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• Anthony Herrera Rodríguez

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INTRODUCCION

La Respiración es un proceso involuntario y automático, en que se extrae el oxigeno del aire inspirado y se expulsan los gases de desecho con el aire espirado. El aire se inhala por la nariz, donde se calienta y humedece. Luego, pasa a la faringe, sigue por la laringe y penetra en la tráquea. A la mitad de la altura del pecho, la tráquea se divide en dos bronquios que se dividen de nuevo, una y otra vez, en bronquios secundarios, terciarios y, finalmente, en unos 250.000 bronquiolos. Al final de los bronquiolos se agrupan en racimos de alvéolos, pequeños sacos de aire, donde se realiza el intercambio de gases con la sangre. Los pulmones contienen aproximadamente 300 millones de alvéolos, que desplegados ocuparían una superficie de 70 metros cuadrados, unas 40 veces la extensión de la piel. La respiración cumple con dos fases sucesivas, efectuadas gracias a la acción muscular del diafragma y de los músculos intercostales, controlados todos por el centro respiratorio del bulbo raquídeo. En la inspiración, el diafragma se contrae y los músculos intercostales se elevan y ensanchan las costillas. La caja torácica gana volumen y penetra aire del exterior para llenar este espacio. Durante la espiración, el diafragma se relaja y las costillas descienden y se desplazan hacia el interior. La caja torácica disminuye su capacidad y los pulmones dejan escapar el aire hacia el exterior. Proporciona el oxigeno que el cuerpo necesita y elimina el Dióxido de Carbono o gas carbónico que se produce en todas las células.

OBJETIVO GENERAL

Conocer mas a fondo el proceso de la respiración abarcando todo lo referente a su sistema o aparato respiratorio. Conocer su mecánica, y todos los procesos que influyen en este amplio tema a tratar, saber. Además se tratara las leyes que explican con formulas matemáticas este debido proceso.

OBJETIVOS ESPECIFICOS      

Conocer el proceso de la respiración. Conocer anatomía del sistema respiratorio. Entender la función de cada uno de los órganos que intervienen en la respiración. Conocer y entender lo que cada ley de gases plantea. Establecer las causas y las consecuencias que originan cada ley. Lograr relacionar cada ley con la Fisiología de la respiración.

ASPECTOS GENERALES DE LA RESPIRACION

La respiración es un proceso fisiológico, mecánico, automático, químico y regulado por el sistema nervioso central por el cual los organismos vivos toman el Oxigeno y expulsan el Dióxido de Carbono. La respiración permite el consumo de Oxigeno a través de todas las células que posee el cuerpo humano, y con cada una de ellas se puede obtener la mayor cantidad de energía para sus funciones vitales. Además de la oxigenación, en la respiración se da una excreción; se elimina el Dióxido de Carbono. Por lo general, el aparto respiratorio incluye tubos, como los bronquios, que son usados para cargar el aire a los pulmones; aquí ocurre el intercambio gaseoso. El diafragma, un musculo que puede contraerse y relajarse; al relajarse, los pulmones cuentan con el espacio suficiente para llenarse de aire, y al contraerse, el aire mismo de los pulmones es expulsado. Los objetivos de la respiración son proporcionar oxigeno a los tejidos y retirar el dióxido de carbono. Para conseguir esos objetivos, la respiración se puede dividir en cuatro funciones principales:    

La Ventilación Pulmonar, que se refiere al flujo de entrada y salida de aire entre la atmosfera y los alveolos pulmonares. La Difusión de Oxigeno y de Dióxido de Carbono entre los alveolos y la sangre; El transporte de Oxigeno y Dióxido de Carbono en la sangre y los líquidos corporales hacia las células de los tejidos corporales y desde las mismas; Y la Regulación de la Ventilación y otras facetas de la Respiración.

TIPOS DE RESPIRACION 

La respiración externa consiste en el intercambio de oxígeno y anhídrido carbónico entre los alvéolos y los capilares sanguíneos pulmonares de tal forma que la sangre con poco oxígeno procedente del corazón es bombeada por el ventrículo derecho a través de las arterias pulmonares hacia los capilares pulmonares que rodean a los alvéolos y se satura de oxígeno para volver de nuevo al corazón y ser lanzada al resto de la economía por la arteria aorta.



En la respiración interna o celular la sangre que llega al corazón una vez oxigenada es bombeada por el ventrículo izquierdo hacia la aorta y de ahí a todas las células del organismo. Se produce entonces el intercambio de gases entre los capilares sanguíneos de los tejidos y las células de tal forma que la sangre se convierte en sangre pobre en oxígeno y con más dióxido de carbono.

ANATOMIA DEL SISTEMA RESPIRATORIO HUMANO

El aparato respiratorio tiene como función el proporcionar el oxígeno necesario para mantener los procesos metabólicos y el eliminar el CO2 producido en el metabolismo celular del organismo. El O2 se incorpora al organismo mediante la respiración. Esta ocurre en dos niveles: un organismo multicelular toma aire rico en O2 del ambiente y devuelve aire rico en CO2. Este movimiento de fluido se conoce como ventilación. El otro nivel de la respiración es el celular, o sea el intercambio gaseoso entre la sangre y los tejidos. El SR funciona como: 1. distribuidor de aire e 2. intercambiador de gases, con el objeto de que las células puedan abastecerse de O2 y deshacerse del CO2. Para que el O2 pueda llegar a cada una de las células del organismo, es necesario que sea transportado por la sangre. El aparato respiratorio está constituido por una porción conductora y una porción respiratoria. La porción conductora lleva el oxígeno del aire hasta la zona respiratoria donde es captado por la sangre para ser transportado hasta las células de los diversos tejidos. La sangre transporta también el CO2 desde las células hasta la zona respiratoria del aparato respiratorio donde pasa hacia el aire que será conducido por la porción conductora hasta el exterior.

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

La porción conductora del aparato respiratorio no solo transporta el aire inspirado sino que también lo filtra, lo humedece y lo calienta antes de que llegue a la porción respiratoria. Esta porción conductora está constituida por diversas estructuras:

      

Cavidad nasal. Senos paranasales. Nasofaringe. Laringe. Tráquea. Bronquios. Bronquiolos. La luz de la porción conductora se conserva abierta gracias a los huesos, cartílagos o tejidos fibrosos que forman parte de su pared.



La porción respiratoria del aparato respiratorio está constituida por las siguientes estructuras:

 Bronquiolos respiratorios.  Conductos alveolares.  Sacos alveolares. Anatómicamente el sistema respiratorio esta formado por las vías respiratorias y los pulmones. 

Las vías respiratorias superiores están formadas por:

   

la cavidad nasal. los senos paranasales. la nasofaringe. (en condiciones de obstrucción nasal, la cavidad oral también puede servir como vía respiratoria).



Las vías respiratorias inferiores están formadas por:

 la laringe.  la tráquea.  los bronquios principales. 

Los pulmones están formados por:

 estroma: tabiques de tejido conectivo que divide el parénquima en lóbulos, segmentos y lobulillos.  parénquima, formado por el árbol bronquial (bronquios y bronquiolos); y la región respiratoria (bronquiolos respiratorios, conductos alveolares y alvéolos). 2

 pleura visceral.

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V. r. intrapulmonares

BRONQUIOLOS RESPIRATORIOS CONDUCTOS ALVEOLARES ALVEOLOS

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VIAS RESPIRATORIAS

V. r. inferiores

BRONQUIOS b. lobares b. segmentarios b. subsegmentarios – pequeños BRONQUIOLOS

PULMON

LARINGE TRAQUIAS BRONQUIOS PRINCIPALES

Porción respiratoria

Porción Respiratoria

Porción Conductora

FOSAS NASALES SENOS PARANASALES NASOFARINGE

V. r. superiores

APARATO RESPIRATORIO

VIAS RESPIRATORIAS

Son aquellas por las cuales entra y sale el oxígeno que circula en los pulmones. Básicamente son tráquea, laringe, faringe, bronquios, bronquiolos, conductos alveolares, además de las fosas nasales. El aire que ingresa al sistema respiratorio usualmente aire atmosférico o aire inspirado, el cual tiene una composición definida, está siempre en constante movimiento. De este aire una parte pese al movimiento siempre estará localizada en las vías respiratorias sin intervenir en el intercambio de gases y recibe el nombre de aire del “espacio muerto”. Manteniendo la misma composición del aire inspirado (aire atmosférico).

VIAS RESPIRATORIAS SUPERIORES

1. FOSAS NASALES Consta de dos partes: a. externa: sobresale de la cara b. interna: bastante más grande que la anterior, y es la que se va a describir. El interior de la nariz es hueco y está separado en: cavidades derecha e izquierda por el tabique nasal.

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Está separada de la boca por los huesos palatinos. Las paredes laterales tienen 3 salientes denominadas cornetes inferior, medio y superior, que dividen cada cavidad nasal en tres porciones: meato inferior, medio y superior. Las aberturas externas de las cavidades nasales son las ventanas nasales o narinas que se abren al vestíbulo. Las aperturas internas son las coanas que comunican con la faringe. El camino que sigue el aire dentro de la nariz es:      

Ventanas nasales vestíbulo meato inferior meato medio meato superior coanas faringe

La nariz tiene una mucosa ciliada: epitelio simple secretor (como el resto del aparato respiratorio menos los pulmones), cuya función es la de lubricar y limpiar el conducto respiratorio. En la nariz desembocan los senos frontales, los senos maxilares, las celdillas etmoidales y los senos esfenoidales. Función. • Vía de paso del aire que entra y sale • Filtro de las impurezas del aire • Calentamiento del aire • Humedecimiento del aire • Órgano del olfato • Ayuda a la fonación.

2. SENOS PARANASALES

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Los huesos frontales, etmoides, esfenoides y maxilares tienen unas cavidades en su interior que reciben el nombre de senos paranasales y que comunican con las fosas nasales. Los senos están tapizados por una mucosa similar a la mucosa de las fosas nasales, aunque más delgada:  

epitelio respiratorio (epitelio cilíndrico pseudoestratificado con cilios y células caliciformes, aunque más delgado que en otras zonas) en el que los cilios desplazan el moco hacia la cavidad nasal lámina propia similar a la de la cavidad nasal, aunque con menos glándulas, que está muy adherida al periostio subyacente.

3. FARINGE

Es un tubo de 12,5 cm de largo. Se halla por delante de las vértebras cervicales. Desemboca en el esófago. Se divide en:   

nasofaringe: va de las coanas hasta el paladar blando bucofarinfe: de paladar blando hasta hueso hioides laringofaringe: de hioides hasta esófago

En la nasofaringe desembocan las trompas de Eustaquio, que comunican con el oído medio. En el istmo de las fauces (comunicación de la boca con la faringe) se hallan las amígdalas. Función   

Es el vestíbulo para los aparatos respiratorio y digestivo. Actúa en la fonación, para formar las distintas vocales.

