Fisiología respiratoria

Por una parte, debemos analizar el proceso de entrada y salida de aire de los pulmones, es decir, la ventilación pulmonar. Y por otro, el proceso de intercambio que tiene lugar en los alvéolos pulmonares.

Ventilación pulmonar.

Pulmones

Es el proceso para llenar los alvéolos de aire proveniente del exterior y posteriormente expulsarlo. Es un juego de presiones. El pulmón tiene una cierta capacidad de distensión, puede aumentar su volumen, y de elasticidad, recuperando su volumen inicial.

La entrada de aire se denomina inspiración. Se basa en la expansión de los pulmones. Se basa en la contracción de los músculos respiratorios, es decir, el diafragma y los músculos intercostales. El más importante es el diafragma, que cambia su forma convexa, aplanándose. También colaboran los músculos intercostales externos, que elevan las costillas. Con todo ello conseguimos que aumente el volumen de los pulmones, empujado por la expansión de la caja torácica (la pleura visceral y parietal están pegadas una a la otra gracias a la elevada presión a la que se encuentra el líquido pleural). Al aumentar el volumen de los pulmones, la presión en su interior baja y el aire penetra.

La expulsión del aire se denomina espiración. La espiración normal no requiere esfuerzo, no precisa contracción muscular alguna. Las fibras elásticas del pulmón y el peso de la caja torácica hacen que este recupere su volumen original. Al disminuir este volumen, la presión interior aumenta y el aire es expulsado al exterior. Sin embargo, algunos músculos, como los intercostales internos y los abdominales, pueden forzar el proceso de espiración, provocando que los pulmones reduzcan su volumen más deprisa, aumentando la presión a mayor velocidad y expulsándose el aire con mayor fuerza y velocidad. Es lo que se denomina espiración forzada.

Ventilación pulmonar

Volúmenes pulmonares.

Durante el proceso respiratorio normal, en los pulmones entran alrededor de 500ml de aire, los mismos que lógicamente son expulsados en la espiración. Es lo que se denomina volumen corriente (VC). De esos 500ml, 150ml permanecen en las vías externas, es decir, nariz y laringe, y vías internas en las que no se intercambia gases, es decir, faringe, tráquea, bronquios y parte de los bronquiolos, y en esta zona no se intercambian gases. A esta zona se le denomina espacio muerto anatómico (EMA). El volumen respiratorio por minuto, o volumen minuto respiratorio (VMR), se calcula multiplicando el volumen de aire inspirado por el número de inspiraciones por minuto. Dado que solemos inspirar alrededor de doce veces al minuto, el VMR rondará los 6000ml/min.

Podemos hacer una inspiración más profunda e inhalar más de esos 500ml, pudiendo alcanzar un máximo de entre 3000ml y 3500ml más de inspiración o inhalación. Este volumen se denomina volumen de reserva inspiratorio (VRI). Podemos aumentarlo aún más si, antes de inspirar, espiramos todo el aire que podamos de los pulmones. Este aire de más espirado ronda los 1200ml y se denomina volumen de reserva espiratorio (VRE). Todavía después de expulsar todo el aire que podamos de los pulmones, quedará en los pulmones un cierto volumen de aire, que rondarán los 1200ml, que mantendrá inflados los alvéolos y que se denomina volumen residual (VR).

A la suma del volumen corriente y del volumen de reserva inspiratorio constituye la capacidad inspiratoria (CI). Si calculamos, veremos que ronda los 3600ml. La suma del volumen residual más el volumen de reserva respiratorio es la capacidad residual funcional (VRF), y rondará los 2400ml.

El volumen de reserva inspiratorio, más el volumen corriente, más el volumen de reserva espiratorio constituye la capacidad vital (CV) y rondará los 4800ml. La suma de todos los volúmenes es la capacidad pulmonar total (CPT) y tendrá un valor de alrededor de 6000ml.

Volúmenes pulmonares

Fisiología de la respiración pulmonar.

