Aparato respiratorio
Anatomía
INTRODUCCIÓN La respiración, como ya sabemos, es un fenómenos estrictamente intracelular cuya finalidad es proporcionar energía al organismo. Ya sabemos que el oxígeno que respiramos se utiliza en las mitocondrias para oxidar la materia orgánica y liberar la energía contenida en ella según la siguiente reacción: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 0 + 32 ATP glucosa oxígeno dióxido agua de carbono El ATP (trifosfato de adenosina) es la molécula en la que se almacena la energía química proveniente de la glucosa. Se llama respiración al conjunto de procesos orientados a la obtención de energía en los que interviene el oxígeno molecular O 2 que es inspirado y se produce CO 2 que es espirado. Por eso, para facilitar que el oxígeno llegue a las células y asegurar la eliminación del dióxido de carbono surgen los aparatos respiratorios, que en muchos seres vivos trabajan conjuntamente con el aparato circulatorio. Nosotros tenemos un aparato respiratorio pulmonar, especializado en captar el oxígeno del aire. El aparato respiratorio oxígeno a sangre y en último término se produce la oxigenación del medio interno, que, como sabemos es el conjunto de los líquidos extracelulares (sangre, linfa y líquidos intersticiales). De ahí el oxígeno penetra en las células, difundiendo a través de la membrana y llega a las mitocondrias para la oxidación de la glucosa.
El aparato respiratorio consta de los siguientes órganos: Sistema conductor, formado por las vías respiratorias altas: - Fosas nasales - Faringe (común tb. al aparato digestivo). - Laringe - Tráquea - Bronquios. Sistema difusor: está formado por los pulmones, cuya última ramificación son los alvéolos pulmonares en los que tiene lugar la difusión gaseosa entre el medio externo y la sangre: el oxígeno penetra en la sangre y el dióxido de carbono sale de la sangre a los alvéolos pulmonares. Sistema renovador: constituido por la caja torácica: diafragma, vértebras, esternón y costillas.
SISTEMAS CONDUCTOR y DIFUSOR El aire es inspirado por la nariz, que consta de dos fosas nasales cuya finalidad es humedecer y calentar el aire, así como retener las partículas de polvo y contaminantes que pudiera haber en el aire. Como ya sabemos el sentido del olfato reside en esta zona. La faringe, común también al aparato digestivo, queda cerrada en el momento de deglución, gracias a la epiglotis que evita que los alimentos vayan a las vías respiratorias. La laringe es un órgano cartilaginoso situado por delante del esófago. Tiene forma de tronco de cono invertido y en ella reside el órgano fonador, es decir las cuerdas vocales que producen sonido por vibración. La tráquea es un tubo formado por unos 16-20 anillos de cartílago y u interior es un epitelio ciliado, también para calentar y humedecer el aire. Bronquios: la traquea se divide en dos bronquios, uno para cada pulmón. Los bronquios se continúan con los bronquiolos, ya dentro d e los pulmones, que se van ramificando hasta llegar a los bronquiolos respiratorios que terminan en los alvéolos pulmonares. Los pulmones son dos órganos esponjosos, bastante voluminosos, ocupan junto con el corazón toda la cavidad torácica y están externamente en lóbulos. El pulmón derecho es ligeramente mayor y tiene tres lóbulos, mientras que el pulmón izquierdo tiene dos lóbulos y aloja al corazón.
APARATO RESPIRATORIO B= bronquios Br= Bronquiolos BR= bronquiolo respiratorio CA= Conducto alveolar A= alvéolo pulmonar
ÁRBOL BRONQUIAL
Fisiología
INTRODUCCIÓN Tenemos que considerar 4 aspectos: - Ventilación pulmonar, es decir, la respiración externa que consiste en la entrada y salida de aire de los pulmones. Es por lo tanto el intercambio entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares. - Intercambio gaseoso tanto a nivel alveolar como a nivel tisular. - Transporte de gases respiratorios por la sangre. - Respiración intracelular, que se realiza entre el citoplasma y las mitocondrias.
