trabajo de fisiologia iii modulo
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Facilitador: Bachilleres:
San Fernando Enero 2014
Introducción
El sistema respiratorio de los animales superiores consta de a) un sistema
de conducción (conductos aéreos) y b) una interface, en donde se produce el
intercambio de gases, atmósfera/sangre. Está formado por los pulmones, en los
cuales el movimiento de los gases tiene lugar gracias a la acción de fuelle de las
paredes del tórax y diafragma, que crea una presión negativa que atrae aire a su
interior. Debido a que el volumen de gases que necesitamos intercambiar es muy
grande, los pulmones tienen una gran superficie interna (unos 160 m2 de superficie
de difusión), que se consigue gracias a la existencia de millones de pequeños
espacios aéreos, los alvéolos.
1. SISTEMA O APARATO RESPIRATORIO.
El sistema respiratorio es el encargado de captar oxígeno (O2) y eliminar el
dióxido de carbono (CO2) procedente del anabolismo celular.
FUNCIONES:
Intercambio gaseoso
Depuración y limpieza del aire inspirado
Defensa contra infecciones
Fonación
FUNCIONES NO RESPIRATORIAS:
Además del intercambio gaseoso, el aparato respiratorio desarrollas otras
funciones. Así:
Litro para la sangre, ya que pequeños coágulos, restos celulares o burbujas de aire
son eliminados en este aparato.
El lecho capilar pulmonar actúa como un fi
Las vías aéreas ejercen una gran acción de defensa del organismo,
impidiendo la entrada de agentes patógenos en el cuerpo.
Participa en mecanismos homeostáticos como el control de la temperatura,
control de líquidos corporales, control ácido-básico, etc.
El lecho capilar pulmonar es un importante reservorio de sangre.
Tiene importantes acciones metabólicas.
2. ESTRUCTURA DEL APARATO RESPIRATORIO.
El aparato respiratorio se divide en dos partes desde el punto de vista
funcional
a) SISTEMA DE CONDUCCIÓN O VÍAS AÉREAS.
Vías aéreas altas: fosas nasales y faringe.
Faringe: Es un conducto complejo que conecta la cavidad nasal y la cavidad oral
con el esófago y con la laringe. Es una zona de paso mixta para el alimento y el
aire respirado
Vías aéreas bajas: laringe, tráquea y bronquios.
Laringe: tiene una región denominada la glotis, formada por dos pares de pliegues
o cuerdas vocales, siendo los pliegues superiores las cuerdas vocales falsas y los
pliegues inferiores las cuerdas vocales verdadera. Las cuerdas vocales verdaderas
son las responsables de la emisión de los sonidos propios del habla al vibrar
cuando entre ellas pasa el aire espirado.
Tráquea: es un conducto, que conecta la laringe con los bronquios. Su mucosa
tiene células pseudoestratificadas y ciliadas, que actúan de línea defensiva frente a
la entrada de partículas. Contiene anillos de cartílago hialino en forma de C o de U
localizados uno encima de otro. La porción abierta de los anillos se orienta hacia
atrás, donde está el esófago, permitiendo su distensión durante la deglución de los
alimentos. La tráquea se divide en dos conductos o bronquios primarios, uno
dirigido hacia el pulmón izquierdo y otro dirigido hacia el derecho. Dentro de cada
pulmón, los bronquios primarios van subdividiéndose en bronquios secundarios,
terciarios y así sucesivamente hasta llegar a
las vías aéreas de conducción de menor
calibre o bronquiolos terminales.
FUNCIONES DEL SISTEMA DE
CONDUCCIÓN
En las cavidades nasales la presencia de los cornetes da lugar a un
incremento de superficie recubierta por un epitelio columnar ciliado y con gran
cantidad de células mucosas. Además también hay pelos o vibrisas y una densa
red de capilares a nivel de la submucosa. Estas características estructurales,
permite que el aire al penetrar en las fosas nasales, desarrolle, por lo tortuoso de
su recorrido, un flujo turbulento que golpea contra las paredes, permitiendo así las
funciones siguientes:
Filtrado del aire inspirado, eliminando las partículas en suspensión que
tengan un diámetro superior a las 4-6 micras.
Calentamiento del aire, por contacto con el flujo sanguíneo, pudiendo elevarse
la temperatura del aire de 2 a 3ºC.
