Aparato Respiratorio: Anatomía, Fisiología e Intercambio Gaseoso, Apuntes de Anatomía Aplicada

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TEMA 4.-APARATO RESPIRATORIO

1.-LA RESPIRACIÓN CELULAR Y CORPORAL.

Cada una de los trillones de células de nuestro cuerpo requiere un abundante y continuo aporte de oxígeno para llevar a cabo sus funciones vitales. No es posible vivir mucho tiempo sin oxígeno, pues es un componente imprescindible, como los nutrientes o al agua. Además, cuando las células utilizan el oxígeno se forma dióxido de carbono, que es un producto de desecho que debe desprenderse del cuerpo y ser expulsado al exterior.

Las células necesitan el O 2 para obtener ATP ( energía ) a través de un proceso metabólico llamado respiración aeróbica que consiste en la oxidación o combustión, de nutrientes ‐tipo glucosa o similar‐ que se han obtenidos en la digestión. Por tanto, una de las fases fundamentales de la nutrición celular es la respiración aeróbica. En ausencia de oxígeno, la célula realiza un proceso anaeróbico y se obtiene bastante menos energía.

Los sistemas cardiovascular y respiratorio son los encargados de aportar dicho oxígeno a las células y a la vez de eliminar el dióxido de carbono. Los órganos del aparato respiratorio colaboran en el intercambio gaseoso que se produce entre la sangre y el medio ambiente. Por otra parte, la formación de CO^2 es fruto de la utilización del O^2 ; y es un gas que debe ser eliminado, pues modifica el pH sanguíneo y resulta tóxico en altas concentraciones.

Para obtener oxígeno, que es un gas abundante en el aire, los animales han desarrollado extensas superficies respiratorias que en definitiva son tejidos epiteliales dotados de amplias superficies por las que difunde el oxígeno del exterior hacia el interior del organismo. En el cuerpo humano, para evitar que se sequen estas superficies son internas y se encuentran formando parte de un órgano llamado pulmón. Secundariamente, el sistema respiratorio se encarga de deshacerse del gas residual, que es el CO 2.

En resumen, la respiración a nivel celular se realiza en las mitocondrias de las células y el aparato respiratorio aporta oxígeno a la sangre para que sea llevado a todas las células que necesiten consumirlo. Finalmente, el CO 2 es un gas residual de la respiración celular, que se elimina también a través del aparato respiratorio.

4.-ANATOMIA DE LAS VIAS RESPIRATORIAS SUPERIORES.

Nariz y cavidad nasal

El aire puede entrar por las fosas nasales o por la boca. La vía habitual son las fosas nasales que permanece siempre abierta, pues así se prepara mejor, se calienta, filtra, etc. Pero ante ciertas demandas de aire u obstrucción podemos hacerlo por la boca. La cavidad nasal contiene una serie de partes y órganos con funciones específicas:

Orificios nasales. El aire entra en la nariz a través de los orificios nasales o narinas. En su interior hay pelos cortos para impedir la entrada de agentes extraños de gran tamaño. El interior de la nariz consta de la cavidad nasal, dividida en dos por la línea media del tabique nasal óseo y cubierto por epitelio ciliado. Tiene los cornetes óseos que separan el aire en varias corrientes y aumentan en cierta medida la superficie de mucosa en contacto con el aire. Los cornetes también incrementan la turbulencia del aire en la cavidad nasal. Mientras el aire avanza haciendo remolinos a través de un trayecto sinuoso, las partículas inhaladas se depositan en la cubierta mucosa, donde quedan atrapadas, y los enzimas del moco las destruyen mediante un proceso químico, evitando que penetren en el árbol respiratorio.

Las células ciliadas de la mucosa nasal crean una corriente que mueve la capa de moco contaminado en sentido retrógrado hacia la garganta (faringe), de donde pasa al estómago para ser digerida por los jugos gástricos. Normalmente no somos conscientes de esta importante acción ciliar, pero cuando la temperatura externa es extremadamente fría, la acción de estos cilios se ralentiza, permitiendo al moco acumularse en la cavidad nasal y escaparse a través de los orificios nasales. Esto ayuda a explicar por qué se produce rinorrea en los días de duro invierno.

