SISTEMA RESPIRATORIO

El sistema respiratorio es una causa de enfermedad muy frecuente. Muchas consultas están relacionadas con el sistema respiratorio. La función principal es el intercambio gaseoso porque proporciona oxígeno a los tejidos y elimina CO2. El sistema circulatorio es el que está más relacionado con el sistema respiratorio.

Una insuficiencia cardiaca puede afectar al sistema respiratorio porque compromete el intercambio gaseoso. La mayoría de patologías respiratorias no implican grandes alteraciones del SN, sino que son de tipo leve. La segunda función del sistema respiratorio es la de defensa ante los agentes externos que quieren invadir una de las superficies de contacto más grande con el exterior (centro respiratorio con sus ramificaciones). El sistema respiratorio también es un sistema que participa en el control del pH, tiene funciones metabólicas (transformación de hormonas) y tiene que ver con la circulación de la sangre.

MECÁNICA RESPIRATORIA

Vías respiratorias altas > Tráquea > Bronquios > Bronquiolos > Bronquiolos terminales > Alvéolos

Las vías respiratorias altas van del principio de la nariz a las tráqueas. La zona de conducción va de la tráquea a los bronquiolos terminales. La zona de intercambio o zona respiratoria va de los bronquiolos respiratorios hasta los sacos alveolares.

Las vías respiratorias altas tienen 3 funciones fundamentales: calienta el aire que entra a una determinada temperatura. Es importante que el aire llegue a la misma temperatura corporal del individuo. Hay intercambio térmico desde el principio del sistema respiratorio. También lo tienen que humidificar (saturarlo con vapor de agua). Es importante porque si fuera seco, secaría el sistema respiratorio y sería irritante. También tiene que filtrar el aire: en esta zona el aire entra a gran velocidad y hay turbulencias de forma que las partículas quedan enganchadas a la pared y el moco retiene estas partículas (función defensiva). Los pelos de la nariz también filtran el aire del sistema respiratorio.

La zona de conducción (tráquea > bronquiolos terminales). En la tráquea hay cilios y moco con función defensiva. Los cilios suben el moco hacia las vías respiratorias altas para que  sea eliminado. La tráquea tiene cartílagos anulares para dar consistencia a la zona de conducción, permite que no se colapse la tráquea. A más lejos de la tráquea, desaparecen los cartílagos anulares y a nivel de los bronquiolos hay músculo liso: hay control.

En el sistema circulatorio el flujo es D Presión/ Resistencia (depende del grado de Broncoconstricción o Broncodilatación). En el sistema respiratorio es igual.

En los bronquiolos se puede controlar esta resistencia. El bronquiolo inerva por el SN Periférico Simpático mediante el neurotransmisor acetilcolina y tiene una acción broncoconstrictora.

A nivel del músculo liso hay receptores para la Acetilcolina y la Noradrenalina que dan relajación muscular y broncodilatación.

En el animal durmiendo hay un predominio parasimpático (broncoconstricción), el flujo será más pequeño. Todas las patologías respiratorias se incrementan durante la noche.

En un animal en huida, hay un predominio simpático (broncodilatación), incrementa el flujo e incrementa el intercambio gaseoso. Este es el único paso de control del aire. Cuando aumenta o disminuye la frecuencia respiratoria también se puede alterar.

En un proceso alérgico se libera Histamina del mastocito. Los bronquiolos tienen receptores de Histamina. La crisis asmática es debida a que la Histamina produce una broncoconstricción muy elevada.

En la zona respiratoria (bronquiolos terminales > sacos alveolares) se produce el intercambio gaseoso. En el alvéolo la presión de O2 será mayor que en la sangre. La diferencia de presión de O2 hace que vaya del alvéolo a la sangre.

Al CO2 le pasa lo contrario. La Presión de CO2 en sangre es mayor que la presión de CO2 en el alvéolo y va de la sangre al alvéolo.

Se intercambia por difusión provocada por el gradiente de concentraciones.

 

 

 

 

 

Existen macrófagos que eliminan las partículas que llegan a esta zona y defienden el sistema respiratorio.

La velocidad del aire es mayor donde hay menos área de sección (tráquea). En los sacos alveolares (máximo área de sección total), la velocidad será más baja. Esta baja velocidad favorece el intercambio gaseoso en los alvéolos.

El sistema respiratorio es bidireccional. El flujo  tiene que cambiar de signo frecuentemente. La diferencia de presión (DP) es la presión del exterior menos la presión en el interior del alvéolo (presión alveolar).

 

 

 

 

 

Cuando se inspira, la presión alveolar es menor que la presión exterior. En la espiración, la presión alveolar es mayor que la exterior. La presión exterior no se puede modificar nunca. El cambio de presión alveolar por encima o por debajo de la presión exterior hará que entre o salga aire.

