16.2: Estructura y Función del Sistema Respiratorio
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¿Por qué puedes “ver tu aliento” en un día frío? El aire que exhalas por la nariz y la boca es cálido, como el interior de tu cuerpo. El aire exhalado también contiene mucho vapor de agua porque pasa sobre superficies húmedas desde los pulmones hasta la nariz o la boca. El vapor de agua en tu aliento se enfría repentinamente cuando alcanza el aire exterior mucho más frío. Esto hace que el vapor de agua se condense en una niebla de diminutas gotas de agua líquida. Usted libera vapor de agua y otros gases de su cuerpo a través del proceso de respiración.
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¿Qué es la respiración?
La respiración es el proceso sustentador de la vida en el que los gases se intercambian entre el cuerpo y la atmósfera exterior. Específicamente, el oxígeno se mueve desde el aire exterior hacia el cuerpo; y el vapor de agua, el dióxido de carbono y otros gases residuales se mueven desde el interior del cuerpo hacia el aire exterior. La respiración se realiza principalmente por el sistema respiratorio. Es importante señalar que la respiración por el sistema respiratorio no es el mismo proceso que la respiración celular que ocurre dentro de las células, aunque los dos procesos están estrechamente conectados. La respiración celular es el proceso metabólico en el que las células obtienen energía, generalmente “quemando” glucosa en presencia de oxígeno. Cuando la respiración celular es aeróbica, utiliza oxígeno y libera dióxido de carbono como producto de desecho. La respiración por el sistema respiratorio suministra el oxígeno que necesitan las células para la respiración celular aeróbica y elimina el dióxido de carbono producido por las células durante la respiración celular.
La respiración por el sistema respiratorio implica en realidad dos procesos subsidiarios. Un proceso es la ventilación o la respiración. Este es el proceso físico de conducir el aire hacia y desde los pulmones. El otro proceso es el intercambio de gases. Este es el proceso bioquímico en el que el oxígeno se difunde fuera del aire y hacia la sangre mientras que el dióxido de carbono y otros gases residuales se difunden fuera de la sangre y hacia el aire. Todos los órganos del sistema respiratorio están involucrados en la respiración, pero solo los pulmones están involucrados en el intercambio de gases.
Órganos Respiratorios
Los órganos del sistema respiratorio forman un sistema continuo de pasajes llamado tracto respiratorio, a través del cual el aire fluye dentro y fuera del cuerpo. El tracto respiratorio tiene dos divisiones principales: el tracto respiratorio superior y el tracto respiratorio inferior. Los órganos de cada división se muestran en la Figura\(\PageIndex{2}\). Además de estos órganos, ciertos músculos del tórax (la cavidad corporal que llena el pecho) también están involucrados en la respiración al permitir la respiración. Lo más importante es un músculo grande llamado diafragma, que se encuentra debajo de los pulmones y separa el tórax del abdomen. Los músculos más pequeños entre las costillas también juegan un papel en la respiración. Puedes aprender más sobre los músculos respiratorios en el concepto de Respiración.
Tracto Respiratorio Superior
Todos los órganos y otras estructuras del tracto respiratorio superior están involucrados en la conducción o el movimiento del aire dentro y fuera del cuerpo. Los órganos del tracto respiratorio superior proporcionan una ruta para que el aire se mueva entre la atmósfera exterior y los pulmones. También limpian, humedecerán y calientan el aire entrante. Sin embargo, no se produce ningún intercambio de gases en estos órganos.
Cavidad nasal
La cavidad nasal es un espacio grande lleno de aire en el cráneo por encima y detrás de la nariz en el medio de la cara. Es una continuación de las dos fosas nasales. A medida que el aire inhalado fluye a través de la cavidad nasal, se calienta y humidifica. Los pelos en la nariz ayudan a atrapar partículas extrañas más grandes en el aire antes de que profundicen en las vías respiratorias. Además de sus funciones respiratorias, la cavidad nasal también contiene quimiorreceptores que son necesarios para el sentido del olfato y que contribuyen de manera importante al sentido del gusto.
Faringe
La faringe es una estructura en forma de tubo que conecta la cavidad nasal y la parte posterior de la boca con otras estructuras más bajas en la garganta, incluida la laringe. La faringe tiene funciones duales: tanto el aire como los alimentos (u otras sustancias ingeridas) pasan a través de ella, por lo que forma parte tanto del sistema respiratorio como del sistema digestivo. El aire pasa desde la cavidad nasal a través de la faringe hasta la laringe (así como en la dirección opuesta). La comida pasa desde la boca a través de la faringe hasta el esófago.
