FISIOLOGÍA PULMONAR

Los seres humanos somos una compleja y perfecta máquina que requiere la acción coordinada de múltiples sistemas para el adecuado funcionamiento del cuerpo. La mayoría de los procesos que nos mantienen con vida se realizan de forma automática, es decir, sin que exista la necesidad de hacernos conscientes de ello. Ejemplo de esto son las células cardíacas especializadas que generan despolarización eléctrica constante para mantener el flujo sanguíneo a todos los tejidos; o la forma como en la nefrona se filtran las sustancias toxicas del cuerpo para ser eliminadas; esto solo por mencionar algunos de los muchos procesos fisiológicos que se dan en los distintos tipos de células en nuestro organismo.

Uno de los sistemas más fascinantes, en mi concepto, es el sistema respiratorio. Respirar, más allá de llevar oxígeno a los diferentes tejidos mientras se elimina el dióxido de carbono del cuerpo, representa una compleja red de mecanismos complementarios que involucran sistema nervioso central, pared torácica (músculos intercostales y diafragma) y circulación pulmonar.

Las células del cuerpo utilizan continuamente oxígeno (O2) para las reacciones metabólicas que liberan energía y producen ATP. Al mismo tiempo, estas reacciones liberan dióxido de carbono (CO2). Una cantidad excesiva de CO2 produce acidez que puede ser tóxica para las células, por lo que debe eliminarse de forma rápida y eficaz. Los sistemas cardiovascular y respiratorio cooperan para suministrar O2 y eliminar CO2. El sistema respiratorio genera el intercambio de gas mientras que el sistema vascular transporta la sangre que contiene los gases entre los pulmones y las células del cuerpo. Una falla en cualquiera de los sistemas altera la homeostasis causando rápidamente la muerte celular, inanición de oxígeno y acumulación de productos de desecho. Adicionalmente, el sistema respiratorio también participa en la regulación del pH sanguíneo como se mencionará más adelante.

DESARROLLO DEL TEMA

El sistema respiratorio consiste en la nariz, la faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones. Sus partes se pueden clasificar según sea estructura o función. Estructuralmente, el sistema respiratorio consiste de dos partes: El sistema respiratorio superior incluye la nariz, la faringe y las estructuras asociadas. El sistema respiratorio inferior incluye la laringe, la tráquea, los bronquios y alveolos. Funcionalmente, el sistema respiratorio también consta de dos partes: La zona conductora consiste en una serie de cavidades y tubos tanto fuera como dentro de los pulmones. Su función es filtrar, calentar y humedecer el aire y conducirlo en los pulmones. La zona respiratoria consiste en el tejido dentro de los pulmones donde se da el intercambio de gases.

Los pulmones se pueden expandir y contraer de 2 maneras: 1 mediante el movimiento hacia abajo y hacia arriba del diafragma para alargar o acortar la cavidad torácica, y 2 mediante la elevación y el descenso de las costillas para aumentar y reducir el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica.

Movimiento de entrada y salida de aire de los pulmones y presiones que originan el movimiento

El pulmón es una estructura elástica que se colapsa como un globo y expulsa el aire a través de la tráquea siempre que no haya ninguna fuerza que lo mantenga insuflado. Además, no hay uniones entre el pulmón y las paredes de la caja torácica, excepto en el punto en el que está suspendido del mediastino en el hilio. Por el contrario, el pulmón “flota” en la cavidad torácica, rodeado por una capa delgada de líquido pleural que lubrica el movimiento de los pulmones en el interior de la cavidad. Además, la aspiración continua del exceso de líquido hacia los conductos linfpaticos mantiene una ligera presión negativa entre la superficie visceral del pulmón y la superficie pleural parietal de la cavidad torácica. Por tanto, los pulmones están sujetos a la pared torácica como si estuvieran pegados, excepto porqué están bien lubricados y se pueden deslizar libremente cuando el toraax se expande y se contrae.

Presión pleural: Es la presión del líquido que está entre la pleura pulmonar y la parietal. Es ligeraente negativa. Al comienzo de la inspiración es de -5 cm H2O que es la magnitud de la aspiración necesaria para mantener los pulmones expandidos hasta su nivel de reposo. Al final de la inspiración se hace más negativa: -7.5 cm H2O.

Con esto el volumen pulmonar aumenta 0.5 litros.

Presión Alveolar: Es la presión de aire en los alvéolos. Con la glotis abierta la presión en todo el tracto respiratorio es igual a la atmosférica, es decir de 0 cm H2O. Para que entre aire (inspiración), en los alvéolos debe disminuir la presión a -1 cm H2O. Esto arrastra 0,5 litros de aire en los 2 segundos necesarios para una inspiración tranquila normal. Durante la espiración se producen presiones contrarias, la presión alveolar aumenta hasta +1 cm H2O, lo que fuerza la salida de 0,5 litros de aire durante 2 a 3 segundos.

