Regulación de la actividad del centro respiratorio y Vitalometria.

REGULACIÓN  DE  LA ACTIVIDAD DEL  CENTRO  RESPIRATORIO

Un incremento en la PCO2, en la  concentración de h+ de la sangre arterial o una caída de PO2, aumentan la actividad del centro respiratorio, y los cambios en la dirección opuesta tienen un efecto inhibidor ligero. Los efectos de las variaciones en la química sanguínea sobre la ventilación están mediados por los quimiorreceptores respiratorios, células receptoras en el bulbo y en los cuerpos carotídeos y aórticos, sensibles a los cambios en la composición de la sangre, que inician impulsos que estimulan el centro respiratorio. Además del control químico respiratorio básico, otros aferentes proveen controles no químicos para los "ajustes finos" que afectan la respiración en situaciones particulares.

Generan el ritmo respiratorio basal, procesan la información de los sensores y modifican, en consecuencia, su nivel de actividad.

Los controladores o centros respiratorios tienen las siguientes funciones:

Establecer el ritmo de la respiración y actuar como generadores centrales del patrón respiratorio.

Transmitir ese ritmo central a las motoneuronas que inervan los músculos respiratorios.

Ajustar el ritmo respiratorio y de la respuesta motora a las necesidades metabólicas (funciones homeostáticas), así como para cubrir las funciones conductuales y voluntarias (funciones no homeostáticas).

Utilizar el mismo gasto de energía para llevar a cabo varias funciones.

Los experimentos de transección a distintos niveles del SNC permitieron concluir que los centros encargados del control automático del ritmo respiratorio se localizaban en el tronco encefálico; en función estos resultados se hablaba de:

Centro neumotáxico, parte rostral de la protuberancia

Centro apnéustico, en la parte ventral

Serie de centros bulbares (principales responsables del ritmo respiratorio)

Los centros neumotáxico y apnéustico (o centros suprabulbares) se encargan de modular y afinar el centro respiratorio.

Los centros bulbares

Los estudios electrofisiológicos han mostrado la existencia de varios grupos neuronales en distintos núcleos bulbares, capaces de aumentar su actividad (frecuencia de disparo de potenciales de acción) durante la inspiración; sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en el corazón, no parece que haya un grupo único de células marcapasos en el bulbo donde se origina el ritmo respiratorio básico; por el contrario, el patrón de inspiración-espiración es generado neuronas interconectadas, las cuales forman redes que actúan como circuitos oscilantes.

Durante la inspiración, entre dichas redes, la frecuencia de disparo aumenta en varias células (en distintos puntos), mientras que en la espiración otros grupos se activan.

Las neuronas que constituyen el CPG, se localizan de forma más o menos difusa bilateralmente en el bulbo y forman parte de, al menos, 2 grupos de núcleos: respiratorio dorsal y respiratorio ventral.

Grupo respiratorio dorsal: Está formado por neuronas localizadas en la región dorso medial del bulbo y forma parte del núcleo del tracto solitario (nTS). Contiene fundamentalmente neuronas inspiratorias de distintos tipos, clasificadas teniendo en cuenta el momento de la inspiración en el que aumenta su actividad y el patrón de esta.

Funciones: Envían proyecciones a las motoneuronas de los nervios frénicos e intercostales y son, por tanto, las responsables de la actividad mantenida del diafragma durante la inspiración; también establecen conexiones con el grupo respiratorio ventral.

Núcleo del tracto solitario

Constituye la principal proyección de vías aferentes viscerales de los nervios glosofaríngeo y vago, que llevan informaciones de la PO2, PCO2 y el pH (proveniente de los quimiorreceptores periféricos) y de la presión arterial sistémica (desde los barorreceptores aórticos).

El vago traslada información desde los receptores de estiramiento pulmonar, de modo que la localización del grupo respiratorio dorsal en el núcleo del tracto solitario, indica que es el lugar de integración de muchos reflejos cardiopulmonares que afectan el ritmo respiratorio.

Grupo respiratorio ventral (GRV): Su distribución anatómica es más difusa que la del dorsal y está constituido por agregados de células que se extienden longitudinalmente por el bulbo, desde su zona caudal hasta la más rostral.

Se puede dividir en tres regiones:

·         Parte caudal, denominada núcleo retroambiguo (GRV caudal o nRA), por su relación con el núcleo ambiguo (nA) contiene fundamentalmente neuronas espiratorias. Las zonas de muchas de estas neuronas establecen sinapsis con las motoneuronas que controlan los músculos espiratorios intercostales y abdominales (espiración forzada).