 

 

 

 

 

 

 

La presión alveolar del interior del pulmón sube o baja. Se disminuye la presión aumentando el volumen. En la espiración hay más presión en el interior del pulmón porque disminuye el volumen. Todo se basa en cambios de presión de la caja torácica.

La presión por el volumen es constante.

El volumen de la caja torácica aumenta por la musculatura inspiratoria. El volumen de la caja torácica disminuye por la musculatura espiratoria. Esta musculatura según la especie es diferente. Si el origen e inserción incrementan la caja torácica es inspiratoria y si disminuye la caja torácica será espiratoria.

Ninguno de estos músculos no se insertan en el pulmón, sino que mueven la caja torácica. Aumentan el volumen de la caja torácica y la pleura cuando tiran de ella (por su tensión superficial), no se desengancha y arrastra el pulmón.

La inspiración siempre es activa (implica contracción muscular) pero la espiración puede ser activa pero también pasiva.

La espiración activa se hace cuando se hace ejercicio porque necesita acelerar el proceso. Cuando el animal está tranquilo, la espiración  es de tipo pasivo, dentro del pulmón hay líquido que se recubre por el interior. Si fuera agua, este pulmón estaría colapsado y no incrementaría el volumen. Este líquido tiene un agente tensoactivo que disminuye la tensión superficial.

Esta respiración tiene fibras de elastina que les permite tomar en el mismo sitio y expulsar el aire. La tensión superficial también ayuda a tomar el mismo sitio.

Existen enfermedades genéticas que no sintetizan agentes tensoactivos y no pueden expandir el pulmón.

REFLEJO DE LA TOS

La tos es un mecanismo de defensa. La tos constante es agobiante y no deja dormir y no recupera bien. La tos es un reflejo que se integra en el bulbo raquídeo. Las venas eferentes tienen un mecanismo: inspiración grande y se cierra la epiglotis y cuerdas vocales (salida del aire) y se produce una contracción muscular muy grande. Esta contracción muscular provoca un aumento de presión. La salida es tamponada y cuando  se abre el aire sale a velocidad muy elevada con el objetivo de sacar cualquier cuerpo extraño.

Cuando hay tos repetida, la salida de aire a alta velocidad irrita la parte superior del sistema respiratorio porque puede desencadenar más tos. Es un feed-back positivo patológico. Cuando entra en esta dinámica se tienen que dar depresores del SN que lo hacen menos susceptible al sistema respiratorio y codeínas que son transformados de opiáceos que disminuyen el SN.

Si el animal tiene problemas respiratorios, estas codeínas deprimen la génesis del sistema respiratorio.

INTERCAMBIO GASEOSO

La mecánica respiratoria aporta oxígeno y elimina CO2 dando el intercambio gaseoso.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El aire externo y el espacio muerto se renuevan por la mecánica respiratoria que lleva aire del exterior al espacio muerto y para eliminar aire del espacio muerto al exterior. Después entra en equilibrio con el aire alveolar, entre estos dos centros, no hay ninguna barrera y hay contacto de aire, de forma que la presión del O2 es mayor que el aire alveolar. La presión de CO2 del aire alveolar es mayor que la presión del espacio muerto y va del aire alveolar al espacio muerto.

Las inspiraciones y espiraciones sirven para renovar el aire del espacio muerto, que en contacto con el aire alveolar, le permite que vaya hacia allí para renovar todo el aire del espacio muerto. Se necesitan 50 ciclos.

La membrana respiratoria está formada por el agente tensoactivo que recubre el pulmón, epitelio monoestratificado, membrana basal de este epitelio. Sólo hace 0´5 micras.

Cuando se incrementa esta membrana por patologías, la difusión de los gases es menor (tumores en los pulmones, neumonías,  material a nivel de membrana...).

La solubilidad de los gases también interviene. El CO2 es más soluble a través de la membrana que no el O2. El gradiente de presión de CO2 no tiene que ser tan grande como el de O2 porque el CO2 es más soluble. La temperatura (a más energía cinética, más facilidad de choque y más fácil el intercambio).

La temperatura es constante y siempre se favorece el mismo tipo de intercambio. El peso molecular del gas es fundamental para diseñar fármacos que atraviesen esta membrana.

El cociente entre la ventilación / perfusión es fundamental para que  el intercambio sea correcto. Si hay uno de los 2 que no funciona bien, este cociente no tiene sentido. Tiene que funcionar el sistema respiratorio y el sistema cardiovascular (perfusión del pulmón).

Si no funciona la perfusión (no llega sangre), el aire entra y vuelve a salir con la misma composición. El aire inspirado será igual que el aire espirado. Si la ventilación no funciona, la sangre llega y al no haber ventilación correcta, sale igual que ha entrado. La sangre venosa es la misma que la sangre arterial.