Humidificación del aire, el recorrido por las vías aéreas altas produce una
saturación de vapor de agua (100%).
Protección, ya que la presencia de terminaciones nerviosas sensoriales del
nervio trigémino detectan la presencia de irritantes y produce el reflejo del
estornudo
B) SISTEMA DE INTERCAMBIO O SUPERFICIE ALVEOLAR.
Los alvéolos: Son estructuras en forma esférica, llenas de aire, y de pared muy fina
donde se realiza el intercambio de gases.
El epitelio alveolar es muy plano y está rodeado de capilares. Formado por
células epiteliales denominadas neumocitos o células alveolares. Por fuera de
estas células hay fibroblastos que sintetizan fibras elásticas y conectivas que le
proporcionan soporte al alvéolo y son responsables del comportamiento elástico de
este órgano.
Pleura: Es una membrana serosa que tapiza los pulmones doblada sobre sí misma.
Dispone de dos hojas, la externa o parietal, adherida a la cara interna de la pared
costal; y la interna o visceral, que se encuentra adherida firmemente a los
pulmones. Entre ellas prácticamente no hay separación, tan sólo un poco de líquido
que las mantiene aún más adheridas entre sí.
El espacio pleural (también denominado intra o interpleural) separa ambas
pleuras unas 5-10 µ y está relleno de unos 20 ml de líquido pleural, obtenidos por
ultrafiltración del plasma, que se están renovando continuamente. Este espacio
intrapleural es virtual, pero cuando entre las hojas aparece aire o líquido, se
separan y puede apreciarse la existencia individualizada de cada hoja. La pleura
tiene dos funciones: a) mantener en contacto el pulmón con la pared torácica, de
forma que sus movimientos vayan al unísono, y actuar como lubricante permitiendo
que las hojas resbalen entre sí y no haya mucha fricción en un órgano en continuo
movimiento.
3. LA Respiración.
La respiración es la transferencia del oxigeno desde los alveolos a la sangre
y del anhídrido carbónico en sentido inverso atreves de la membrana alveolo
capilar. Se distinguen dos tipos de respiración.
Interna: intercambio de O2 y CO2 entre las células del tejido y el líquido del
entorno.
Externa: intercambio de estos gases entre el cuerpo y el medio externo.
4. MECÁNICA DE LA VENTILACIÓN PULMONAR.
Los pulmones están situados en un compartimiento cerrado que es la
cavidad torácica o tórax. La caja torácica está formada por las costillas, la columna
vertebral torácica situada posteriormente y en el plano anterior por el esternón. La
parte superior está cerrada por músculos y tejido conectivo y la parte inferior por el
diafragma. En la línea media y separada a través de membranas se encuentra el
corazón, los grandes vasos y el esófago, manteniéndose separados los dos
pulmones.
CICLO RESPIRATORIO
El proceso respiratorio pulmonar se desarrolla de manera secuencial y
cíclica, mediante el llenado de aire o inspiración y su vaciado o espiración. En cada
ciclo respiratorio normal o basal se distinguen, por lo tanto, dos fases debidas a la
expansión y retracción de la caja torácica mediante contracción muscular. El
desplazamiento de la pared torácica arrastra los pulmones, de tal forma, que al
aumentar o disminuir el volumen de la cavidad torácica se producirá un cambio en
el mismo sentido en el volumen pulmonar.
En un ciclo respiratorio basal (en reposo o eupneico) las dos fases de que
consta son:
a) Inspiración. Fase activa muscular en la que se produce la entrada de aire desde
el medio ambiente externo hasta el interior pulmonar.
b) Espiración. Fase pasiva, sin actividad muscular, en la que el aire sale de la
cavidad pulmonar al medio ambiente externo.
VENTILACIÓN PULMONAR:
Se define la ventilación pulmonar como el volumen de aire que se mueve
entre el interior de los pulmones y el exterior por unidad de tiempo, siendo esta
unidad normalmente el minuto. Su determinación se realiza mediante el producto
del volumen corriente por la frecuencia respiratoria. Para un individuo adulto, sano,
de unos 70 kg de peso con una frecuencia respiratoria entre 12 y 15 ciclos/minuto y
un volumen corriente de 500 a 600 ml, la ventilación sería de 6 a 7 litros/minuto.
