TEMA 4

EL APARATO RESPIRATORIO

RESPIRACIÓN

Las células necesitan continuamente O2

para producir ATP.

Al mismo tiempo estas reacciones producen CO2.

El sistema cardiovascular y el sistema respiratorio contribuyen al aporte de O2 y a la eliminación de CO2.

Etapas de la respiración

1. Intercambio de aire entre la atmósfera y los pulmones: VENTILACIÓN PULMONAR.

2. Intercambio de O2 y CO2 entre el aire del alveolo pulmonar y la sangre.

3. Transporte de gases en la sangre (circulación pulmonar y sistémica).

4. Intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y las células.

5. La respiración celular tiene lugar en el interior celular, y en ella es necesario el O2 para producir CO2, H2O y energía

CONCEPTOS DE RESPIRACIÓN

Ventilación pulmonar: Inhalación o inspiración Espiración o exhalación.

Respiración externa: Intercambio gaseoso entre los alvéolos pulmonares y la sangre.

Respiración interna: Intercambio gaseoso entre los capilares sanguíneos y las células.

La respiración celular, tiene lugar en el interior celular, y en ella es necesario el O2 para producir CO2, H2O y energía

LA CAJA TORÁCICA

El sistema respiratorio está alojado en la cavidad torácica Columna vertebral. Clavícula. Omóplatos. Esternón. Costillas

Scapula or shoulder plate

Backbone

ANATOMÍA DEL APARATO RESPIRATORIO

pulmón izquierdo

fosas nasales

faringe

epiglotis laringe

pulmón derecho

corazón

bronquio

bronquiolo

diafragma

tráquea

Se divide en: Vías respiratorias:

Fosas nasales Faringe Laringe Tráquea Bronquios Bronquiolos

Pulmones

ANATOMÍA DEL APARATO RESPIRATORIO

Cavidad torácica y pleura

Timo Glándula tiroides

Tráquea

Pulmón derecho

Pulmón izquierdo

Mediastino

Cada pulmón está encerrado dentro de un saco pleural independiente.

La pleura es una membrana de doble pared que rodea cada pulmón

Pleura visceral

Pleura parietal

Pleura

NARIZ

Comunicadas con el exterior por los orificios nasales.

Con la faringe por las coanas.

Con los senos paranasales.

Con las glándulas lacrimales por los conductos lacrimales

FOSAS NASALES

FOSAS NASALES

Cavidades óseas situadas sobre la cavidad bucal.

Rodeadas por el paladar, los nasales, el frontal y el etmoides.

Separadas por el tabique nasal, formado por el etmoides, el vómer y el cartílago nasal.

En las paredes laterales están los cornetes

FOSAS NASALES

FOSAS NASALES

La zona del vestíbulo nasal está recubierta por epitelio escamoso estratificado y protegida por pelos.

La mucosa que recubre los cornetes se llama pituitaria roja.

En la parte superior está la pituitaria amarilla. Contiene las terminaciones de los nervios olfatorios.

Bulbo olfatorio

Epitelio ciliado

La mucosa respiratoria está constituida por epitelio prismático pseudoestratificado con numerosas células caliciformes.

Epitelio ciliado de la tráquea

Cilios

Células Secretoras de moco

EPITELIO VÍAS RESPIRATORIAS

Las paredes internas secretan una sustancia espesa (moco) a la cual se adhieren las partículas que van en el aire y en conjunto con los cilios de las células de esta pared se arrastran hasta la faringe para ser deglutidas y eliminadas por las materias fecales.

Este mecanismo mantiene limpio los pulmones y sirve de defensa para agentes patógenos.

FOSAS NASALES

Limpia, calienta y humidifica el aire inhalado.

Detecta los olores.

Actúan como caja de resonancia para ampliar los sonidos de la voz.

FARINGE

La faringe está recubierta en su porción oral por epitelio escamoso estratificado.

FARINGE

Tubo musculoso común a los aparatos digestivo y respiratorio.

