Fisiología Humana Dr. Abner A. Fonseca L. Universidad Nacional Hermilio Valdizan Facultad de Enfermería 102 NIVEL ORGÁNICO FISIOLOGÍA RESPIRATORIA El proceso fisiológico comprende el intercambio gaseoso entre el aire respirado y las células de los capilares sanguíneos pulmonares (hematosis) se lleva a cabo en cuatro etapas. I. VENTILACIÓN PULMONAR 1) Árbol traqueo bronquial: a. Zona conductora b. Zona respiratoria 2) Fuerza motriz. a. Inspiración (entrada de aire) b. Espiración (salida del aire) II. INTERCAMBIO GASEOSO: 1) Gradiente de presión de oxígeno 2) Superficie funcional de la membrana alveolocapilar 3) Volumen respiratorio por minuto 4) Ventilación alveolar. III. TRANSPORTE DE GASES 1) Oxígeno unido a la hemoglobina (97%) 2) Oxígeno libre 3) Anhídrido Carbónico disuelto en el plasma IV. REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN. 1) Bulbo raquídeo 2) Receptores periféricos alveolares I. VENTILACIÓN PULMONAR 1. ÁRBOL TRAQUEOBRONQUIAL Los diferentes niveles del árbol traqueobronquial usualmente se describen como generaciones, la tráquea sería la primera generación, los bronquios principales, la segunda, y así hacia abajo hasta 23 generaciones, siendo los sacos alveolares la última. Sin embargo se hará referencia a la nariz, nasofaringe, laringe como órganos complementarios al árbol traqueobronquial. a) Zona conductora, son: nariz, nasofaringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos hasta la generación 15. La función es llevar aire hacia dentro y fuera de la zona respiratoria, para intercambiar gases, calentar, humedecer y filtrar el aire antes de que alcance la región exacta del lugar en la que se intercambiarán los gases. Nariz, nasofaringe, laringe Vías respiratorias altas, por ellos ingresa y sale aire desde y hacia el medio ambiente externo. Su función es filtrar grandes partículas inhaladas durante la respiración. La tráquea Estructura tubular se extiende a nivel de la sexta vértebra cervical hasta la quinta vértebra torácica y se bifurca en la carina. Tiene unos 10 cm de longitud, la mitad se encuentra en el interior del tórax. Su diámetro es de 1,5 a 2,5 cm, es más estrecha en las mujeres. Tiene forma una herradura, el lado abierto corresponde a la cara posterior, compuesta de músculo liso y tejido conjuntivo, la porción curva constituye la cara anterior y laterales, con anillos cartilaginosos en forma U.
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NIVEL ORGÁNICO · Fisiología Humana Dr. Abner A ... laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos hasta la ... Un rasgo característico de los bronquiolos es la ausencia de cartílagos
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Fisiología Humana Dr. Abner A. Fonseca L.
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NIVEL ORGÁNICO
FISIOLOGÍA RESPIRATORIA
El proceso fisiológico comprende el intercambio gaseoso entre el aire respirado y las
células de los capilares sanguíneos pulmonares (hematosis) se lleva a cabo en cuatro etapas.
I. VENTILACIÓN PULMONAR
1) Árbol traqueo bronquial:
a. Zona conductora
b. Zona respiratoria
2) Fuerza motriz.
a. Inspiración (entrada de aire)
b. Espiración (salida del aire)
II. INTERCAMBIO GASEOSO:
1) Gradiente de presión de oxígeno
2) Superficie funcional de la membrana alveolocapilar
3) Volumen respiratorio por minuto
4) Ventilación alveolar.