Laringe
La laringe conecta la faringe y la tráquea y ayuda a conducir el aire a través del tracto respiratorio. A la laringe también se le llama caja de voz porque contiene las cuerdas vocales, las cuales vibran cuando el aire fluye sobre ellas, produciendo así sonido. Se pueden ver las cuerdas vocales en la laringe en la Figura\(\PageIndex{3}\). Ciertos músculos de la laringe separan las cuerdas vocales para permitir la respiración. Otros músculos de la laringe mueven las cuerdas vocales juntas para permitir la producción de sonidos vocales. Estos últimos músculos también controlan el tono de los sonidos y ayudan a controlar su volumen.
Una función muy importante de la laringe es proteger la tráquea de los alimentos aspirados. Cuando se produce la deglución, el movimiento hacia atrás de la lengua obliga a un colgajo llamado epiglotis a cerrarse sobre la entrada a la laringe. Se puede ver la epiglotis en la Figura\(\PageIndex{3}\). Esto evita que el material ingerido entre en la laringe y se mueva más profundamente en el tracto respiratorio. Si el material tragado sí comienza a entrar en la laringe, irrita la laringe y estimula un fuerte reflejo de tos. Esto generalmente expulsa el material fuera de la laringe y hacia la garganta.
Tracto respiratorio inferior
La tráquea y otros pasajes del tracto respiratorio inferior conducen el aire entre el tracto respiratorio superior y los pulmones. Estos pasajes forman una forma de árbol invertido (Figura\(\PageIndex{4}\)), con ramificaciones repetidas a medida que se mueven más profundamente en los pulmones. Todo dicho, ¡hay unas asombrosas 1,500 millas de vías respiratorias que conducen aire a través del tracto respiratorio humano! Es sólo en los pulmones, sin embargo, que se produce el intercambio de gases entre el aire y el torrente sanguíneo.
Tráquea
La tráquea, o tráquea, es el pasaje más ancho del tracto respiratorio. Tiene aproximadamente 2.5 cm (1 pulg.) de ancho y 10-15 cm (4-6 pulg.) de largo. Está formado por anillos de cartílago, que lo hacen relativamente fuerte y resiliente. La tráquea conecta la laringe con los pulmones para el paso del aire a través del tracto respiratorio. La tráquea se ramifica en la parte inferior para formar dos bronquios.
Bronquios y bronquiolos
Hay dos bronquios principales, o bronquios (singular, bronquios), llamados bronquios derecho e izquierdo. Los bronquios transportan aire entre la tráquea y los pulmones. Cada bronquio se ramifica en bronquios secundarios más pequeños; y los bronquios secundarios se ramifican en bronquios terciarios aún más pequeños. Los bronquios más pequeños se ramifican en túbulos muy pequeños llamados bronquiolos. Los bronquiolos más pequeños terminan en conductos alveolares, los cuales terminan en racimos de minúsculos sacos de aire, llamados alvéolos (singular, alvéolo), en los pulmones.
Pulmones
Los pulmones son los órganos más grandes del tracto respiratorio. Se suspenden dentro de la cavidad pleural del tórax. En la Figura\(\PageIndex{5}\), se puede observar que cada uno de los dos pulmones está dividido en secciones. Estos se llaman lóbulos, y están separados entre sí por tejidos conectivos. El pulmón derecho es más grande y contiene tres lóbulos. El pulmón izquierdo es más pequeño y contiene sólo dos lóbulos. El pulmón izquierdo más pequeño permite espacio para el corazón, que está justo a la izquierda del centro del tórax.
El tejido pulmonar consiste principalmente en alvéolos (Figura\(\PageIndex{6}\)). Estos diminutos sacos de aire son las unidades funcionales de los pulmones donde tiene lugar el intercambio de gases. Los dos pulmones pueden contener hasta 700 millones de alvéolos, proporcionando una enorme superficie total para que tenga lugar el intercambio de gases. De hecho, ¡los alvéolos en los dos pulmones proporcionan tanta superficie como media cancha de tenis! Cada vez que inhalas, los alvéolos se llenan de aire, haciendo que los pulmones se expandan. El oxígeno en el aire dentro de los alvéolos es absorbido por la sangre en la red similar a una malla de pequeños capilares que rodea cada alvéolo. La sangre en estos capilares también libera dióxido de carbono al aire dentro de los alvéolos. Cada vez que exhalas, el aire sale de los alvéolos y se precipita hacia la atmósfera exterior, llevando consigo los gases residuales.
Los pulmones reciben sangre de dos fuentes principales. Reciben sangre desoxigenada del corazón. Esta sangre absorbe oxígeno en los pulmones y lo transporta de regreso al corazón para ser bombeada a las células de todo el cuerpo. Los pulmones también reciben sangre oxigenada del corazón que proporciona oxígeno a las células de los pulmones para la respiración celular.