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4. NASOFARINGE

La parte superior o nasal de la faringe está tapizada por una mucosa similar a la de las fosas nasales:  

epitelio respiratorio. lámina propia formada por un tejido laxo muy vascularizado que se continúa con el epimisio de los músculos faríngeos. En la parte posterior de la nasofaringe se localiza la amígdala faríngea, un agregado de tejido linfoide no encapsulado ya descrito.

VIAS RESPIRATORIAS INFERIORES

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1. LARINGE

Va desde la raíz de la lengua al extremo superior de la tráquea, y por delante contacta con la parte más baja de la faringe. Abarca la 4ta, 5ta y 6ta. vértebras cervicales. Está formada por cartílagos y músculos. Está revestida por una mucosa de epitelio simple ciliado, con dos pliegues llamados cuerdas vocales. La glotis es la parte más estrecha. La laringe es una estructura tubular de 4 cm de longitud y 4 cm de diámetro que permite generar sonidos y evitar el paso de alimentos y saliva hacia el aparato respiratorio durante la deglución gracias al esqueleto cartilaginoso articulado y a los músculos estriados esqueléticos que forman parte de su pared.

2. TRAQUEA

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Es un tubo de 11 cm de largo, que va desde la laringe (en la base del cuello), hasta los bronquios (dentro de la cavidad torácica). Su diámetro es de 2,5 cm. Está formada por anillos cartilaginosos en forma de C. Son incompletos en la parte posterior para impedir la obstrucción por colapso. Función • Pasaje del aire hacia los pulmones.

3. BRONQUIOS PRINCIPALES La tráquea se divide en 2 bronquios principales. El derecho es más largo y vertical que el izquierdo. Su estructura es igual a la de la tráquea (cartílagos en C), pero los anillos se hacen completos al entrar en los pulmones. La mucosa es simple y ciliada, igual que la de la tráquea. Cada bronquio principal entra al pulmón por el hilio, y se ramifican de forma continua dentro de los pulmones, dando origen al árbol bronquial. Cada bronquio principal se divide en bronquios secundarios, uno para cada lóbulo (3 a la derecha y 2 a la izquierda). Los bronquios secundarios se dividen en bronquios terciarios; y estos en bronquíolos terminales. Cada bronquiolo terminal da origen a diversas generaciones de bronquiolos respiratorios y cada bronquiolo respiratorio termina en 2 a 11 conductos alveolares, que a su vez, emiten 5 o 6 sacos alveolares revestidos por alvéolos. En ambos pulmones hay 300 millones de alvéolos. Los alvéolos están cubiertos por una capa de tejido epitelial sencillo, para permitir la difusión del aire. La arteria pulmonar lleva sangre poco oxigenada hasta las paredes de los sacos alveolares y alvéolos, donde forma un plexo capilar. Allí se intercambian el O2 y el CO2. Las venas pulmonares nacen de los capilares pulmonares que drenan, y siguen el curso de los tabiques situados entre segmentos del pulmón. Las venas transportan la sangre oxigenada al corazón. También hay un plexo linfático pulmonar que drena en ganglios linfáticos y lleva la linfa hasta el conducto linfático derecho (el pulmón derecho) y el conducto torácico (el pulmón izquierdo). Función  

el árbol bronquial sirve de vía de paso al aire los alvéolos están envueltos en una red capilar, son el espacio de difusión de los gases entre el aire y la sangre. 10

ARBOL BRONQUIAL

Los bronquios principales o bronquios fuente, al introducirse en el pulmón por el hilio pulmonar, se dividen repetidamente y van disminuyendo progresivamente de calibre (de 10 mm en los bronquios grandes a los 0,4 mm de los bronquíolos). La división de los bronquios principales da lugar a:    

bronquios lobares (secundarios): 2 en el pulmón izquierdo y 3 en el derecho. bronquios segmentarios (terciarios): 8 en el pulmón izquierdo y 10 en el derecho. bronquios subsegmentarios o bronquios pequeños. Estos bronquios sufren unas 6-12 divisiones y la última división da lugar a bronquios con un calibre de ≈1 mm. bronquíolos: son ramificaciones con un calibre inferior a 1 mm (entre 1-0,4 mm).

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Además de en el calibre, los bronquios y los bronquíolos tienen diferencias sustanciales en la estructura de su pared. Por eso se describen los bronquios (en conjunto) por un lado y los bronquíolos por otro.

1. BRONQUIOLOS

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

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Los más pequeños de los bronquios segmentarios o pequeños se dividen en bronquíolos. La zona de segmento pulmonar que recibe aire de un bronquíolo se denomina LOBULILLO PULMONAR (una zona de 1-2 cm de diámetro mal delimitada por un tabique muy fino de tejido conjuntivo) Cada bronquíolo se divide varias veces hasta formar los bronquíolos terminales. La zona de un lobulillo pulmonar servida por un bronquíolo terminal se denomina ACINO PULMONAR (una zona con un diámetro de 1-2 mm) los bronquiolos terminales se ramifican hasta originar los bronquíolos respiratorios. Cada bronquíolo respiratorio, que también se divide varias veces, y los alvéolos a los que envía aire forman la unidad bronquiolar respiratoria.

Función  

Intercambio gaseoso entre el aire y la sangre. Monocapa celular del alvéolo y epitelio simple del capilar en contacto estrecho.

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REGION RESPIRATORIA

1. CONDUCTO ALVEOLAR

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son estructuras alargadas que prácticamente no tienen pared: la poca pared que tiene está formada por elementos de los bordes libres de los tabiques alveolares que hay entre los muchos alvéolos contiguos que se comunican con la luz del conducto alveolar. los pocos elementos que encontramos en la pared son:

 células epiteliales bronquiolares.  haces pequeños de f. m. lisas: unos anillos de f. m. lisas en las zonas de pared en las que no hay alvéolos.  fibras elásticas.

2. SACO ALVEOLAR Es la zona final dilatada de un conducto alveolar. Es un fondo de saco ciego rodeado por alvéolos.

3. ALVEOLOS Tiene forma de taza con revestimiento plano simple, y se apoya en una membrana basal elástica delgada; un saco alveolar consiste en dos o más alvéolos que comparten una abertura común. La pared de los alvéolos está formada por dos tipos de células epiteliales:

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las células alveolares (neumocitos) tipo I son epiteliales planas simples y forman un revestimiento casi continuo de la pared alveolar; son delgadas y son el sitio de intercambio gaseoso. células (neumocitos) tipo II, también llamada células septales; son células epiteliales redondas o cúbicas cuya superficie libre contiene microvellosidades que secretan el líquido alveolar, el cual mantiene húmeda la superficie entre las células y el aire. Este líquido incluye un surfactante (mezcla de fosfolípidos y lipoproteínas) parecido al detergente; este líquido disminuye la tensión superficial del líquido alveolar y la tendencia al colapso de los alvéolos. Los macrófagos alveolares son fagocitos errantes que retiran las partículas diminutas de polvo y otros desechos de los espacios entre los alvéolos.

Bajo la capa de células alveolares de tipo I, se encuentra la membrana basal elástica. Alrededor de los alvéolos, hay una red de capilares proveniente de las arteriolas y vénulas del lobulillo; estos capilares tienen una pared de una sola capa de células endoteliales y membrana basal. El intercambio de O2 y de CO2 entre los espacios alveolares de los pulmones y la sangre ocurre por difusión a través de las paredes alveolares y capilar. Los gases difunden por la membrana respiratoria formada por cuatro capas:    

la pared alveolar formada por una capa de células alveolares de tipo I y II y los macrófagos; la membrana basal epitelial, subyacente a la pared alveolar; la membrana basal capilar, que suele fusionarse con la epitelial; la pared capilar, formada por las células endoteliales del capilar.

La membrana respiratoria tiene 0,5μ de espesor, lo que permite una rápida difusión de los gases.

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4. TORAX Es una cavidad (limitada por las costillas, las clavículas, los omóplatos, y las vértebras dorsales, además del diafragma por debajo), que tiene dos compartimientos laterales, los pleurales, y uno central, el mediastínico. Cambia de forma durante la inspiración y espiración.

5. PULMON

Son grandes órganos pares, esponjosos, llenan gran parte de la cavidad torácica. Se extienden desde el diafragma por debajo (base) hasta algo por encima de los clavículas (vértice). Por delante y detrás están las costillas. La cara interna es cóncava para dejar lugar a las estructuras mediastínicas (grandes vasos, esófago, tráquea, bronquios) y el corazón. La concavidad del lado izquierdo es mayor. El bronquio principal, junto con los vasos sanguíneos pulmonares, unidos por tejido conectivo y formando el pedículo (pié pequeño), entran a cada pulmón por una hendidura llamada hilio.

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Las cisuras dividen al pulmón derecho en 3 lóbulos y al izquierdo en 2 lóbulos Cada pulmón está cubierto por una membrana pleural que forma un saco continuo (pleura visceral); se repliega a nivel del hilio y cubre también la cavidad torácica (pleura parietal). La cavidad pleural (virtual) contiene un líquido lubricante.

Los pulmones y la pleura visceral se hallan inervados por el nervio vago y fibras simpáticas y parasimpáticas. La pleura parietal está inervada por los nervios intercostales y frénicos. El pulmón consiste en conductos aéreos y tejido elástico, por lo tanto es un órgano elástico esponjoso con una superficie interna muy grande para que se realice el intercambio gaseoso (80 m2).

MUSCULATURA RESPIRATORIA 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 anteroposterior 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: Escalenos. Esternocleidomastoideo. Extensores de la columna vertebral.

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• • b. • •

Pectorales. Serratos mayores. Músculos accesorios de la espiración: Músculos de la pared abdominal. Intercostales internos.

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PRESIONES EN EL APARATO RESPIRATORIO

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PRESION PLEURAL

La presión pleural es la presión del liquido que está en el delgado espacio que hay entre la pleura pulmonar y la pleura de la pared torácica. Cuando hay una inspiración ligera significa que hay una presión ligeramente negativa. La presión pleural normal al comienzo de la inspiración es de aproximadamente -5 cm H2O, que es la magnitud de la inspiración necesaria para mantener los pulmones expandidos hasta su nivel de reposo. Después durante la inspiración normal, la expansión de la caja torácica tira hacia afuera los pulmones con más fuerza y genera una presión más negativa, hasta un promedio de aproximadamente -7,5 cm H2O.