La diferencia de presión permite que el O2 vaya de un compartimento a otro.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A la salida del ventrículo izquierdo hay una arteria que irriga la circulación bronquial. Los bronquios necesitan su propia circulación bronquial. Un 2-5 % de la sangre se vuelve a mezclar con la sangre arterial (es la circulación bronquial que drena directamente a la circulación) arterial en vez de a la circulación venosa.

El CO2 tiene el gradiente al revés. La mayor concentración de CO2 está dentro de la célula.

En el O2 va del exterior (104 mm Hg) hasta dentro de la célula (23 mm Hg).

En el CO2 hay 46 mm Hg dentro de la célula y 40 mm Hg en el exterior.

El O2 necesita un gradiente de 81 mm Hg y el CO2 sólo 6 mm de Hg. Con menor gradiente, por la solubilidad mayor del CO2, se consigue el mismo fenómeno.

En el primer tercio del recorrido de la sangre, se ha transformado la sangre venosa a sangre arterial. Los otros  dos tercios son una zona de seguridad para que se pueda producir el intercambio gaseoso en caso de patología.

El CO2 pasa de 45 a 40 en un tercio de la distancia total. A partir de aquí no hay intercambio neto. Un animal que produce mucho ejercicio intenso se irá desviando hacia la derecha.

 

 

 

 

 

 

TRANSPORTE DE O2 Y CO2

El O2 se transporta unido a la hemoglobina.

 

 

 

 

 

 

 

 

A 40 mm de Hg , la hemoglobina transporta menos oxígeno del que debería. Esta curva se desplaza hacia la derecha o izquierda según la función de CO2 y el pH. En el capilar periférico se desplaza hacia la derecha para favorecer la cesión de O2. Para una misma cantidad de O2 se satura menos.

En el capilar pulmonar se desplaza hacia la izquierda porque la presión de CO2 es muy baja y la presión de O2 es muy elevada y se favorece la captación de O2. En el pulmón, para una misma cantidad de oxígeno, se satura más.

El CO2 se transporta 70 % en forma de HCO3-, 23 % en forma de CO2 unido a hemoglobina y 7 % disuelto.

El CO2 tiene un 7% disuelto, el resto lo traspasa a la membrana  eritrocitaria y se engancha a la hemoglobina provocando el complejo hemoglobina-CO2. También está el enzima anhidrasa carbónica que transforma el CO2 más H2O formando H2CO3 que se disocia en HCO3- + H+. Los protones se combinan con la hemoglobina y forman el pH más ácido, que favorece la saturación de O2.

El HCO3- es expulsado hacia el plasma por una bomba que capta Cl- a cambio. El HCO3en el plasma es el principal tampón. Si se desequilibra la respiración, se puede comprometer el pH. El sistema respiratorio participa en el mantenimiento constante de este pH  porque el H-CO3 hace de tampón.

Este eritrocito va hacia el pulmón y se invierte el gradiente y el resto de concentraciones.

REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN

GÉNESIS DE LA RESPIRACIÓN: El esquema fundamental que se repite siempre es  el SN que acaba las neuronas en sinapsis con las motoneuronas y contactan mediante la placa motora con el músculo.

Las neuronas inspiratorias harán sinapsis con motoneuronas inspiradoras e inervará la musculatura inspiratoria y al revés.

La musculatura inspiratoria y espiratoria aumenta o disminuye el volumen de la caja torácica.

El control voluntario del SNC es a través de la corteza cerebral.

El control involuntario del SNC se origina en el bulbo raquídeo. Asegura que el animal respire. Dentro hay 2 zonas fundamentales:

     - Grupo respiratorio dorsal: son grupos neuronales diferenciados. Hay neuronas          inspiratorias. Es el origen de la respiración tranquila (inspiración activa y          espiración pasiva). Hay neuronas que sobretodo provocan inspiración. No se             necesitan espiraciones porque son pasivas.

     - Grupo respiratorio ventral: son neuronas inspiratorias y neuronas espiratorias.           Respira de forma acelerada y se necesitan neuronas inspiradoras y espiradoras.

     Estas neuronas se despolarizan cíclicamente:

 

 

 

Cuando se despolarizan, dan la inspiración. Durante el intervalo de silencio, se produce la espiración de forma pasiva en el grupo respiratorio dorsal.

En el grupo respiratorio ventral habría:

 

 

 

Hay neuronas que se despolarizan de forma alternada cíclicamente. Se forma un circuito de retroalimentación.

Sobre el bulbo raquídeo se produce toda la influencia periférica. El control de la respiración se integra en el bulbo raquídeo.

