, ya que tiene afinidad por la mioglobina Transporte de CO2 en sangre El transporte de gases en sangre incluye la remoción del CO2 de las células al igual que la cesión de oxígeno a ellas. La molécula de Hb también tiene un papel importante en el transporte de CO2. El co2 se transforma en bicarbonato (HCO3-), la conversión rápida depende de la presencia de la anhidrasa carbónica (CA), una enzima que se encuentra concentrada en los eritrocitos. El CO2 disuelto en el plasma difunde dentro de los eritrocitos, donde reacciona con agua en presencia de anhidrasa carbónica formando ácido carbónico. El ácido carbónico luego se disocia en un ion hidrogeno y un ion bicarbonato. Como el ácido carbónico se disocia rápidamente. La PCO2 de los alvéolos es menor a la de la sangre venosa de los capilares pulmonares. Por lo tanto el CO2 difunde siguiendo su gradiente de presión, desde el plasma al alvéolo, y la PCO2 del plasma empieza a descender.

Curva de disociación de CO2 en sangre arterial

Efecto del O2 sobre la curva de disociación del CO2. Efecto Haldane. La oxigenación de la Hb disminuye la capacidad de la sangre para transportar CO2. . Efecto Haldane: Influencia del oxígeno sobre la cantidad de co2 que transporta la sangre. El efecto Bohr a nivel alveolar no tiene efecto al contrario que el efecto Haldane. Son neuronas distintas las que se encargan del control automático y voluntario. Es nuestro metabolismo quien va a llevar a cabo nuestro control automático Control automático, tiene unos receptores sensoriales que envían la información aun centro regulador en el que se integran las señales y estas respuestas llegan a través de la medula espinal a los efectores.

Debido al efecto Haldane, la cesión de CO2 de la sangre a los pulmones está incrementada, al igual que la captación de CO2 desde los tejidos.

Efecto Bohr y efecto Haldane en los pulmones.  El efecto Bohr no tiene tran...