·         Parte intermedia, denominada núcleo paraambiguo (GRV intermedio o nPA). Por su distribución paralela al núcleo ambiguo contiene fundamentalmente neuronas inspiratorias, pero incluye también las propiobulbares, las cuales coordinan la actividad de los músculos respiratorios con el control de la resistencia de las vías aéreas superiores y desempeñan una función clave dentro del CPG.

·         Parte más rostral (GVR rostral), se localiza en la vecindad del núcleo retrofacial (nRF) e incluye una densa población de neuronas que se agrupan y forman el llamado complejo de Bötzinger.

-          Constitución del complejo de Bötzinger

Está formado por diversos tipos funcionales de neuronas espiratorias, algunas motoneuronas que inervan la laringe y la faringe, otras son interneuronas.

Recientemente ha sido identificado el complejo de pre_Bötzinger, pues en esta zona se localiza el CPG, ya que es capaz de generar un ritmo respiratorio, incluso en preparaciones aisladas, y su lesión da lugar a alteraciones del ritmo, tanto in vivo como in vitro.

-          Complejo de pre-Bötzinger

Contiene hasta 6 tipos de neuronas respiratorias, que debido a sus propiedades intrínsecas y a las interacciones sinápticas que establecen, permiten generar y mantener una actividad cíclica espontánea en forma de salvas de disparos de potenciales de acción; observaciones que indican su función esencial en la génesis del ritmo respiratorio.

El centro apnéustico

Su localización hística aún no está bien precisada, pero parece estar formado por una red neuronal difusa, ubicada en la formación reticular de la protuberancia.

En investigaciones más recientes se precisa que la ablación del centro neumotáxico, al combinarse con la vagotonía, da lugar a una respiración con inspiraciones prolongadas, separadas por espiraciones breves.

Función: Se estima que es el centro o lugar de proyección e integración de diferentes tipos de información aferente, que pueden finalizar la inspiración (interruptor inspiratorio); proceso identificado en inglés con las siglas IO-S (inspiratory-off switch).

Tanto la estimulación vagal, por el aumento del volumen pulmonar, como la del centro neumotáxico activan las neuronas IO-S y hacen que acabe la fase de inspiración.

Cuando este mecanismo se inactiva mediante la supresión de las aferencias vagales y de los centros superiores aparece la apneusis.

Estas neuronas también se estimulan por el aumento de la temperatura corporal y ocasionan la taquipnea (aumento de la frecuencia respiratoria), mecanismo que utilizan algunos animales para disipar calor cuando están hipertérmicos.

Al igual que el centro neumotáxico, el IO-S no parece desempeñar una función crucial en la génesis del ritmo respiratorio básico.

Centro neumotáxico

Está compuesto por neuronas que se agrupan en 2 núcleos, situados en la parte rostral de la protuberancia:

·         Núcleo parabraquial medial

·         Núcleo de Köliker-Fuse

Función: Modular los centros respiratorios bulbares, pues la estimulación de las neuronas del neumotáxico desactiva la inspiración, regula el volumen inspiratorio y, en consecuencia, la frecuencia respiratoria, lo cual apunta hacia el hecho de que no parece participar en la génesis del ritmo respiratorio, ya que puede existir un patrón normal en su ausencia.

VITALOMETRIA:

Sirve para medir ciertos volúmenes y capacidades tales como:

·         Volúmenes de ventilación pulmonar.

·         Volúmenes de reserva inspiratoria.

·         Volúmenes de reserva espiratoria.

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Unidad respiratoria. Membrana respiratoria. Regulación de la respiración.

El ciclo respiratorio consta de dos fases la inspiración y la espiración.

Durante la inspiración el aire procedente del exterior penetra por las vías respiratorias superiores e inferiores hasta llegar a las últimas divisiones que son los alveolos. Existen alrededor de 300 millones de alveolos lo cual representa alrededor de 150 millones por cada pulmón.

La unidad funcional respiratoria consta de 3 partes:

1.- Alveolo.

2.-Capilares.

3.- Espacio intersticial.

Cada alveolo está rodeado por varios capilares y separados de ellos por un espacio intersticial. Los capilares pulmonares son las últimas divisiones de la arteria pulmonar que reciben sangre con hb reducida, se produce en ellos la hematosis (entra o2 y sale co2), y drenan hacia la aurícula izquierda a través de las 4 venas pulmonares, llevando sangre con Hb oxigenada.

Espacio intersticial

Esta entre la pared del alveolo y la pared del capilar, normalmente es muy estrecho, de menos de 1 micra de ancho para evitar que exista una gran distancia entre alveolo y capilar y se mantenga una gran velocidad de difusión de gases.

El espacio intersticial drena vía capilares linfáticos, al conducto torácico y a la aurícula derecha. Se calcula que su capacidad máxima de drenaje es cuando existen 25 mmHg de presión en el espacio intersticial.

