El sistema respiratorio humano consiste en el tracto respiratorio (superior e inferior) y los pulmones. El sistema respiratorio es responsable del intercambio de gases entre el organismo y el medio ambiente. ¿Cómo se construye el sistema respiratorio y cómo funciona?

Se supone que el sistema respiratorio humanopermite la respiración, el proceso de intercambio de gases, es decir, oxígeno y dióxido de carbono, entre el organismo y el medio ambiente. Cada célula de nuestro cuerpo necesita oxígeno para funcionar correctamente y generar energía. El proceso de respiración se divide en:

  • respiración externa - suministro de oxígeno a las células
  • respiración interna - intracelular

La respiración externa se produce debido a la sincronización del sistema respiratorio con los centros nerviosos y se divide en una serie de procesos:

  • ventilación pulmonar
  • difusión de gas entre el aire alveolar y la sangre
  • transporte de gases a través de la sangre
  • difusión de gas entre la sangre y las células

Estructura del sistema respiratorio

El tracto respiratorio consta de:

  • tracto respiratorio superior , es decir: cavidad nasal ( cavum nasz ) y garganta ( faringe)
  • tracto respiratorio inferior : laringe ( laringe ), tráquea ( tráquea ), bronquios ( bronchi ) - derecha e izquierda, que se dividen en ramas más pequeñas, y las más pequeñas se convierten en bronquiolos ( bronchioli )

La parte final de la vía aérea conduce a los alvéolos ( alveoli pulmonales ). El aire inhalado que pasa por las vías respiratorias se limpia de polvo, bacterias y otras pequeñas impurezas, se hidrata y se calienta. Por otra parte, la estructura de los bronquios, al combinar elementos cartilaginosos, elásticos y de músculo liso, permite la regulación de su diámetro. La garganta es donde se cruzan los sistemas respiratorio y digestivo. Por eso, al tragar, la respiración se detiene y la vía aérea se cierra a través de la epiglotis.

  • pulmones- órganos pares ubicados en el pecho.

En términos anatómicos y funcionales, los pulmones se dividen en lóbulos (el pulmón izquierdo en dos lóbulos y el derecho en tres), los lóbulos se dividen a su vez en segmentos, los segmentos en lóbulos y los lóbulos en grupos.

Rodean cada pulmóndos capas de tejido conectivo: pleura parietal ( pleura parietalis ) y pleura pulmonar ( pleura pulmonalis ). Entre ellos está la cavidad pleural ( cavum pleurae ), y el líquido que contiene permite que el pulmón cubierto con la pleura pulmonar se adhiera a la pleura parietal fusionada con la pared interna del tórax. En el lugar donde los bronquios penetran en los pulmones, hay cavidades pulmonares en las que, junto a los bronquios, también se encuentran las arterias y las venas pulmonares.

Ventilación pulmonar

La esencia de la ventilación es atraer aire atmosférico hacia los alvéolos. Dado que el aire siempre fluye de una presión más alta a una presión más baja, los músculos correctos están involucrados en cada inhalación y exhalación, lo que permite el movimiento de succión y presión del tórax.

Al final de la exhalación, la presión en los alvéolos es igual a la presión atmosférica, pero al aspirar aire, el diafragma ( diafragma ) y los músculos intercostales externos (musculi intercostales) se contraen externi ), esto aumenta el volumen del tórax y crea un vacío que succiona el aire.

Cuando aumenta la demanda de ventilación, se activan músculos inspiratorios adicionales: los músculos esternocleidomastoideos ( musculi sternocleidomastoidei ), músculos pectorales más pequeños ( musculi pectorales minores), músculos dentados anteriores ( musculi serrati anteriores ), músculos trapecios ( musculi trapezii ), palancas de la escápula ( musculi levators scapulae ), músculos paralelogramos mayores y menores ( musculi rhomboidei maiores et minores ) y músculos inclinados ( musculi scaleni )

El siguiente paso es exhalar. Comienza cuando los músculos inspiratorios se relajan en el pico de la inhalación. Por lo general, este es un proceso pasivo, ya que las fuerzas generadas por los elementos elásticos estirados en el tejido pulmonar son suficientes para que el tórax disminuya de volumen. La presión alveolar se eleva por encima de la presión atmosférica y la diferencia de presión resultante elimina el aire hacia el exterior.

