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BIOLOGIA. APARATO RESPIRATORIO

El aparato respiratorio conforma un sistema encargado de realizar el intercambio gaseoso en los animales. Su función es la obtención de oxígeno, O2, y la eliminación de dióxido de carbono, CO2.
El aparato respiratorio humano está formado por un conjunto de órganos destinados al intercambio gaseoso con la atmósfera, por un lado, y con la sangre, por otro.

Estos órganos son: orificios de la nariz ó narinas, fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios y sus ramificaciones, y los pulmones.
El intercambio gaseoso, llamado hematosis, se lleva a cabo en los pulmones, el resto del sistema es la vía aerífera, cuya función es asegurar la entrada del aire atmosférico durante la inspiración, y la salida del aire pulmonar durante la espiración.
La vía aerífera comienza en los orificios nasales ó narinas por donde entra el aire. El aire circula por las fosas nasales, que son dos cavidades, ubicadas encima de la boca y separadas de ella por el paladar. Las fosas nasales tienen pelos y segregan moco. El aire, en ellas se filtra, calienta y humedece antes de llegar a los pulmones. Las fosas nasales son además organo de la olfación, ya que en ellas se encuentran las terminaciones nerviosas del sentido del olfato. Los orificios posteriores de las fosas nasales se comunican con la faringe, que es además organo del aparato digestivo. La faringe es un tubo de conducción del aire hacia la laringe.
La laringe se abre por delante y debajo de la faringe. La laringe es el órgano de la fonación, ya que en ella se encuentran las cuerdas vocales, que vibran con la salida del aire. La laringe está constituida por varios cartílagos, uno de ellos es la epiglotis, que tapa el orificio laríngeo, contribuyendo a evitar que durante la deglución penetren alimentos a la tráquea. Por debajo se continúa con la tráquea, que es un tubo largo y flexible, que se divide en su extremo inferior en dos tubos semejantes de menor calibre que son los bronquios. Los dos grandes bronquios, uno derecho y el otro izquierdo, penetran en su respectivo pulmón y se dividen en tres ramas el derecho y en dos el izquierdo, que a su vez continúan dividiéndose, originando los bronquíolos.
Los órganos que componen la vía aerífera están constituídos de manera tal que ofrecen la menor resistencia al paso del aire y no pueden ser aplastados por los órganos vecinos.
La tráquea y los bronquios están constituídos por anillos cartilaginosos, abiertos por detrás para darle cierta elasticidad al conducto.
El epitelio de la laringe, la tráquea, los bronquios y los bronquíolos está constituído por células que poseen prolongaciones ó cilias, que al moverse expulsan las impurezas que trae el aire hacia el exterior.

aparato respiratorio

Estructura de los pulmones
Los pulmones son dos órganos esponjosos ubicados en la cavidad torácica y separados entre sí por el corazón y los grandes vasos. Están recubiertos por una membrana serosa llamada pleura, formada por dos hojas, una externa denominada pleura parietal que está en contacto con la pared de la cavidad torácica, y una interna denominada pleura visceral, que recubre el pulmón. Ambas hojas delimitan un espacio virtual llamada espacio ó cavidad pleural. La pleura es humedecida por una secreción serosa que facilita los movimientos de los pulmones dentro del tórax. El pulmón derecho está dividido en tres lóbulos y el izquierdo en dos; esto debido a la lateralización del corazón hacia la izquierda.
Cada lóbulo está dividido a su vez en lóbulos menores ó lobulillos pulmonares, el límite de los lobulillos puede verse en la superficie exterior del pulmón. A cada lóbulo pulmonar corresponde un bronquio que a su vez se ramifica abundantemente originando los bronquíolos. Cada bronquíolo termina en sendos lobulillos pulmonares.
Un lobulillo pulmonar tiene un volumen de 1 cm3 y está unido a su bronquíolo respectivo. Cada lobulillo está formado por una gran cantidad de acinos pulmonares, de 1 mm. de diámetro. Los acinos pulmonares son formaciones huecas cuyas paredes presentan cavidades semiesféricas llamadas alveolos pulmonares ó sacos alveolares.
La pared del alveolo está formada por células muy delgadas que constituyen el epitelio pulmonar. Inmediatamente en contacto con el epitelio se encuentra una abundante red capilar, por la que pasan por minuto, en la totalidad de los pulmones unos 5,5 lt. de sangre, que se oxigena.
Los pulmones son en esencia enormes superficies respiratorias, que ocupan el menor volumen posible. La superficie alveolar de los pulmones se estima en 80 m2.

pulmones

 

Función respiratoria
El término respiración se aplica a  procesos tres biológicos separados:
1- el proceso químico de liberación de energía tras el metabolismo de los compuestos orgánicos, proceso que se denomina respiración celular.
2- El intercambio de gases respiratorios, O2 y CO2 entre la sangre y los alveolos, proceso denominado respiración interna
3- La respiración externa, que es el intercambio de gases respiratorios entre el organismo y su medio externo.
Los animales necesitan oxígeno para obtener energía de lo procesos celulares por ello realizan un intercambio gaseoso entre el organismo y su medio, de éste toman el O2 y desprenden al medio el CO2 formado durante el proceso de respiración celular. El intercambio gaseoso se produce siempre por difusión.
El mecanismo de intercambio gaseoso del organismo con el exterior presenta dos etapas:
1- La ventlación pulmonar que consiste en:
a-  la inspiración, o entrada de aire a los pulmones. El aire entra activamente en los pulmones al dilatarse la caja torácica.
b- La espiración o salida del aire, que se realiza pasivamente.
2- El intercambio de gases en los pulmones o hematosis. Se realiza debido a diferente concentración de gases que hay entre el exterior y el interior de los alvéolos, por ello, el O2 pasa al interior de los alvéolos y el CO2 pasa al espacio muerto (conductos respiratorios). Cuando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido de CO2 y muy escaso de O2. El O2 pasa por difusión a través de las paredes alveolares y capilares a la sangre. Allí es transportado por la hemoglobina, pigmento de los góbulos rojos, que lo llevará hasta las células del cuerpo donde por el mismo proceso de difusión pasará al interior de las mismas para ser utilizado en los procesos metabólicos. El mecanismo de intercambio de CO2 es semejante, pero en sentido contrario, pasando el CO2 a los alvéolos. El CO2 se transporta disuelto en el plasma sanguíneo y en parte es transportado por los glóbulos rojos.