La entrada o salida del aire en los pulmones está condicionada por variaciones en el volumen de la caja torácica. Los pulmones son muy ricos en fibras elásticas (proteínas) y tienen tendencia a colapsarse y a ocupar el mínimo volumen. Para evitar esto están recubiertos de una doble membrana, que recibe el nombre de pleura. Entre las dos hojas de esta membrana existe una presión negativa respecto a la presión intrapulmonar que vence la tendencia que tienen los pulmones a colapsarse. Además la pleura externa está unida a las paredes de la caja torácica. Esta presión negativa se crea en gran parte por los movimientos de la caja torácica. Cuando la caja torácica se expande se produce la inspiración (inhalación) o entrada de aire a los pulmones. Cuando se contrae se produce la espiración (exhalación) o salida del aire. En los movimientos de la caja torácica intervienen tanto las costillas y músculos intercostales como el diafragma, músculo que separa la cavidad torácica de la cavidad abdominal. En los hombres predomina la respiración diafragmática y en las mujeres suele se más intercostal.
VENTILACIÓN PULMONAR Se llama frecuencia respiratoria al número de inspiraciones por minuto. Suele ser de 12-16 inspiraciones/minuto en reposo. Cuando aumenta la necesidad de O 2, por ejemplo en un ejercicio intenso, aumenta la frecuencia respiratoria, gracias a los centros respiratorios, situados en el bulbo raquídeo (en el encéfalo) que se estimulan cuando aumenta el nivel de CO 2 en sangre. Estos centros nerviosos envían órdenes a los músculos respiratorios que producen cambios en la ventilación, aumentando la profundidad y la frecuencia de las inspiraciones.
Pregunta de examen segura Podemos estudiar también diversas capacidades pulmonares: - Volumen corriente VC: es la cantidad de aire que ingresa o sale de los pulmones en una inspiración o espiración normal. 0,5 L. De ese medio litro 150 ml difunden a la sangre. - Volumen de reserva inspiratorio VRI: es la cantidad de aire que ingresa en los pulmones en una inspiración forzada después de haber inspirado normalmente. 3L. - Volumen de reserva espiratorio VRE aire que sale de los pulmones en una espiración después de una espiración normal. 1,1 L. - Volumen residual VR. Volumen de aire que queda en los pulmones después de una espiración forzada. 1,2-1,5 L. - Se llama capacidad total al conjunto de todos los volúmenes, es decir, al volumen máximo que los pulmones pueden alcanzar con el máximo de esfuerzo inspiratorio VC+VRI+VRE+VR= 5,6-6,1 L - Capacidad vital, es la cantidad máxima que una persona puede eliminar de sus pulmones después de haberlos llenado al máximo VC+ VRE+VRI= 4,6 L
INTERCAMBIO GASEOSO A NIVEL ALVEOLAR El aire que entra en los pulmones es rico en O 2 y pobre en CO 2, por el contrario, la sangre que llega a los pulmones desde el ventrículo derecho, a través de la arteria pulmonar está empobrecida en O 2 y es rica en CO 2 producido por las células mediante la respiración intracelular. Por lo tanto se va a producir un intercambio de gases respiratorios entre la sangre y los alvéolos en una superficie alveolar que se estima en unos 70 m 2 entre los dos pulmones. Los gases atraviesan la llamada membrana respiratoria constituida por: - Epitelio plano del alvéolo (una sola capa de células). - Espacio intersticial. - Endotelio de los capilares sanguíneos (una sola capa de células) Es espesor de esta membrana respiratoria es únicamente de 2 μm (micras) y además los gases son muy solubles en las membranas plasmáticas, por lo que difunden con mucha facilidad por un proceso denominado difusión (paso a través de la propia bicapa lipídica de las membranas).