Aunque el volumen corriente podría tomarse tanto en la inspiración como en la
espiración, se considera habitualmente el del aire espirado, estrictamente
considerado debería ser la media entre el volumen inspirado y el espirado.
De todo el volumen corriente que se inspira aproximadamente 1/3 no llega a
la superficie de intercambio, sino que sirve para rellenar las vías aéreas o zona de
conducción. Este volumen de unos 150 ml aproximadamente, se denomina espacio
muerto ya que no puede ser usado para el intercambio gaseoso. En condiciones en
que algunos alvéolos reciben aire pero no están suficientemente irrigados, se
incluye su volumen en región de no intercambio y se denomina a este volumen
espacio muerto fisiológico. En condiciones normales este valor es muy pequeño,
unos 5 ml y no se tiene en consideración.
El volumen de aire que llega hasta la región de intercambio o alveolar sería
de unos 350 ml en un ciclo basal y multiplicado por la frecuencia como
anteriormente, daría lugar a la ventilación alveolar o volumen minuto alveolar que
estaría en 4,2 litros por minuto.
5. Circulación pulmonar.
La circulación pulmonar o circulación menor es la parte del sistema
circulatorio que transporta la sangre desoxigenada desde el corazón hasta los
pulmones, para luego regresar la oxigenada de vuelta al corazón.
La circulación pulmonar comienza en el ventrículo derecho del corazón
dando origen a la arteria pulmonar que se dirige hacia arriba, atrás y la izquierda
para después dividirse en arteria pulmonar izquierda y derecha que se dirigen a los
pulmones.
Estas arterias entran el hilio de cada pulmón, se dividen hasta que dan
origen a los capilares que rodean los alveolos pulmonares es aquí donde ocurre la
hematosis, el CO2 pasa de la sangre a los alveolos para exhalarse mientras que el
O2 inhalado pasa de los alveolos a la sangre, los capilares de unen y dan origen a
vénulas las cual se continúan con venas al salir de cada hilio pulmonar son dos
grandes venas que llegan a la aurícula izquierda del corazón.
La función principal de la circulación pulmonar es la de participar en el
intercambio gaseoso entre aire y sangre.
6. EFECTO MUSCULAR DE LA CAJA TORÁCICA Y EXPANSIBILIDAD
PULMONAR.
Las dimensiones de la caja torácica se modifican por acción de la
musculatura respiratoria. En la respiración basal o reposo participan los siguientes
músculos:
Inspiración: El principal músculo es el diafragma cuya contracción es responsable
del 75-80% del movimiento inspiratorio. El diafragma al contraerse da lugar a una
depresión o descenso del suelo de la caja torácica aumentando el eje longitudinal
de la misma y su volumen. Los músculos intercostales externos, situados
diagonalmente entre las costillas, elevan la parrilla costal al contraerse e
incrementan el volumen de la caja torácica en sentido antero-posterior y
transversal. Aunque se les atribuía un papel importante en la inspiración basal, se
ha observado que su papel es más de soporte de la pared costal y de participación
en respiraciones forzadas.
Espiración: En condiciones de reposo, la espiración es un proceso pasivo que se
lleva a cabo solamente por relajación de la musculatura inspiratoria y la
recuperación elástica de los pulmones previamente distendidos en la inspiración.
Sólo en los recién nacidos los músculos abdominales participan en la espiración
basal.
En la respiración forzada participan otros grupos musculares denominados
músculos accesorios de la respiración:
a) Músculos accesorios de la inspiración:
o Escalenos.
o Esternocleidomastoideo.
o Extensores de la columna vertebral.
o Pectorales.
o Serratos mayores.
b) Músculos accesorios de la espiración:
o Músculos de la pared abdominal.
o Intercostales internos.
7. Importancia de las vías respiratorias.
El papel de las vías respiratorias altas ya lo explicamos. Además del papel
de conducción las vías tienen una función de protección y limpieza. Las vías
respiratorias se encuentran recubiertas de moco que se encargad e depurare l aire,
cuando el aire lleva partículas estas se pegan al moco y este es movilizado al
exterior por medio de unos pelillos móviles que se llaman cilios, y que van
eliminando el moco hasta llegar a la laringe, donde estimulan la tos y por medio de
esta es expulsado al exterior.
