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APARATO RESPIRATORIO
El aparato respiratorio está compuesto por la nariz, la faringe (garganta), la laringe (caja de resonancia u órgano de la voz), la tráquea, los bronquios y los pulmones. Sus partes se pueden clasificar de acuerdo con su estructura o su función. Según su estructura, el aparato respiratorio consta de dos porciones: 1) el aparato respiratorio superior, que incluye la nariz, cavidad nasal, la faringe y las estructuras asociadas y 2) el aparato respiratorio inferior, que incluye la laringe, la tráquea, los bronquios y los pulmones. De acuerdo con su función, el aparato respiratorio también puede dividirse en dos partes: 1) la zona de conducción, compuesta por una serie de cavidades y tubos interconectados, tanto fuera como dentro de los pulmones (nariz, cavidad nasal, faringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos y bronquiolos terminales), que filtran, calientan y humidifican el aire y lo conducen hacia los pulmones y 2) la zona respiratoria, constituida por tubos y tejidos dentro de los pulmones responsables del intercambio gaseoso (bronquiolos respiratorios, conductos alveolares, sacos alveolares y alvéolos), donde se produce el intercambio de gases entre el aire y la sangre.
La rama de la medicina que se encarga del diagnóstico y el tratamiento de las enfermedades de los oídos, la nariz y la garganta se llama otorrinolaringología (ot[o]-, oído; -rhin[o]-, nariz; -laryng[o]-, laringe; y - logí[a], estudio). El neumólogo es el especialista en el diagnóstico y tratamiento de las enfermedades de los pulmones.
Nariz
La nariz es un órgano especializado localizado en la entrada del aparato respiratorio, que puede dividirse en una porción externa y una interna denominada cavidad nasal. La porción externa es la parte de la nariz visible en la cara y consiste en un armazón de soporte óseo y de cartílago hialino cubierto por músculo y piel, revestido por una mucosa. El marco óseo de la porción externa de la nariz está constituido por los huesos frontales, nasales y maxilares. La estructura cartilaginosa está conformada por el cartílago nasal septal que forma la porción anterior del tabique nasal, los cartílagos nasales laterales, debajo de los huesos nasales, y los cartílagos alares, que constituyen parte de las paredes de las fosas nasales. Como el soporte cartilaginoso está compuesto por cartílago hialino, la porción externa de la nariz es bastante flexible. En la parte inferior de la nariz hay dos aberturas llamadas narinas u orificios nasales. Las estructuras internas de la porción externa de la nariz cumplen tres funciones: 1) calentamiento, humidificación, y filtración del
aire inhalado, 2) detección del estímulo olfatorio, y 3) modificación de las vibraciones vocales a medida que pasan a través de las cámaras de resonancia, que son huecas y poseen gran tamaño. La resonancia es la prolongación, la amplificación o la modificación de un sonido mediante vibración.
FUNCIONES DEL APARATO RESPIRATORIO.
1. Interviene en el intercambio gaseoso: capta O2 para llevarlo a las células del organismo y elimina el CO2 producido por ellas.
2. Ayuda a regular el pH sanguíneo.
3. Contiene receptores para el sentido del olfato, filtra el aire inspirado, produce sonidos (fonación) y excreta pequeñas cantidades de agua y calor.
Faringe
La faringe, o garganta, es un conducto en forma de embudo de alrededor de 13 cm de longitud que comienza en las narinas internas y se extiende hasta el nivel del cartílago cricoides, que es el más inferior de la laringe (caja de resonancia). La faringe se localiza detrás de las cavidades nasal y oral, por encima de la laringe y delante de la columna vertebral cervical. Su pared está compuesta por músculos esqueléticos y está revestida por una mucosa. Los músculos esqueléticos relajados ayudan a mantener la permeabilidad de la faringe. La contracción de los músculos esqueléticos asiste en la deglución. La faringe funciona como vía para el pasaje del aire y los alimentos, actúa como caja de resonancia para emitir los sonidos del habla y alberga las amígdalas, que participan en las reacciones inmunológicas contra los agentes extraños. La faringe puede dividirse en tres regiones anatómicas: 1) la nasofaringe, 2) la bucofaringe y 3) la laringofaringe. Los músculos de la faringe están dispuestos en dos capas, una capa externa circular y una capa interna longitudinal.