ventilación pulmonar


Mecánica respiratoria
Se llama mecánica respiratoria al conjunto de fenómenos que aseguran la entrada y salida del aire de los pulmones. Los movimientos respiratorios ocurren rítmicamente, sin participación de la voluntad, aunque pueden alterarse voluntariamente.
En la inspiración el aire entra a los pulmones debido a la contracción del diafragma y de los músculos intercostales externos que dilatan la cavidad torácica y provocan una disminución de la presión intratorácica.Cuando termina la contracción de los músculos inspiradores, la caja torácica y los pulmones vuelven a su posición de reposos y en consecuencia, el diámetro del tórax se reduce y el pulmón por su elasticidad se retrae, como consecuencia aumenta la presión intratorácica y el aire es expulsado, fenómeno llamado espiración.
Frecuencia respiratoria: Es el número de respiraciones por minuto. La freucencia y el ritmo respiratorio puden ser modificados voluntariamente. La respiración normal se llama eupnea, la respiración con dificultad se llama disnea.

Intercambios gaseosos de la respiración
Los intercambios gaseosos que ocurren en la respiración se deben a que los gases difunden desde el lugar donde tienen mayor presión, hacia donde su presión es menor.
Todos los intercambios gaseosos dependen de las diferencias de la presión a que se encuentran el O2 y el CO2 en el aire, los alveolos pulmonares, la sangre y los tejidos.
Los intercambios gaseosos que ocurren en la respiración pueden dividirse en:
1) intercambio entre el aire atmosférico y el aire alveolar. Es la respiración externa
2) intercambio entre los alveólos y la sangre. Es la respiración interna
3) intercambio en los tejidos, llamada respiración celular
En el alveólo la presión parcial de O2 ( que está mezclado con CO2 ) es de 105 mm Hg. En la sangre que retorna al pulmón, después de haber cedido O2 a los tejidos, la presión es de 40 mm Hg , por lo tanto el O2 difunde del aveolo a la sangre, la cual oxigenada retorna a los tejidos con una presión parcial de O2 de 100 mm Hg. La sangre que llega al alveolo proveniente de los tejidos, no sólo es pobre en O2 sino rica en CO2 con una presión parcial de 47 mmHg, éste difunde al aire alveolar, el que se renueva con la inspiración y espiración.
En la sangre arterial ( oxigenada ) que llega a las células, el O2 tiene una presión parcial de 100 mm Hg; en el citoplasma la presión es 0 porque se ha consumido, por lo tanto el O2 difunde del capilar hacia la célula. En éstas, como consecuencia de la respiración celular se ha producido un aumento de CO2  que se halla a una presión de 60 mm Hg, por lo tanto difunde hacia la sangre donde su presión es de 40 mm Hg. Esta sangre cargada de CO2 retorna al alveolo, y lo cede al aire alveolar donde su presión es menor.
Después del intercambio de gases en los pulmones, el aire espirado tiene menos O2 y más CO2 que el aire inspirado.

hematosis

 

intercambio O2

intercambio CO2

Transporte del O2 y del CO2 por la sangre
El O2 se combina con la Hemoglobina, y es transportado como oxihemoglobina, que se descompone fácilmente al llegar a los tejidos, para ceder el O2 y quedar reducida a hemoglobina.
El CO2 es transportado en el plasma como bicarbonato, el que al llegar a los alveólos se descompone fácilmente cediendo CO2. Otra parte del CO2 es transportado como tal diuelto en el plasma y un porcentaje menor es transportado por los glóbulos rojos.

Regulación de la respiración
La actividad respiratoria está regida por el centro respiratorio que se ubica en el bulbo raquídeo, la destrucción de este centro detiene la respiración y provoca la muerte. Además se puede voluntariamente, por impulsos nerviosos que llegan de la corteza cerebral, modificar la frecuencia respiratoria, detener momentáneamente la respiración y modificar la profundidad de la inspiración y espiración.
La respiración está también regulada químicamente por la presión de CO2.
El aumento de CO2 en el aire alveolar y por consiguiente en la sangre, actúan aumentando la frecuencia y profundidad respiratoria. La presión parcial del CO2 aumentada en la sangre actúa doblemente, porque lo hace directamente sobre el centro bulbar, al ser irrigado por esa sangre con mayor contenido de CO2 y tambien tiene acción indirecta sobre centros quimiorreceptores que hay en el cayado de la aorta y en la carótida primitiva derecha. Estos centros están vinculados por fibras nerviosas con el centro respiratorio bulbar.
La falta de O2 también aumenta  la ventilación pulmonar, pero no tan intensamente como el exeso de CO2.
Cuando al concentración de CO2 supera el 4% en el aire inspirado comienzan a presentarse síntomas como disnea, mareos, dolor de cabeza, rigidez muscular, espasmo de glotis, e inconsiencia.