Si aumenta el volumen y la presión de líquido por encima de esta cifra, rompen las paredes de los alveolos y capilares produciéndose una acumulación de una mezcla de aire, líquido y glóbulos rojos llamada hemoptisis  que al ser expulsada por las vías respiratorias sale en forma de espuma sanguinolenta.

Durante la espiración el aire recorre el mismo camino pero en sentido inverso, haciendo salir aire de los alveolos al exterior.

Para lograr esto la caja Torácica debe realizar movimientos inspiratorios y espiratorios determinados por varios músculos que elevan la caja Torácica o la comprimen.

MÚSCULOS INSPIRATORIOS

El diafragma es el principal músculo inspiratorio separa la caja Torácica del abdomen. Es un musculo estriado cuyas fibras se orientan en forma radial desde su zona central que es fundamentalmente tendinosa a las estructuras óseas periféricas. Su riego sanguíneo y su tolerancia a la fatiga son mucho mayores que la de otros músculos esqueléticos. Cuando el diafragma se contrae, se produce un descenso de su cúpula lo cual aumenta el diámetro antero posterior y transverso de la caja torácica.

Otros músculos colaboran con el diafragma cuando pasamos de una inspiración normal a una inspiración forzada: músculos escalenos, esternocleidomastoideo, el dorsal ancho, y la contracción de los músculos intercostales externos. Todos colaboran para la inspiración forzada.

MÚSCULOS ESPIRATORIOS

En condiciones de reposo la espiración es un fenómeno pasivo, debido a las propiedades elásticas retractiles de las estructuras torácicas si no existe alguna enfermedad que altere el proceso.

En cambio durante el ejercicio intenso o en presencia de enfermedades obstructivas de las vías aéreas dificultan la salida de aire, por lo cual deben intervenir un grupo de músculos para forzarla. Estos músculos son los rectos anteriores abdominales y los músculos intercostales internos. Esto lleva la posibilidad de realizar esfuerzos espiratorios violentos como la tos, el estornudo, y en caso de espasmo bronquial.

DIVISIONES BRONQUIALES.

Existen alrededor de 32 divisiones bronquiales de modo que cada bronquio da lugar a 2 ramales que sucesivamente producen una progresión geométrica: 2-4-8 16-16 duplicando sucesivamente el número de bronquios. Al llegar a la último división número 32 existirán   alrededor de 150.000.000 de bronquiolos terminales- alveolos en cada pulmón.

La divisiones bronquiales 1 a la 16 reciben preferentemente inervación parasimpática por el X par craneal  (Cardio neumogástrico) cuya estimulación produce  bronco constricción y aumento de la secreciones bronquiales, efecto no beneficioso para el proceso respiratorio.

La divisiones bronquiales 17 a 32 reciben inervación simpática, cuya estimulación produce bronco dilación, lo cual sí es beneficioso para el proceso respiratorio.

Si queremos mejorar la ventilación pulmonar  debemos administrar 2 tipos de fármacos:

Atropina o sus derivados que bloquean los receptores muscarínicos para la acetilcolina  (parasimpáticolítico), que dilatan los bronquios y disminuyen las secreciones. Además un estimulante del simpático como el Salbutamol que dilatan las últimas divisiones bronquiales.

La membrana respiratoria

Es el conjunto de estructuras que deben cruzar los gases entre el alveolo y el capilar pulmonar. Está compuesta por 6 ítems que son los siguientes yendo desde el alveolo hacia el capilar:

1. Una mono capa de líquido que cubre la superficie interior del alveolo y que contiene el surfactante (dipalmitoillecitina).

2. El epitelio alveolar, formada por neumocitos tipo 1 y neumocitos tipo 2

Este último sintetiza el surfactante.

3. La membrana basal alveolar.

4. El espacio intersticial entre alveolo y capilar pulmonar.

Contiene una delgada capa de líquido. Drena vía capilares linfáticos – conducto torácico – vena cava superior – aurícula derecha.

5. membrana basal capilar.

6. endotelio capilar.

A pesar de ser 6 capas, la membrana respiratoria tiene un espesor muy delgado, solo de 0.5 micras, en cambio si tomamos en cuenta la superficie total de los 300 millones de alveolos, su área es muy amplia de 70 a 100 metros cuadrados.

Difusión de gases a través de la membrana   

La pO2 del alveolo es de 104 mmHg, mientras que la pO2 de la sangre capilar que se pone en contacto con los alveolos que regresa de los tejidos periféricos, es solo de 40mmHg, por tanto el O2 se desplaza de alveolo hacia el capilar con un gradiente de presión de 64mmHg.