Comunica con: La boca a través del istmo de las fauces El esófago Las fosas nasales a través de las coanas La laringe a través de la glotis El oído medio a través de las trompas de

Eustaquio.

VÍAS RESPIRATORIAS INFERIORES Z

ona

de

con

du

cció

n

Z.R

esp

bronquiolo

red de capilares

alvéolos pulmonares

filamento muscular

arteria pulmonar

vena pulmonar

LARINGE

LARINGE

Permite la fonación y el paso del aire.

LARINGE

LARINGE

En la laringe hay dos pares de repliegues, las cuerdas vocales: las falsas o superiores y las verdaderas o inferiores (producen los sonidos).

La tensión de las cuerdas modifica el tono del sonido.

El tamaño de la laringe determina el timbre.

LARINGE

Laringoscopia

TRÁQUEA

Epitelio ciliado de la traquea

Permanece siempre abierta gracias a sus anillos cartilaginosos incompletos.

Sirve de paso a la corriente aérea.

Epitelio ciliado de la tráquea

Traqueotomía

BRONQUIOS

ARBOL BRONQUIAL

Los bronquios se ramifican en tubos cada vez más finos que acaban en los sacos alveolares.

Los alvéolos están rodeados por una red de capilares sanguíneos

ALVÉOLOS PULMONARES

Saco alveolar

Bronquiolo respiratorio

Capilares

Célula tipo II Célula tipo I

Capilares Fibras elásticas

Macrófago

ALVEOLOS PULMONARES

PULMONES

Los elementos que forman los pulmones están fuertemente unidos entre si y tienen gran elasticidad.

Los alvéolos pulmonares se encuentran rodeados de infinidad de capilares sanguíneos y de tejido conjuntivo.

En los alvéolos tiene lugar el intercambio gaseoso.

Árbol bronquial

Sección longitudinal de pulmón de cordero. Árbol bronquial.

eritrocito

Capilar Alvéolo

Macrófago

Célula alveolar tipo II

Célula alveolar tipo I

Membrana respiratoria

0.5 µ

La unidad alveolo-capilar es el lugar donde se efectúa el intercambio de gases: Membrana respiratoria.

En los alvéolos, los gases pasan por difusión de la zona donde están más concentrados a dónde la concentración es menor.

Respiración celular

Intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y los tejidos

4

Transporte de O2 y CO2 entre los pulmones y los tejidos

3

Intercambio de O2 y CO2 entre el aire del alveolo y la sangre

2

Ventilación, o intercambio de gas, entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares

1

Alvéolos pulmonares

Atmósfera

O2 CO2

O2 CO2

Corazón

O2 CO2

O2 CO2

CO2 + H2O + ATP O2 + glucosa Célula

Circulación sistémica

Circulación pulmonar

Músculos respiratorios

Los pulmones carecen de músculos, no tienen movimiento propio.

Los músculos respiratorios modifican el volumen de la caja torácica: Músculos del cuello Músculos del hombro Músculos intercostales Músculos abominales Diafragma

Músculos respiratorios

Músculos inspiratorios

Diafragma Intercostales externos Escalenos Esternocleidomastoideo

Músculos espiratorios

Intercostales internos Pared abdominal

Ventilación pulmonar

MECÁNICA VENTILATORIA

Diafragma contraído el volumen torácico

aumenta

Inspiración: Entra aire

La inspiración siempre es un movimiento activo

La espiración en general es un movimiento pasivo

Diafragma relajado el volumen torácico

disminuye

Espiración: Sale aire

Inspiración e espiración

La integridad de la pleura es esencial para mantener expandidos los pulmones y para la mecánica ventilatoria.

Cuchillo Pulmón colapsado Pleuras Visceral y parietal

Aire

Neumotórax

Diafragma

Costillas

Pleuras visceral y parietal

Espacio intrapleural

Pulmón normal

Neumotorax es la presencia de aire en la cavidad pleural

Agua

Aire Insp. Esp. Insp. Esp.