III. TRANSPORTE DE GASES
1) Oxígeno unido a la hemoglobina (97%)
2) Oxígeno libre
3) Anhídrido Carbónico disuelto en el plasma
IV. REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN.
1) Bulbo raquídeo
2) Receptores periféricos alveolares
I. VENTILACIÓN PULMONAR
1. ÁRBOL TRAQUEOBRONQUIAL Los diferentes niveles del árbol traqueobronquial usualmente se describen como
generaciones, la tráquea sería la primera generación, los bronquios principales, la segunda,
y así hacia abajo hasta 23 generaciones, siendo los sacos alveolares la última. Sin embargo
se hará referencia a la nariz, nasofaringe, laringe como órganos complementarios al árbol
traqueobronquial.
a) Zona conductora, son: nariz, nasofaringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos
hasta la generación 15. La función es llevar aire hacia dentro y fuera de la zona
respiratoria, para intercambiar gases, calentar, humedecer y filtrar el aire antes de que
alcance la región exacta del lugar en la que se intercambiarán los gases.
Nariz, nasofaringe, laringe
Vías respiratorias altas, por ellos ingresa y sale aire desde y hacia el medio
ambiente externo. Su función es filtrar grandes partículas inhaladas durante la
respiración.
La tráquea
Estructura tubular se extiende a nivel de la sexta vértebra cervical hasta la quinta
vértebra torácica y se bifurca en la carina. Tiene unos 10 cm de longitud, la mitad se
encuentra en el interior del tórax. Su diámetro es de 1,5 a 2,5 cm, es más estrecha
en las mujeres. Tiene forma una herradura, el lado abierto corresponde a la cara
posterior, compuesta de músculo liso y tejido conjuntivo, la porción curva
constituye la cara anterior y laterales, con anillos cartilaginosos en forma U.
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Presenta revestimiento mucoso seudoestratificado de epitelio cilíndrico, con
cilios y células caliciformes para realizar las funciones determinadas. Los cilios
siguen la dirección de la corriente del moco hacia arriba dirigido a la faringe. El
moco y el cilio eliminan pequeñas partículas inhaladas. La tráquea humana tiene
una capacidad de 30 ml, que constituyen el 20% del espacio muerto
anatómico.
El calibre puede modificarse pasivamente por compresión externa o bien
activamente por contracción de su músculo liso que esta inervado por los nervios
simpático y parasimpático.
a) Las neuronas simpáticas adrenérgicas activan receptores β2 en el músculo
liso bronquial y produce relajación y dilatación de vías respiratorias. Los
agonistas que producen estos efectos son: adrenalina, isoproterenol y
albuterol, estos relajan las vías respiratorias en el tratamiento del asma.
b) Las neuronas colinérgicas parasimpáticos activan receptores muscarínicos
y causan contracción y contracción de las vías respiratorias.
Estos cambios modifican la resistencia y flujo de aire.
Los bronquios (generaciones de la 1 a la 11)
La bifurcación de la tráquea en la carina no es simétrica; el bronquio derecho es más
amplio y más alineado con la tráquea. De este modo, los cuerpos extraños, los tubos
endotraqueales, o los catéteres de succión es más probable que vayan al interior del
lado derecho que del izquierdo.
El epitelio bronquial es seudoestratificado ciliado, con células de diversos
tipos, dispuestas en varias capas en la tráquea y sólo en una al alcanzar el
bronquiolo terminal. Las células basales asientan en la membrana basal; son
pequeñas y piramidales. Intercaladas entre las basales, las células K
(emparentadas con las de Kulchitsky del intestino delgado) poseen funciones
endocrinas.
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Carina
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Las células intermedias, alargadas, descansan sobre las basales y supuestamente
evolucionan hacia las columnares. Las ciliadas se observan desde la tráquea hasta el
bronquiolo terminal y son responsables del transporte mucociliar, que arrastra las
secreciones y detritos hacia la orofaringe. En su polo superior poseen unos 200 cilios,
de 6 mm de longitud y 0,3 mm de diámetro, que baten rítmica y metacrónicamente
desde la profundidad del pulmón al exterior. Los cilios coexisten en la superficie
celular con las microvellosidades, pequeños túbulos que se supone regulan el espesor
de la capa mucociliar.