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PRESION ALVEOLAR

La presión alveolar es la presión del aire que hay en el interior de los alveolos pulmonares. Cuando la glotis está abierta y no hay flujo de aire hacia el interior ni el exterior de los pulmones, las presiones en todas las partes del árbol respiratorio, hasta los alveolos, son iguales a la presión atmosférica, que se considera que es la presión de referencia cero en las vías aéreas. Para que se produzca un movimiento de entrada de aire hacia los alveolos durante la inspiración, la presión en los alveolos debe disminuir hasta un valor ligeramente inferior a la presión atmosférica. Esta ligera presión negativa es suficiente para arrastrar 0.5 litros de aire hacia los pulmones en los dos segundos necesarios para una inspiración tranquila normal. Durante la espiración se producen presiones contrarias: la presión alveolar aumenta hasta aproximadamente +1 cm H2O lo que fuerza la salida del 0.5 litros de aire inspirado desde los pulmones durante los 2 a 3 segundos de la espiración.

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PRESION TRANSPULMONAR

Finalmente, se debe señalar la diferencia entre la presión alveolar y la presión pleural. Esta diferencia se denomina presión transpulmonar, que es la diferencia entre la presión que hay en el interior de los alveolos y la que hay en la superficie externa de los pulmones y es una medida de las fuerzas elásticas de los pulmones que tienden a colapsarlos en todos los momentos de la respiración, denominadas presión de retroceso. Estas presiones se modifican a lo largo del ciclo respiratorio.

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DISTENSIBILIDAD Y ELASTICIDAD PULMONAR

Para que se produzca una ventilación adecuada los pulmones deben expandirse adecuadamente y recuperar su volumen de reposo después de haber sido expandidos. Para ello, tanto los pulmones como la caja torácica son estructuras distensibles y elásticas. Las distensibilidad, adaptabilidad o complianza, se refiere a la facilidad con la que una estructura puede estirarse, es decir, en el caso del pulmón su capacidad para expandirse a medida que aumenta la presión intraalveolar durante la inspiración. La elasticidad es la propiedad de un material de recobrar su posición original cuando se ha estirado, una vez que cesa la fuerza que produjo la deformación. En el caso del pulmón, la elasticidad representa la capacidad de recuperar su volumen de reposo en la espiración. Para medir la distensibilidad del pulmón se emplea la determinación de las modificaciones de volumen con la presión durante el ciclo respiratorio. El cambio de volumen por unidad de presión es lo que se conoce como distensibilidad pulmonar y se representa gráficamente en una curva presión/volumen. La distensibilidad resulta útil en la práctica médica como una medida de la rigidez relativa de los pulmones. Cuanto más rígido es el pulmón menor es su distensibilidad y se deberá generar una presión mayor durante la inspiración para que entre el mismo volumen de aire. Las situaciones patológicas en las cuales esta disminuida la distensibilidad se denominan enfermedades pulmonares de patrón restrictivo. La distensibilidad del pulmón depende no solo de las propiedades del pulmón, también del volumen pulmonar, del tamaño del pulmón y de la tensión superficial del alveolo. Para un determinad cambio de presión, el pulmón de un ratón cambiara menos el volumen que el de un elefante, ya que es más pequeño. Por este motivo, los niños pequeños tienen una distensibilidad pulmonar menor que la de los adultos. ¿A qué se debe la elasticidad pulmonar, es decir, la tendencia del pulmón a recuperar su volumen de reposo después de haber sido distendido? Existen dos factores responsables de esta propiedad pulmonar. Uno es el componente elástico de los tejidos pulmonares y de la pared torácica. El segundo factor que interviene en la elasticidad del pulmón es la tensión superficial. La contribución de este factor al comportamiento elástico del pulmón es de dos tercios, mientras que el tercio restante es resultado del tejido elástico.

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SURFACTANTE Y SU EFECTO SOBRE LA TENSION SUPERFICIAL. El surfactante es una agente activo de superficie en agua, lo que significa que reduce mucho la tensión superficial del agua. Es secretado por células epiteliales especiales secretoras de surfactante denominadas células epiteliales de tipo II, que constituyen aproximadamente el 10% del área superficial de los alveolos. Estas células son granulares y contienen inclusiones de lípidos que se secretan en el surfactante hacia los alveolos. El surfactante es una mezcla compleja de varios fosfolípidos, proteínas e iones. Los componentes más importantes son el fosfolípido dipalmitoilfosfatidilcolina, las proteínas del surfactante e iones calcio. La dipalmitoilfosfatidilcolina, junto a otros fosfolípidos menos importantes, es responsable de la reducción de la tensión superficial. Lo hace porque no se disuelve de manera uniforme en el líquido que tapiza la superficie alveolar. Sino que parte de la molécula se disuelve, mientras que el resto permanece sobre la superficie del agua en los alveolos.

EFECTOS DE PULMONAR

LA

CAJA

TORÁCICA

SOBRE

LA

EXPANSIBILIDAD

DISTENSIBILIDAD DEL CONJUNTO DE PULMONES Y TÓRAX La distensibilidad del sistema pulmonar completo se determina expandiendo los pulmones de una persona totalmente relajada o paralizada. La distensibilidad del sistema pulmonar completo es casi exactamente la mitad de la que los pulmones solos: 100ml/cm de agua en el sistema combinado, comparados con los 200ml/cm en los pulmones solos.

PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LA CAJA TORÁCICA La caja torácica también presenta unas propiedades elásticas que producen en situación de reposo una retracción elástica, tendente a su expansión. Puesto que, los pulmones y la caja torácica son elásticos, existirá una posición de equilibrio entre sus respectivas retracciones elásticas en dirección opuesta, responsable de los valores de presión. El pulmón y la pared torácica están expandidos en sentido contrario, pues el pulmón tiende a relajarse hacia adentro y la pared torácica hacia fuera. La consecuencia de estas dos fuerzas opuestas en reposo será que la presión pleural sea inferior a la presión atmosférica.

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La presión transmural de las vías aéreas o diferencia de presión a ambos lados de la pared de las vías aéreas, se calcula restando la presión pleural de la presión en el interior de las vías aéreas (PVA). PTVA = PVA - PPL Esta presión es de gran importancia para mantener abiertas las vías aéreas durante una espiración forzada y evitar su colapso.

TENSIÓN SUPERFICIAL ALVEOLAR La tensión superficial generada en la interfase aire-agua, situada en el interior de los alveolos, es proporcional al radio de curvatura de los mismos (ley de Laplace). La presión transmural (Pinterior-Pexterior o en este caso PalveolarPpleural o presión transpulmonar) es contrarrestada por las fuerzas de tensión superficial. Pt = 2T / r Siendo T la tensión superficial y r el radio alveolar. Si el líquido que tapiza los alvéolos fuese exclusivamente líquido intersticial, la tensión superficial sería muy grande, (0,07 N/m ó 70 dinas/cm) lo cual daría para radios alveolares de aproximadamente 50 m, valores de presión transpulmonar de 28 N/m o 28 cm de H2O. Como la presión alveolar es 0, el valor de presión pleural debería ser de –28 cm de H2O. Sin embargo la presencia de una sustancia denominada surfactante, o tensoactivo, disminuye la tensión superficial permitiendo que la presión pleural sea de –5 cm de H2O. El surfactante es una mezcla de fosfolípidos, principalmente fosfatidilcolina ( o lecitina), que secretado por las células alveolares tipo II, forma parte como otro soluto del líquido intersticial que baña el interior de los alvéolos. Este soluto funciona como un tensoactivo o detergente, es decir, disminuye la tensión superficial casi a una sexta parte de la que tiene la solución intersticial. La tensión superficial presenta un valor constante, valor que disminuye con la adición de un detergente. Ahora, la incorporación del surfactante no sólo disminuye la tensión superficial sino que en el alvéolo se observa que existe una variabilidad en correspondencia con el área o superficie. Con el incremento de área, se produce una elevación de tensión superficial, y con un área disminuída, hay un decremento de la tensión superficial. Por otro lado la interacción mecánica entre alvéolos vecinos permite que aunque un alvéolo tienda al colapso, el mismo comportamiento presentan sus vecinos, y por lo tanto se mantendrá abierto. Esta propiedad se conoce con el nombre de interdependencia alveolar.

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La existencia del surfactante tiene como última consecuencia el fenómeno de la histéresis. Con este término se denomina al fenómeno de diferencia en la tensión superficial para un área determinada cuando se expande que cuando se comprime. Para la expansión el valor es mayor que para la compresión. Este parámetro puede ser estimado también en las relación presión-volumen ya que se necesitan presiones mayores para obtener el mismo volumen cuando se está inflando que cuando se está desinflando. Se cree que es debido al tiempo necesario para que las moléculas de surfactante se realineen en la interfase aire-agua.

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MECANICA RESPIRATORIA

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:  

Inspiración. Fase activa muscular en la que se produce la entrada de aire desde el medio ambiente externo hasta el interior pulmonar. Espiración. Fase pasiva, sin actividad muscular, en la que el aire sale de la cavidad pulmonar al medio ambiente externo.

La frecuencia respiratoria es de 12-16 ciclos por minuto. Si se considera un valor medio de 15 ciclos/minuto, cada ciclo tendría una duración de unos 4 segundos. Este tiempo no se distribuye equitativamente entre las dos fases (1,5 seg. inspiración - 2,5 seg. espiración), la espiración en un ciclo en reposo dura más que la inspiración.

MOVIMIENTOS RESPIRATORIOS El pulmón es una estructura elástica que se colapsa como un globo y expulsa aire a través de la tráquea siempre que no haya ninguna fuerza que lo mantenga insuflado. Además, no hay uniones entre el pulmón y las paredes de la caja torácica, excepto en el punto en el que está suspendido del mediastino en el hilio. Por el contrario, el pulmón flota en la cavidad torácica, rodeado por una capa delgada de líquido pleural que lubrica el movimiento de los pulmones en el interior de la cavidad. Además, la aspiración continua del exceso de

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líquido hacia los conductos linfáticos mantiene una ligera presión negativa entre la superficie visceral del pulmón y la superficie pleural peritoneal de la cavidad torácica. Por tanto, los pulmones están sujetos a la pared torácica como si estuvieran pegados excepto porque están bien lubricados y se pueden deslizar libremente cuando el tórax se expande y se contrae.

TRABAJO RESPIRATORIO Los músculos respiratorios normalmente sólo trabajan para inspirar, pero no para espirar. El trabajo de la inspiración puede dividirse en tres fracciones: a. Trabajo de distensibilidad o trabajo elástico. b. Trabajo de resistencia tisular. c. Trabajo de resistencia de la vía respiratoria. ENERGÍA REQUERIDA PARA LA RESPIRACIÓN Durante la respiración normal tranquila, solo entre el 3% y el 5% del total del gasto energético corporal se consume en el proceso ventilatorio pulmonar. Durante el ejercicio intenso, la cantidad de energía requerida puede aumentar hasta 50 veces, especialmente si la persona tiene algún grado de aumento de la resistencia de la vía respiratoria o disminución de la distensibilidad pulmonar.