Espirometría Es una técnica que mide los volúmenes y capacidades

pulmonares

Definiciones

Volumen corriente (VC): Volumen de aire que intercambiamos en una

respiración (~0,5 litros en reposo). Volumen de reserva inspiratoria (V1):

Volumen de aire que corresponde a una inspiración forzada (entre 1 y 1,5 litros).

Volumen de reserva espiratoria (V2): Volumen de aire que corresponde a una espiración

forzada (entre 0,5 y 1 litro). Volumen residual:

Volumen de aire que queda en los pulmones aún después de una espiración forzada.

Frecuencia respiratoria: número de inspiraciones por minuto.

Capacidad vital: VC+ V1+ V2+ V3

Capacidad pulmonar total: Es la suma de la capacidad vital y del

volumen residual.

Definiciones (continuación)

Volúmenes y capacidades pulmonares

5800

2800 2300

Volumen (ml)

1200

Volumen corriente (500 ml)

Final inspiración normal

Final espiración normal

Volumen residual (1200 ml)

Volumen de reserva espiratoria (1100 ml)

Volumen de reserva

inspiratoria (3000 ml)

Capacidad pulmonar total

Capacidad residual funcional

Capacidad vital 4600 ml

Capacidad inspiratoria

Tiempo

INTERCAMBIO GASEOSO: Conceptos físicos

El aire se mueve a favor de gradiente de presiones (se

aplica también a presiones parciales de cada gas).

El aire es una mezcla de gases, cuya presión total es la suma de las presiones parciales de cada uno de ellos (Ley de Dalton).

La presión parcial de un gas es la presión que cada gas ejerce de forma individual, y es directamente proporcional a su concentración.

El aire es una mezcla: 21% O2, 78% N2 y trazas de otros gases.

La cantidad de O2 en nuestras células viene determinado por su presión parcial. Presión parcial=Patmosférica x (% del gas en la mezcla)

Patmosférica nivel del mar= 760 mm Hg PO2 nivel del mar= 760 mm Hg x 21/100= 159 mm Hg

INTERCAMBIO GASEOSO: Conceptos físicos

INTERCAMBIO GASEOSO: Conceptos físicos

La presión ejercida por un gas es inversamente

proporcional al volumen que ocupa (Ley de Boyle). P1.V1 = P2.V2

A mayor volumen menor presión

3. ESPIRACION

Palveolar mayor que Patmosférica Palveolar igual que Patmosférica

1. REPOSO

Palveolar menor que Patmosférica

2. INSPIRACION

Entrada y salida del aire en los pulmones

Presión parcial del O2 en distintos compartimentos

PO2 aire respirado= 150 mm Hg PO2 interior alvelo= 105 mm Hg

PO2 capilares pulmonares= 100 mm Hg

PO2 venas= 40 mm Hg

INTERCAMBIO DE GASES

Aire alveolar: PO2: 105 mm Hg PCO2: 40 mm Hg

Sangre arterial: PO2: 105 mm Hg PCO2: 40 mm Hg

Tejidos: PO2: 40 mm Hg

PCO2: 46 mm Hg

Sangre venosa: PO2: 40 mm Hg

PCO2: 46 mm Hg

MEMBRANA RESPIRATORIO

Intercambio de gases entre alveolos y eritrocitos

CO2

O2

Eritrocito

Inspiración: 0.03% CO2

21% O2

Sangre con CO2 Sangre con O2

Espiración: 3% CO2

15% O2

Un ascenso rápido sin expulsar el aire puede elevar mucho el volumen de aire en los pulmones

Neumotórax por rotura del tejido pulmonar en el buceo

Profundidad 50m P=6 atm V pulmón= 3 L

Profundidad 20m P=3 atm V pulmón= 3x2=6 L

Síndrome de sobreexpansión pulmonar. Los pulmones se rompen por aumento de volumen y dejan entrar aire al espacio pleural, produciéndose neumotórax.