Las células caliciformes, mucho menos frecuentes en la mucosa sana, sintetizan
gotas de mucígeno, que se reúnen formando una gran vacuola en el polo superior que
se rompe periódicamente para verter la secreción mucosa hacia la superficie
bronquial. Las células clara son, en proporción, más abundantes en los bronquiolos,
y poseen un prominente aparato secretor al que se ha relacionado con la producción
de surfactante, que llevan a cabo las células alveolares tipo II.
Las glándulas bronquiales se encuentran en los bronquios de pared cartilaginosa y
producen la mayor parte de la secreción bronquial. Arracimadas en la submucosa, se
componen de células mucosas y serosas. En sus conductos colectores, que atraviesan
la mucosa hacia la luz bronquial, se encuentran también células mioepiteliales y
células ciliadas.
Están inervadas por las fibras parasimpáticas, procedentes del vago, y las
simpáticas, que surgen de los ganglios cervicales y dorsales superiores, forman
plexos en los hilios pulmonares para seguir el recorrido de los bronquios y vasos
hasta alcanzar los ácinos alveolares y la pleura.
El epitelio bronquial es ciliado columnar, semejante al epitelio traqueal. Sin
embargo, la altura de las células epiteliales disminuye a medida que se
aproximan a los bronquiolos periféricos hasta llegar a ser cuboidales en los
bronquiolos. Durante la espiración forzada, los bronquios mayores (generaciones de
1 a la 4) están expuestos al colapso cuando la presión intratorácica excede los 50 cm
H2O por encima de la presión intraluminal, limitando así la velocidad del flujo
espiratorio máximo.
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Los bronquiolos (generaciones de la 12 a la 15)
Un rasgo característico de los bronquiolos es la ausencia de cartílagos y las bien
desarrolladas bandas musculares helicoidales en las paredes. El diámetro del pasaje
aéreo es alrededor de 1 mm en ese nivel. Debido a la pérdida de la capa de cartílago,
están más propensos a ser comprimidos. Sin embargo, ello se evita por el hecho de
que se encuentran enclavados en el parénquima pulmonar, y no están muy afectados
por las presiónes intratorácicas como sucede en los grandes bronquios. Hasta la
generación 15ª de los pasajes aéreos, los bronquios son aprovisionados por el árbol
vascular sistémico por vía de la circulación bronquial. Más allá de este nivel los
pasajes respiratorios se nutren por la circulación pulmonar. Asimismo por encima de
este nivel, la función principal de los pasajes respiratorios es la conducción del aire y
su humidificación; más allá de este punto, puede presentarse intercambio de gas.
Espacio muerto (vD anat), constituido por el aire que ocupa la vía aérea y que no llega a
los alvéolos pulmonares; por consiguiente, no participa en la difusión o intercambio de
gases. Tiene en cambio la misión de mantener la temperatura, la humedad y la filtración
del gas respirado. Representa aproximadamente 150 ml, o sea una tercera parte del
volumen corriente.
b) Zona respiratoria, lugar donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso. Son estructuras
revestidas de alvéolos
Los bronquiolos respiratorios (generaciones de la 16 a la 19) Los bronquios respiratorios son la zona transicional entre los bronquiolos y los
conductos alveolares. El epitelio de las primeras generaciones es cuboidal, posee
cilios y músculo liso, llega a ser más plano, y eventualmente es similar al epitelio
alveolar en los conductos alveolares. Por lo tanto, hay un intercambio mínimo en
estos primeros niveles, ya que puede contener algunos alvéolos, el cual aumenta hacia
abajo en toda la línea.
Un rasgo característico de los bronquiolos es la ausencia de cartílagos y las bien
desarrolladas bandas musculares helicoidales en las paredes.
Lóbulos primarios o unidades funcionales
Esta es el área de los pulmones aprovisionada por los bronquiolos respiratorios de
primer orden. Cada unidad tiene un diámetro de 3.5 mm y contiene alrededor de 2
000 alvéolos. Estas son probablemente las áreas del pulmón que chasquean cuando
un pulmón colapsado se infla durante la toracotomía.