RESISTENCIA AL FLUJO DE AIRE El flujo de aire a través del sistema respiratorio se ve frenado por fuerzas opuestas que se engloban en el concepto de resistencia. El grueso de la resistencia corresponde al flujo que se desarrolla en las vías aéreas (80-90% de la resistencia total), mientras que la resistencia tisular o fricción dentro del tejido pulmonar (también conocida como resistencia viscosa tisular) es relativamente pequeña (10-20% de la resistencia total).

RESISTENCIA DE LAS VÍAS AÉREAS Para que se establezca un flujo de aire entre el exterior e interior de los pulmones se requiere un gradiente de presión y para un gradiente concreto, el flujo sólo dependerá siguiendo la ecuación de Poiseuille de la resistencia. La mayor parte de la resistencia de las vías aéreas se sitúa en las vías aéreas altas (40-50%), ya que el flujo de aire entre las fosas nasales y la laringe es de tipo turbulento por el tipo de anatomía que presentan estas partes de las vías

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aéreas. Si la respiración se realiza a través de la boca la resistencia disminuye (como ocurre cuando se realiza ejercicio). A nivel de los bronquios la resistencia decrece debido a que el flujo pasa a ser transicional y a nivel de los bronquiolos el flujo es laminar dándose por esta circunstancia una disminución de resistencia. Aunque la resistencia depende del calibre, en el árbol bronquial la máxima resistencia se obtiene a nivel de la cuarta ramificación ya que a continuación la ramificación del árbol bronquial permite la aparición de múltiples tubos en paralelo que incrementan la sección transversal disminuyendo la resistencia.

MÚSCULO LISO BRONQUIAL Y RESISTENCIA DE LAS VÍAS AÉREAS Las fibras musculares lisas que forman parte de la pared de las vías aéreas está bajo el control del sistema nervioso autónomo, la regulación del tono de estas fibras modifica la resistencia de ahí que el control bronco motor modifique el flujo aéreo.

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RESPIRACION A NIVEL PULMONAR

VASCULARIZACION PULMONAR Los pulmones tienen una doble irrigación sanguínea: 

la arteria pulmonar lleva la sangre pobre en O2 desde el corazón derecho.  las ramas de la arteria pulmonar acompañan a los bronquios hasta formar una red capilar muy densa en los tabiques alveolares donde se produce el intercambio de gases  la sangre oxigenada se transporta por un sistema de venas que caminan por el tejido conjuntivo (entre los lobulillos y segmentos pulmonares y también en la pleura). En las cercanías del hilio pulmonar las venas pulmonares se acercan a las arterias y a los bronquios grandes.



las arterias bronquiales caminan por la pared de los bronquios y también por los tabiques de tejido conjuntivo y por la pleura. El camino de las venas es paralelo al de las arterias.

VENTILACION 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

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anteriormente, daría lugar a la ventilación alveolar o volumen minuto alveolar que estaría en 4,2 litros por minuto.

VARIACIONES REGIONALES EN LA VENTILACIÓN ALVEOLAR Y EN LA PERFUSIÓN SANGUÍNEA PULMONAR Como efecto del peso del propio pulmón, las porciones de la pleura situadas en la parte más alta tienen valores más negativos de presión pleural, eso hace que los alvéolos se encuentren más distendidos, y por el contrario en la base el efecto de la presión del peso del pulmón sobre las pleuras determina que la presión pleural sea menos negativa o más positiva que en la parte superior. Los alvéolos en esta región están menos distendidos siendo su radio menor. En el proceso de la inspiración los alvéolos superiores incrementan muy poco su volumen, y los inferiores incrementan en mayor escala su volumen haciendo que la mayor parte del aire que entra en el volumen corriente se desplace hacia estas regiones y muy poco hacia las superiores. En términos generales, si se distribuye la altura pulmonar de arriba a abajo en tres zonas, la Zona I o superior recibe el 25% de la ventilación, la Zona II o media el 35% y la Zona III o inferior el 40%. En la perfusión se comprueba el mismo efecto de la gravedad, que hace que algunos vasos se encuentren más distendidos y reciban un flujo sanguíneo mayor. La acción de la gravedad y las bajas presiones que existen en el lecho vascular pulmonar determinan que el flujo sanguíneo sea muy sensible a la influencia de la gravedad. Los pulmones no presentan en todas sus regiones valores idénticos de perfusión. En posición erecta, o de pie, la base pulmonar está más irrigada que los ápices. En posición supina, o tumbado, las bases y ápices se igualan, sin embargo el dorso recibe ahora más flujo sanguíneo que la región ventral. Si se divide el pulmón en varias zonas del ápice a la base se observarían los siguientes patrones en el flujo sanguíneo: • • •

Zona I o vértice pulmonar. Zona II o parte media. Zona III o base pulmonar.

RELACIÓN VENTILACIÓN-PERFUSIÓN Tal como se ha descrito previamente la ventilación y la perfusión no se distribuyen de manera homogénea y regular por todo el pulmón. Si se correlacionan ambos parámetros se obtiene un cociente o tasa ventilación perfusión (VA/Q), en la que las variaciones de perfusión son mayores que las de ventilación. Esta tasa es inferior a 1 en la base y superior a 1 en el vértice, teniendo como valor medio 0,85-0,90, siendo una medida de la función 27

pulmonar. Con el ejercicio y el consiguiente incremento del metabolismo, la ventilación y la perfusión aumenta, siendo más elevado el incremento de la primera, por lo que el cociente VA/Q puede aumentar 3 ó 4 veces.

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 también 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 exceso 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 inconciencia.

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CIRCULACION SANGUINEA INTRAPULMONAR

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La circulación pulmonar es la porción del sistema circulatorio que lleva la sangre desoxigenada desde el corazón hasta los pulmones, para luego regresarla oxigenada de vuelta al corazón. El termino contrasta con la circulación sistémica (envía sangre desde el corazón a todas las partes del cuerpo humano y después vuelve a traerla al corazón desoxigenada). La función de la circulación pulmonar es asegurar la oxigenación sanguínea por la hematosis pulmonar. La circulación pulmonar se basa en el flujo de sangre desde el ventrículo derecho hacia los pulmones y el regreso de la sangre desoxigenada, de los pulmones al atrio (aurícula) izquierda. El tronco pulmonar nace del ventrículo derecho y se dirige arriba hacia atrás y a la izquierda, para después dividirse en dos ramas, la arteria pulmonar derecha, e izquierda, que se dirigen a los pulmones ipso-laterales. Después de entrar en los pulmones estos vasos se dividen una y otra vez, hasta que dan origen a capilares que rodean a los alveolos pulmonares. El Dióxido de Carbono pasa de la sangre a estos últimos, para exhalarse, mientras que el Oxigeno inhalado pasa de los alveolos a la sangre. Los capilares se unen y dan origen a vénulas (pequeños vasos sanguíneos que llevan sangre procedente de los plexos capilares y se anastomosan para formar venas) y venas, finalmente dos venas pulmonares salen del pulmón y transportan la sangre oxigenada al atrio (aurícula) izquierdo. Estas venas son las únicas de la circulación postnatal que transportan sangre oxigenada. Las contracciones del ventrículo izquierdo envían la sangre que le llegan al atrio (aurícula) ipsolateral a los vasos de la circulación general. La hematosis pulmonar es el proceso que ocurre a nivel de la barrera alvéolo capilar y el intercambio de las sustancias gaseosas (oxígeno y dióxido de carbono) entre la sangre y el aire inspirado contenido en los pulmones; es un fenómeno de acoplamiento funcional de la mecánica respiratoria y la circulación sanguínea. Este intercambio gaseoso se produce por simple diferencia de presión y concentración denominado difusión (de donde hay más hacia donde hay menos), e implica un fenómeno de difusión pasiva. La propia estructura histológica de los alvéolos pulmonares y de la circulación pulmonar (capilares) hacen que la superficie de intercambio sea muy extensa y favorece la difusión de los gases a través de la barrera alvéolo-capilar.

CARACTERISTICAS DE LA CIRCULACION PULMONAR El circuito se origina en el ventrículo derecho, continua por las arterias pulmonares que transportan la sangre venosa (con bajo contenido en O2 y alto en CO2) de todo el cuerpo hasta los capilares pulmonares donde se realizará el intercambio gaseoso. Después de oxigenada la sangre retorna a la circulación

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sistémica a través de las venas pulmonares que transportan sangre arterial (con bajo contenido en CO2 y alto en O2) hasta la aurícula izquierda.

El principal elemento de este circuito es el enorme árbol capilar que en contacto con las paredes alveolares proporciona una gran superficie para realizar el intercambio gaseoso. La sección transversal de todos los capilares pulmonares es igual a los capilares de la circulación sistémica siendo el flujo que circula por ellos el mismo que circula por la totalidad de los capilares sistémicos. Sin embargo como los capilares pulmonares son más cortos el tiempo que tarda la sangre en recorrerlos es más corta, alrededor de 1 segundo, mientras que en los sistémicos es de unos 2 segundos.

PRESIÓN Y RESISTENCIA EN LA CIRCULACIÓN PULMONAR Los vasos pulmonares se diferencian de los sistémicos en que son más delgados, más cortos, de calibre mayor y sus paredes son más distensibles al disponer de menor cantidad de músculo liso y conservar un alto contenido en fibras elásticas hasta 1 mm de diámetro. El circuito menor es un sistema de baja presión, ya que el gradiente que se establece entre el ventrículo derecho u origen del circuito y la aurícula izquierda o fin del mismo es de unos 25 mm Hg. A nivel de las arterias la presión media es de 15±3 mm Hg (presión sistólica 21±5, presión diastólica 9±3 mm Hg). En los capilares es de 10 y en las venas de 6 mm Hg. La presión de conducción se establece como la diferencia entre la presión ventricular derecha y la presión auricular izquierda.

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La resistencia vascular en este circuito es baja. Para movilizar 1 litro de sangre se requieren en el circuito mayor 16 mm Hg, mientras que en el pulmonar son suficientes 2 mm Hg.

VOLUMEN Y FLUJO SANGUÍNEO EN LA CIRCULACIÓN PULMONAR El circuito pulmonar dispone de un volumen de unos 500 ml, de los cuales unos 75-100 se localizan en los capilares, siendo remplazada casi en su totalidad en cada latido cardíaco, ya que el volumen de salida del corazón en reposo es de unos 70 ml. El flujo es igual al que se desarrolla en la circulación mayor y corresponde al gasto cardíaco, ó 5 l/minuto.