Transporte de oxígeno

Unido a la hemoglobina (oxihemoglobina) 98,5 % (=20 ml O2/100 ml sangre)

Disuelto en plasma 1,5 % (=0,3 ml O2/100 ml sangre)

Hemoglobina

Formada por 4 cadena proteicas (globinas α y β )

Cada cadena de globina tiene un grupo hemo.

Cada Fe2+ puede unirse a una molécula de O2 (unión débil, no covalente y reversible)

Cada molécula de hemoglobina puede transportar hasta 4 moléculas de O2

Hemoglobina

1 eritrocito (280 106 de moléculas de hemoglobina), transporta 1000 106 de moléculas de O2.

Oxihemoglobina (con O2)

Desoxihemoglobina (sin O2)

Reacción de descarga Los eritrocitos con oxihemoglobina descargan el O2 a los tejidos

Reacción de carga Los eritrocitos con desoxihemoglobina a su paso por los pulmones captan el O2

HEMOGLOBINA

100

80

60

40

20

0 Por

cent

aje

de s

atur

ació

n

20 40 60 80 100 120 140 pO2 en solución (mm Hg)

Curva de disociación de la hemoglobina

PO2 tejidos PO2 en pulmones 20 ml/dl 15 ml/dl

O2 cedido a los tejidos en reposo

O2 cedido a los tejidos en ejercicio

100

80

60

40

20

0 Por

cent

aje

de s

atur

ació

n

20 40 60 80 100 120 140 pO2 en solución (mm Hg)

Curva de disociación de la hemoglobina

Calor CO2 H+ (acidosis)

La reducción del pH y la elevación del CO2 y la temperatura reducen la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.

¿Cual es el principal problema fisiológico asociado a la altitud?

PO2

•Nivel del mar………150 mm Hg………………100 mm Hg.

•3000 m…………………110 mm Hg……………70 mm Hg

•8848 m………………….43 mm Hg………………20 mm Hg

PO2 en aire inspirado

Hb saturada

Límite deportes De competición

PO2 en capilares pulmonares

A 9000 mt PO2 sangre ~ 19 mm Hg

Deportes de montaña

El problema de la falta de oxígeno

A 5 mt de profundidad PO2 sangre~200 mm Hg)

A nivel del mar PO2 sangre ~ 100 mm Hg

Afinidad de la hemoglobina y la mioglobina por el O2

Mioglobina. Sistema de almacenaje de O2

Mioglobina •Aumenta en músculo esquelético durante la aclimatación a la altitud

Transporte de CO2 en sangre

10% Disuelto en plasma

20% Combinado con la hemoglobina (HbCO2 carbaminohemoglobina)

70% Como ión bicarbonato HCO3-

disuelto en plasma

Transporte de CO2 en sangre

La mayor parte del CO2 se transporta en sangre como CO3H2

El CO3H2 se encuentra disociado en su mayor parte:

Esta reacción puede ir en ambas direcciones según la disponibilidad de sustrato:

CO3H2 CO3H- + H+

ANHIDRASA CARBÓNICA

CO2 + H2O

En los tejidos hay mucho CO2 que pasa a la sangre y forma CO3H- y H+.

Los H+ acidifican el medio, y disminuyen la afinidad de la hemoglobina por el O2, liberando el O2 hacia los tejidos

Transporte de CO2 de los tejidos a la sangre

CO3H2 CO3H- + H+

ANHIDRASA CARBÓNICA

CO2 + H2O

Hb- O2

CO2

O2

Anhidrasa carbónica

Tejidos corporales Capilares sanguíneos

Hb O2

En los alvéolos hay poco CO2 y mucho O2, por lo que la reacción va en sentido contrario. El CO3H- que estaba en el plasma entra en los eritrocitos y se forma CO2 .

El O2 en exceso que viene desde los alvéolos se une a la hemoglobina y el CO2 formado pasa a los alvéolos para su eliminación.

Transporte de CO2 de la sangre a los alveólos

CO3H2 CO3H- + H+

ANHIDRASA CARBÓNICA

CO2 + H2O

Hb O2 Hb-

O2

CO2

O2

Anhidrasa carbónica

Alvéolos pulmonares Capilares sanguíneos

Regulación de la respiración

La frecuencia respiratoria en reposo oscila entre 16/18 respiraciones/min.