Los conductos alveolares (generación 20 a la 22) y sacos alveolares (generación
23) No existe diferencia funcional entre los conductos alveolares y los sacos alveolares.
Ambos se encuentran cubiertos por el epitelio alveolar. A lo largo de los conductos
alveolares hay una serie de anillos hechos por el septum alveolar. Estos septum
contienen células de músculo liso y se pueden contraer, provocando disminución de
la luz del conducto. La única diferencia entre los sacos y los conductos alveolares
es que los primeros no tienen salida. La mitad de los alvéolos emerge de los
conductos y la otra mitad de los sacos.
Alvéolos
Evaginaciones en forma de bolsa presente en bronquios respiratorios, en conductos y
sacos alveolares. En el hombre, los alvéolos tienen alrededor de 0.2 mm de diámetro.
Son más grandes en las partes superiores de los pulmones que en las partes
inferiores debido al efecto de la gravedad. La pared alveolar de los alvéolos está
hecha de dos capas de células epiteliales alveolares, denominados neumocitos tipo I
y II o células alveolares. El tipo II sintetiza la sustancia tensoactiva del pulmón,
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necesaria para reducir la tensión superficial de los alvéolos, y tienen capacidad para
regenerar ambos tipos de neumocitos; cada una sobre una membrana basal distinta
rodeando la red vascular capilar. Estos capilares se encuentran enclavados entre las
fibras elásticas y colágenas y entre los músculos lisos y los nervios.
Los alvéolos contienen células fagocitarias llamados macrófagos alveolares, los que
conserven libre de polvo y desperdicio, ya que no tienen cilios para ejecutar esa
función. Los macrófagos llenos de desperdicio emigran hacia los bronquiolos de
donde el movimiento de los cilios lleva hacia las vías respiratorias altas y desde allí
pueden ser expectorados o deglutidos.
La molécula de gas que pasa del interior del alvéolo a la sangre tiene que cruzar las
siguientes capas:
1. Una capa única de células epiteliales alveolares con su membrana basal.
2. Un espacio que contiene tejidos conectivos colágeno y elástico.
3. Las membranas basales y las células endoteliales de los capilares. Espacio alveolar. Es el volumen de aire que ventila los alvéolos pulmonares y es el
responsable de la difusión o intercambio de gases. Representa aproximadamente 350 ml.
Esto quiere decir que en cada inspiración hay 350 ml de aire que hacen contacto con la
membrana alveolar; como el adulto respira unas 12 veces por minuto, hay una ventilación
alveolar (VA) de 4 200 ml por minuto. Si respira con una frecuencia de 15, la VA será de
5 250 ml por minuto.
La circulación bronquial, es la encargada de nutrir el parénquima pulmonar y los
bronquios y bronquiolos. Hay dos arterias bronquiales para el pulmón izquierdo y una para
el derecho. Se originan de la aorta torácica. A veces la arteria bronquial derecha se origina
de la subclavia derecha o de la arteria torácica interna. La circulación venosa corre a
cargo de venas bronquiales que drenan a la vena ácigos. A veces, las venas bronquiales
izquierdas drenan a la vena hemiácigos.
La circulación pulmonar, es la encargada de llegar a los espacios capilares alveolares
para participar en la hematosis. Su endotelio responde de manera inversa que la circulación
sistémica a los mismos estímulos (por ejemplo, con el CO2 vasoconstriñe, la circulación
sistémica vasodilata), no posee sistema valvular, las vénulas poscapilares son
estructuralmente idénticas a las arteriolas precapilares. Esta circulación termina en el atrio
izquierdo con sangre arterial que va a la circulación sistémica.
Inervación: Nervios vagos y tronco simpático (T1-8).