En cambio el CO2 en la sangre capilar pulmonar tiene una pCO2 de 45mmHg, producto del metabolismo celular periférico y en el aire alveolar es solo de 40mmHg, por tanto el CO2 sale desde el capilar hacia el alveolo con una diferencia de presión de 5mmHg; debemos recordar que la capacidad de difusión de CO2 es 20 veces mayor que el O2.

Este proceso se llama hematosis, se realiza en un tiempo muy corto, menos de 1 segundo, pero basta para que la Hb de los glóbulos rojos se sature al 100%, que es el valor con que la sangre se dirige por las 4 venas pulmonares a la aurícula izquierda.

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Formas químicas en que se transporta el CO2.

Transporte de Gases

Constituye una fase vital que exige la integración de los sistemas respiratorio y circulatorio y su adecuada compresión es fundamental para el ejercicio clínico.

Transporte de Oxígeno

El consumo de oxígeno en reposo de un individuo normal es alrededor de 250 ml/min y en ejercicio intenso puede aumentar más de 10 veces. El oxígeno atmosférico es la fuente del oxígeno que se consume al nivel de las mitocondrias y llega los alvéolos por efecto de la ventilación. De allí difunde a la sangre del capilar pulmonar y es transportado a las células por el aparato circulatorio. Si bien el oxígeno se disuelve físicamente en el plasma, más del 99% del gas es transportado en combinación química por la hemoglobina (Hb) de los glóbulos rojos.

Antes de entrar al análisis de estos fenómenos definiremos algunos términos usados para referirse al oxígeno en la sangre.

Presión parcial de oxígeno (PO2) Las moléculas del oxígeno disuelto en la sangre ejercen una presión, que puede ser medida en clínica con relativa facilidad con electrodos especiales y se expresan en milímetros de mercurio (mmHg) En textos europeos se usa el kiloPaskal (kPa) que equivales a 7,5 mm Hg En la sangre capilar pulmonar, la presión de oxígeno (PcO2) está determinada por la presión alveolar de oxígeno (PAO2). En la sangre arterial, la presión de oxígeno (PaO2) es más baja que en el capilar pulmonar por efecto de la admisión venosa anatómica y funcional, analizadas en el capítulo 3. Como en las arterias no hay intercambio gaseoso, la presión de oxígeno es la misma en todas las arterias y su valor es un índice del estado de la función captadora de oxígeno del pulmón. En el territorio venoso, la presión de oxígeno (PvO2) cae por el paso de oxígeno de los capilares a los tejidos. Como existe una variación considerable en el consumo de oxígeno de los distintos órganos, la presión de oxígeno en la sangre venosa que sale de cada órgano es distinta: el miocardio extrae casi todo el oxígeno que le llega, mientras que la piel utiliza muy poco y los grupos musculares en actividad extraen mucho más que los que están en reposo.

Contenido de oxígeno: Es el volumen de O2 contenido en un decilitro (dl )de sangre. En un individuo sano, en Santiago, esta cantidad es de 16-20 ml/dl en la sangre arterial. De esto, solo 0,3 ml se encuentran físicamente disueltos y el resto está ligado químicamente a la hemoglobina. El contenido de oxígeno está determinado tanto por la presión parcial de oxígeno como por la cantidad de hemoglobina de la sangre e indica la eficacia con que la sangre cumple su rol transportador. En condiciones normales en reposo la sangre arterial lleva  alrededor de 900 ml de oxigeno por minuto a los tejidos.

Capacidad de oxígeno: Es la máxima cantidad de oxígeno que puede ser transportada en 100 ml de sangre expuesta directamente al aire ambiental, fuera del organismo. Depende básicamente de la cantidad de hemoglobina, que es capaz de transportar 1,34 ml de oxígeno por cada gramo. Para los 15 g de Hb,  usualmente contenidos en 100 ml de sangre, la capacidad es de 20,1  ml.

Saturación de oxígeno: Es el contenido de oxígeno de una muestra de sangre expresado como porcentaje de su capacidad. Normalmente, con una presión parcial de O2 alveolar de 80-90 mmHg la saturación arterial de oxígeno (SaO2) es de 94-97%. El pequeño porcentaje de Hb no saturada se explica porque la Hb se satura  al 100% sólo por encima de 240 mmHg de presión parcial de oxígeno. Los equipos de medición de gases en sangre calculan este índice, pero no lo miden, lo que si se puede hacer con un oxímetro transcutáneo con bastante precisión.

Algunos ejemplos pueden ayudar a comprender estas formas de expresión.