La capa de la mucosa nasal, llamada mucosa respiratoria o pituitaria roja , descansa sobre una densa red de vénulas que calientan el aire a su paso, ya que la temperatura de la sangre es de 37ºC y también lo humedecen.

De este modo, el aire que alcanza los pulmones tiene bajo contenido en sustancias irritantes, como polvo o bacterias, respecto al aire que entró en el sistema; además, este aire es más cálido y más húmedo.

Debido a la localización tan superficial de estos vasos sanguíneos, las hemorragias nasales son comunes y a menudo muy abundantes.

En la parte superior de la cavidad nasal ‐ justo debajo del hueso etmoides ‐ la mucosa está menos irrigada ( pituitaria amarilla ), y ahí se encuentran células sensitivas que funcionan como receptores olfatorios en conexión con el bulbo olfativo. Estos receptores controlan la composición química de las sustancias que se encuentran en el aire y son capaces de detectar decenas o cientos de sustancias químicas diferentes.

En la parte posterior de la cavidad nasal se encuentra la nasofaringe, que se comunica a través de unos orificios llamados coanas.

Los senos paranasales son cuatro pares de c avidades que rodean la cavidad nasal. Están llenas de aire, lo que aligeran el peso del cráneo y actúan como una caja de resonancia para el habla. Dichas cavidades están tapizadas con un epitelio mucoso, similar al de la cavidad nasal, que también producen moco, drenando a la cavidad nasal.

La faringe (garganta)

La faringe es un conducto muscular de unos 11 a 13 cm de longitud, que es común al aparato digestivo y al respiratorio. El aire llega a ella procedente de las fosas nasales a través de las coanas. La faringe también es el órgano del habla ya que actúa como cámara de resonancia de la voz. En su cara interna lleva un epitelio escamoso estratificado con abundantes glándulas.

A modo de defensa, tiene en las paredes un importante anillo de defensa inmunitaria; son las amígdalas , (adenoide, palatinas y linguales) que sirven para evitar infecciones en

de cuchara llamado epiglotis. Los más importantes son:

‐ El cartílago tiroides , que tiene forma de escudo y se proyecta hacia delante, es conocido como nuez de Adán.

‐Cartilago cricoides , tiene forma de anillo y se situa por debajo del cartílago tiroides.

‐ Cartílago epiglotis o epiglótico , tiene forma de pétalo de una flor. Se desplaza hacia atrás durante la deglución y es conocido como el guardián de la vía aérea, ya que ésta protege la apertura superior de la laringe. En posición normal, cuando no tragamos, la epiglotis permite el paso de aire hacia las vías aéreas inferiores. Sin embargo, cuando ingerimos alimentos o líquidos, la situación cambia por completo: la laringe asciende y la epiglotis se hace puntiaguda, tapando la apertura laríngea. Esto impulsa el alimento hacia el esófago y el tubo digestivo, situados en posición posterior. Si entra en la laringe otro elemento que no sea aire, se dispara el reflejo de la tos para expeler la sustancia y evitar que llegue a los pulmones. Debido a que este reflejo no funciona cuando perdemos la conciencia, nunca se deben administrar líquidos a una persona inconsciente a la que se intenta reanimar.

‐Cartilago ariteroides , son dos pequeños cartílagos con forma triangular situados en la parte posterior de la laringe, apoyados sobre el cricodies

La laringe es el órgano de la voz, ya que en ella se encuentran las cuerdas vocales. Son dos repliegues de tipo muscular y ligamentoso, entre los aritenoides y el ángulo del tiroides. Estos dos repliegues son las cuerdas vocales superiores o falsas y las cuerdas vocales inferiores o verdaderas. El espacio que existe entre estos repliegues se denomina glotis.

La tráquea

La tráquea es un cilindro constantemente abierto que comunica la laringe con los bronquios, conduciendo el aire a los pulmones. La tráquea alcanza hasta el nivel de la quinta vértebra torácica, situado a la mitad del pecho. En una persona adulta mide entre 10 y 11 cm de longitud por 2 ‐ 2,5 cm de diámetro, según el estado de contracción de la musculatura lisa.

A lo largo del tubo, que desciende paralelamente al esófago, se encuentran unos veinte anillos de cartílago en forma de herradura , cuya parte anterior es de cartílago y la parte posterior es de músculo liso. Estos anillos mantienen constantemente abierta la tráquea tanto en inspiraciones como en espiraciones e impiden su colapso, pese a los cambios de presión que acontecen durante la respiración. La parte elástica permite la dilatación del esófago cuando pasa el bolo alimenticio.