2. FUERZA MOTRIZ Los pulmones se expanden y se contraen.
a) Inspiración (entrada de aire)
Es un proceso activo y en ella participan los principales músculos inspiratorios:
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1. Diafragma (es un músculo voluntario, que para funcionar adecuadamente requiere
que el nervio frénico se encuentre intacto, el cual surge del cuarto nervio cervical, y
recibe además ramas de los nervios tercero y quinto cervicales). Durante la
inspiración, el diafragma se contrae moviendo de 10 a 12 cm verticalmente, se
encarga de más de 75% del cambio en el volumen intratorácico e empuja el
contenido abdominal hacia abajo y tira de las superficies inferiores de los pulmones
hacia abajo. Además hace que las costillas se levante arriba y afuera. Esto permite
el incremento del volumen toráxico, la que va llevar consigo una disminución de
presión intratoráxica y el aumento de flujo o ingreso de aire a los pulmones.
2. Los músculos intercostales externos (son once de cada lado, aumentan el diámetro
anteroposterior de la pared del tórax) y los músculos accesorios
(esternocleidomastoideo tira hacia arriba al esternón, serratos anteriores levantan
las costillas y los escalenos elevan las dos primeras costilas) generalmente
participan ayudando la respiración, pero sobre todo en respiraciónes vigorosas.
Estos amplían el volumen de la caja torácica, la presión alveolar se hace inferior a
la atmosférica (negativa) y aparece el flujo inspiratorio. Mientras que los trapecios,
y los músculos dorsales estabilizan a la pared del tórax.
Composición de aire inspirado
Nitrógeno (N2) 78.08 Argón (Ar) 0.93
Oxígeno (O2) 20.93 Bióxido de carbono (CO2) 0.03
Gases raros 0.02 b) Espiración (salida de aire)
La espiración es un proceso pasivo, donde el diafragma y los intercostales externos se
relajan, permitiendo que las propiedades elásticas del parénquima pulmonar provocan el
retorno pasivo a la posición inicial y el flujo espiratorio.
Además, en este proceso participan los músculos rectos abdominales y los intercostales
internos, que realizan trabajo contrario a los músculos inspiratorios.
II. INTERCAMBIO GASEOSO 1) Gradiente de presión
Presiones que producen movimiento de aire dentro y fuera de los pulmones se expresan en
cm. de H2O, por lo que la presión atmosférica es 0 cm. de H20:
a) Presiones en las vías respiratorias
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Durante la inspiración, en las vías respiratorias la presión es de -1 cm. de H20, menor
que la presión atmosférica, lo que permite el ingreso de aire atmosférico. Durante la
espiración, la presión es de + 1 cm. de H20, mayor que el de la atmósfera y permite la
salida del aire.
b) Presiones en los alvéolos
Durante la inspiración, en los alvéolos la presión es de -3 cm. de H20, menor que el de
las de vías respiratorias lo que permite que el aire continúe ingresando. Durante la
espiración, la presión es de +3 cm. de H20, mayor que el de las vías respiratorias y
permite la salida del aire.
c) Presiones transmurales (Ptm)
La presión transmural de vías respiratorias: en la inspiración es de +7 cm. de H20 y
en la espiración es de +4 cm. de H20.
La presión transmural de los alvéolos: en la inspiración es de +5 cm. de H20 y en la
espiración es de +8 cm. de H20.
d) Presiones pleurales
Al igual que en las anteriores, en la pleura también varía las presiones, así durante la
inspiración la presión en el espacio pleural es de -8 cm. de H20 y durante la espiración
es de -5 cm. de H20.
Espiración forzada
Es la contracción forzada de los músculos espiratorios, por lo que la presión en las vías
respiratorias se altera significativamente a +25 cm. de H20 y el de los alvéolos a +35 cm. de
H20; así también el del espacio pleural a +20 cm. de H20. Esta cifras son altamente
peligrosas para enfermos con Neumonía Obstructiva Crónica (NOC) cuyos alvéolos
podrían colapsar, pero ¿porqué los alvéolos de personas sanas no colapsan? Por que la
diferencia de presión transmural es positiva.
Inspiración Espiración
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Se puede calcular la posibilidad de la permeabilidad o el colapso de los alvéolos mediante