1.-Un sujeto normal con 15 g Hb/dl tiene una capacidad de oxígeno de 20,1 ml. Con una presión arterial de oxígeno de 90 mmHg logra una saturación de 97,5%, lo que significa un contenido de 19,59 ml. Si a este sujeto se le administra oxígeno puro, la presión de oxígeno sube de 500 mmHg, con lo que la Hb se satura completamente, agregándose 0,51 ml de oxígeno ligado a la Hb por cada 100 ml de sangre. El oxígeno disuelto, que guarda una relación lineal con la presión parcial, aumenta a 1,5 ml, con lo que el aumento total en el oxígeno transportado es sólo de 2,3ml. Es importante notar que un aumento de 500% en la presión parcial de oxígeno cuando la Hb está normalmente saturada solo significa un aumento del orden del 10% en el contenido de oxígeno y esto, principalmente, a través de aumentar el oxígeno disuelto.

2.-Un sujeto con pulmón normal y, por lo tanto, una PaO2 normal de 90 mmHg si tiene una anemia de 10 g de Hb/dl tendrá una capacidad de solo 13,4 ml que, con una saturación de 97,5%, determina un contenido reducido de 13 ml de oxígeno por 100 ml de sangre. La respuesta a la administración de oxígeno 100% será casi igual que en el individuo sin anemia, ya que su HB disminuida está altamente saturada  y  lo que aumenta es el oxígeno en disolución. En resumen, en este caso tenemos una presión parcial de oxígeno normal, ya que el pulmón está sano, con un contenido bajo porque la capacidad es baja.

3.-Un paciente con un trastorno pulmonar que baja su presión alveolar de oxígeno a 40mmHg tendrá un contenido de más o menos 10 ml/dl ya que su Hb de 15gr se satura sólo en un 50%.En este caso el problema no es de transporte sino de oferta pulmonar de O2.

Transporte de oxígeno disuelto físicamente en el plasma

El oxígeno disuelto constituye solo una pequeña fracción del contenido total de oxígeno de la sangre y está en directa relación con la presión parcial de oxígeno (ley de Henry). Por cada mmHg de presión parcial de oxígeno, se disuelven 0,003 ml de O2 en cada 100 ml de sangre. Por ello, en condiciones normales, con una PaO2 cercana a 100 mmHg, esta cantidad es de 0,3 ml/100 ml sangre, volumen absolutamente insuficiente para los requerimientos metabólicos.

Sin embargo, el oxígeno disuelto tiene una importancia fisiológica considerable ya que su presión es la que determina tanto el grado de saturación de la hemoglobina, como la difusión o movimiento de oxígeno desde la sangre a los tejidos. Además, es la que miden los instrumentos más empleados en clínica.

Transporte de oxígeno combinado con la hemoglobina

La hemoglobina actúa como un vehículo que se carga de oxígeno en los capilares pulmonares y lo transporta a los tejidos. Es una proteína compuesta por la globina y cuatro grupos Heme. El grupo Heme esta constituido por 4 núcleos pirrólicos que tienen en un núcleo central el Fe++. En vista de que el O2 se transporta unido al F ++ y cada molécula de Hb tiene 4 iones Fe ++, cada molécula de Hb transporta 4 moléculas de O2, en forma de un compuesto lábil de oxihemoglobina.

Como ya se ha señalado, el grado de saturación de la Hb con oxígeno varía con la PaO2 en el plasma. La curva que expresa esta relación (curva de disociación de la Hb) se construye sometiendo muestras de sangre a presiones de oxígeno crecientes manteniendo constantes la temperatura (37oC) y la PaCO2 (40 mmHg). Luego se mide la cantidad de O2 unida a la Hb a las distintas presiones y se dibuja en un gráfico con la saturación en la ordenada y la presión parcial en la abscisa.

La curva de disociación de la Hb tiene aproximadamente la forma de S itálica en la cual se distingue una porción de pendiente pronunciada, que corresponde a las presiones de O2 más bajas(<60mmHg) y una zona aplanada en relación con las presiones de O2 más altas(>70 mmHg). Entre estas dos porciones existe una zona de transición ubicada alrededor  entre 60 y 70 mmHg de PO2.

Esta forma de la curva es de gran importancia fisiológica: en la porción casi vertical, pequeños cambios de la PaO2 causan cambios importantes en la saturación y, por lo tanto, en el contenido de oxígeno. A nivel tisular la presión de O2 es baja por lo que el nivel de saturación de la Hb cae y se entregan grandes cantidades de oxígeno.