Protegiendo el Sistema Respiratorio
Es posible que puedas sobrevivir semanas sin comida y días sin agua, pero puedes sobrevivir sin oxígeno solo por cuestión de minutos excepto en circunstancias excepcionales. Por lo tanto, proteger el sistema respiratorio es vital. Es por eso que asegurarse de que un paciente tenga una vía aérea abierta es el primer paso para tratar muchas emergencias médicas. Afortunadamente, el sistema respiratorio está bien protegido por la caja torácica del sistema esquelético. Sin embargo, la extensa superficie del sistema respiratorio está directamente expuesta al mundo exterior y a todos sus peligros potenciales en el aire inhalado. Por lo tanto, no debería sorprender que el sistema respiratorio tenga una variedad de formas de protegerse de sustancias nocivas como el polvo y los patógenos en el aire.
La principal forma en que el sistema respiratorio se protege a sí mismo se llama la escalera mecánica mucociliar. Desde la nariz a través de los bronquios, el tracto respiratorio está cubierto por el epitelio que contiene células caliciformes secretoras de mucosidad. El moco atrapa partículas y patógenos en el aire entrante. El epitelio de las vías respiratorias también está cubierto con diminutas proyecciones celulares llamadas cilios (singular, cilio), como se muestra en la Figura\(\PageIndex{7}\). Los cilios se mueven constantemente en un movimiento de barrido hacia arriba hacia la garganta, alejando el moco y las partículas atrapadas y patógenos de los pulmones y hacia el exterior del cuerpo.
¿Qué pasa con el material que sube por la escalera mecánica mucociliar hasta la garganta? Generalmente se extrae de las vías respiratorias aclarando la garganta o tosiendo. La tos es una respuesta mayoritariamente involuntaria del sistema respiratorio que se produce cuando se irritan los nervios que recubren las vías respiratorias. La respuesta hace que el aire sea expulsado con fuerza de la tráquea, ayudando a eliminar el moco y cualquier resto que contenga (llamado flema) del tracto respiratorio superior a la boca. La flema puede escupir (expectorarse), o puede ser tragada y destruida por los ácidos estomacales.
El estornudo es una respuesta involuntaria similar que ocurre cuando se irritan los nervios que recubren el conducto nasal. Se traduce en una expulsión contundente de aire de la boca, que rocía millones de diminutas gotitas de moco y otros desechos fuera de la boca y hacia el aire, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{8}\). Esto explica por qué es tan importante estornudar en una manga en lugar del aire para ayudar a prevenir la transmisión de patógenos respiratorios.
Cómo funciona el sistema respiratorio con otros sistemas de órganos
La cantidad de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre debe mantenerse dentro de un rango limitado para la supervivencia del organismo. Las células no pueden sobrevivir por mucho tiempo sin oxígeno, y si hay demasiado dióxido de carbono en la sangre, la sangre se vuelve peligrosamente ácida (el pH es demasiado bajo). Por el contrario, si hay muy poco dióxido de carbono en la sangre, la sangre se vuelve demasiado básica (el pH es demasiado alto). El sistema respiratorio trabaja de la mano con los sistemas nervioso y cardiovascular para mantener la homeostasis en los gases sanguíneos y el pH.
Es el nivel de dióxido de carbono más que el nivel de oxígeno lo que se controla más de cerca para mantener la homeostasis de gases en sangre y pH. El nivel de dióxido de carbono en la sangre es detectado por las células del cerebro, que aceleran o ralentizan la velocidad de respiración a través del sistema nervioso autónomo según sea necesario para llevar el nivel de dióxido de carbono dentro del rango normal. Una respiración más rápida disminuye el nivel de dióxido de carbono (y eleva el nivel de oxígeno y el pH); la respiración más lenta tiene los efectos opuestos. De esta manera, los niveles de dióxido de carbono y oxígeno, así como el pH, se mantienen dentro de límites normales.
El sistema respiratorio también trabaja en estrecha colaboración con el sistema cardiovascular para mantener la homeostasis. El sistema respiratorio intercambia gases entre la sangre y el aire exterior, pero necesita que el sistema cardiovascular los lleve hacia y desde las células del cuerpo. El oxígeno es absorbido por la sangre en los pulmones y luego transportado a través de una vasta red de vasos sanguíneos a las células de todo el cuerpo donde se necesita para la respiración celular aeróbica. El mismo sistema absorbe el dióxido de carbono de las células y lo transporta al sistema respiratorio para su extracción del cuerpo.
