Volúmenes y Capacidades Pulmonares
Para entender la dinámica pulmonar, es fundamental definir los parámetros de ventilación:
- Frecuencia respiratoria (FR): En reposo oscila entre 12-20 respiraciones por minuto. Durante el ejercicio o en una respiración forzada, puede aumentar hasta 30-40 respiraciones/minuto.
- Volumen corriente (VC) o volumen tidal: 0,5 l.
- Ventilación minuto (VM): Se calcula como FR x VC = 12 x 0,5 l = 6 l/min.
- Volumen inspiratorio de reserva (VIR): 3,1 l.
- Volumen espiratorio de reserva (VER): 1,2 l.
- Volumen residual (VR): Volumen de aire que queda en los pulmones tras una espiración forzada.
- Capacidad inspiratoria (3,6 l): VC + VIR.
- Capacidad residual funcional (2,4 l): VER + VR.
- Capacidad pulmonar total (CPT) (5,8 l): VR + VIR + VC + VER.
- Capacidad vital (CV) (4,8 l): VIR + VC + VER = CPT – VR.
Ventilación Alveolar y Espacio Muerto
La ventilación alveolar se ve afectada por el espacio muerto, que es el volumen de aire existente en el aparato respiratorio que no participa en el intercambio respiratorio.
Intercambio de Gases en los Pulmones
En los pulmones se lleva a cabo un intercambio de oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2) entre el alvéolo y el capilar sanguíneo pulmonar y, posteriormente, entre el capilar sistémico y las células de los distintos tejidos.
Al movimiento de estos gases en las distintas direcciones opuestas se le conoce con el término de intercambio gaseoso. Existen dos tipos de respiración:
- Respiración interna: Intercambio entre capilar y órganos.
- Respiración externa: Intercambio entre alvéolo y capilar.
El intercambio de O2 y CO2 entre el alvéolo y la sangre, o entre la sangre y los tejidos, se lleva a cabo por difusión. El proceso de difusión se realiza a favor de un gradiente de presión parcial de cada gas (O2 y CO2).
Leyes de la Difusión Simple
La difusión de gases entre los alvéolos y la sangre obedece las leyes de la difusión simple:
- Ley de Dalton: La tasa de difusión es directamente proporcional al gradiente de presión parcial.
- La tasa de difusión es directamente proporcional a la superficie de intercambio.
- La tasa de difusión es inversamente proporcional a la distancia de difusión (grosor de la membrana).
- Ley de Henry: La tasa de difusión es directamente proporcional a la solubilidad del gas e inversamente proporcional a su peso molecular.
Respiración Externa
La respiración externa depende de la superficie y estructura de la membrana, los gradientes de presiones parciales y el acoplamiento ventilación-perfusión.
El gradiente de presión entre la atmósfera y el alvéolo está condicionado por:
- La humidificación del aire.
- El intercambio gaseoso.
- El espacio anatómico muerto (mezcla de gas nuevo y antiguo).
La presión parcial de O2 (PO2) en el alvéolo es de unos 104 mm Hg, mientras que la PO2 en la sangre venosa sistémica es de 40 mm Hg. Por tanto, el O2 difunde del aire alveolar a la sangre de los capilares pulmonares. Con el CO2 ocurre el proceso contrario: la presión parcial de CO2 en los alvéolos es de 40 mm Hg, mientras que la PCO2 de la sangre venosa sistémica es de 45 mm Hg. Por lo tanto, el CO2 difunde desde el plasma a los alvéolos.
Nota: El O2 es poco soluble y requiere un mayor gradiente de presión, mientras que el CO2 es muy soluble y no requiere grandes gradientes para producir el intercambio.
Respiración Interna
Está influenciada por la superficie de la membrana (que varía en los diferentes tejidos), los gradientes de presiones parciales y el flujo sanguíneo. La sangre arterial que llega a los capilares que riegan los tejidos tiene una PO2 de 95 mm Hg y una PCO2 de 40 mm Hg. La PO2 en el interior de las células es de 40 mm Hg y la PCO2 es de 45 mm Hg.
En condiciones de reposo, la cantidad de oxígeno que pasa de la sangre a las células corresponde solo al 25% del oxígeno que llevan los capilares en su extremo arterial. El O2 difunde a favor de gradiente de presión de la sangre de los capilares a las células, mientras que el CO2 emprende el camino contrario.
Transporte de Gases en Sangre
Transporte de Oxígeno (O2)
El oxígeno es transportado de dos formas:
- Disuelto en plasma (2%): Determina la pO2 que difunde.
- Unido a la hemoglobina (98%): Formando oxihemoglobina dentro de los glóbulos rojos.
La cantidad de O2 unido a la hemoglobina (Hb) depende de:
- La pO2 en la sangre: En los pulmones la pO2 es alta y se forma oxihemoglobina; en los tejidos la pO2 es baja y el O2 se libera.
- El número total de moléculas de Hb: Varones (16 g/dL) y mujeres (14 g/dL). Si 1 g de Hb transporta 1,39 mL de O2, se transportan aproximadamente 20 mL de O2/dL.
- Porcentaje de saturación de la Hb (%SaHb): Relación entre la Hb unida al O2 y la cantidad máxima posible (en sangre arterial es del 98%).
La unión del oxígeno a la hemoglobina es cooperativa. Un desplazamiento de la curva de saturación a la derecha significa que la afinidad de la Hb por el O2 ha disminuido y, en consecuencia, la Hb cede más O2 a los tejidos.
Transporte de Dióxido de Carbono (CO2)
El CO2 es más soluble que el O2 y se transporta de tres formas:
- 7% disuelto en plasma.
- 23% unido a la hemoglobina.
- 70% en forma de bicarbonato.
Control de la Ventilación
El ritmo respiratorio es controlado por el centro respiratorio localizado en el tronco del encéfalo y regulado por señales procedentes de receptores sensoriales y otras regiones del cerebro.
Control Automático
Ejercido por el bulbo raquídeo y la protuberancia.
En el Bulbo Raquídeo:
- Centro inspiratorio (zona dorsal): Controla el ritmo respiratorio básico (respiración tranquila). Envía axones al diafragma e intercostales externos.
- Centro espiratorio (zona ventral): Se activa durante la inspiración y espiración forzada.
En la Protuberancia:
- Área neumotáxica (protuberancia superior): Transmite impulsos inhibitorios al área inspiratoria para evitar la insuflación excesiva. Coordina la transición inspiración-espiración, aumentando la frecuencia respiratoria.
- Área apnéustica (protuberancia inferior): Transmite impulsos excitatorios al área inspiratoria, prolongando la inspiración y disminuyendo la frecuencia respiratoria.
Control Voluntario
La corteza cerebral puede enviar señales a las motoneuronas de la médula espinal para controlar los músculos respiratorios, aunque no puede sobrepasar indefinidamente los reflejos desencadenados por los quimiorreceptores.
Sistema de Coordinación y Factores de Riesgo
La coordinación de la respiración con actividades como hablar, deglutir o cantar es el resultado de interacciones neuronales múltiples.
Es importante destacar que el tabaco disminuye la eficiencia respiratoria debido a que:
- La nicotina actúa como vasoconstrictor.
- El monóxido de carbono desplaza al O2 de la hemoglobina.
- El humo aumenta la secreción mucosa, produciendo irritación.
- Se destruyen las fibras elásticas bronquiales.