Por el contrario, en la porción casi horizontal, cambios importantes de PO2 apenas modifican el contenido de oxígeno de la sangre, lo que explica que aun cuando la PaO2 normal varía entre 90 y 65 mmHg según la edad, el contenido normal de oxígeno cambia muy poco. Por la misma razón puede existir una alteración de la función pulmonar con caída importante de la PaO2, sin que se produzca desaturación arterial, pero si la PaO2 baja más allá de la zona de transición     (<60 mmHg) el contenido de O2 puede descender rápidamente.

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Importancia del volumen residual.

El volumen de gas en los pulmones depende de la mecánica de los pulmones, de la pared torácica y de la actividad de los músculos respiratorios. La medición estática de los volúmenes pulmonares hace referencia al cálculo de una serie de volúmenes y capacidades que pueden variar por procesos patológicos o fisiológicos normales (como edad, sexo, talla y peso).La medición de los volúmenes pulmonares se puede realizar por varias técnicas. En este capítulo revisaremos las técnicas de pletismografía y de dilución o lavado de nitrógeno mediante respiraciones múltiples.

Hay cuatro capacidades pulmonares estándar:

• La capacidad funcional residual(FRC)
• La capacidad pulmonar total (TLC)
•  La capacidad vital (VC)
• La capacidad inspiratoria (IC).

Estas cuatro capacidades pueden ser divididas en volúmenes pulmonares: el volumen de reserva inspiratorio (IRV), el volumen de reserva espiratorio (ERV), el volumen corriente (TV) y el volumen residual (RV).

Capacidad funcional residual: Es el volumen de gas que queda en los pulmones después de una espiración normal. Es la suma del VRE y VR. Con la medición de la FRC se calcula la TLC y los otros volúmenes. El método del pletismógrafo corporal (FRC plet) mide el volumen de gas torácico (TGV) y con el método de lavado de nitrógeno (FRCN2) se mide el volumen de gas que comunica con la vía aérea. En general, la FRC aumenta con la edad y en aquellas patologías que pueden cursar con atrapamiento aéreo (asma, bronquitis crónica, enfisema) y puede estar disminuida cuando existe una enfermedad pulmonar restrictiva (enfermedad intersticial, neumonectomía, enfermedad neuromuscular, etc.).

Volumen Corriente: Es la cantidad de aire que entra y sale del pulmón con cada respiración normal. Aproximadamente es de 500 ml por respiración y puede aumentar durante el ejercicio.

Volumen residual: Es la cantidad de aire que queda en los pulmones después de una espiración máxima.

Volumen de reserva espiratoria: Es la cantidad máxima de gas exhalado partiendo de una espiración n

Volumen de reserva inspiratoria: Es el volumen de gas inhalado durante una inspiración máxima la cual empieza al final de una inspiración normal.

Capacidad inspiratoria: Es la cantidad de aire inspirado después de una espiración normal. Es la suma de VRI y VC.

Capacidad Pulmonar Total: Es el volumen total de aire en los pulmones después de una inspiración máxima. Es la suma de cuatro volúmenes (VC,VR, VRI, VRE). Esta puede ser normal o estar aumentada en enfermedad pulmonar obstructiva y disminuida en enfermedades restrictivas o desordenes neuromusculares.

Capacidad Vital: Es la cantidad de aire exhalado después de una inspiración máxima normal.

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Volúmenes y capacidades pulmonares

Las capacidades pulmonares se refieren a los distintos volúmenes de aire característicos en la respiración humana. Un pulmón humano puede almacenar alrededor de 5 litros de aire en su interior, pero una cantidad significativamente menor es la que se inhala y exhala durante la respiración.

Volúmenes pulmonares

·         Volumen corriente (VC): volumen de aire inspirado o espirado en cada respiración normal. En adulto sano es de 6 o 7 ml/kg (unos 600 ml aproximadamente).

·         Volumen de reserva inspiratorio (VRI): volumen adicional máximo de aire que se puede inspirar por encima del volumen corriente normal mediante inspiración forzada; habitualmente es igual a unos 3.000 ml.

·         Volumen de reserva espiratorio (VRE): cantidad adicional máxima de aire que se puede espirar mediante espiración forzada, después de una espiración corriente normal, normalmente es de unos 1.100 ml.

·         Volumen residual (VR): volumen de aire que queda en los pulmones y las vías respiratorias tras la espiración forzada, supone en promedio unos 1.200 ml aproximadamente. Este volumen no puede ser exhalado.