La situación es ligeramente diferente cuando se exhala con fuerza. Lo tratamos cuando el ritmo respiratorio es lento, cuando la exhalación requiere superar una mayor resistencia respiratoria, por ejemplo, en algunas enfermedades pulmonares, pero también en la actividad fonatoria, especialmente al cantar o tocar instrumentos de viento. Se estimulan las motoneuronas de los músculos espiratorios, que incluyen: los músculos intercostalesmúsculos internos ( musculi intercostales interni ) y los músculos de la pared abdominal anterior, especialmente los músculos rectus abdominis ( musculi recti abdominis ).

Frecuencia respiratoria

La frecuencia respiratoria es muy variable y depende de muchos factores diferentes. Un adulto en reposo debe respirar de 7 a 20 veces por minuto. Los factores que conducen a un aumento en la frecuencia respiratoria, llamado profesionalmente taquipnea, incluyen ejercicio, afecciones pulmonares y dificultad respiratoria extrapulmonar. Por otro lado, la bradipnea, es decir, una disminución significativa en el número de respiraciones, puede deberse a enfermedades neurológicas o efectos secundarios centrales de los estupefacientes. Los niños se diferencian de los adultos en este aspecto: cuanto más pequeño es el niño, mayor es la frecuencia respiratoria fisiológica.

Volúmenes y capacidades pulmonares

  • TLC (capacidad pulmonar total) -capacidad pulmonar total- volumen que hay en los pulmones después de la inhalación más profunda
  • IC -capacidad inspiratoria- aspirada hacia los pulmones durante la inhalación más profunda después de una exhalación tranquila
  • IRV (volumen de reserva inspiratoria) -volumen de reserva inspiratoria- aspirado hacia los pulmones durante la inspiración máxima en el pico de inspiración libre
  • TV (volumen corriente) -volumen corriente- inhalado y exhalado libremente mientras inhala y exhala
  • FRC -capacidad funcional residual- permanece en los pulmones después de una exhalación tranquila
  • ERV (volumen de reserva espiratorio) -volumen de reserva espiratorio- extraído de los pulmones durante la exhalación máxima después de la inhalación libre
  • RV (volumen residual) -volumen residual- siempre permanece en los pulmones durante la exhalación máxima
  • VC (capacidad vital) -capacidad vital- extraída de los pulmones después de la inspiración máxima durante la espiración máxima
  • IVC (capacidad vital inspiratoria) -capacidad vital inspiratoria- arrastrada a los pulmones después de la exhalación más profunda en la inhalación máxima; puede ser ligeramente mayor que VC porque en el momento de la exhalación máxima seguida de la inhalación máxima, los conductores alveolares se cierran antes de que se elimine el aire que llena las burbujas

Durante la inspiración libre, el volumen corriente es de 500 ml. Sin embargo, no todo este volumen llega a los alvéolos. Aproximadamente 150 ml llenan el tracto respiratorio, que no tiene condiciones para el intercambio de gases entre el aire y la sangre, es decir, la cavidad nasal, la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. Se llama Espacio muerto respiratorio anatómico. Los 350 ml restantes se mezclan conconstituyendo el aire la capacidad residual funcional, se calienta y satura simultáneamente con vapor de agua. En los alvéolos, de nuevo, no todo el aire es gaseoso. En los capilares de las paredes de algunos de los alvéolos, la sangre no fluye o no fluye lo suficiente como para utilizar todo el aire para el intercambio de gases. Este es el espacio muerto respiratorio fisiológico y es pequeño en personas sanas. Desafortunadamente, puede aumentar significativamente en estados de enfermedad.

La frecuencia respiratoria promedio durante el reposo es de 16 por minuto, y el volumen corriente es de 500 mL, multiplicando estos dos valores, obtenemos ventilación pulmonar. De esto se deduce que se inhalan y exhalan alrededor de 8 litros de aire por minuto. Durante respiraciones rápidas y profundas, el valor puede aumentar significativamente, incluso de una docena a veinte veces.

