Anatomía y Fisiología del Aparato Respiratorio
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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