CIRCULACIÓN BRONQUIAL Mientras que la circulación pulmonar está relacionada con el sistema de intercambio gaseoso, la circulación bronquial abastece de sangre arterial al pulmón para las necesidades de sus células. Segundo sistema circulatorio del pulmón que depende de la circulación sistémica. Las arterias bronquiales se originan en la aorta o en las arterias intercostales. La circulación bronquial tiene un sistema de drenaje doble. Una parte del flujo bronquial lo hace en la aurícula derecha a través de la vena ácigos. La otra parte forma extensas anastomosis con la circulación pulmonar y aboca a la aurícula izquierda a través de las venas pulmonares. Perfunde la pared de la tráquea, bronquios, bronquiolos, tercio medio del esófago, y las superficies mediastínica y diafragmática de la pleura visceral.

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Además de aportar flujo sanguíneo a estas estructuras, juega un papel relevante en la humidificación y calentamiento del aire inspirado, así como el intercambio de fluidos que tiene lugar en la pared bronquial. Los pulmones reciben sangre procedente del circuito bronquial y del circuito pulmonar. En reposo, atraviesan los vasos pulmonares aproximadamente 5 litros de sangre cada minuto. Además de lo anterior, el diámetro de las arteriolas pulmonares está regulado por los valores de las presiones de oxigeno y dióxido de carbono alveolar de forma y manera que en aquellas áreas en las que la PO2 es baja (hipoxia) o la PCO2 es alta (hipercapnia) las arteriolas se contraes, desviando la sangre hacia aquellas zonas en las que la oxigenación es mayor. El flujo sanguíneo pulmonar depende de:   

Presión en las arterias pulmonares (presión hidrostática). Presión en las venas pulmonares. Presión en los alvéolos, presión del aire contenido en ellos.

Cuando estamos en posición erecta, la base del pulmón se sitúa por debajo de la arteria pulmonar por lo que la presión hidrostática de la sangre se suma a la

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presión de la arteria pulmonar. Por encima de la arteria pulmonar, la presión se debe a la presión hidrostática de forma que el flujo sanguíneo disminuye al ir subiendo en el pulmón hasta llegar al vértice pulmonar en el que, al estar 15 cm de altura sobre el corazón, durante la diástole se interrumpe el flujo. Si asumimos que la presión en las venas pulmonares (PV) es igual a la presión atmosférica (0), la presión de perfusión será igual a la presión de las arterias pulmonares (presión de perfusión = PA - PV y PV = 0). Si tenemos en cuenta que el flujo sanguíneo directamente proporcional a la presión de perfusión e inversamente proporcional a la resistencia (Flujo = PP/resistencia), la presión de perfusión será el resultado de multiplicar el flujo por la resistencia (presión = flujo x resistencia) sucederá que:  



En el vértice del pulmón, la presión alveolar es similar a la de las arterias pulmonares y la resistencia vascular es alta, de forma que el flujo sanguíneo es relativamente bajo. En la zona media del pulmón, la presión de las arterias pulmonares es relativamente alta y algo mayor que la presión alveolar, de forma que el flujo sanguíneo aumenta progresivamente hacia las partes bajas de la zona. En la base del pulmón, la presión arterial supera a la alveolar y por tanto, el flujo sanguíneo es relativamente elevado.

El flujo sanguíneo pulmonar depende de la relación ventilación-perfusión. La ventilación alveolar (4,2 litros/minuto en reposo) y la cantidad de sangre que recibe el pulmón (perfusión, igual al gasto cardiaco= 5 litros/minuto en reposo) guardan una correlación o proporción de modo que el valor medio de esa proporción es 0.84. Teniendo en cuenta esto, se pueden dar 3 situaciones:   

Un ajuste óptimo entre la perfusión y la ventilación: supone la existencia de alvéolos bien ventilados y bien prefundidos por la sangre, situación en la que la sangre se equilibrará con el aire alveolar y se arterializará. Alvéolos poco ventilados y bien perfundidos por la sangre. La PO2 de la sangre será inferior a la normal tras pasar el alvéolo. Alvéolos bien ventilados y poco prefundidos por la sangre: la sangre que abandona el alvéolo tendrá una presión de CO2 baja.

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PRINCIPIOS BASICOS DEL INTERCAMBIO GASEOSO

Después que los alveolos se hayan ventilado con aire limpio, la siguiente fase del proceso respiratorio es la difusión del oxigeno desde los alveolos hacia la sangre pulmonar y la difusión del dióxido de carbono en la dirección opuesta, desde la sangre. El proceso de difusión es simplemente el movimiento aleatorio de moléculas que entrecruzan su trayectoria en todas las direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes.

FISICA DE LA DIFUSION GASEOSA Todos los gases importantes en fisiología respiratoria son moléculas simples que se muestran libremente entre sí, que es el proceso que se denomina difusión. Esto también se aplica a los gases que están disueltos en los líquidos y en los tejidos del cuerpo. Para que se produzca la difusión debe haber una fuente de energía. Este procede del movimiento cinético de las propias partículas. Excepto a la temperatura del cero absoluto, todas las moléculas de toda la materia están experimentando movimiento de manera continua. En el caso de las moléculas libres que no están unidas físicamente a tras, esto significa un movimiento lineal a una velocidad elevada hasta que chocan con otras moléculas. Después rebotan en direcciones nuevas y siguen chocando de manera rápidamente y aleatoria entre sí. En fisiología respiratoria se manejan muestras de gases mezclas de gases, principalmente, nitrógeno, oxigeno y dióxido de carbono. La velocidad de difusión de cada uno de estos gases es directamente proporcional a la presión que genera ese gas solo, que se denomina presión parcial de ese gas. El concepto de presión parcial se puede explicar de la siguiente manera: considérese el aire, que tiene una composición aproximada del 79 % de nitrógeno y el 21 % de oxigeno. La presión total de esta mezcla al nivel del mar es en promedio de 760 mm Hg A partir de la descripción previa de la base molecular de la presión es evidente que cada uno de los gases contribuye a la presión total en proporción directa a su concentración. Por tanto, el 79% de los 760 mm Hg está producido por el nitrógeno (600mm Hg) y el 21 % por el oxigeno (160mm Hg). Así la presión parcial del nitrógeno en la mezcla es de 600 mm Hg y la presión parcial del oxigeno es de 160 mm Hg.

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DIFUSION DE GASES ENTRE LA FASE GASEOSA DE LOS ALVEOLOS Y LA FASE DISUELTA DE LA SANGRE PULMONAR La presión parcial de cada uno de los gases en la mezcla de gas respiratorio alveolar tiende a hacer que las moléculas de ese gas se disuelvan en la sangre de los capilares alveolares. Por el contrario, las moléculas del mismo gas que ya están disueltas en la sangre están rebotando de manera aleatoria en el líquido de la sangre, y algunas de estas moléculas que rebotan escapan de nuevo hacia los alveolos. La velocidad a la que escapan es directamente proporcional a su presión parcial en la sangre. Si la presión parcial es mayor en la fase gaseosa de los alveolos, como ocurre en el caso del oxigeno, entonces mas moléculas difundirán hacia la sangre que en la otra dirección. Por otro lado, si la presión parcial del gas es mayor en el estado disuelto en la sangre, como ocurre normalmente en el caso del dióxido de carbono, la difusión neta se dirigirá hacia la fase gaseosa de los alveolos.

DIFUSION DE GASES A TRAVES DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA

UNIDAD RESPIRATORIA También denominada lobulillo respiratorio, que está formada por un bronquiolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios y los alveolos. Hay aproximadamente 300 millones de alveolos en los dos pulmones y cada alveolo tiene un diámetro medio de aproximadamente de 0.2 mm. Las paredes alveolares son muy delgadas y entre los alveolos hay una red casi solida de capilares interconectados. De hecho, debido a lo extenso del plexo capilar, se ha descrito que el flujo de sangre en la pared alveolar es una lámina de sangre que fluye. Así, es evidente que los gases alveolares están muy próximos a la sangre de los capilares pulmonares. Además, el intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce a través de las membranas de todas las porciones terminales de los pulmones, no solo en los propios alveolos. Todas estas membranas se conocen de manera colectiva como la membrana respiratoria, también denominada membrana pulmonar.

CAPACIDAD DE DIFUSION DEL OXIGENO En el varón joven medio, la capacidad de difusión del oxigeno en condiciones de reposo es en promedio de 21 ml/min/mm Hg En términos funcionales, ¿Qué significa esto? La diferencia media de presión de oxigeno a través de la membrana respiratoria durante la respiración tranquila normal es de aproximadamente 11 mm Hg La multiplicación de esta presión por la capacidad de difusión (11×21) da un total de aproximadamente 230 ml de oxigeno que

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difunden a través de la membrana respiratoria cada minuto en reposo utiliza el oxigeno. MODIFICACION DE LA CAPACIDAD DE DIFUSION DEL OXIGENO DURANTE EL EJERCICIO Durante el ejercicio muy intenso u otras situaciones que aumentan mucho el flujo sanguíneo pulmonar y la ventilación alveolar, la capacidad de difusión del oxigeno aumenta en los varones jóvenes hasta un máximo de aproximadamente 65 ml/min/mm Hg, que es el triple de la capacidad de difusión en situaciones de reposo. Este aumento está producido por varios factores, entre los que encuentran: 1.la apertura de muchos capilares pulmonares previamente cerrados o la dilatación adicional de capilares ya abiertos, aumentando de esta manera el área superficial de la sangre hacia la que puede difundir el oxigeno, y 2. Un mejor equilibrio entre la ventilación de los alveolos y la perfusión de los capilares alveolares con la sangre, denominado cociente de ventilación perfusión. Por tanto, durante el ejercicio la oxigenación de la sangre aumenta no solo por el aumento de la ventilación alveolar, sino también por una mayor capacidad de difusión de la membrana respiratoria para transportar el oxigeno hacia la sangre.