Todos estos parámetros complicados: capacidades y volúmenes se introdujeron no solo para confundirnos, sino que tienen una aplicación importante en el diagnóstico de enfermedades pulmonares. Existe una prueba - espirometría que mide: VC, FEV1, FEV1/VC, FVC, IC, TV, ERV e IRV. Es fundamental para el diagnóstico y seguimiento de enfermedades como el asma y la EPOC.

Difusión de gas entre el aire alveolar y la sangre

La estructura básica que constituye los pulmones son los alvéolos. Hay alrededor de 300-500 millones de ellos, cada uno con un diámetro de 0,15 a 0,6 mm, y su superficie total es de 50 a 90 m².

Las paredes de los alvéolos están formadas por un epitelio delgado, plano y de una sola capa. Además de las células que forman el epitelio, los folículos contienen otros dos tipos de células: macrófagos (células intestinales) y también células foliculares tipo II que producen el surfactante. Es una mezcla de proteínas, fosfolípidos y carbohidratos producidos a partir de ácidos grasos en la sangre. El surfactante, al reducir la tensión superficial, evita que los alvéolos se peguen y reduce las fuerzas necesarias para estirar los pulmones. Desde el exterior, las vesículas están cubiertas por una red de capilares. Los capilares que ingresan a los alvéolos transportan sangre rica en dióxido de carbono, agua, pero con una pequeña cantidad de oxígeno. Por el contrario, en el aire alveolar, la presión parcial de oxígeno es alta y la de dióxido de carbono es baja. La difusión de gas sigue un gradiente de presión de partículas de gas, por lo que los eritrocitos capilares atrapan el oxígeno del aire y eliminan el dióxido de carbono. Las moléculas de gas deben atravesar la pared alveolar y la pared capilar, y más precisamente a través de: una capa de líquido que cubre la superficie alveolar, el epitelio alveolar, la membrana basal y el endoteliocapilares

Transporte de gases a través de la sangre

  • transporte de oxígeno

El oxígeno primero se disuelve físicamente en el plasma, pero luego se difunde a través de la envoltura hacia los eritrocitos, donde se une a la hemoglobina para formar oxihemoglobina (hemoglobina oxigenada). La hemoglobina juega un papel muy importante en el transporte de oxígeno, ya que cada una de sus moléculas se combina con 4 moléculas de oxígeno, aumentando así hasta 70 veces la capacidad de la sangre para transportar oxígeno. La cantidad de oxígeno transportado disuelto en el plasma es tan pequeña que es irrelevante para la respiración. Gracias al sistema circulatorio, la sangre saturada de oxígeno llega a todas las células del cuerpo.

  • transporte de dióxido de carbono

El dióxido de carbono tisular entra en los capilares y es transportado a los pulmones:

  • bien. 6% disuelto físicamente en el plasma y en el citoplasma de los eritrocitos
  • bien. 6% unido a grupos amino libres de plasma y proteínas de hemoglobina (como carbamatos)
  • mayoritaria, es decir, aproximadamente el 88 % como iones HCO3- unidos por el sistema tampón de bicarbonato del plasma y los eritrocitos

Difusión de gas entre la sangre y las células

En los tejidos, las moléculas de gas vuelven a penetrar a lo largo del gradiente de elasticidad: el oxígeno liberado de la hemoglobina se difunde en los tejidos, mientras que el dióxido de carbono se difunde en la dirección opuesta: de las células al plasma. Debido a las diferencias en la demanda de oxígeno de los distintos tejidos, también existen diferencias en la tensión de oxígeno. En los tejidos con metabolismo intensivo, la tensión de oxígeno es baja, por lo que consumen más oxígeno, mientras que la sangre venosa que drena contiene menos oxígeno y más dióxido de carbono. La diferencia arteriovenosa en el contenido de oxígeno es un parámetro que determina el grado de consumo de oxígeno por parte de los tejidos. Cada tejido recibe sangre arterial con el mismo contenido de oxígeno, mientras que la sangre venosa puede contener más o menos.