Presión transpulmonar: Es la diferencia entre presión alveolar (interior de los alvéolos) y presión pleural (superficie externa del pulmón); y es una medida de las fuerzas elásticas de los pulmones.

Distensibilidad de los pulmones: Es el volumen de distensión por cada aumento unitario de presión transpulmonar. Equivale a 200 ml aire por cada centímetro deH2O. Capacidad con la que los pulmones pueden ser insuflados.

Las fuerzas elásticas de los pulmones se dividen en 2 partes: 1) fuerzas elásticas del tejido pulmonar (1/3 de la fuerza, elastina y colágeno del parénquima); 2) fuerzas elásticas producidas por la tensión superficial del líquido que tapiza las paredes internas de los alvéolos (2/3 de la fuerza).

Surfactante, tensión superficial y colapso de los alvéolos

Cuándo el agua forma una superficie con el aire, las moléculas de H2O de la superficie alveolar tienen atracción especialmente intensa entre sí. En consecuencia, siempre intentan contraerse, expulsando el aire a través de los bronquios y, al hacerlo, hace que los alvéolos intenten colapsarse. El efecto neto generalizado a nivel pulmón se denomina fuerza elástica de la tensión superficial.

Surfactante: es un agente activo de superficie en agua: reduce la Tensión superficial del H2O. Es secretado por los neumocitos tipo II, que constituyen el 10% de la superficie alveolar. Componentes: dipalmitoilfosfatidilcolina (reduce la tensión superficial, dado que no se disuelve completamente, sino que gran parte queda sobre la superficie del agua, reduciendo hasta 12 veces la tensión), apoproteínas del surfactantes e iones Ca++.

Trabajo de la respiración

En condiciones de reposo los músculos respiratorios normalmente realizan un trabajo para producir la inspiración, pero no para producir la espiración, pues éste es casi totalmente un proceso pasivo producido por el retroceso elástico de los pulmones y de la caja torácica.

El trabajo de la inspiración 3 partes (trabajos):

1) Trabajo elástico (de distensibilidad): expansión pulmonar contra las fuerzas elásticas pulmonar y torácica.

2) Trabajo de Resistencia tisular: para superar la viscosidad de las estructuras del pulmón y el tórax.

3) Trabajo de resistencia de las vías aéreas: para superar la resistencia a la entrada de aire en el pulmón.

La energía necesaria para la respiración es el 5% de la energía total consumida por el cuerpo, durante el ejercicio intenso la energía requerida puede aumentar hasta 50 veces.

Volúmenes y capacidades pulmonares:

Un método sencillo para estudiar la ventilación pulmonar es registrar el movimiento del volumen del aire que entra y sale de los pulmones, lo que se denomina espirometría.

Volúmenes:

1) Corriente [VC]: volumen de aire inspirado y espirado en una respiración normal = 500 ml.

2) De reserva inspiratoria [VRI]: volumen adicional por encima del V.C. que se puede inspirar al inspirar con fuerza plena = 3000 ml.

3) De reserva espiratoria [VRE]: volumen adicional de aire que se puede espirar mediante una espiración forzada después del final de una espiración a volumen corriente normal = 1100 ml.

4) Residual [VR]: volumen que queda en los pulmones después de la espiración más forzada = 1200 ml.

Capacidades: es la combinación de 2 o más volúmenes.

1) Inspiratoria [CI]: VC + VRI = 3500 ml. Es la cantidad de aire que se puede inspirar.

2) Residual funcional [CRF]: VRE + VR = 2300 ml. Es la cantidad de aire que queda en los pulmones al final de una espiración normal.

3) Vital [CV]: VRI + VC + VRE = 4600 ml. Es la capacidad máxima de aire que puede expulsar una persona.

4) Pulmonar total [CPT]: CV + VR = 5800 ml. Volumen máximo que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo.

* Todos los volúmenes son 25% menores en mujeres que en varones.

Espacio muerto: Gran parte del aire respirado no llega a los alveolos, se queda ocupando parte de las vías respiratorias (laringe, bronquios bronquiolos). Este airse muerto ocupa 150 ml y carece de utilidad desde el punto de vista del intercambio de gases. En cada inspiración, llega a la zona de intercambio de gases 500 ml de los cuales 350 ml son de aire freso y 1150 ml de airse no fresco, procedentes de la espiración anterior.