Laringe
La laringe o caja de resonancia es un conducto corto que conecta la laringofaringe con la tráquea. Se encuentra en la línea media del cuello, por delante del esófago y en el segmento comprendido entre la cuarta y la sexta vértebra cervical (C4-C6).
La pared de la laringe está compuesta por nueve piezas cartilaginosas, tres impares (cartílago tiroides, epiglotis y cartílago cricoides) y tres pares (cartílagos aritenoides, cuneiformes y corniculados). De los
cavidad torácica en dos compartimientos anatómicos distintos. Por esta razón, si un traumatismo provoca el colapso de un pulmón, el otro puede permanecer expandido. Dos capas de serosa, que constituyen la membrana pleural (pleura-, lado), encierran y protegen a cada pulmón. La capa superficial, denominada pleura parietal, tapiza la pared de la cavidad torácica; la capa profunda o pleura visceral reviste a los pulmones. Entre la pleura visceral y la parietal hay un pequeño espacio, la cavidad pleural, que contiene un escaso volumen de líquido lubricante secretado por las membranas. El líquido pleural reduce el rozamiento entre las membranas y permite que se deslicen con suavidad una contra la otra, durante la respiración. Este líquido también hace que las dos pleuras se adhieran entre sí, de la misma manera en que lo haría una gota de agua entre dos portaobjetos de vidrio, fenómeno llamado tensión superficial. Los pulmones derecho e izquierdo están rodeados por cavidades pleurales separadas. La inflamación de la membrana pleural (pleuritis) puede producir dolor en sus estadios iniciales a causa del rozamiento entre las capas parietal y visceral de la pleura. Si la inflamación persiste, el exceso de líquido se acumula en el espacio pleural y provoca un derrame pleural.
Permeabilidad de las vías respiratorias.
En la descripción de los órganos respiratorios, se mencionaron varios ejemplos de estructuras o secreciones que ayudan a mantener la permeabilidad del sistema para que las vías aéreas permanezcan libres de obstrucciones. A modo de ejemplo, pueden mencionarse el soporte óseo y cartilaginoso de la nariz, los músculos esqueléticos de la faringe, los cartílagos de la laringe, los anillos en forma de C en la tráquea y los bronquios, el músculo liso bronquiolar y el surfactante en los alvéolos. Lamentablemente, existen factores que pueden comprometer la permeabilidad, como las lesiones aplastantes de los cartílagos y los huesos, la desviación del tabique nasal, los pólipos nasales, la inflamación de las mucosas, los espasmos del músculo liso y la deficiencia de surfactante.
Irrigación pulmonar.
Los pulmones reciben sangre mediante dos grupos de arterias: las arterias pulmonares y las arterias bronquiales. La sangre desoxigenada circula a través del tronco pulmonar, que se divide en una arteria pulmonar izquierda para el pulmón izquierdo y una arteria pulmonar derecha para el pulmón derecho. (Las pulmonares son las únicas arterias del cuerpo que transportan sangre desoxigenada.) El regreso de la sangre oxigenada al corazón se lleva a cabo a través de las cuatro venas
pulmonares, que desembocan en la aurícula izquierda. Una característica exclusiva de los vasos pulmonares es que se contraen en respuesta a la hipoxia (bajo nivel de O2) localizada. En todos los demás tejidos del cuerpo, la hipoxia induce la dilatación de los vasos sanguíneos en un intento de aumentar el flujo de sangre. En cambio, en los pulmones, la vasoconstricción inducida por la hipoxia desvía la sangre pulmonar de las áreas mal ventiladas a las regiones mejor ventiladas para lograr un intercambio de gases más eficiente. Este fenómeno se denomina acoplamiento entre la ventilación y la perfusión porque la perfusión (flujo sanguíneo) de cada área de los pulmones se modifica en función del grado de ventilación (flujo de aire) de los alvéolos en esa zona.
VENTILACIÓN PULMONAR.