La fisiología respiratoria se basa en diferencias de concentración. Y como hablamos de gases, de presiones parciales de O2 y CO2 de los gases inspirados y sangre. Esto unido a la facilidad de difusión de ambos gases a través de la membrana alveolar, que es muy fina, concretamente alrededor de 10,5μm. Y supone una superficie amplia, alrededor de 70m2 sumando la de todos los alvéolos.

El oxígeno atmosférico llega a los pulmones a una concentración equivalente a unos 100 - 105mmHg, dependiendo de la altura sobre el nivel del mar al que nos encontremos, mientras que en la sangre que llega a los pulmones rondará los 40mmHg. Por lo tanto, las presiones tenderán a igualarse pasando a la sangre oxígeno hasta llegar a esos 100 – 105 mmHg de oxígeno.

El dióxido de carbono en la sangre está a unos 45mmHg. En el aire inspirado esa concentración es de unos 40mmHg. Por lo que el intercambio entre ambos es de unos 5mmHg.

Como ya indicamos, para que el oxígeno no tenga que ir disuelto en la sangre se une a hemoglobina (por eso, además, posee mucha mayor capacidad de intercambio). La hemoglobina será el encargado de transportarlo.

Fisiología de la respiración titular.

En los tejidos la situación es inversa. El líquido extracelular es pobre en oxígeno, ya que ha sido consumido por las células. Concretamente, rondará los 40mmHg. Por lo que una buena parte del oxígeno de la sangre pasará a los tejidos, hasta que las presiones parciales se igualen, es decir, la cantidad de oxígeno de la sangre bajará hasta esos 40mmHg.

En cambio el dióxido de carbono está mas concentrado en el líquido extracelular, debido a la actividad metabólica de las células. Estará a concentraciones próximas a los 45mmHg. Por lo que el dióxido de carbono pasará del líquido extracelular a la sangre.

El dióxido de carbono viaja, en parte, unido a la hemoglobina. Pero no es su principal medio de transporte, la hemoglobina prefiere transportar al oxígeno. Concretamente solo el 23% del CO2 viaja unido a la hemoglobina. Alrededor de un 7% viajará como gas disuelto. El 70% restante viajará en forma de bicarbonato, gracias a la acción de la anhidrasa carbónica, y siguiendo las siguientes reacciones de equilibrio:

Reacción de la anhidrasa carbónica

Control de la respiración.

La respiración es un proceso que debe estar controlado de forma muy ajustada y fina. En reposo, consumimos alrededor de 200ml de oxígeno por minuto. Durante un ejercicio intenso, podemos llegar a multiplicar por 30 esa cantidad. Para ello el cuerpo debe aumentar el ritmo de la ventilación, la profundidad de la inspiración y de la espiración.

El ritmo básico está controlado por el sistema nervioso, por áreas situadas en el bulbo raquídeo y la protuberancia. El área rítmica bulbar es una zona que controla el sistema básico de respiración, el ritmo en estado de reposo. En el área neumotáxica se controla la coordinación entre la inspiración y la espiración. Y en el área apneútica se controla el proceso de toma de aire.

Otras zonas del cerebro tienen conexiones con estos centros respiratorios y estimulan el aumento del ritmo respiratorio cuando resulta necesario. Por ejemplo, cuando el pH de la sangre baja. Una bajada del pH de la sangre supone que hay aumento de la cantidad de dióxido de carbono, que se transformará en bicarbonato, reaccionando con el agua y liberándose H+. También se activa el ritmo cuando baja la cantidad de oxígeno. Existen zonas del cuerpo y del sistema nervioso central en la que encontramos receptores químicos que miden las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono de la sangre.

El sistema hormonal también puede actuar sobre el centro respiratorio, aumentado o rebajando el ritmo respiratorio, o variando el calibre de los bronquiolos que comunican con los alvéolos pulmonares, permitiendo o restringiendo el paso de aire a los mismos.