La tráquea está tapizada internamente por un epitelio ciliado que tiene intercaladas células secretoras de mucus , que atrapa las partículas de polvo antes de llegar a los pulmones. Los cilios de la tráquea, bronquios y bronquiolos baten continuamente, empujando el moco y las partículas extrañas atrapadas hacia la faringe, donde son tragados.

Los bronquios

Los bronquios se originan por la bifurcación de la tráquea. Los bronquios están formados por anillos cartilaginosos íntegramente cerrados. Cada bronquio con todas sus ramificaciones constituye un árbol bronquial. El derecho se introduce en el pulmón derecho de forma bastante vertical, el izquierdo penetra en el pulmón izquierdo con

El alveolo tiene la cara interna cubierta de líquido, en ella encontramos tres tipos de células: 1.‐ Células tipo I, que forman tejido epitelial muy fino y realizan el intercambio de gases. 2.‐Células tipo II, mas pequeñas y gruesas que tienen microvellosidades. Son células secretoras de un agente tensioactivo que facilita que las moléculas de aire se disuelvan en agua. 3.‐ Los macrófagos alveolares o “células del polvo” tienen función defensiva. Recorren el camino dentro y fuera del alvéolo eliminando bacterias, partículas de carbón y otros agentes nocivos.

El intercambio gaseoso se realiza por difusión simple : el oxígeno pasa del aire situado en el alveolo, atraviesa primero la membrana de la célula del alveolo, luego la de la célula del capilar y entra en la luz del capilar, siendo a continuación captado por la hemoglobina. Por el contrario, el dióxido de carbono realiza el viaje inverso, abandona la sangre para entrar en el alvéolo lleno de aire.

7.-LOS PULMONES

Los pulmones son órganos de gran tamaño que ocupan toda la cavidad torácica excepto la porción central donde está el corazón, llamada mediastino. Los pulmones están formados por el árbol bronquial, incluidos los acinos respiratorios y toda la red sanguínea, junto con tejido conjuntivo , blando y elástico, que le sirve de protección. Este tejido conjuntivo engloba el conjunto de bronquios, bronquiolos y alveolos que están llenos de aire, y rellena

Corte esquemático para ver las células de la pared del saco alveolar

Alveolo pulmonar humano, observado al microscopio electrónico

huecos entre venas, arterias y capilares sanguíneos. Es este tejido conectivo elástico el que permite a los pulmones retraerse pasivamente en la espiración. Los pulmones externamente están recubiertos por la pleura , es una doble membrana de tejido conjuntivo que evita el roce con la caja torácica. Esta membrana esta formada por la pleura parietal o externa que se adhiere al diafragma, a la cara interna de la pared torácica y el mediastino y la pleura visceral que recubre la superficie externa de los pulmones, introduciéndose en sus lóbulos a través de las cisuras. Entre las dos membranas se encuentra el líquido pleural (unos 15 cc), cuya inflamación produce una dolencia llamada pleuresía. Este líquido actúa como lubricante, permite a los pulmones deslizarse sobre la pared torácica durante los movimientos respiratorios, y mantiene las dos capas pleurales unidas.

8.-VENTILACIÓN PULMONAR

La ventilación pulmonar es el proceso por el cual se renueva el aire que llena los pulmones. Se produce mediante los movimientos de inspiración y espiración. Los cambios en el volumen de la cavidad torácica generan una variación de presión en los pulmones.

Dado que los pulmones carecen de musculatura propia, para que el aire se renueve se recurre a los movimientos de músculos externos. Estos movimientos de la caja torácica son producidos por el diafragma , músculo situado bajo la caja, y por los movimientos de los músculos intercostales situados entre las costillas. En menor medida también colaboran otros músculos torácicos y abdominales.

El diafragma se sitúa bajo los pulmones, separado de ellos por la pleura. En reposo tiene forma acampanada, mientras que los músculos intercostales, se sitúan entre las costillas y al contraerse hace que estas asciendan. En los movimientos respiratorios normales la inspiración es activa en el sentido de que se contraen los músculos, mientras que la espiración es pasiva.

