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FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN(Regulación y Control)
Fabiola León-Velarde
Dpto. De Ciencias Biológicas y Fisiológicas
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CONTROL DE VENTILACIÓN
CONTROL CENTRAL input output
SENSORES EFECTORESQuimioreceptores M.
Respiratorios:Recep. Pulmonares - diafragma
- intercostales - abdominales
PO2 y PCO2 constantes.
TRONCO ENCEFALICO
VOLUNTARIO
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CONTROLADORES DEL TRONCO ENCEFALICO
Centro Medular (área rítmica):- Grupo Dorsal inspiración - Grupo Ventral inspiración y espiración
(ejercicio) Centro Neumotáxico:
- Inhibe la inspiración Centro Apnéustico: - Estimula la inspiraciónAmbos modifican la actividad del área rítmica.
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CONTROLADORES DEL TRONCO ENCEFALICO (hacia los efectores)
Centro Medular (área rítmica):- Grupo Dorsal
núcleo del fascículo solitario (NFS)
- Grupo Ventral núcleo ambiguo y retroambiguo
Centro Neumotáxico: núcleo parabraquial medio
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Vías nerviosas
• Vías ascendentesDe los quimioreceptores, ramas para-simpáticas del nervio vago y glosofaringeo se dirigen al área rítmica.
• Vías descendentesAxones de las neuronas del núcleo del fascículo solitario (se dirigen a las motoneuronas del nervio frénico) y las del núcleo ambiguo y retroambigüo (a las neuronas motoras de los músculos resp. y accesorios de la respiración).
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GV
CI
CE- R. de estiramiento pulmonar
- Propioceptores de la pared toráxica
Controlador del Tronco Encefálico
GD
CI
NEUMOT
APNE
P
B
M
(-)
(-)
(-)(+)
- músculos accesorios de
la resp.
- Quimioreceptores
- Diafragma
- Músculos intercostales
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Neuronas respiratorias:
Cerebelo
NTS : núcleo del tracto solitario
Núcleo ambiguo
Núcleo retroambiguo
Grupo dorsal (inspiración) (aferentes: vago y glosofarg.)
Grupo ventral Centro neumotáxico (-)
Centro apnéustico (+)
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Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora.(vista parasagital en la rata)
zona ventrolateralmedular
- Premotoneunoras neuro-espinales hacia: motoneuronasfrénicas, intercostales y abdom. músculos de la respiración.
- PreBötC (y pre-I), zona rítmica y quimiosensora.
- Quimiorecep. central
FN, N. FastigialLC, locus ceruleusNTS, N. del tracto solitarioVII, N. facialrVRG, grupo ventral (rostral)NA, N. ambiguoLRN, N. lateral reticularRTN, N. retrotrapezoidalBötC, complejo Bötzinger
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Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora.
(vista transversal a nivel caudal del N. facial –VII-)
Quimiorecep. central
NTS, sinapsis aferentes hacialos cuerpos carotídeosrVRG, recibe proyecciones de Los núcleos
NTS y RTN, receptores deGlutamato (NMDA).
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Área Rítmica Área Rítmica • Controla el ritmo básico de la respiración.
• Existen neuronas espiratorias e inspiratorias.
• Impulsos inspiratorios (2seg) alcanzan al diafragma por medio de los nervios frénicos y los intercostales externos.
• Los impulsos espiratorios (3seg) provocan la contracción de los músculos intercostales internos y de los abdominales, disminuyendo la cavidad torácica, y dando lugar a una espiración forzada.
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Área Neumotáxica Área Neumotáxica
• Se ubica en la parte superior de la protuberancia.
• Su función es limitar la inspiración, transmitiendo impulsos inhibidores continuos al área inspiratoria.
• Desconecta el área inspiratoria antes que entre demasiado aire en los pulmones.
• Cuando el área neumotáxica es más activa, la velocidad respiratoria es mayor.
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El Área ApnéusicaEl Área Apnéusica
• Ubicada en la parte inferior de la protuberancia.
• Coordina la transición entre inspiración y espiración.
• Su función es inhibir la espiración y estimular
la inspiración.
Prolonga la inspiración y por lo tanto la FR.
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QUIMIORECEPTORES
-Periféricos-Centrales
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QUIMIORECEPTORES
PERIFERICOS En cuerpos carotídeos = bifurcación de
arterias carótidas. Responden a cambios de PO2 y en menor grado a cambios PCO2 y pH.
En cuerpos aórticos = encima y debajo del arco aórtico. Responden a cambios de PO2.
CENTRALES En la superficie ventral del tronco
encefálico. Responden a cambios de PCO2 y de la [H+] arterial.
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Transducción sensorial en el cuerpo carotídeo
Shirahata & Sham 1999
Los cuerpos carotídeos contienen (*):
• ACh
• Dopamina
• Adrenalina
• Noradrenalina
• 5HT (serotonina)
• Sustancia P
?
PO2
Ca2
+
Ca2+K+
Nervio del CCarotídeo/vago
Célula Tipo I
Aumento de la descarga de las fibras aferentes
*
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Características fisiológicas de los cuerpos carotídeos
• Alto flujo sanguíneo por gramo de tejido.
• Alto consumo de oxígeno.
• Pequeña diferencia arterio - venosa.