CAPACIDAD DE DIFUSION DEL DIOXIDO DE CARBONO. Nunca se ha medido la capacidad de difusión del dióxido de carbono debido a la siguiente dificultad técnica: el dióxido de carbono difunde a través de la membrana respiratoria con tanta rapidez que la Pco2 media de la sangre pulmonar no es muy diferente de la Pco2 de los alveolos (la diferencia media es menor de 1 mm Hg) y con las técnicas disponibles esta diferencia es demasiado pequeña como para poder medir. Sin embargo, las mediciones de la difusión de otros gases han demostrado que la capacidad de difusión varía directamente con el coeficiente de difusión del gas particular. Como el coeficiente de difusión del dióxido de carbón es algo mayor de 20 veces el del oxigeno, cabe esperar que la capacidad de difusión del dióxido de carbono en reposo sea aproximadamente 400 a 450 ml/min/mm Hg y durante el esfuerzo aproximadamente 1200 a 1300 ml/min/mm Hg.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE DIFUSION GASEOSA A TRAVES DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA En relación con el análisis de la difusión de los gases en agua, se pueden aplicar los mismos principios y formulas matemáticas a la difusión de gases a través de la membrana respiratoria. Así, los factores que determinan la rapidez con la que un gas atraviesa la membrana son: 1.el grosor de la membrana; 2. El área superficial de la membrana; 3. El coeficiente de difusión del gas en la

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sustancia de la membrana y; 4. La diferencia de presión parcial del gas entre los dos lados de la membrana. De manera ocasional se produce un aumento del grosor de la membrana respiratoria, por ejemplo como consecuencia de la presencia de líquido de edema en el espacio intersticial de la membrana y en los alveolos, de modo que los gases respiratorios deben difundir no solo a través de la membrana, sino también a través de este liquido. Además algunas enfermedades pulmonares producen fibrosis de los pulmones, que puede aumentar el grosor de algunas partes de la membrana respiratoria.

TRANSPORTE DE OXIGENO Y DIOXIDO DE CARBONO EN LA SANGRE Y LOS LIQUIDOS TISULARES. Una vez que el oxigeno ha difundido desde los alveolos hacia la sangre pulmonar, es transportado hacia los capilares de los tejidos periféricos combinado casi totalmente con la hemoglobina. La presencia de hemoglobina en los eritrocitos permite que la sangre transporte de 30 a 100 veces más oxigeno de lo que podría transportar en forma de oxigeno disuelto en el agua de la sangre. En las células de los tejidos corporales el oxigeno reacciona con varios nutrientes para formar grandes cantidades de dióxido de carbono. Este dióxido de carbono entra en los capilares tisulares y es transportado de nuevo hacia los pulmones. El dióxido de carbono, al igual que el oxigeno, también se combina en la sangre con sustancias químicas que aumentan de 15 a 20 veces el transporte del dióxido de carbono.

DIFUSION DE OXIGENO DESDE LOS CAPILARES PERIFERICOS AL LIQUIDO TISULAR. Cuando la sangre arterial llega a los tejidos periféricos, la PO2 en los capilares sigue siendo de 95 mm Hg Sin embargo, la PO2 en el liquido intersticial que rodea las células tisulares es en promedio sol 40 mm Hg Así, hay una gran diferencia de presión inicial que hace que el oxigeno difunda rápidamente desde la sangre capilar hacia los tejidos, tan rápidamente que la PO2 capilar disminuye hasta un valor casi igual a la presión de 40 mm Hg que hay en el intersticio.

DIFUSION DE OXIGENO DESDE LOS CAPILARES PERIFERICOS A LAS CELULAS DE LOS TEJIDOS. El oxigeno está siendo utilizado siempre por las células, por tanto, la Po2 intracelular de las células de los tejidos periféricos siempre es más baja que la PO2 de los capilares periféricos. Además, en muchos casos hay una distancia

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física considerable entre los capilares y las células. Por tanto, la PO2 intracelular normal varía desde un valor tan bajo como 5 mm Hg hasta un valor tan alto como 40 mm Hg y en promedio es de 23 mm Hg Como normalmente solo son necesario de 1 a 3 mm Hg de presión de oxigeno para el soporte completo de los procesos químicos que utilizan oxigeno en la célula, se puede ver que incluso esta baja PO2 intracelular de 23 mm Hg es mas que adecuada y proporciona un factor de seguridad grande.

DIFUSION DE DIOXIDO DE CARBONO DESDE LAS CELULAS DE LOS TEJIDOS PERIFERICOS A LOS CAPILARES Y DESDE LOS CAPILARES PULMONARES A LOS ALVEOLOS. Cuando las células utilizan el oxigeno, prácticamente todo se convierte en dióxido de carbono y esto aumenta la PCO2 intracelular; debido a esta elevada PCO2 de las células tisulares, el dióxido de carbono difunde desde las células hacia los capilares tisulares y después es transportado por la sangre hasta los pulmones. En los pulmones difunde desde los capilares pulmonares hacia los alveolos y es espirado. Así en todos los puntos de la cadena de transporte de gases el dióxido de carbono difunde en una dirección exactamente puesta a la difusión del oxigeno. Sin embargo, hay una diferencia importante entre la difusión del dióxido de carbono y la del oxigeno: el dióxido de carbono puede difundir aproximadamente 20 veces más rápidamente que el oxigeno. Por tanto, las diferencias de presión necesarias para producir la difusión del dióxido de carbono son, en todos los casos, mucho menores que las diferencias de presión necesarias para producir la difusión del oxigeno.

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INTERCAMBIO GASEOSO A NIVEL PULMONAR

El O2 contenido en los alvéolos (aire alveolar) pasa de éstos a la sangre y de ésta a las células. En realidad, el intercambio de gases se realiza a dos niveles: primeramente, como acabamos de mencionar, a nivel alveolar, lo que constituye la respiración externa; posteriormente, a nivel celular, entre sangre, líquido, intersticial y célula. Este intercambio es la respiración interna o tisular. Como ya hemos indicado, no es el volumen total de aire que penetra al aparato respiratorio el que participa en el intercambio alvéolo-sangre, sino sólo aquella parte que llega a los alvéolos. La fracción de aire inspirado que llena los bronquios, la tráquea, las vías respiratorias superiores, es funcionalmente inútil. Los espacios recién mencionados representan el llamado espacio muerto anatómico, cuyo volumen promedio es aproximadamente de 150 ml. Por lo tanto, de los 500 ml de aire inspirados normalmente, sólo 350 ml participarán en el intercambio gaseoso a nivel pulmonar. Además el intercambio gaseoso pulmonar puede ser obstaculizado por otras causas, tales como menor velocidad de difusión del aire desde el alvéolo hacia los capilares, obstrucción capilar pulmonar y otras. Aquellos alvéolos que por alguna de las causas mencionadas son excluidos del intercambio gaseoso, constituyen el llamado espacio muerto funcional, cuya magnitud, como se comprende fácilmente, es muy variable. El volumen representado por la suma del espacio muerto anatómico y del espacio muerto funcional, es el Despacio muerto fisiológico. Para comprender el intercambio gaseoso, tanto a nivel alveolar como tisular, es menester referirse a la composición del aire ambiental, a la presión parcial de sus componentes en los alvéolos, en la sangre y en el espacio intersticial que separa los alvéolos de los vasos sanguíneos pulmonares. La composición del aire que queda en el espacio muerto anatómico al final de la inspiración, es obviamente la misma que la del aire ambiental. Su contenido en CO2 es mínimo y, por lo tanto, sin importancia. El CO2 del aire espirado proviene, por consiguiente, de los alvéolos, que lo han recibido a su vez de la sangre. La concentración del CO2 del aire alveolar es, por el contrario, relativamente alta, alrededor de 6%. El aire espirado contiene, sin embargo, sólo 4% de CO2, debido a que es una mezcla del aire atmosférico con el aire alveolar, que ocupa el espacio muerto anatómico. Esto permite calcular el volumen de este espacio muerto, a base del siguiente razonamiento: la concentración de CO2 en el aire espirado es de 4% y la del aire alveolar de 6%. Esto indica que una tercera parte del CO2 alveolar se ha diluido en el aire del espacio muerto anatómico, cuyo volumen debe ser, entonces, alrededor de 150 ml. La ventilación pulmonar aumenta paralelamente con la frecuencia respiratoria sólo hasta cierto límite. A1 sobrepasar este límite la respiración se hace superficial y disminuye el volumen del aire respiratorio en tal forma que, a pesar de la mayor frecuencia, la ventilación por minuto se hace menor.

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Con la primera inspiración después del parto, el aire penetra del espacio muerto anatómico a los alvéolos, expandiéndolos por primera vez y se convierte en aire alveolar. El volumen de aire alveolar que se expulsa durante la espiración, se mezcla con el aire del espacio muerto y constituye el aire espirado. A1 final de la espiración, el espacio muerto anatómico está ocupado, por consiguiente, por aire alveolar espirado, que es el primero que vuelve a penetrar a los alvéolos en la inspiración siguiente. La cantidad de aire atmosférico que llega a penetrar a los alvéolos por cada inspiración es, por consiguiente, bastante pequeña (350 ml) en comparación con la cantidad total de aire alveolar al final de una espiración tranquila. La ventilación alveolar utiliza, por lo tanto, sólo parcialmente los gases del aire ambiental. Este hecho explica la composición diferente del aire ambiental y alveolar. El O2 pasa de los alvéolos a los capilares pulmonares y simultáneamente el CO2 de éstos a los alvéolos. Durante este intercambio la concentración del O2 del aire alveolar disminuye y se eleva la del CO2, para retornar a sus niveles primitivos en la próxima inspiración. Gracias a la ventilación pulmonar, la composición del aire alveolar se mantiene prácticamente constante. Los aires inspirado, espirado y alveolar tienen la siguiente composición:

El aire alveolar es una mezcla de gases, en que cada uno de los componentes ejerce separadamente su presión parcial. La suma de las presiones parciales es igual a la presión total del aire alveolar. Existe, además, entre las presiones parciales de los gases del aire inspirado y del aire alveolar otra diferencia que se debe a la saturación del aire alveolar con vapor de agua. La presión parcial del vapor de agua, a una temperatura de 38º C y a nivel del mar (presión atmosférica igual a 760 mm de Hg), es alrededor de 47 mm de Hg. Por consiguiente, la presión conjunta del O2, CO2 y N2 en el aire alveolar y en el espirado, es inferior en aproximadamente 47 mm de Hg a la que tienen en el aire inspirado (atmosférico). La saturación con vapor de agua disminuye también en forma proporcional las respectivas presiones parciales.

