MÓDULO DE BASES ANATÓMICAS Y FISIOLÓGICAS DEL DEPORTE. El aparato respiratorio. FISIOLOGÍA Contenidos Unidad 8 La función respiratoria. Estructura anatómica del sistema respiratorio. Mecánica respiratoria. Intercambio y transporte de gases. Respuestas respiratorias al ejercicio. Por Justo García Sánchez
La función respiratoria Es necesario, en primer lugar, distinguir entre respiración y ventilación: Respiración: El término respiración, a nivel celular, denota todos los procesos por los cuales las células utilizan O2 y producen CO2. Se refiere al metabolismo aerobio que requiere oxígeno y se lleva a cabo en las mitocondrias celulares. En éstas, en el llamado ciclo de Krebs se produce dióxido de carbono (CO2), que es necesario liberar ya que se acumula debido a su toxicidad. En general, se suele utilizar la palabra respiración para hablar del intercambio de gases, aunque es una forma errónea. El ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO 2, liberando energía en forma utilizable
Ventilación: La ventilación es lo que vulgarmente se entiende por respiración: es la inhalación de una mezcla de gases y la expulsión de dióxido de carbono. Estructura anatómica del sistema respiratorio El sistema respiratorio puede dividirse en tracto superior (estructuras que se encuentran fuera de la cavidad torácica) y tracto inferior (estructuras que se encuentran dentro de la cavidad torácica). Funcionalmente, también se incluyen estructuras accesorias como son la cavidad oral, la caja costal y el diafragma. Vías aéreas superiores Constituidas por la nariz, la faringe y la laringe. Comunican por la parte anterior con el exterior a través de los orificios externos y por la parte posterior con la faringe a través de los orificios posteriores o coanas. La nariz contiene tres cornetes que están cubiertos por mucosa respiratoria. Esta mucosa, en el cornete inferior, tiene un rico aporte sanguíneo (otra causa frecuente de hemorragia nasal o epíxtasis) cuya función es la de filtrar, calentar y humidificar el aire, con lo que se prepara para que sus condiciones sean más parecidas a las del tejido pulmonar (se puede pasar de 0º en el exterior a 37º en el interior) y así evitar resfriados, infecciones,... Por esto es aconsejable inspirar o coger aire por la nariz siempre que no sea muy grande la necesidad de aire en ese momento, como cuando estamos un ejercicio de intensidad importante. En el cornete superior, la mucosa, no es tan roja y tiene una función, principalmente, olfatoria. La faringe, también llamada garganta. Se trata de una estructura con forma de tubo que une las cavidades nasales con la laringe. La parte que está en contacto con la nariz se llama nasofarínge y es donde se encuentran los orificios de
comunicación con los oídos. Luego está la orofarínge y la que está en contacto con la laringe, laringofarínge. La laringe está tapizada por una membrana mucosa ciliada que ayuda a eliminar las partículas de polvo y a calentar y humidificar el aire espirado. Está constituida por diferentes cartílagos entre los que se encuentra el cartílago tiroides (o nuez de Adán) que tiene en su interior las cuerdas vocales (por esto la laringe es el órgano de la expresión hablada). El paso de la faringe a la laringe está controlado por otro cartílago, llamado epiglotis, que sólo se cierra al paso del bolo alimenticio, impidiendo el paso de la tráquea obligándole y a pasar al esófago. Si el paso no se cierra es cuando la comida va por mal camino. (Thibodeau, G. Patton, K. 1995) Vías aéreas inferiores Formadas por la tráquea, los bronquios, los alvéolos y los pulmones. La tráquea está formada por anillos cartilaginosos y en la parte interna sigue manteniendo la mucosa ciliada propia del tracto respiratorio. La tráquea proporciona el único camino para que el aire llegue a los pulmones; una obstrucción puede ocasionar la muerte por asfixia. Los bronquios principales son dos ramas que nacen de la tráquea. Estos, a su vez, se van a dividir profusamente (bronquios secundarios, luego terciarios, hasta llegar a los bronquiolos), pero ya dentro de los pulmones. Las vías aéreas pulmonares están constituidas por las progresivas subdivisiones de los bronquios principales hasta llegar a los alvéolos; esta progresiva división, que se
realiza exponencialmente, da lugar a que desde la tráquea que es sólo un conducto, vaya ampliándose el número de conductos respiratorios hasta llegar a los bronquiolos que son decenas de miles, para desembocar en millones de alvéolos. La estructura de los bronquios principales es semejante a la de la tráquea, es decir, anillos cartilaginosos incompletos y por dentro, epitelio ciliado. A medida que va progresando la subdivisión, los bronquios secundarios y bronquiolos van perdiendo la estructura cartilaginosa y al final, los conductos alveolares y los alvéolos sólo están formados por una capa de epitelio. Los alvéolos son las estructuras primarias intercambiadoras de gas que existen en el tracto respiratorio. Son muy eficaces la hora de intercambiar O2 y CO2 porque cada uno tiene una pared extremadamente fina, que está en contacto con los capilares sanguíneos y existen millones de alvéolos en cada pulmón. La barrera a través de la se intercambian los gases entre el aire alveolar y la sangre se denomina membrana respiratoria. Esta membrana está formada por: el epitelio alveolar y el endotelio capilar. Los pulmones. La unión de cierto número de alvéolos forma un segmento pulmonar y la unión de varios segmentos constituye el lóbulo pulmonar habiendo 5 lóbulos en ambos pulmones (tres en el derecho y dos en el izquierdo). Rodeando a los pulmones está la pleura, la cual está constituida por dos capas: la unida al tejido pulmonar (pleura visceral) y otra unida a la cara interna del tórax (pleura parietal). En medio de las dos membranas hay un espacio virtual, llamado espacio pleural, donde hay una cantidad mínima de líquido, denominado líquido pleural que da lugar a que el movimiento de ambas capas