ALVÉOLOS PULMONARES
ALVÉOLOS PULMONARES Y CAPILARES SANGUÍNEOS
MEMBRANA RESPIRATORIA (BARRERA DE DIFUSIÓN)
De esta manera el O 2 difunde primero a los capilares sanguíneos (al plasma) y luego a los eritrocitos o glóbulos rojos. De la misma manera, pero en sentido contrario, el CO 2 difunde desde los capilares sanguíneos a los alvéolos pulmonares. La arteria pulmonar parte del ventrículo derecho y lleva sangre carbónica (rica en CO 2 ) a los pulmones, allí se capilariza (los capilares son vasos sanguíneos de pequeño calibre, cuya pared está formada por una única capa de células (endotelio), para facilitar el intercambio gaseoso. En el extremo arterial del capilar (ver diapositiva siguiente), difunde el O 2 desde los alvéolos a la sangre, ya que su presión es mayor en los alvéolos. Del mismo modo, el CO 2 difunde de los capilares a los alvéolos pulmonares, ya que la presión de CO 2 es mayor en el capilar. En el extremo venoso del capilar ya ha difundido todo el O 2 de los alvéolos a los capilares de O 2 de los capilares y alvéolos. La sangre oxigenada regresará por medio de las cuatro venas pulmonares a la aurícula izquierda del corazón.
INTERCAMBIO DE GASES RESPIRATORIOS A NIVEL ALVEOLAR
A NIVEL TISULAR (EN LOS TEJIDOS) De la misma manera, en los tejidos, por diferencias en las presiones de O 2 y CO 2, se produce la difusión de los gases respiratorios, pero en sentido contrario a lo que ocurre en los alvéolos: el O 2 sale de los capilares sanguíneos al espacio intersticial y difunde a las células (a las mitocondrias), mientras que el CO 2 difunde de las células al espacio intersticial y de ahí a los capilares sanguíneos.
Extremo INTERCAMBIO DE GASES RESPIRATORIOS A NIVEL TISULAR Capilar Extremo arterial Célula Mitocondria Núcleo
TRANSPORTE DE GASES RESPIRATORIOS POR LA SANGRE TRANPORTE DEL O 2 El O 2 se transporta en un tanto por ciento muy bajo disuelto en el plasma sanguíneo, pero la mayor parte se transporta unido al grupo hemo (con Fe) de una proteína llamada hemoglobina (Hb), dentro de los glóbulos rojos. Cuando se une el O 2 a la hemoblobina se forma la oxihemoglobina, que le da un color rojo vivo a la sangre. En los tejidos, en los que la presión de O 2 es muy baja, la Hb se disocia y cede el O2 a los tejidos. En presencia de CO 2 o cuando hay un metabolismo celular intenso, la Hb cede con más facilidad el O 2 aunque la presión de O 2 no sea todavía muy baja. TRANPORTE DEL CO 2 La mayor parte del CO 2 (60-70 %) se transporta en el plasma como ión bicarbonato: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - + H + Ácido carbónico Ión bicarbonato Protón Otra pequeña parte del CO 2 se transporta disuelto en el plasma y el resto unido a las cadenas de globina (parte proteíca, formada por aminoácidos) de la Hb.
Molécula de hemoglobina
RESPIRACIÓN CELULAR Repetición de la diapositiva 3. Igual se pregunta en el examen. La respiración, como ya sabemos, es un fenómeno estrictamente intracelular cuya finalidad es proporcionar energía al organismo. Ya sabemos que el oxígeno que respiramos se utiliza en las mitocondrias para oxidar la materia orgánica y liberar la energía contenida en ella según la siguiente reacción: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 0 + 32 ATP glucosa oxígeno dióxido agua de carbono El ATP (trifostato de adenosina) es la molécula en la que se almacena la energía química proveniente de la glucosa. Una parte de este proceso respiratorio se produce en el citoplasma y el resto en las mitocondrias.