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SANGRE CAPILAR
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Resumen de los reflejos regulatorios de la ventilación
PCO2 plasma
PCO2 LCR PCO2 arterial
CO2 H+ + HCO3- CO2 H+ + HCO3-
Estímulo QR Estímulo QR centrales periféricos
Ventilación
PO2 plasma PCO2 plasma
PO2 plasma < 60 mmHg
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GVentral
Glut GABA
Glyc
(+) (-)
GDorsal Glut (+)
GABA (-)
QR
periféricos
ACh Dopamina (+) (-)
QR centrales (Ach)
Vías aferentes pulmonares
Raphe
Centro pneumotaxic (puente) Glutamato
5-HT
Glutamato
Sustancia P
Glutamato
Sustancia PGlutamato
GABA
TRH
SPGABA
ACh
NA
Opioides
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Neurotrasmisores principales de los quimioreceptores centrales
• En la médula ventral anterior:– neuronas serotoninérgicas– glutamato– Receptores muscarínicos– GABA
respuesta al CO2
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Mecanismos de quimiomotransducción: proteinas sensibles a cambios de pH
• Uniones celulares de baja resistencia• Canales TASK (poros selectivos abiertos al K+)
• Canales de inK+ (inward rectifier)
• Proteinas de membrana transportadoras de iones (i.e., intercambiador Na+/H+)
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Respuestas integradas de los
QUIMIORECETORES
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RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL CO2
Controla la presión normalPACO2 = + 3 mm Hg
Vent Para un valor dado de PAO2 mm Hg
PACO2 , la ventilación 37
aumenta cuando la 40 47
PACO2 disminuye. 110 ó más
20
20 30 40 50 PACO2
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RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL O2
Para un valor dado de PAO2 < 100 mm Hg, Ventla ventilación aumenta sólo cuando el PACO2 50 PACO2 mm Hg
es mayor que lo normal
El efecto combinado de 30 de ambos estímulos es 48
mayor que cada uno por 43 separado. 10 36
40 60 80 100 120 PAO2
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Regulación de la ventilación:Controlador central - ESTíMULO
– O2 y pH• Quimioreceptores periféricos (carotídeos, aórticos)
– Neuronas sensoriales aferentes
– CO2
• Quimioreceptores centrales
– Emociones y control voluntario• Centros respiratorios superiores• Sistema límbico
Grupo Dorsal (inspiración)Grupo Ventral (espiración)
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Regulación de la ventilación:Controlador central - RESPUESTA
• Grupo Dorsal (inspiración)– Neuronas somatico motoras
• Escaleno y esternomastoideo• Intercostales externos• diafragma
• Grupo Ventral (espiración)– Neuronas somatico motoras
• Intercostales internos• Músculos abdominales
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Tiempo de la respiración
• La respiración es un evento cinético. La duración de cada respiración (Ttot) depende de la frecuencia respiratoria. La fuerza de contracción del músculo inspiratorio y la duración de la inspiración (TI) controlan el volumen tidal (VT). La espiración normalmente es pasiva durante el tiempo disponible (TE).
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RECEPTORES PULMONARES
RECEPTORES DE ESTIRAMIENTO PULMONAR Responden a la distención pulmonar, aumenta
el tiempo espiratorio y disminuye la frecuencia. Lentos (SAR) = En músculo liso. tiempo
espiratorio (se detiene la resp). FR. Reflejo Hering-Breuer (INSP. OFF) Mecanoreceptores, quimioreceptores.
Rápidos (RAR) = En células epiteliales. FR. Reflejo de deflación (INSP. ON). Mecanoreceptores, quimioreceptores.
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RECEPTORES DEL SISTEMA RESP.
YUXTACAPILARES ó YUXTALVEOLARES (J)- Responden a la congestión pulmonar.- En paredes capilares y alveolares.- Taquipnea, Disnea.
IRRITANTES- Responden a poluantes y a temperatura.- En células epiteliales de vías superiores.- Hiperpnea, Broncoconstricción.
SUPERIORES- Responden a estímulos mecánicos y químicos.- En células epiteliales de vías superiores.- Tos, Broncoespasmo, estornudo
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Sistema GammaSistema Gamma
• Son receptores que miden la elongación muscular.
• Forman parte de muchos músculos (intercostales, diafragma)
• Esta información se usa para controlar la potencia de la contracción muscular.
• Participan en la sensación de disnea (“sed de aire”) en los esfuerzos respiratorios.
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Barorreceptores Arteriales.Barorreceptores Arteriales.
• La estimulación de los barorreceptores de la aorta y de los senos carotídeos por el aumento de la presión arterial puede causar hipoventilación o apnea refleja.
• Una disminución de la presión arterial puede causar una hiperventilación.
• Duración muy breve.
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Dolor y TemperaturaDolor y Temperatura• La estimulación de los nervios aferentes
causan un cambio en la respiración.• El dolor causa apnea e hiperventilación• El calentamiento de la piel produce
hiperventilación.• El descenso de la temperatura corporal produce
una disminución de la FR La hiperventilación en la fiebre se debería a la estimulación de termorreceptores
hipotalámicos.
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CONTROL DE LA RESPIRACIÓN
VAGO
NEUMOTÁXICO(-) (-) APNÉUSTICO (-) (+)
CI
CE
(-) (+)t. potencial de acción
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Desórdenes del control de la respiración
• CHEYNES-STOKES: Vt y FR irregular con periodos de apneas. Causas: hipoxia, sobredosis de drogas, insuficiencia cardiaca.
• BIOT: Vt FR con periodos de apnea. Causa: daño cerebral (Ej. meningitis).
• KUSSMAUL: Vt FR . Causa: acidosis metabólica.
• ONDINA: se pierde el control autónomo. Sólo queda el voluntario o el respirador.
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Desórdenes del control de la respiración
• APNEAS DE SUEñO– Obstructivas: la insp. se encuentra limitada
por obstrucción de vías respiratorias (orofaringe - tejidos de la base de la lengua).
Síndrome de Pickwick (apnea de sueño asociada a la obesidad).
– Central: disfunción de los centros de control resp. o de la sensibilidad de los QR.