Intercambio gaseoso en el pulmón y transporte de gases

La circulación pulmonar está constituida por la arteria pulmonar que se extiende 5 cm más allá dl ventrículo derecho. , que se divide en ramas principales izquierda y derecha para vascularizar los pulmones correspondientes.

Los alvéolos están rodeados por capilares formando una red. El punto de contacto es lo que llamamos Membrana respiratoria, Ésta tiene una distancia corta y un espesor de 1 micra, con una superficie total de 70 m2.

El transporte total de O2 desde el alveolo hasta las células (tejidos) requiere de 3 procesos:

• Difusion de O2 desde los alveolos hacia la sangre pulmonar

• Transporte de O2 por la sangre

• Difusión de O2 desde la sangre capilar tisular hacia los tejidos

Estos procesos de difusión se producen dependiendo de la diferencia de presión de ese gas entre los dos puntos y de la solubilidad de ese gas en las membranas. La presión de O2 que tiene la sangre vensa que llega a los pulmones y sale por la arteria pulmonar /extremo arterial) es de 40 mmHg, la presión del alvéolo es de 104 mmHg.

El oxígeno que ha sido cedido a los tejidos, es rápidamente utilizado por ellos, en el metabolismo de los azúcares, grasas y proteínas; por tanto en los tejidos la presión de O2 se mantendrá baja. Como consecuencia del metabolismo de produce CO2 y H2O.

El CO2 se transporta por la sangre de tres formas:

• Como CO2 disuelto en la sangre, en una proporción del 7% más o menos

• El 27% se transporta combinado con la hemolobina

• Al más importante es el transporte en forma de ion bicarbonato

Si no respiramos, acumulamos CO2 , aumentando de esta forma el acidocarbónico (ácido débil que se disocia en ion bicarbonato + hidrogegiones ) y produciendo un aumento de hifrogenioes. El pH desciende en situaciones de acidosis. Por el contariocuando de elimina mucho CO2 del organismo, en los casos de hiperventilación por ejemplo, so forma poco ácido carbónico disminuyendo la cantidad de hidrógeno.

Regulación de la respiración

El sistema respiratorio ajusta el ritmo de la ventilación alveolar casi exclusivamenea las necesidades que tiene el rganismo en cada momento, en situación de reposo o movimiento, con ello se mantienen las presiones adecuadas de O2 y CO2 en sangre.

El centro respiratorio de compone de un área de ritmicidad medular en el bulbo raquídeo, establece el ritmo básico de la respiración. Un área neumotóxica y apneusica en la protuberancia que coordinan la transición entre la inhalación y la exhalación.

Las respiraciones pueden ser modificadas por una serie de factores, influencias corticales; el reflejo inflacionario; estímulos químicos, como Niveles de O2 y CO2 y H; la propiocepción; cambios en la presión sanguínea; estimulación del sistema límbico; temperatura; dolor; e irritación a las vías respiratorias.

Area inspiratoria: En el bulbo raquídeo, mantiene el ritmo básico de la respiración. Envía señales hacia los músculos inspiratorios.

Área espiratoria normalmente se realiza a causa del rebote elástico, la espiración dura aproximadamente 3 segundos. En el ejercicio, actúan también los músculos espiratorios (prensa abdominal)

Área neumotáxica: Produce respiración rápida y superficial. Aumenta la frecuencia respiratoria y disminuye la profundidad de la respiración. Tiene función termorreguladora al eliminar calor. También está relacionada con el miedo y la ansiedad

CONCLUSIÓN

Más allá que llevar aire dentro y fuera de los pulmones, la respiración es un mecanismo vital altamente especializado mediante el cual se provee oxígeno a los tejidos para su adecuado metabolismo, mientras se elimina el dióxido de carbono. El proceso de oxigenación de la sangre es también llamado respiración interna y se realiza en la unidad funcional del pulmón llamado alvéolo gracias a una diferencia de gradientes. La cantidad de dióxido de carbono eliminada contribuye al regular el pH del cuerpo, en la medida que se conjuga con el agua y genera bicarbonato + hidrogeniones.

Este proceso se realiza gracias a la orden generada en el centro respiratorio, región de la protuberancia en el tallo encefálico, lo que permite modificar la contracción de los músculos inspiratorios generando un cambio de presiones que permite la entrada de aire y luego por elastancia, la salida del mismo.

OPINIÓN PERSONAL

Los seres humanos vamos caminando por la vida, sin hacernos conscientes en algunas ocasiones, sobre las decisiones que tomamos y cómo éstas pueden afectar nuestro cuerpo, nuestro proceso de salud-enfermedad, y en general nuestra calidad de vida.