se realice al unísono. Cuando la caja torácica se expande debido a la actuación de los músculos respiratorios, ello provoca que la pleura que está pegada a su pared interior lo haga igualmente, arrastrando a la pleura interna o pulmonar que a su vez ensancha los pulmones. Mecánica respiratoria Cada ciclo respiratorio se compone de: inspiración: permite distender los pulmones y que el aire entre. espiración: expulsión del aire. La inspiración se efectúa cuando la contracción de los músculos respiratorios produce un aumento del volumen torácico. El aire entra a los pulmones cuando la presión intrapulmonar cae por debajo de la presión atmosférica. La espiración se efectúa de manera pasiva cuando la presión intrapulmonar se eleva por arriba de la atmosférica, con recuperación elástica de la jaula torácica y contracción de los pulmones. Intercambio y transporte de gases
El O 2 contenido en los alvéolos (aire alveolar) pasa de éstos a la sangre y de ésta a las células. En realidad, el intercambio de gases se realiza a dos niveles: primeramente, a nivel alveolar, lo que constituye la respiración externa; posteriormente, a nivel celular, entre sangre, líquido, intersticial y célula. Este intercambio es la respiración interna o tisular. El volumen total de aire que penetra al aparato respiratorio no es el que participa en el intercambio alvéolo-sangre, sino sólo aquella parte que llega a los alvéolos. La fracción de aire inspirado que llena los bronquios, la tráquea, las vías respiratorias superiores, es funcionalmente inútil. Los espacios recién mencionados representan el llamado espacio muerto anatómico, cuyo volumen promedio es aproximadamente de 150 ml. Por lo tanto, de los 500 ml de aire inspirados normalmente, sólo 350 ml participarán en el intercambio gaseoso a nivel pulmonar. La ventilación alveolar utiliza, por lo tanto, sólo parcialmente los gases del aire ambiental. Los gases pasan del lugar de mayor al de menor presión. Así el O 2 pasa de los alvéolos a los capilares pulmonares y simultáneamente el CO 2 de éstos a los alvéolos.
Respuestas respiratorias al ejercicio Los mecanismos responsables de la hiperventilación que se produce en el ejercicio son: Estímulo central: Proviene del centro respiratorio y del hipotálamo. Potenciación a corto plazo: Es un mecanismo no sensorial intrínseco que provoca una amplificación de la respuesta ventilatoria a cualquier estímulo. Se encuentra en las neuronas del tronco cerebral. Mecanismo de retroalimentación: Integrado por dos grupos: Retroalimentación respiratoria: quimiorreceptores centrales, periféricos y receptores en músculos respiratorios, pulmones y vías aéreas. Retroalimentación no respiratoria: receptores en músculos, senos carotídeos, receptores venosos y cardíacos. Consumo de O2 y ventilación pulmonar El consumo normal de O2 para el varón adulto joven en reposo es de 250 ml/min., pero en condiciones extremas este valor puede llegar a 3600 ml/min. sin entrenamiento, 4000 ml/min. con entrenamiento deportivo, y 5100 ml/min. en un corredor de maratón masculino. El consumo de O2 y ventilación pulmonar total aumenta unas 20 veces desde el estado de reposo al de ejercicio de intensidad máxima Efecto del entrenamiento sobre la VO2 máx. El consumo de O2 bajo un metabolismo aeróbico máximo (VO2 máx.) en períodos cortos de entrenamiento (2-3 meses) solo aumenta el 10%. Sin embargo los corredores de maratón presentan un VO2 máx. alrededor del 45% superior al de las personas no entrenadas. En parte ese valor superior corresponde a determinación genética, es decir, son personas que tienen mayor tamaño torácico en relación al tamaño corporal y que poseen músculos respiratorios más fuertes.
Capacidad de difusión de Oxígeno Se incrementa al triple de su valor la capacidad de difusión entre el estado de reposo (23 ml/min.) y el de ejercicio máximo (64 ml/min.), esto se debe principalmente a que el flujo sanguíneo a través de los capilares pulmonares es muy lento e incluso nulo durante el estado de reposo, mientras que en el ejercicio el incremento del flujo sanguíneo en los pulmones hace que todos los capilares se hallen perfundidos al máximo, lo que brinda mayor superficie donde el O2 puede difundir. Gases sanguíneos Tanto la PO2 como la PCO2 se mantienen casi normales, lo que indica gran capacidad del sistema respiratorio para suministrar aireación adecuada de la sangre incluso durante el ejercicio máximo. En el ejercicio la respiración se estimula principalmente por mecanismos neurógenos: por estímulo directo del centro respiratorio, por las mismas señales que se transmiten desde el cerebro a los músculos para producir movimientos, y por señales sensoriales hacia el centro respiratorio generadas en los músculos en contracción y las articulaciones en movimiento.