Capacidades pulmonares

Al describir los procesos del ciclo pulmonar, a veces es deseable considerar juntos dos o más volúmenes pulmonares, estas combinaciones de volúmenes son llamados capacidades pulmonares:

·         Capacidad inspiratoria (CI): Es la cantidad de aire que una persona puede respirar comenzando en el nivel de una espiración normal y distendiendo al máximo sus pulmones (3.500 ml aproximadamente). CI = VC + VRI

·         Capacidad residual funcional (CRF): Es la cantidad de aire que queda en los pulmones tras una espiración normal (2.300 ml aproximadamente). CRF = VRE + VR

·         Capacidad vital (CV): Es la cantidad de aire que es posible expulsar de los pulmones después de haber inspirado completamente. Son alrededor de 4,6 litros. CV = VRI + VC + VRE

·         Capacidad pulmonar total (CPT): Es el volumen de aire que hay en el aparato respiratorio, después de una inhalación máxima voluntaria. Corresponde a aproximadamente a 6 litros de aire. Es el máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 ml). CPT = VC + VRI + VRE + VR

Valores constantes

·         Volumen corriente: 500 ml

·         Volumen de reserva inspiratorio: 3.000 ml (con esfuerzo inspiratorio)

·         Volumen de reserva espiratorio: 1.000 ml (con esfuerzo espiratorio)

·         Volumen residual: 1.200 ml

·         Capacidad vital: volumen de reserva inspiratorio (3.000 ml) + volumen de reserva espiratoria (1.000 ml) + volumen circulante (500 ml) = 4.500 ml

·         Capacidad inspiratoria: volumen circulante (500 ml) + volumen de reserva inspiratoria (3.000 ml) = 3.500 ml

·         Capacidad espiratoria: volumen residual (1.200 ml) + volumen de reserva espiratoria (1.000 ml) = 2.200 ml

·         Capacidad pulmonar total: capacidad vital (4.500 ml) + volumen residual (1.200 ml) = 5.700 ml

Ejemplo

Una persona en reposo realiza 12 respiraciones por minuto; si en cada entrada y salida de aire moviliza 500 ml, en un minuto movilizará 6000 ml.

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Mecanismo que llevan y se oponen al colapso pulmonar.

El organismo puede considerarse como una máquina de combustión interna que quema principalmente grasas e hidratos de carbono y obtiene así la energía que necesita para realizar sus múltiples funciones. Este proceso consume oxígeno y produce anhídrido carbónico. El aire atmosférico suministra el primero y recibe el segundo.

Como la combustión tiene lugar en las células situadas profundamente en los tejidos, es necesario un medio de conexión con la atmósfera. Este nexo es la corriente sanguínea, que transporta los gases en solución física y en combinaciones físicoquímicas.

Se comprende que a mayor trabajo del organismo hay más gasto energético y, por lo tanto, mayor necesidad de transporte de gases entre las células y el ambiente. Este se logra aumentando el gasto cardíaco con redistribución del flujo sanguíneo hacia los órganos en actividad que, además, extraen una mayor cantidad de oxígeno de  la sangre que pasa por sus tejidos. Por estos mecanismos se puede llegar a aumentar diez veces el intercambio gaseoso entre células y sangre, lo que exige aumentar el intercambio entre sangre y atmósfera

Este último proceso, o respiración externa, requiere que la sangre se exponga al contacto con el aire en una amplia superficie y para ello fluye por un extenso territorio capilar separado de la atmósfera por una membrana de medio a un micrón de espesor que prácticamente no interfiere con una rápida difusión gaseosa. Tal superficie vascular no puede, por su extensión (60-90 m2) y su fragilidad, estar en la superficie del cuerpo. En los mamíferos el problema se soluciona con la existencia de los pulmones, que pueden considerarse como una invaginación del espacio externo hacia el interior del organismo bajo la forma de vías aéreas y finalmente, alvéolos, los cuales tienen amplio y estrecho contacto con una densa malla capilar. Este conjunto constituye los pulmones que quedan contenidos y protegidos dentro de la caja torácica que, además, actúa como elemento motor.

Es evidente que si el aire de los alvéolos no se renueva en proporción a la perfusión sanguínea, el oxígeno se agotará rápidamente siendo reemplazádo por CO2. Un fenómeno mecánico, la ventilación pulmonar, renueva en forma parcial y periódica el aire alveolar y mantiene dentro del pulmón una composición adecuada para el intercambio gaseoso o hematosis.

En suma: el pulmón es un intercambiador de gases que recibe, por un lado, aire que se renueva continuamente por acción del fuelle o bomba toracopulmonar y, por el otro, sangre que se mantiene en circulación entre tejidos y pulmón por acción de la bomba cardiaca.

La coordinación entre la función de estos dos sistemas entre sí y de ambos con las necesidades del organismo está a cargo del sistema nervioso, con sus centros respiratorios y circulatorios. La actividad de estos núcleos coordinadores es modulada por la información suministrada por receptores situados en diferentes regiones del organismo.