La frecuencia y la profundidad de las respiraciones se adaptan a la necesidad de un aporte suficiente de O2 a las células y la eliminación de CO2.

Una incremento de la tasa metabólica incrementa la frecuencia respiratoria.

Cambios en la ventilación con el ejercicio

El aumento de la ventilación durante un

ejercicio moderado se produce a costa de un aumento del volumen, sin apenas cambios en la frecuencia respiratoria

Cuando se realiza de forma mantenida un ejercicio intenso se produce un aumento brusco de la frecuencia respiratoria por aumento del metabolismo anaerobio.

Regulación de la respiración

Proceso involuntario (automático)

Modulado por factores: Nerviosos Químicos Voluntad (en parte) Temperatura Emociones Presión arterial Movimientos corporales

Control de la respiración

Existen dos mecanismos principales de control:

Control nervioso, responsable de la ritmicidad de

los ciclos respiratorios.

Control químico, modifica la frecuencia y la profundidad respiratoria

Control nervioso de la respiración

Los centros de

control respiratorio se encuentran en el tronco encefálico

Protuberancia

Bulbo

Reflejo de Hering-Breuer

Contracción diafragma

INSPIRACION

Distensión Pulmones

ESPIRACIÓN (pasiva)

Otros centros se activan durante inspiraciones y espiraciones forzadas.

Control químico de la respiración

El patrón cíclico de respiración se puede modificar por cambios en la concentración de CO2, de O2 o en el pH.

Los receptores que responden a estos cambios son quimiorreceptores (neuronas especializadas en detectar cambios de concentración).

Centrales Periféricos

aorta

Carótidas

Detectan cambios en PO2 y PCO2 de forma directa

Detectan cambios en PCO2 de forma indirecta (por cambios de pH). No detectan cambios en PO2

Quimiorreceptores

Los quimiorreceptores están conectados con el centro respiratorio por el nervio vago y el glosofaríngeo.

¿Hasta cuando podemos aguantar la respiración?

Límite 40 mm Hg PCO2> 50 mm Hg

Pérdida de consciencia El control se vuelve involuntario

Control voluntario

Control involuntario de la respiración

Situaciones como el ejercicio, emociones, cambios de presión arterial y temperatura, también cambian el ciclo respiratorio.

Disminución de la temperatura

Disminución de la respiración para evitar pérdida de calor

Aumento de la temperatura (ejercicio/fiebre)

Aumento de la respiración para perder calor

-Sistema límbico -Hipotalamo CONTROL DE EMOCIONES

Dolor continuado-----aumento de la frecuencia respiratoria

Emociones (llorar)----aumento de la frecuencia respiratoria

Dolor súbito----apnea temporal

Efecto de las emociones y el dolor

Efecto de la presión arterial y el movimiento corporal

Receptores de presión (Barorreceptores) Aumento de la presión arterial

Disminución de la respiración

Receptores de posición en tendones y músculos (Propioceptores)

Ejercicio (Estiramiento de tendones y músculos)

Aumento de la respiración

Términos respiratorios

Eupnea: Respiración confortable en reposo. Disnea: Sensación de dificultad para respirar. Ej:

patología/ejercicio muy intenso. Apnea: Interrupción de la respiración. Ej:

voluntaria/depresión SNC. Hiperpnea: Incremento en la respiración

(volumen/ritmo) en respuesta a un aumento del metabolismo. Ej: ejercicio.

Hiperventilación: Incremento en la respiración (volumen/ritmo) sin aumento del metabolismo. Ej: emocional/soplar un globo.

Hipoventilación: Reducción en la ventilación alveolar en relación con la tasa metabólica. Ej: asma

Enfermedades

El aire está cargado de microorganismos y sustancias nocivas para el respiratorio

Tabaquismo

Cáncer de pulmón

Bronquitis aguda

Enfisema pulmonar

Cancer de laringe

Laringe sana