En la inspiración el diafragma desciende y las costillas se levantan, con lo que aumenta el volumen de la cavidad torácica. Como los pulmones están fuertemente adheridos a la pared torácica, debido al efecto adhesivo del líquido pleural, se expanden de manera acorde con el nuevo y mayor tamaño del tórax. Como resultado de la expansión, la presión del aire en los pulmones es inferior a la presión atmosférica, y por tanto entra aire a las vías respiratorias. El aire continúa moviéndose hacia los pulmones hasta que la presión se equipara con la atmosférica. La inspiración (inhalación) es, por tanto, un proceso activo.

10.- EL INTERCAMBIO DE GASES

El intercambio real de gases ocurre por difusión en los alvéolos ‐como consecuencia de diferentes presiones parciales de O 2 y CO 2 ‐ rodeados por capilares. El endotelio de los capilares y las células epiteliales planas de los alvéolos constituyen la barrera de difusión entre el aire contenido en un alvéolo y la sangre de sus capilares.

La entrada de O 2 en el organismo es debida a la diferente concentración de este gas, debido a un proceso de difusión pasivo. Lo mismo sucede para la salida de CO (^) 2.

El oxígeno es relativamente insoluble en el plasma sanguíneo, de forma que solo una pequeña cantidad de oxígeno se transporta disuelto en el plasma y la mayoría se une a

una proteína llamada hemoglobina (Hb‐ O^2 ). La hemoglobina tiene cuatro subunidades, cada una de las cuales puede combinarse con una molécula de oxígeno. La adición de cada molécula de oxígeno incrementa la afinidad de la molécula por la siguiente molécula de oxígeno. Recíprocamente, la pérdida de cada molécula de oxígeno facilita la pérdida de la molécula siguiente.

Cuando la presión parcial de oxígeno se eleva, la hemoglobina incorpora oxígeno. Cuando la presión de oxígeno alcanza 100 mm Hg, que es la presión presente habitualmente en el pulmón humano, la hemoglobina se satura casi completamente con oxígeno. Cuando la PO (^2) cae, el oxígeno se disocia de la hemoglobina. Por lo tanto, cuando la sangre portadora de oxígeno alcanza los capilares en los tejidos, donde la presión es sólo de 40 mm Hg o menos, libera parte de su oxígeno (aproximadamente un 30 %) en los tejidos.

Esquema de intercambio en un alveolo

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El dióxido de carbono es más soluble que el oxígeno en la sangre y se encuentra en la sangre en tres formas diferentes

1. Como CO 2 disuelto en el plasma (10 %),
2. (^) Como ion bicarbonato (HCO ‐) un 60 ‐70 %, desempeñando un papel muy importante

como tampón o control de pH sanguíneo. El bicarbonato se forma en la sangre mediante la secuencia siguiente:

CO 2 + H 2 O < ‐‐‐ > H 2 CO 3 < ‐ ‐ ‐ > H+^ + HCO ‐ La primera reacción es muy lenta en el plasma, pero muy rápida dentro del glóbulo rojo gracias a los enzimas celulares. La segunda reacción que es la disociación iónica del ácido carbónico, se produce con rapidez sin necesidad de enzimas. Cuando la concentración de estos iones asciende dentro del glóbulo rojo el HCO ‐^ difunde hacia el exterior en forma de CO

3. (^) Como carbaminohemoglobina, es decir unido a la Hb (20 – 30%), pero como se une a la hemoglobina en un lugar diferente al que lo hace el oxígeno, no interfiere en modo alguno en el transporte de oxígeno.

Una vez que se ha liberado en el plasma, el CO 2 difunde a los alvéolos y fluye del pulmón con el aire exhalado.

11.-EL CONTROL DE LA RESPIRACIÓN

El sistema nervioso central controla la ventilación, ajustando la frecuencia y la amplitud de los movimientos de inspiración y espiración de acuerdo con las demandas del organismo. La actividad de los músculos respiratorios se regula a través de impulsos nerviosos transmitidos desde el cerebro por el nervio frénico (diafragma) y los nervios intercostales (intercostales)

Para que se mantengan las presiones de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre se realiza un ajuste constante gracias a neuronas del centro del tronco cerebral, y controlan la respiración normal, que es rítmica y automática.