CONTROL DE LA RESPIRACIÓN: Necesita mecanismos para que cuando disminuya el O2 a nivel periférico mediante la vía aferente, el bulbo raquídeo envíe señales para hiperventilar y broncodilatar. Hay mecanismos de feed-back que mantienen constante la tasa de O2, CO2 y pH.

Hay 2 quimioreceptores: periféricos y centrales.

Los quimioreceptores periféricos están situados en los cuerpos carotídeos y cuerpos aórticos (sangre arterial). Hay una vena aferente al bulbo raquídeo y como responde eso. Cuando disminuye el O2 está el quimioreceptor que detecta el descenso de O2, la vía aferente, bulbo raquídeo, incrementa la frecuencia de respiración y broncodilatación.

 

 

 

 

 

Los quimioreceptores reciben la sangre de la arteria. Es sensible a la presión de O2, CO2 y pH. La señal principal es el O2. Cuando la presión de O2 es normal, casi no hay ninguna respuesta.

 

 

 

 

Cuando disminuye hay un tren de impulsos vía aferente.

Los quimioreceptores sobretodo detectan el O2 disuelto. Si un animal tiene anemia, no se hiperventila a no ser que haya una hipoxia real (disminución de O2 disuelto).

El quimioreceptor es la célula glómica (estructura encargada de detectar los niveles de O2), de forma que cuando disminuya la presión de O2, la célula glómica lo detecta y se produce una entrada de Calcio y la célula glómica actúa como neurona liberando un neurotransmisor.

El terminal nervioso aferente va hasta el bulbo raquídeo e incrementa su frecuencia de descarga cuando se estimula el quimioreceptor. Eso sucede cuando disminuye la presión arterial.

Este mecanismo funciona porque la célula detecta que disminuye el oxígeno mediante canales de K+ que tienen un receptor para O2, cuando hay O2, el canal de K+ se encuentra abierto. Como es permeables al K+, la neurona se encuentra hiperpolarizada.

 

 

 

 

Si se produce una hipoxia, se cierra el canal de K+ y la célula se despolariza.

 

 

 

 

Los canales de Ca2+ se activan cuando llega a -40 mV y se abren dejando entrar Ca2+ que desencadena la neurotransmisión.

El quimioreceptor verdadero es el canal de K+ de la célula glómica.

Los quimioreceptores de tipo central son sobretodo sensibles a H+. Participan en la regulación en base al equilibrio ácido-base. Si el CO2 periférico aumenta, este animal acumula CO2 en la  sangre arterial, al incrementar el CO2, la barrera hematoencefálica será atravesada fácilmente por el CO2. Dentro del SNC hay la reacción típica:

 CO2 + H2O -> H2CO3 -> H+ + HCO3-

El animal acabará acumulando muchos protones. Estos H+ dan un quimioreceptor muy cercano al bulbo y la respuesta será hiperventilación y broncodilatación con el objetivo de eliminar este exceso de CO2 acumulado.

 

 

 

 

 

Con una acidosis metabólica hay muchos H+ en la sangre que se unen al bicarbonato (HCO3-) que da H2CO3. Dará mucho CO2 y dará hiperventilación y broncodilatación.

 

 

 

Con la alcalosis metabólica sería al revés el CO2 disminuye y el bulbo daría hipoventilación y broncoconstricción para evitar que el CO2 se escape.

Es muy difícil llegar a una acidosis o alcalosis metabólica porque hay mecanismos que regulan esta actividad. Sólo pasa en situaciones extremas porque hay un tampón sanguíneo. Cuando se produce esta alteración, es porque hay muchos o muy pocos H+.

Si el sistema tampón no funciona, se encuentra el sistema respiratorio. La disfunción respiratoria puede modificar el pH. La consecuencia de un animal con la obstrucción parcial de la tráquea sobre el pH (no puede eliminar CO2), provoca una acidosis. Existe relación entre el pH y el sistema respiratorio. La acidosis se produce cuando el sistema pH ya no funciona. Dentro del propio SN hay mecanismos de control del centro respiratorio. El sistema respiratorio está coordinado con el centro vasomotor (controla la función del sistema circulatorio).

Cuando aumenta la frecuencia respiratoria, aumenta la frecuencia cardíaca. Cuando se desencadena el vómito, se para la respiración para evitar que vaya hacia el otro lado.

Las emociones también afectan.

La felicidad aumenta la frecuencia respiratoria y cardíaca. La tristeza  disminuye la frecuencia cardíaca y respiratoria. Un animal con una herida tiene una frecuencia respiratoria y cardíaca elevada. Los animales politraumatizados con depresión del centro vasomotor y del sistema respiratorio.

Funciona por uniones de diferentes áreas del cerebro con el bulbo raquídeo.

 

 

Sábado, 21 Septiembre, 2002 18:05

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