El proceso de intercambio gaseoso en el cuerpo, llamado respiración, tiene tres pasos básicos:
- La ventilación pulmonar (pulmon, pulmón) o respiración es la inspiración (flujo hacia adentro) y la espiración (flujo hacia afuera) de aire, lo que produce el intercambio de aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares.
- La respiración externa (pulmonar) es el intercambio de gases entre la sangre que circula por los capilares sistémicos y la que circula por los capilares pulmonares, a través de la membrana respiratoria. Durante este proceso, la sangre capilar pulmonar obtiene O2 y pierde CO2.
- La respiración interna (tisular) es el intercambio de gases entre la sangre en los capilares sistémicos y las células tisulares. En este proceso, la sangre pierde O2 y adquiere CO2. Dentro de las células, las reacciones metabólicas que consumen O2 y liberan CO2 durante la producción de ATP constituyen la respiración celular.
Distensibilidad pulmonar.
La distensibilidad es el esfuerzo requerido para distender los pulmones y la pared del tórax. Una distensibilidad elevada significa que los pulmones y la pared torácica se expanden con facilidad, mientras que una distensibilidad baja significa que resisten la expansión. Por analogía, un globo delgado que es fácil de insuflar tiene alta distensibilidad, mientras que un globo rígido y pesado que requiere más esfuerzo para insuflarlo tiene una distensibilidad baja. En los pulmones, la distensibilidad se relaciona con dos factores principales: la elasticidad y la tensión superficial. En condiciones normales, los pulmones tienen una distensibilidad elevada y se expanden fácilmente porque las fibras
llamado respiración diafragmática, se caracteriza por el movimiento del abdomen hacia afuera, a causa de la contracción y el descenso del diafragma. La respiración también permite expresar emociones, a través de la risa, el suspiro y el sollozo. Asimismo, el aire se puede utilizar para expulsar materiales extraños de las vías aéreas inferiores, mediante acciones como el estornudo y la tos. Los movimientos respiratorios también se modifican y se controlan durante el habla y el canto. Todos estos movimientos son reflejos, pero algunos también pueden iniciarse en forma voluntaria.
VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES.
Distinguir entre capacidad inspiratoria, capacidad residual funcional, capacidad vital y capacidad pulmonar total. En reposo, un adulto sano efectúa en promedio 12 respiraciones por minuto, y con cada inspiración y espiración moviliza alrededor de 500 mL de aire hacia el interior y el exterior de los pulmones. La cantidad de aire que entra y sale en cada movimiento respiratorio se denomina volumen corriente (VC). La ventilación minuto (VM), que es el volumen total de aire inspirado y espirado por minuto, se calcula mediante la multiplicación de la frecuencia respiratoria por el volumen corriente:
VM = 12 respiraciones/min × 500 mL/respiración = 6 litros/min
Una ventilación minuto más baja que lo normal suele indicar una disfunción pulmonar. El aparato que suele usarse para medir el volumen de aire intercambiado durante la respiración y la frecuencia respiratoria es el espirómetro (spirare-, respirar; y -metría, medida) o respirómetro. El registro se llama espirograma. La inspiración se registra como una deflexión positiva y la espiración, como una deflexión negativa. El volumen corriente varía en gran medida de una persona a otra y en la misma persona, en distintas oportunidades. En un adulto típico, alrededor del 70% del volumen corriente (350 mL) alcanza en forma efectiva la zona respiratoria del aparato respiratorio, es decir, los bronquiolos respiratorios, los conductos alveolares, los sacos alveolares y los alvéolos, y participa en la respiración externa. El otro 30% (150 mL) permanece en las vías aéreas de conducción de la nariz, la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios, los bronquiolos y los bronquiolos terminales. En conjunto, las vías aéreas de conducción con aire que no participa del intercambio respiratorio constituye el espacio muerto anatómico (respiratorio). (Una regla sencilla para determinar el volumen del espacio muerto anatómico consiste en equipararlo en mililitros al peso ideal en libras [kg × 2,2].) No toda la ventilación minuto puede participar en el intercambio gaseoso porque una parte permanece en el
espacio muerto anatómico. La frecuencia ventilatoria alveolar es el volumen de aire por minuto que llega, en realidad, a la zona respiratoria. En el ejemplo mencionado, la frecuencia ventilatoria alveolar sería de 350 mL/respiración × 12 respiraciones/min = 4 200 mL/min. Otros volúmenes pulmonares se definen en relación con la ventilación forzada. En general, estos volúmenes son mayores en los hombres, en los individuos más altos y en los adultos jóvenes; y menores en las mujeres, en los individuos de baja estatura y en las personas mayores. Hay algunos trastornos que pueden diagnosticarse mediante la comparación entre los valores reales y los estimados para el sexo del paciente, su altura y su edad. Los valores que se muestran representan el promedio para los adultos jóvenes.