8. TRANSPORTE DE O2 Y CO2 POR LA SANGRE Y LÍQUIDOS
CORPORALES.
La sangre transporta los gases respiratorios por todo el organismo. El O2 se
transporta desde los pulmones hasta todos los tejidos del organismo, mientras que
el CO2 producido por las células responsables del metabolismo se transporta hasta
los pulmones para que sea eliminado del organismo. Es decir el O2 se desplaza
desde los alvéolos hasta la sangre capilar pulmonar por difusión, porque la presión
parcial de O2 (PO2) en el aire alveolar es mayor que la de la sangre pulmonar. En
los tejidos periféricos, la PO2 es menor en las células que en la sangre arterial que
penetra en los capilares y, por consiguiente, el O2 de la sangre difunde a través de
los espacios intersticiales hasta el interior de la célula. En cambio la presión parcial
de CO2 (PCO2) en los tejidos en actividad metabólica es mucho mayor que la de la
sangre capilar, de modo que el CO2 difunde a la sangre y llega a los pulmones.
Aquí la PCO2 de la sangre capilar pulmonar es mayor que la de los alvéolos, y el
CO2 difunde a través de las membranas capilares y alveolares y se elimina del
organismo en la espiración.
9. Transporte de O2 y CO2 por la sangre y líquidos corporales.
Una vez que se ha producido el intercambio gaseoso a nivel pulmonar, los
gases deben ser transportados hasta los tejidos para intercambiarlos con los
mismos. Analizaremos los mecanismos de transporte que se ponen en marcha y
los factores que lo condicionan.
a) TRANSPORTE DE O2 EN SANGRE.
El sistema de transporte de O2 se realiza fundamentalmente mediante dos
sistemas:
Disuelto en el plasma en forma libre (3%). Supone una pequeña parte del
transporte total. La cantidad de O2 transportado de esta forma está relacionado de
forma lineal con la PO2 del aire alveolar, en una proporción de 0’003 ml O2
disuelto/100 ml sangre por cada 1 mm Hg de PO2. Así, cuando se inspira aire
normal, la PO2 en el alveolo es de 100 mm Hg, y en consecuencia se transportan
0’3 ml de O2 disuelto/100 ml sangre, si a ese animal le aplicamos O2 puro
podemos conseguir que la PO2 alveolar alcance los 600 mm Hg y en consecuencia
la cantidad de O2 transportada es de 1’8 ml O2 disuelto/100 ml sangre.
Unido a la hemoglobina (97%). Una molécula de hemoglobina (Hb) (saturada
100%) es capaz de fijar 4 de O2, de manera que un gramo de Hb saturada puede
movilizar 1’39 ml O2.
b) TRANSPORTE DE CO2 EN LA SANGRE.
El CO2 puede ser transportado de las siguientes maneras:
En el plasma:
En solución (5%). El CO2 es mucho más soluble en soluciones acuosas que el
O2.
En forma de bicarbonato (5%) CO2 + H2O H2CO3 HCO3 - + H+
Formando grupos carbaminos, al combinarse con radicales amino de las
proteínas plasmáticas (1%).
Dentro del GR:
En forma de bicarbonato (63%). Este proceso esta mediado por la acción de la
enzima anhidrasa carbónica. CO2 + H2O H2CO3 HCO3 - + H+ Los protones
resultantes son fijados por la Hb.
Grupos carbaminos (21%). Combinado con radicales amino de las proteínas del
GR, incluida la Hb formando la carbamino hemoglobina.
Factores que modifican el transporte de CO2:
El transporte de CO2 en sangre mantiene una relación prácticamente lineal con
la PCO2. Esta relación esta condicionada por la presencia de O2, y se
denomina efecto Haldane. La presencia de altas presiones de O2
(PO2) reduce la cantidad de CO2 que puede ser transportado en sangre, ya que
se modifica la acidez de la Hb y su capacidad para fijar H+.