La asfixia es la obstrucción mecánica del flujo de aire desde la atmósfera hacia los pulmones. Previene la respiración y puede ser parcial o completa. La asfixia parcial permite algo de flujo de aire, aunque inadecuado, hacia el pulmón; la asfixia prolongada o completa da como resultado asfixia, o asfixia, que es potencialmente mortal.
La obstrucción de la vía aérea suele ocurrir en la faringe o tráquea. Los niños pequeños son más propensos a la asfixia que las personas mayores, en parte porque muchas veces se meten objetos pequeños en la boca y no aprecian el riesgo de asfixia que plantean. Los niños pequeños pueden ahogarse con juguetes pequeños o partes de juguetes o con objetos domésticos además de alimentos. Los alimentos que pueden adaptar su forma a la de la faringe, como los plátanos y los malvaviscos, son especialmente peligrosos y pueden causar asfixia tanto en adultos como en niños.
¿Cómo se puede saber si un ser querido se está ahogando? La persona no puede hablar ni gritar o tiene grandes dificultades para hacerlo. Respirar, si es posible, es trabajosa, produciendo jadeo o sibilancia. La persona puede agarrarse desesperadamente en su garganta o boca. Si la respiración no se restablece pronto, el rostro de la persona comenzará a ponerse azul por falta de oxígeno. A esto le seguirá la inconsciencia si la privación de oxígeno continúa más allá de unos minutos.
Si un bebé se está asfixiando, darle la vuelta al bebé y darle una bofetada en la espalda puede desalojar el objeto que lo obstruye. Para ayudar a una persona mayor que se está asfixiando, primero, anime a la persona a toser. Dales algunas bofetadas de espalda dura para ayudar a forzar al objeto alojado a salir de la vía aérea. Si estos pasos fallan, realice la maniobra de Heimlich sobre la persona. Puedes encontrar fácilmente videos instructivos en línea para aprender a hacerlo. Si la maniobra de Heimlich también falla, llame de inmediato a la atención médica de emergencia.
Revisar
- ¿Qué es la respiración, como la lleva a cabo el sistema respiratorio? Nombrar los dos procesos subsidiarios que implica.
- Describir las vías respiratorias.
- Identificar los órganos del tracto respiratorio superior, y exponer sus funciones.
- Enumerar los órganos del tracto respiratorio inferior. ¿Qué órganos están involucrados solo en la conducción?
- ¿Dónde se realiza el intercambio de gases?
- ¿Cómo se protege el sistema respiratorio de sustancias potencialmente dañinas en el aire?
- Explique cómo se controla la frecuencia respiratoria.
- ¿Por qué el sistema respiratorio necesita del sistema cardiovascular para ayudarle a realizar su función principal de intercambio de gases?
- Colocar los siguientes órganos o estructuras del sistema respiratorio en orden de cuando se encuentran por el aire que ingresa al cuerpo, desde la más temprana hasta la última.
tráquea; cavidad nasal; alvéolos; bronquiolos; laringe; bronquios; faringe
- ¿Qué órgano forma parte tanto del sistema digestivo como del sistema respiratorio?
A. Laringe
B. Tráquea
C. Faringe
D. Bronco
- Describir dos formas en las que el cuerpo impide que los alimentos ingresen a los pulmones.
- Verdadero o Falso. Los pulmones reciben algo de sangre oxigenada.
- Verdadero o Falso. El intercambio de gases ocurre tanto en el tracto respiratorio superior como en el inferior.
- La tos puede expulsar ___________ del cuerpo.
A. moco
B. partículas de alimentos
C. flema
D. Todo lo anterior
- ¿Cuál es la relación entre la respiración y la respiración celular?
Atribuciones
- Los snowboarders respiran en un día frío por Alain Wong a través de Unsplash License
- Dirigiendo pasajes de Lord Akryl, Jmarchn, dominio público vía Wikimedia Commons
- Laringe de Alan Hoofring, Instituto Nacional del Cáncer, dominio público vía Wikimedia Commons
- Diagrama pulmonar por Patrick J. Lynch; CC BY 2.5 vía Wikimedia Commons
- Estructura pulmonar por Instituto Nacional del Corazón, Pulmón y Sangre, dominio público vía Wikimedia Commons
- Alveolos por helix84 licenciado CC BY 2.5, vía Wikimedia Commons
- Epitelio Ciliado por personal de Blausen.com (2014). “Galería Médica de Blausen Medical 2014”. WikiRevista de Medicina 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. licencia CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons
- Estornudar de James Gathany, CDC, dominio público vía Wikimedia Commons
- Empujes abdominales por Amanda M. Woodhead, dominio público vía Wikimedia Commons
- Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0