INTERCAMBIO DE OXÍGENO Y DIÓXIDO DE CARBONO.
El intercambio de oxígeno y de dióxido de carbono entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce por difusión pasiva, que depende del comportamiento de los gases, descrito en dos leyes: la ley de Dalton y la ley de Henry. La ley de Dalton es importante para entender la forma en que los gases se mueven, según sus diferencias de presión por difusión, y la ley de Henry ayuda a explicar la relación entre la solubilidad de un gas y la difusión.
Leyes de los gases: ley de Dalton y ley de Henry.
De acuerdo con la ley de Dalton, cada gas en una mezcla de gases ejerce su propia presión como si fuera el único. La presión de un gas específico en una mezcla se denomina presión parcial (Px); el subíndice es la fórmula química del gas. La presión total de la mezcla se calcula en forma simple sumando todas las presiones parciales. El aire atmosférico es una mezcla de gases, nitrógeno (N2), oxígeno (O2), argón (Ar), dióxido de carbono (CO2), cantidades variables de vapor de agua (H2O) y otros gases presentes en pequeñas cantidades. La presión atmosférica es la suma de las presiones de todos estos gases:
Presión atmosférica (760 mm Hg) = PN2 + PO2+ PH2O+ PAr + PCO2 + Potros gases
La presión parcial ejercida por cada componente de la mezcla puede determinarse a través de la multiplicación el porcentaje del gas en la mezcla por la presión total. El aire atmosférico contiene 78,6% de nitrógeno, 20,9% de oxígeno, 0,93% de argón, 0,04% de dióxido de carbono y 0,06% de otros gases. La cantidad de agua varía desde casi 0% en el desierto hasta 4% en el océano, pero promedia 0,4% en un día
se enlatan y se tapan bajo presión, el CO2 permanece disuelto, mientras el envase no se abra. Una vez que se quita la tapa, la presión disminuye y el gas comienza a formar burbujas que salen de la solución. La ley de Henry explica dos trastornos secundarios a los cambios en la solubilidad del nitrógeno, en los líquidos corporales. Aunque el aire ambiente contiene alrededor de 79% de nitrógeno, este gas no cumple funciones en el cuerpo y una proporción muy escasa se disuelve en el plasma porque su solubilidad sobre el nivel del mar es baja. A medida que la presión total del aire ambiente aumenta, las presiones parciales de todos los gases que lo componen se incrementan. Cuando un buzo respira aire a alta presión, el nitrógeno en la mezcla puede ejercer efectos negativos graves. Como la presión parcial de nitrógeno en una mezcla de aire comprimido es más alta que en el aire a la presión del nivel del mar, una cantidad considerable de nitrógeno se disuelve en el plasma y en el líquido intersticial. Las cantidades excesivas de nitrógeno disuelto pueden producir mareos y otros síntomas similares a los de la intoxicación alcohólica. Este estado se denomina narcosis por nitrógeno o “éxtasis de las profundidades”. Si un buzo vuelve a la superficie lentamente, el nitrógeno disuelto se puede eliminar a través de la espiración. En cambio, si el ascenso es demasiado rápido y forma burbujas de gas en los tejidos, puede producirse una enfermedad descompresiva, cuyos efectos suelen ser el resultado de la formación de burbujas en el sistema nervioso y pueden ser leves o graves, según el número de burbujas formadas. Los síntomas son artralgias, especialmente en los brazos y las piernas, vértigo, disnea, cansancio extremo, parálisis e inconsciencia.
