15.11A: Anatomía Funcional del Sistema Respiratorio

El sistema respiratorio incluye pulmones, vías respiratorias y músculos respiratorios. La ventilación es la velocidad a la que el gas entra o sale del pulmón.

Objetivos de aprendizaje

• Resumir la anatomía funcional del sistema respiratorio

Puntos Clave

• La ventilación se produce bajo el control del sistema nervioso autónomo desde partes del tronco encefálico —la médula oblongata y los pones— que juntas forman el centro regulador de la respiración.
• Los tres tipos de ventilación son la ventilación diminuta, la ventilación alevolar y la ventilación del espacio muerto.
• La inhalación es iniciada por el diafragma y apoyada por los músculos intercostales externos. Los músculos accesorios adicionales incluyen esternocleidomastoides, platysma, los músculos escalenos del cuello, los músculos pectorales y el dorsal ancho.
• Cuando el diafragma se contrae, la caja torácica se expande y el contenido del abdomen se mueve hacia abajo, resultando en un mayor volumen torácico y presión negativa (con respecto a la presión atmosférica) dentro del tórax.
• La exhalación es generalmente un proceso pasivo ya que los pulmones tienen una elasticidad natural; retroceden desde el tramo de inhalación y el aire fluye hacia afuera hasta que las presiones en el pecho y la atmósfera alcanzan el equilibrio.
• El intercambio de gases ocurre en los alvéolos, los pequeños sacos que son el componente funcional básico de los pulmones. Los alvéolos están entretejidos con capilares que se conectan al torrente sanguíneo más grande.

Términos Clave

• retroceso elástico: El rebote de los pulmones desde el tramo de inhalación que elimina pasivamente el aire de los pulmones durante la exhalación.
• Espacio muerto: Cualquier espacio en las vías respiratorias que no esté involucrado en el exudado alveolar de gas, como las zonas conductoras.
• ventilación: El proceso corporal de la respiración, la inhalación de aire para proporcionar oxígeno, y la exhalación del aire gastado para eliminar el dióxido de carbono.

El Sistema Respiratorio

La función principal del sistema respiratorio es el intercambio de gases entre el ambiente externo y el sistema circulatorio de un organismo. En humanos y otros mamíferos, este intercambio equilibra la oxigenación de la sangre con la eliminación del dióxido de carbono y otros desechos metabólicos de la circulación.

A medida que ocurre el intercambio de gases, el equilibrio ácido-base del cuerpo se mantiene como parte de la homeostasis. Si no se mantiene la ventilación adecuada, podrían presentarse dos condiciones opuestas: acidosis respiratoria (una afección potencialmente mortal) y alcalosis respiratoria.

A nivel molecular, el intercambio de gases ocurre en los alvéolos, pequeños sacos que son el componente funcional básico de los pulmones. El tejido epitelial alveolar es extremadamente delgado y permeable, permitiendo el intercambio de gases entre el aire dentro de los pulmones y los capilares del torrente sanguíneo. El aire se mueve según las diferencias de presión, en las que el aire fluye de áreas de alta presión a áreas de baja presión.

Figura: Anatomía bronquial: Los alvéolos pulmonares son los extremos terminales del árbol respiratorio, aflorando de sacos alveolares o conductos alveolares, que son ambos sitios de intercambio gaseoso con la sangre.

La tasa de ventilación

En fisiología respiratoria, la tasa de ventilación es la velocidad a la que el gas entra o sale del pulmón. Existen varios términos diferentes que se utilizan para describir los matices de la tasa de ventilación.

• Minuto Ventilación (V _E): La cantidad de aire que ingresa a los pulmones por minuto. Se puede definir como el volumen de marea (el volumen de aire inhalado en una sola respiración) multiplicado por la cantidad de respiraciones en un minuto.
• Ventilación alveolar (V _A): La cantidad de gas por unidad de tiempo que llega a los alvéolos (la parte funcional de los pulmones donde se produce el intercambio de gases). Se define como el volumen mareal menos el espacio muerto (el espacio en los pulmones donde no se produce el intercambio de gases) multiplicado por la frecuencia respiratoria.
• Ventilación del Espacio Muerto (V _D): La cantidad de aire por unidad de tiempo que no llega a los alvéolos. Se define como volumen de espacio muerto multiplicado por la frecuencia respiratoria.

El espacio muerto es cualquier espacio que no esté involucrado en el intercambio de gases alveolares en sí mismo, y generalmente se refiere a partes de los pulmones que están conduciendo zonas para el aire, como la tráquea y los bronquiolos.

Si alguien respira a través de una máscara de esnórquel, aumenta la longitud de sus zonas de conducción, lo que aumenta el espacio muerto y reduce la ventilación alveolar. Los mecanismos de retroalimentación aumentan la tasa de ventilación en tal caso, pero si el espacio muerto se vuelve demasiado grande, no podrán contrarrestar el efecto.

La velocidad de ventilación es controlada por varios centros del sistema nervioso autónomo en el cerebro, principalmente la médula y los pones.

Figura: El sistema respiratorio humano: Una vista esquemática completa del sistema respiratorio humano con sus partes y funciones.

Mecanismos de Inhalación

La inhalación es iniciada por la actividad del diafragma y apoyada por los músculos intercostales externos. Una frecuencia respiratoria humana normal es de 10 a 18 respiraciones por minuto.

Durante la inhalación vigorosa (a tasas superiores a 35 respiraciones por minuto), o al acercarse a la insuficiencia respiratoria, se reclutan músculos accesorios, como el esternocleidomastoide, el platysma y los músculos escalenos del cuello, para ayudar a mantener el aumento de la frecuencia respiratoria. Los músculos pectorales y el dorso ancho también son músculos accesorios para la actividad de los pulmones.

En condiciones normales, el diafragma es el principal impulsor de la inhalación. Cuando el diafragma se contrae, la caja torácica se expande y el contenido del abdomen se mueve hacia abajo, resultando en un mayor volumen torácico y presión negativa (con respecto a la presión atmosférica) dentro del tórax.

A medida que el aire se mueve de zonas de alta presión a zonas de baja presión, la contracción del diafragma permite que el aire entre en la zona conductora (como la tráquea, bronquiolos, etc.), donde se filtra, calienta y humidifica a medida que fluye hacia los pulmones.

Mecanismos de Exhalación

La exhalación es generalmente un proceso pasivo. Los pulmones tienen un alto grado de retroceso elástico, por lo que rebotan desde el tramo de inhalación y el aire fluye hacia afuera hasta que las presiones en los pulmones y la atmósfera alcanzan el equilibrio.

La razón del retroceso elástico del pulmón es la tensión superficial de las moléculas de agua en el epitelio de los pulmones. Una molécula llamada surfactante (secretada por los alvéolos) evita que la tensión superficial se vuelva demasiado grande y colapse los pulmones.

La exhalación activa o forzada se logra por los músculos abdominales e intercostales internos. Durante este proceso, el aire es forzado o exhalado. Durante la exhalación forzada, como al soplar una vela, los músculos espiratorios, incluidos los músculos abdominales y los músculos intercostales internos, generan presión abdominal y torácica que fuerzan el aire a salir de los pulmones.

La exhalación forzada se usa a menudo como indicador para medir la salud de las vías respiratorias, ya que las personas con enfermedades pulmonares obstructivas (como enfisema, asma y bronquitis) no podrán exhalar activamente tanto como una persona sana debido a la obstrucción en las zonas conductoras por inhalación, o por una pérdida de elástico retroceso de los pulmones.