Este sistema permite transportar más CO2 desde tejido (donde hay PO2
reducida) en la sangre venosa hasta los pulmones donde al aumentar la PO2 se
aumenta la liberación del CO2.
c) INTERCAMBIO DE GASES ENTRE LOS TEJIDOS Y LA SANGRE
La sangre arterial que llega a nivel tisular tiene una PO2 de 80-100 mm Hg,
mientras que los tejidos presentan diferentes presiones dependiendo del grado de
suministro de O2 y el consumo que el tejido haga del mismo, pero tiene unos
valores medios de 40 mm de Hg. En cuanto al CO2, éste presenta unos niveles en
sangre arterial de unos 40 mm Hg y en los tejidos se encuentra próximo a 50 mm
de Hg. De manera que se produce el intercambio por un sistema de difusión igual
al que se produce en el pulmón.
Un factor muy determinante para el intercambio gaseoso de los tejidos es el
grado de vascularización. En tejidos muy vascularizados, la distancia desde
cualquier punto a un vaso sanguíneo es menor que en tejidos mal irrigados.
10. PRESIÓN GASEOSA EN LOS PULMONES, SANGRE Y TEJIDOS
CAPTACIÓN DE OXIGENO POR LA SANGRE PULMONAR Y SU TRANSPORTE
POR LA SANGRE ARTERIAL
CONVERSIÓN, REVERSIÓN DEL O2 CON LA HEMOGLOBINA
REGULACIÓN RESPIRATORIA
La respiración como fenómeno vital que es debe adaptarse a las
necesidades del cuerpo, de modo que la presión de O2 y de CO2 no se modifiquen
aún en situaciones de alarma respiratoria, es regulado por controles: nerviosos,
humorales y químicos.
A) CONTROL NERVIOSO.
Centro respiratorio. En la sustancia reticular lateral del bulbo y de la
protuberancia. Presenta 3 porciones:
Área de ritmicidad bulbar: Centro respiratorio bulbar, controla el ritmo básico de
la respiración (inspiración - espiración, inspiración….). en reposo la inspiración
dura 2 segundos y la espiración
Área apnéustica: En la protuberancia, no intervienen en el ritmo básico de la
respiración. Causa inspiraciones prolongadas y espiraciones muy breves
(inverso de lo normal).
Área neumotáxica: En la protuberancia. Cuando se lesiona se origina apneusis.
Modifica la frecuencia respiratoria.
B) CONTROL HUMORAL
Dado por concentración de CO2, O2 y H+.
El aumento de la concentración de CO2, aumenta la ventilación pulmonar.
El aumento de la concentración de H+(disminución del pH), aumenta la
ventilación pulmonar.
La disminución de la concentración de O2, aumenta la ventilación pulmonar.
C) CONTROL QUÍMICO
Fuera del sistema nervioso central, en plena red vascular, existen receptores
químicos especializados (quimiorreceptores) que miden la concentración de
oxígeno en la sangre arterial. Cuando disminuye la pO2 son estimulados
enérgicamente y por vía nerviosa estimulan el bulbo para aumentar la ventilación
pulmonar.
CENTRO RESPIRATORIO
Los impulsos nerviosos son enviados desde un grupo de neuronas
localizadas bilateralmente en el bulbo raquídeo y el puente. Estos
conglomerados de neuronas ampliamente dispersos, que en conjunto reciben el
nombre de centro respiratorio, que puede dividirse en tres áreas: Área rítmica
en el bulbo raquídeo. Área neumotaxica en el puente .Área apnéustica, también
en el puente
Área automática del bulbo La función del área rítmica bulbar es el control del
ritmo básico de la respiración. Hay áreas inspiratorias y espiratorias en el área
rítmica. Área neumotaxicaEs la encargada de trasmitir impulsos inhibitorios al
área inspiratoria. El efecto principal de estos impulsos es el contribuir a
desactivar el área inspiratoria antes de que los pulmones se insuflen
excesivamente.
Área apnéustica coordina la transición entre la inspiración y espiración. Esta
área envía impulsos estimulatorios al área inspiratoria, los cuales lo activan y
prolongan la activación. Cuando el área neumotaxica esta activada, contrarresta
las señales del área apnéustica
RESPIRACIÓN INTERNA
LIBERACIÓN DE ENERGÍA POR LOS ALIMENTOS
GLUCOLISIS
CICLO DE KREBS Y FOSFORILACION OXIDATIVA
ATP
MECANISMO QUIMIOSMOTICO MITOCONDRIAL PARA LA SÍNTESIS DEL ATP