Respiración externa e interna.
La respiración externa o intercambio pulmonar de gases es la difusión de O2 desde el aire presente en los alvéolos pulmonares a la sangre, en los capilares pulmonares, y la difusión del CO2 en la dirección opuesta. La respiración externa que se desarrolla en los pulmones convierte la sangre desoxigenada (con bajo contenido de O2) proveniente del ventrículo derecho en sangre oxigenada (saturada con O2), que vuelve a la aurícula izquierda. A medida que la sangre fluye a través de los capilares pulmonares, capta O2 del aire alveolar y descarga CO2 en este mismo medio. Aunque este proceso suele denominarse “intercambio” de gases, cada gas difunde independientemente desde el área donde su presión parcial es mayor hacia el área donde su presión parcial es menor. En una persona en reposo el O2 difunde desde el aire alveolar, donde su presión parcial es de 105 mm Hg, hacia la sangre en los capilares pulmonares, donde la PO2 es sólo de 40 mm Hg. Cuando se
hace ejercicio la PO2 del individuo es más baja porque las fibras musculares que se contraen utilizan más O2. La difusión continúa hasta que la PO2 de la sangre capilar pulmonar aumenta hasta alcanzar la PO del aire alveolar, o sea 105 mm Hg. Como la sangre que sale de los capilares pulmonares cerca de los espacios aéreos alveolares se mezcla con un pequeño volumen de sangre que atravesó los conductos del aparato respiratorio, donde no se produce intercambio gaseoso, la PO de la sangre en las venas pulmonares es algo menor que la PO2 en los capilares pulmonares, alrededor de 100 mm Hg. Mientras el O2 difunde desde el aire alveolar hacia la sangre desoxigenada, el CO2 lo hace en la dirección opuesta. La PCO2 de la sangre desoxigenada es de 45 mm Hg en una persona en reposo, mientras que la del aire alveolar es de 40 mm Hg. A causa de esta diferencia en la PCO2, el dióxido de carbono difunde desde la sangre desoxigenada hacia los alvéolos hasta que la PCO2 de la sangre disminuye a 40 mm Hg. La espiración mantiene la PCO2 alveolar en 40 mm Hg. La sangre oxigenada que retorna a la aurícula izquierda a través de las venas pulmonares tiene entonces una PCO2 de 40 mm Hg. El número de capilares cercanos a los alvéolos pulmonares es muy grande, y la sangre fluye con la suficiente lentitud a través de ellos como para captar una cantidad máxima de O2. Durante el ejercicio intenso, cuando el gasto cardíaco se incrementa, la sangre fluye con mayor rapidez, tanto a través de los capilares sistémicos como de los pulmonares, y el tiempo de tránsito de la sangre en los capilares pulmonares se acorta. De todas formas, la PO2 de la sangre en las venas pulmonares alcanza, en condiciones normales, 100 mm Hg. No obstante, en enfermedades que disminuyen la difusión gaseosa, la sangre puede no alcanzar un equilibrio completo con el aire alveolar, sobre todo durante el ejercicio. En ese caso, la PO2 disminuye y la PCO2 aumenta en la sangre arterial sistémica. El ventrículo izquierdo bombea sangre oxigenada hacia la aorta y a través de las arterias sistémicas en dirección a los capilares sistémicos. El intercambio de O2 y CO2 entre los capilares sistémicos y las células se llama respiración interna o intercambio de gases sistémico. A medida que el O2 abandona el torrente sanguíneo, la sangre oxigenada se convierte en sangre desoxigenada. A diferencia de la respiración externa, que sólo tiene lugar en los pulmones, la respiración interna se produce en todos los tejidos del cuerpo. La PO2 de la sangre bombeada hacia los capilares sistémicos es mayor (100 mm Hg) que la PO2 en las células (40 mm Hg en reposo) porque la células utilizan constantemente O2 para producir ATP. Como resultado de esta diferencia de presión, el oxígeno difunde desde los capilares hacia las células y la PO2 de la sangre alcanza 40 mm Hg cuando la sangre abandona los capilares sistémicos. Mientras el O2 difunde desde los capilares sistémicos hacia las células de los tejidos,