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Conociendo la composición porcentual de una mezcla de gases y la presión total de la misma, es fácil calcular la presión parcial que corresponde a cada uno de dichos gases. Aplicando lo anterior a los gases respiratorios, tenemos que a nivel del mar la presión total del aire alveolar será de 713 mm de Hg. De ésta, 47 mm de Hg corresponde a la presión de vapor de agua así que la presión total del resto de los gases tendrá sólo un valor de 713 mm de Hg. De esta presión corresponde un 14% (i00 mm de Hg) al O2, un 5.6% (40 mm de Hg) al CO2 y el restante 80.4% (573 mm de Hg) al N2. Expresado en otra forma:

O sea, la presión parcial de un gas en una mezcla gaseosa, es directamente proporcional a su volumen porcentual en la mezcla. Las presiones parciales de los gases en los aires respiratorios, expresadas en Hg, son las siguientes: Aire Inspirado Aire Espirado Aire Alveolar

O2 158 116 100

CO2 0.2 29.0 40

N2 597 568 573

H2O 5.0 47 47

Como los gases pasan del lugar de mayor al de menor presión, es necesario conocer sus presiones parciales en la sangre capilar que se pone en contacto con el aire alveolar. Las moléculas de un gas que se pone en contacto con un líquido, penetran en éste hasta que las presiones se hacen iguales en ambos medios. En el caso de un líquido que contiene uno o varios gases en concentraciones mayores que su ambiente, se produce un fenómeno similar: el

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líquido liberará moléculas de gases hasta que se establezca un equilibrio, o sea, hasta que las presiones parciales de los gases sean iguales en ambos medios. Las presiones parciales de los diferentes gases en la sangre, expresadas en mm de Hg, se indican a continuación:

Las presiones parciales de los gases en los alvéolos, en la sangre arterial y venosa están representadas esquemáticamente en la figura 25. La magnitud del flujo de un gas depende fundamentalmente de 4. Factores: a. de la diferencia de presiones del gas, que fluye del lugar de mayor al de menor presión; b. de la estructura del medio que el gas, debe atravesar; c. de la superficie total a través de la cual debe fluir; y d. de la constante de difusión del gas en los diversos elementos constituyentes del medio a través del cual se produce el flujo. De acuerdo con estas premisas, en el pulmón el O2 pasará de la cavidad alveolar a la sangre y el CO2 de la sangre al alvéolo, hasta que las presiones parciales sanguínea y alveolar de estos gases se hagan iguales. La sangre venosa, por lo tanto, durante su paso por los pulmones entrega CO2 y absorbe O2, es decir, se arterializa. La gradiente de presiones se invierte a nivel tisular, debido a lo cual la sangre arterial entrega O2 y capta CO2 hasta que las presiones parciales de estos gases en la sangre y en los tejidos se tornan sensiblemente iguales. Como ya hemos dicho, el paso de los gases desde y hacia los alvéolos no depende sólo de la gradiente de presiones parciales, sino también de los medios que estos gases deben atravesar. Durante él intercambio de gases a nivel alveolar, tanto el O2 como el CO2 pasan por la pared capilar, el espacio intersticial que separa los capilares de los alvéolos y finalmente por la pared alveolar. Estas formaciones oponen determinada resistencia al libre flujo de los gases. El número de moléculas de un gas que puede entrar o salir de la sangre dependerá entonces, además de la gradiente de presiones, de la magnitud de la superficie de difusión, de la permeabilidad del medio que debe atravesar y finalmente de la constante de difusión que es para cada gas característico y diferente.

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El grosor de las membranas, endotelio capilar y alveolar, que separa los capilares de los alvéolos es, en condiciones fisiológicas, alrededor de 4 micrones. La superficie de difusión, es decir, la superficie total de los alvéolos es aproximadamente 60 m2 y el volumen de aire en los alvéolos, como ya hemos dicho, oscila alrededor de 3.000 ml. Este volumen de aire se pone en contacto con los 60 ml de sangre que contienen los capilares pulmonares. La figura 26 representa esquemáticamente el camino que los gases respiratorios deben recorrer.

El volumen de gas que pasa en la unidad de tiempo (1 segundo) por una superficie de difusión de 1 cm2, siendo la diferencia de presiones del gas entre ambos lados de dicha superficie de 1 mm de Hg, se denomina constante de difusión. Su valor para el O2. En condiciones de reposo corporal, es de 20 a 30 ml. Este volumen de 02 pasará de los alvéolos a los capilares, siempre que la gradiente de presiones entre alvéolo y sangre capilar, sea de 1 mm de Hg. Como no se puede medir la presión parcial real del O2 de la sangre a nivel alveolar, se acepta que su valor corresponde al promedio de las po2 de la sangre arterial y de la sangre vinosa, que es aproximadamente 70 mm de Hg. Siendo la presión parcial del O2 en los alvéolos alrededor de 100 mm de Hg, resulta que la diferencia entre la po2 en la sangre capilar venosa pulmonar y la po2 del aire alveolar es de unos 30 mm de Hg. Esta diferencia permite, siendo la constante de difusión para el O2 20 a 30 ml, que su flujo alvéolo-capilar alcance unos 600 a 900 ml por minuto. Considerando que los requerimientos de un adulto, en condiciones de reposo, no sobrepasan la cantidad de 400 a 600 ml de O2 minuto, es obvio que el volumen señalado es más que suficiente para satisfacer estas exigencias. Durante un trabajo muscular intenso, cuando 44

el requerimiento de O2 sobrepasa 30 a 40 veces el de reposo, cl organismo recurre, para poder disponer de esta mayor cantidad de O2, a dos mecanismos: por una parte se eleva la constancia de difusión en un roo a 300%; por otra parte disminuye la po2 de la sangre venosa debido a que los tejidos han extraído de la sangre arterial, durante la realización del trabajo, mayor cantidad de este gas. Se incrementa así la diferencia entre la po2 de la sangre venosa que llega al pulmón y el aire alveolar. En estas condiciones, el paso de O2 puede alcanzar a 3 ó 4 litros/ minuto, volumen suficiente para satisfacer aun los requerimientos máximos. El CO2 pasa de la sangre capilar venosa a los alvéolos, de acuerdo con los mismos principios que el O2. Su constante de difusión es, sin embargo, 20 veces mayor que la del O2 (400 a 600 ml/ minuto). Igual como en el caso del O2, no es posible medir a nivel alveolar la pCO2 en la sangre venosa. Se le asigna un valor promedio de su presión en la sangre venosa (46 mm de Hg) y en la arterial (40 mm de Hg), o sea, 43 mm de Hg. Siendo la presión parcial del CO2 en los alvéolos 40 mm de Hg, la diferencia es de 3 mm de Hg, lo que es suficiente, debido a la alta constante de difusión del CO2, para permitir el paso de unos 1.200 a 1.800 ml de CO2 por minuto hacia los alvéolos. Lo expuesto hasta ahora no tiene, sin embargo, validez absoluta, ya que el intercambio gaseoso a nivel alveolar sufre restricciones. Estas se deben, por una parte, a que ni el caudal sanguíneo ni el aire inspirado, se distribuyen uniformemente por todos los alvéolos. Por otra parte, a que la oxigenación de la sangre depende en alto grado de la relación entre la magnitud de la ventilación pulmonar y la del caudal sanguíneo que pasa por los capilares alveolares. Estudios realizados revelaron que el CO2 inspirado no se distribuye uniformemente en los pulmones del individuo en posición erecta. La ventilación es más intensa en las bases, disminuyendo

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Progresivamente hacia los vértices. Los mismos estudios demostraron que la irrigación pulmonar sufre cambios similares, es decir, en la unidad de tiempo pasa mayor volumen de sangre por las bases y disminuyendo progresivamente hacia los vértices. Esta relación entre flujo sanguíneo y ventilación pulmonar está representada en la figura 27, en que se puede ver que la irrigación pulmonar disminuye en grado mayor que la ventilación, a medida que se asciende hacia los vértices pulmonares. Existe una relación funcionalmente importante entre irrigación y ventilación pulmonar expresada por el cociente de ventilación-perfusión, (VA) en que VA. Representa el volumen de aire que pasa por una región pulmonar en la unidad de tiempo y Q, el caudal sanguíneo que circula en cl mismo tiempo por los capilares del mismo territorio. Mediciones repetidas revelaron que la ventilación alveolar de una persona normal y en reposo oscila alrededor de los 4 litros / minuto y que el volumen de sangre que pasa por los capilares en cl mismo tiempo es de unos 5 litros. Resulta así que el cociente de ventilación-perfusión normal es de 0.8 (VA = 4.0 = 0.8) Como la irrigación disminuye a medida que se asciende hacia el vértice pulmonar proporcionalmente más que la ventilación, el cociente VA aumenta gradualmente hacia los vértices. Es así como su valor tiende a decrecer hasta 0,6 en las bases, en tanto que en los vértices puede ser superior a 3. Expresado en otra forma, los alvéolos de la base son abundantemente irrigados en relación con su ventilación, situación que se invierte en los ápices, donde la irrigación es relativamente pobre (véase figura anterior).

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El cociente de ventilación-irrigación no expresa fielmente, sin embargo, lo que sucede con la ventilación o irrigación de los pulmones. Un cociente VA de valor 0.8 no significa forzosamente una función pulmonar normal a todos los niveles. Puede ser que el aire de ventilación es de 4 litros / minuto, pero por una obstrucción del bronquio de un lado, el volumen total del aire pasa sólo por el pulmón del otro lado; o bien, d flujo sanguíneo pulmonar es de 5 litros, pero por una oclusión de la arteria pulmonar derecha, la totalidad de la sangre pasa por los vasos del pulmón izquierdo. En estas condiciones, el cociente de ventilación/ irrigación se mantiene en 0.8, pero el individuo morirá rápidamente por asfixia ya que a pesar del cociente ventilación/irrigación, que es normal, la sangre no se saturará de O2 aumenta gradualmente aumenta gradualmente ni podrá entregar una cantidad adecuada de CO2 a los alvéolos. Por lo tanto, no es el valor absoluto del cociente sino su normalidad en ambos pulmones, lo que indica una adecuada arterialización de la sangre. Aun en condiciones normales, existen áreas pulmonares hipoventiladas, en que la sangre no se arterializa suficientemente. Las áreas hiperventiladas, no son capaces de compensar esta hipoventilación. De esto resulta que la sangre que sale de los pulmones no está completamente arterializada, ya que su Hb está satúrala sólo en un 97% con O2. El aumento de la presión parcial en el aire alveolar a Izo mm de Hg, por ejemplo, no es capaz de corregir esta situación debido a que la Hb se satura en un 100%, o sea completamente, cuando la presión parcial del gas es de 100 mm de Hg (valor normal) en el aire alveolar. La mayor presión parcial de O2, sin embargo, aumenta, aunque moderadamente, la cantidad de O2 disuelta físicamente en el plasma.

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INTERCAMBIO GASEOSO A NIVEL ALVEOLAR

En el interior de los pulmones los bronquios penetran y se dividen en conductos cada vez más delgados llamados bronquiolillos, los cuales se abren en pequeñas vesículas denominadas alveolos pulmonares o sacos alveolares que se llenan con el aire cargado de oxígeno que ha ingresado al pulmón.