De acuerdo a lo expuesto, se puede apreciar que la función respiratoria es compleja y que requiere de la participación coordinada de varios grupos de órganos, uno de los cuales es el aparato respiratorio

Esquema simplificado del sistema respiratorio. El oxígeno ambiental llega al alvéolo por efecto de la ventilación alveolar (VA), la cual se distribuye en forma proporcional a la irrigación que reciben los alvéolos. El O2 luego difunde a través de la pared alvéolo capilar (DL) , pasa a la sangre capilar donde se une a la hemoglobina (Hb), que lo transporta a través de las arterias hasta que llega los capilares tisulares de todo el organismo, desde donde difunde hacia las células que lo consumirán. El CO2 producido en las células difunde a los capilares sistémicos y es transportado por las venas hasta el corazón derecho y de ahí al pulmón, donde difunde a los alvéolos. La ventilación eliminará este gas hacia el ambiente. Para mantener la ventilación adecuada a los requerimientos metabólicos existen sensores a nivel arterial que informan a los centros respiratorios de la presión de oxígeno y anhídrido carbónico en la sangre.

La separación del aparato respiratorio del aparato circulatorio, sistema nervioso, tejidos y sangre sólo se justifica por razones didácticas, y con esta misma justificación abordaremos la función respiratoria como si fuera una sucesión de fenómenos o etapas diferentes:

1. Ventilación pulmonar: fenómeno mecánico que asegura el recambio del aire contenido dentro de los alvéolos.

2. Distribución y relación ventilación/perfusión: renovación proporcional del aire y de la sangre a cada lado de la membrana de difusión.

3. Difusión o transferencia: intercambio de gases entre aire y sangre a través de la membrana alveolocapilar.

4. Transporte de O2 y CO2 efectuado por la sangre entre el pulmón y las células.

5. Regulación de la respiración: conjunto de mecanismos de control de la respiración y coordinación con la circulación, demandas metabólicas, equilibrio acido-base, fonación, deglución,etc.

6. Hemodinámica de la circulación pulmonar.

7. Funciones del espacio pleural.

8. Mecanismos de defensa mecánicos, celulares y humorales, que tienen un importante papel, dado el amplio contacto del pulmón con los contaminantes ambientales a través de los más de 10.000 litros de aire que se ventilan diariamente. Además, la entrada al aparato respiratorio está en la faringe y contigua a la boca, cavidades de gran población microbiana.

9. Filtro de partículas que circulan por la sangre (coágulos, agregados plaquetarios, trozos de tejidos, etc.), función para la cual tiene la ventaja ventaja de ser el único órgano, aparte del corazón, por el cual pasa continuamente el total de la sangre.

10. Actividad metabólica local: los neumocitos tipo II elaboran el surfactante, sustancia que regula la tensión superficial en la interfase aire/liquido en las paredes alveolares y, además, inactivan algunas sustancias circulantes.

11. Reservorio de sangre: por la amplitud y distensibilidad de su lecho vascular.

12. Equilibrio ácido base

13. Balance hidrico : el aire inspirado es saturado de vapor de agua en la nariz y vías aéreas  y , al ser expirado  es responsable de un 10-20%  del total de la pérdida de agua del organismo.

14. Balance calórico: por el mismo mecanismo la respiración causa el 5-10% de la pérdida calorica total del organismo.

La normalidad de estas funciones está íntimamente ligada a la normalidad de su sustrato morfológico. En el análisis de la función y clínica recurriremos repetidamente a diferenciar, en este aspecto, tres compartimentos (Figura II) que, si bien son partes inseparables de un todo, tienen ciertas particularidades que determinan su forma de funcionar, de enfermar y de manifestar su patología.

Representación esquemática de los compartimientos pulmonares: vías aéreas (1); espacios alveolares (2) e intersticio (3).

MECANICA VENTILATORIA

La ventilación es un fenómeno básicamente mecánico que renueva cíclicamente el aire alveolar alternando la entrada de aire o inspiración y la salida del mismo o espiración. En relación con este aspecto, el aparato respiratorio puede ser comparado con un fuelle, en el que conviene diferenciar los siguientes componentes:

a) Las vías aéreas, que son tubos de calibre regulable que comunican el ambiente exterior con la superficie de intercambio.

b) El tórax, que actúa como continente protector del pulmón y motor de la ventilación.

c) El pulmón, que es, en esencia, una extensa superficie de intercambio gaseoso entre aire y sangre

Las características estructurales y la función mecánica de este fuelle pueden describirse a través de:

1. Dimensiones del fuelle.

2. Presiones que se generan.

3. Fuerzas que lo mueven.

4. Resistencias que se oponen a la ventilación

5. Flujos resultantes.

6. Rendimiento y eficiencia mecánica.

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