Respiración interior

La respiración a nivel celular es un proceso bioquímico de múltiples etapas que involucra la oxidación de compuestos orgánicos que producen energía biológicamente útil. Es un proceso fundamental que continúa incluso cuando se detienen otros procesos metabólicos (los procesos alternativos anaeróbicos son ineficientes y de importancia limitada).

El papel clave lo desempeñan las mitocondrias, orgánulos celulares que reciben las moléculas de oxígeno que se difunden dentro de la célula. Todas las enzimas del Ciclo de Krebs (también conocido como ciclo de los ácidos tricarboxílicos) se encuentran en la membrana externa de la mitocondria, mientras que las enzimas de la cadena se encuentran en la membrana interna.

En el ciclo de Krebs, los metabolitos de azúcar, proteínas y grasas se oxidan a dióxido de carbono y agua con la liberación de átomos de hidrógeno libres o electrones libres. Más adelante en la cadena respiratoria, la última etapa de la respiración intracelular, mediante la transferencia de electrones y protones a transportadores sucesivos, se sintetizan compuestos de fósforo de alta energía. El más importante de ellos es el ATP, es decir, la adenosina-5′-trifosfato, un transportador universal de energía química utilizada en el metabolismo celular. Es consumido por numerosas enzimas en procesos como la biosíntesis, el movimiento y la división celular. El procesamiento de ATP en los organismos vivos es continuo y se estima que cada día el hombre convierte la cantidad de ATP comparable a su peso corporal.

Regulación de la respiración

En la médula está el centro respiratorio que regula la frecuencia y profundidad de la respiración. Consta de dos centros con funciones opuestas, construidos por dos tipos de neuronas. Ambos están ubicados dentro de la formación reticular. En el núcleo solitario y en la parte anterior del nervio vago ambiguo posterior se encuentra el centro inspiratorio, que envía impulsos nerviosos a la médula espinal, a las neuronas motoras de los músculos inspiratorios. Por otro lado, en el núcleo ambiguo del nervio vago y en la parte posterior del núcleo posterior-ambiguo del nervio vago, se encuentra el centro de exhalación, que estimula las neuronas motoras de los músculos espiratorios.

Las neuronas del centro de inspiración envían una ráfaga de impulsos nerviosos varias veces por minuto, que siguen la rama que desciende a las neuronas motoras en la médula espinal y al mismo tiempo la rama del axón que asciende a las neuronas del reticular formación del puente. Hay un centro neumotáxico que inhibe el centro inspiratorio durante 1-2 segundos y luego el centro inspiratorio vuelve a estimular. Debido a períodos sucesivos de estimulación e inhibición del centro inspiratorio, se asegura el ritmo de las respiraciones. El centro inspiratorio está regulado por impulsos nerviosos que surgen en:

  • quimiorreceptores de los lóbulos cervical y aórtico, que reaccionan ante un aumento de la concentración de dióxido de carbono, la concentración de iones de hidrógeno o una disminución significativa de la concentración de oxígeno en la sangre arterial; los impulsos de los coágulos aórticos viajan a través de los nervios glosofaríngeo y vago. y el efecto es la aceleración y profundización de las inhalaciones
  • interorreceptores del tejido pulmonar y propiorreceptores torácicos;
  • Los mecanorreceptores de inflación están ubicados entre los músculos lisos bronquiales, son estimulados por el estiramiento del tejido pulmonar, lo que desencadena la exhalación; luego, al reducir el estiramiento del tejido pulmonar al exhalar, esta vez activa otros mecanorreceptoreslos deflacionarios que desencadenan la inhalación; Este fenómeno se denomina reflejo de Hering-Breuer;
  • El ajuste inspiratorio o espiratorio del tórax irrita los respectivos propiorreceptores y modifica la frecuencia y profundidad de la respiración: cuanto más profundo se inhala, más profundo se exhala;
  • centros de los niveles superiores del cerebro: corteza, sistema límbico, centro de termorregulación en el hipotálamo

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Sistema respiratorio