Un ejemplo de esto es el tabaquismo. Existen personas que deciden fumardiferencias sustancias toxicas. Fumar, se define como aspirar y despedir el humo producido por la combustión del tabaco o de otra sustancia herbácea preparada en forma de cigarro, cigarrillo o pipa. Esto genera un problema de salud pública pues presenta una alta prevalencia y conlleva una alta morbi-mortalidad. Sumado a los importantes costos económicos, sociales y ambientales que genera. Es por esto, que en los diferentes países han centrado sus esfuerzos en crear campañas de concientización. En Colombia por ejemplo, el 21 de julio de 2009 entró en vigor la Ley 1335 de 2009 (Ley Antitabaco), esta normativa ubica a nuestro país a la altura de las legislaciones más modernas para el control del consumo de tabaco en el mundo. En ella está claramente contemplada la restricción a menores de edad, disposiciones sobre la publicidad y el empaquetado, derechos de los no fumadores, sanciones, etc. Desde entonces observamos imágenes cruentas en los paquetes de cigarrillos mostrando las posibles consecuencias de éste vicio. Sin embargo el consumo continúa siendo de alta frecuencia en todos los grupos de edad y las enfermedades directamente relacionadas con el humo de tabaco son numerosas. La enfermedad pulmonar obstructiva crónica aparece hasta en el 20% de los fumadores y el 90% de los cánceres broncopulmonares son debidos al consumo de tabaco. Esto solo por mencionar algunos ejemplos, pues la lista de enfermedades asociadas parece ser interminable. Da tristeza ver una persona que se retira su cánula de oxígeno para fumarse un cigarrillo. Pero una vez más, es muestra de las decisiones que tomamos los seres humanos, hay personas que eligen como morir y para mí ésta es una forma socialmente aceptada de suicidio. Soy conocedora del alto poder adictivo que tiene la nicotina, pero siempre será posible lograr lo que deseamos con fuerza desde nuestro interior, he visto personas con un alto índice paquetes/año que logran dejar el consumo y si ellos pudieron, cualquier persona puede lograrlo.

Otra decisión que influye directamente en el desempeño de nuestro organismo, pero que en éste caso genera consecuencias positivas es el Yoga y las diferentes técnicas alternativas donde uno de los pilares es el control de la respiración, también conocido como pranayama. Recordemos que el proceso de la respiración, se realiza de forma automática, es decir, no tenemos que enviar una señal consciente a nuestro cerebro que diga “debes respirar”. Por el contario, es generado gracias a una red de mecanismos complementarios que involucran sistema nervioso central, pared torácica (músculos intercostales y diafragma) y circulación pulmonar. El yoga lo que busca precisamente es hacernos conscientes de la respiración en coordinación con posturas corporales, pues argumentan que permitir que la respiración se produzca de forma automática no siempre es positivo, se puede acumular aire impuro en los pulmones (equivalente al espacio muerto, 150 ml que carece de utilidad desde el punto de vista del intercambio de gases) y la respiración superficial puede producir o aumentar el estrés. Según la respiración yóguica, el control involucra cuatro aspectos: inspiración, retención después de la inspiración, espiración y retención después de la espiración. Y se realiza expandiendo tanto el abdomen como el pecho. Con esto se logra aumentar la capacidad pulmonar total, que como ya se revisó, equivale al volumen máximo que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo. Y de esta manera mejorar la oxigenación de la sangre, nutrir y reparar las células.

En conclusión, como lo mencioné al principio de éste escrito, los seres humanos somos una compleja y perfecta máquina que requiere la acción coordinada de múltiples sistemas para el adecuado funcionamiento del cuerpo. La mayoría de los procesos que nos mantienen con vida se realizan de forma automática, es decir, sin que exista la necesidad de hacernos conscientes de ello. Pero con nuestras decisiones de la vida cotidiana y nuestro comportamiento tenemos un papel fundamental para contribuir al adecuado funcionamiento de nuestro organismo, o por el contrario para favorecer la aparición de diferentes enfermedades.

BIBLIOGRAFÍA

Andrew N, MD, FAAOS, (2016-2017) Critical Care Transport, AAOS, Secondedition, Burlington, MA. USA: Jones & Bartlett Learning. Chapter 6, Respiratory Emergencies, Airway management and ventilation Pages 111-181

Arthur C. Guyton, M.D. John E. Hall, Ph.D. (2016) Tratado de Fisiología Médica, 13 edición. USA: Elsevier. Unidad VII, Respiración.

Gerard G Tortora, Brayan Derrickson (2009) Principles of anatomy and phisiolgy, twelfth edition, USA: Wiley. Chapter 23, The respiratory system.