El O2 pasa luego de los alveolos a la sangre, y es transportado por la HEMOGLOBINA (Hb) de los glóbulos rojos transformándose en HbO2. Este pasaje de O2 a la sangre se denomina HEMATOSIS. A su vez el CO2 realiza el recorrido inverso desde la sangre al interior de los alveolos desde donde será luego eliminado al exterior de los pulmones por medio de las vías respiratorias.

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La sangre cargada de O2 es transportada luego por los vasos sanguíneos hacia el corazón que impulsa la sangre oxigenada hacia todas las células del cuerpo que lo necesitan para llevar a cabo el proceso de respiración celular.

VENTILACION ALVEOLAR En un adulto joven, el volumen corriente normal (VC) es de alrededor de 500 ml. Sólo una parte de este volumen llega a los alvéolos, ya que alrededor de 130-160 ml quedan en las vías aéreas y no participan en el intercambio gaseoso. Este último volumen se denomina espacio muerto anatómico. Existen además alvéolos, como los de los vértices, que aun en condiciones normales tienen un flujo sanguíneo nulo, por lo que tampoco participan en el intercambio gaseoso. El volumen ocupado por estos alvéolos no perfundidos se denomina espacio muerto alveolar (normal 2050ml). El conjunto de los espacios muertos anatómico y alveolar se llama espacio muerto fisiológico (VEM). Si se multiplica el VC por la frecuencia respiratoria (f), se obtiene el volumen global ventilado en 1 minuto que, por recolectarse usualmente en espiración, se designa como volumen espiratorio por minuto o E (el punto sobre la V significa "por unidad de tiempo"). La parte de esta ventilación que queda en el VEM se calcula multiplicando este último por la frecuencia respiratoria. El volumen minuto neto que llega a los alvéolos funcionantes y toma parte en el intercambio gaseoso se denomina ventilación alveolar (VA). Las siguientes ecuaciones expresan estos conceptos:

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El VEM depende del sexo, edad y talla. En el sujeto normal es de aproximadamente un tercio del volumen corriente de reposo. El VEM se mantiene relativamente constante en cada individuo, de manera que las variaciones de A dependen principalmente de los cambios de la frecuencia (f) o del VC, que aumentan cuando se incrementa la demanda metabólica, como sucede en el ejercicio. En los siguientes ejemplos se muestra cómo cambios en f, VEM y VC pueden modificar la VA en reposo:

De estos ejemplos se deduce que un mismo volumen minuto puede corresponder a diferentes ventilaciones alveolares y que el aumento de frecuencia sin aumento de VC aumenta la ventilación del espacio muerto reduciendo la ventilación alveolar. En clínica esta forma de calcular la A se puede usar para una apreciación aproximada, suponiendo el VEM, cuya medición es compleja, pero para evaluar las alteraciones de la ventilación alveolar global resulta mas exacto y expedito hacerlo a través de su efecto final sobre el CO2 en los gases arteriales, como se verá más adelante. Como cada gas difunde de acuerdo a su gradiente de presión entre alvéolo y capilar, la composición del aire alveolar determina, en último término, la dirección, velocidad y magnitud de este intercambio.

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En la tabla 3-1 puede apreciarse que la composición del aire alveolar es diferente de la del aire atmosférico: PRESION PARCIAL DE GASES EN AIRE ATMOSFERICO, TRAQUEAL Y ALVEOLAR PO2 PCO2 PN2 PH2O Aire ambiental seco a nivel del mar

159

0.30

600

Aire ambiental seco en Santiago (PB 149.6 0.29 565 715 mm) Aire traqueal saturado agua, 37°C, 139.8 0.26 527.9 Aire alveolar saturado agua, 37°C,

90

40

528

0 0 47 47

Estas diferencias se deben a diversas razones:    

De los aproximadamente 2 L de aire que ocupan los alvéolos a nivel de la capacidad residual funcional, sólo 1/6 se remplaza por aire atmosférico fresco en cada respiración. En la tráquea hay una mezcla variable de aire atmosférico de la inspiración previa y de aire alveolar del aire que se está espirando. El oxígeno es removido constantemente por la sangre capilar pulmonar. El CO2 difunde constantemente desde el capilar pulmonar hacia el alvéolo.

Si bien la ventilación alveolar es determinada tanto por las demandas de captación de O2 como por las de eliminación de CO2, su ajuste es mucho más estrecho en relación con este último gas. Ello se debe a que el nivel de CO2 en la sangre debe mantenerse rigurosamente controlado por su participación en equilibrios biológicos muy finos como el ácido básico, isoeléctrico y osmótico. El control del nivel de oxígeno arterial, en cambio, tiene una mayor flexibilidad, ya que una vez que se supera el nivel crítico de 60 mmHg. los cambios de presión alveolar de este gas pesan poco sobre la cantidad de oxígeno que transporta la sangre arterial, fenómeno ligado a las propiedades de la hemoglobina, como veremos más adelante. El aire espirado es la mezcla del aire alveolar que participó en la hematosis y el aire atmosférico que quedó en el espacio muerto en la inspiración anterior. Respecto al aire inspirado el oxigeno ha bajado a un 14-15 % y el CO2 ha subido considerablemente a un 4 %.

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PRESION DE GASES ALVEOLARES

PRESIÓN ALVEOLAR DE CO2 (PACO2) La ventilación alveolar normal se define como aquella capaz de mantener la presión alveolar de CO2 (PACO2) dentro de los límites normales de 35 a 45 mmHg. La PACO2 depende del balance entre su producción por el organismo (CO2) y de su remoción por la ventilación alveolar que es muy eficaz dada la escasa cantidad de CO2 en el aire ambiente. En condiciones de equilibrio, la eliminación de CO2 es igual a su producción, manteniéndose una PACO2 estable de 40 mmHg. Esta relación se expresa en la ecuación que sigue, en que K es un coeficiente (0,865) para expresar la presión de CO2 en mmHg De ella se deduce que, en condiciones metabólicas estables, el aumento de ventilación alveolar conduce a una disminución de PACO2 y la disminución de A a un aumento de PACO2 (Fig. 3-1). En cambio, el aumento de producción metabólica de CO2, que tiende a aumentar la PACO2, normalmente se acompaña de un aumento proporcional de A, con lo se mantiene una PACO2 estable.

Esta figura, muestra la relación teórica entre ventilación alveolar y contenido arterial de O2, PaO2 y PaCO2, manteniéndose constantes una PA-aO2 de 10 mmHg y una Hb de 15 g. Con una ventilación alveolar normal de 4 L se obtiene una PaCO2 de 40 mmHg, una PaO2 de 80 mmHg y un contenido arterial de O2 de 19,5 ml/dl. Nótese que la duplicación de la VA a 8 L disminuye la PaCO2 a la mitad, aumenta la PaO2 a 105 mmHg, pero prácticamente no modifica el 52

contenido arterial de O2. La disminución de la A produce un aumento creciente de la PaCO2 y una disminución también creciente de la PaO2. Debido a la forma de la curva de disociación de la Hb, el contenido arterial de O2 disminuye acentuadamente cuando la PaO2 baja de 60 mmHg, lo que ocurre si la VA baja de 3 L/min. El equilibrio de la PCO2 entre alvéolo y sangre es tan rápido y completo que la presión arterial de CO2 corresponde a la PACO2 media, característica que facilita marcadamente la evaluación de la ventilación alveolar en clínica. Hay que tener presente que la interpretación de este indicador debe hacerse siempre en relación al cuadro clínico del paciente, ya que, por ejemplo, una A "normal" es una situación anómala en una hipoxemia o un acidosis metabólica que necesitan de una hiperventilación para compensarse.

PRESIÓN ALVEOLAR DE O2 (PAO2) La PAO2 está determinada por el equilibrio entre el consumo de O2 del organismo y el aporte de la ventilación (Fig. 3-1). Este último depende básicamente de la presión parcial de O2 en el aire inspirado y, como ésta depende de la presión barométrica, la PaO2 "normal" es diferente según la altitud del lugar donde se realiza la medición. A diferencia de lo que sucede con el CO2, la presión arterial de O2 no es igual a la alveolar, por razones que veremos más adelante. La obtención de muestras de aire alveolar para análisis es un proceso complejo, justificado para el área de la investigación, por lo que en clínica la PAO2 se calcula usualmente mediante la ecuación del aire alveolar, que en su forma simplificada se expresa en la siguiente forma:

PAO2 = PIO2 - (PaCO2 / QR)

De esta ecuación conviene destacar lo siguiente: 

La PIO2 es la presión inspirada de oxígeno que se calcula con la siguiente fórmula:

 PIO2 = (PB - 47) FIO2

La presión total del aire inspirado es igual a la presión atmosférica o barométrica (PB). Si se le resta 47 mmHg, que es la presión producida por el vapor de agua una vez que el aire ha sido saturado y calentado a 37°C en la 53

nariz y vía aérea alta, se tiene la presión total de aire inspirado seco. Al multiplicar esta presión por la fracción que el O2 representa en el aire seco (0,2094 o 20,94%) se obtiene la presión parcial de O2. La Tabla 3-2 muestra la PB y la PIO2 a diferentes altitudes. La PaCO2 es igual, como ya se dijo, a la PACO2 media. Como el CO2 llega por los capilares directamente al alvéolo, ocupa en ellos un espacio que limita la entrada de O2, por lo cual debe restarse a la presión inspirada de O2. El cociente respiratorio (QR = CO2 / O2) se incluye en la fórmula como un factor de corrección para los cambios de presiones parciales que se producen en el aire alveolar debido a que el volumen inspirado es aproximadamente un 20% mayor que el espirado, porque es más el O2 que entra al capilar que el CO2 que sale de éste. La explicación de este hecho reside en que con una dieta mixta el consumo de O2. En reposo es aproximadamente de 250 ml/min y la producción de CO2 de 200 ml/min. Esto se debe a que la combustión de grasas y proteínas produce como residuos no sólo CO2 sino que también como agua, que se elimina por el riñón. Si se calcula el QR con estos datos este será de 250 / 200, o sea, 0,8 cifra que se usa para cálculos aproximados de PA O2. Si la alimentación fuera exclusivamente de hidratos de carbono el QR sería 1,0. y si predominaran las grasas el QR sería de 0,7. Como en la aplicación de esta fórmula usualmente no se mide la presión barométrica, sino que se usa la más frecuente en la localidad, y el cociente respiratorio es ordinariamente presumido como 0,8 los resultados deben estimarse sólo como aproximaciones, suficientes para el uso clínico, lo que significa que en su interpretación no deben considerarse variaciones de unos pocos milímetros. Algunos ejemplos permitirán comprender mejor el significado y aplicación de esta ecuación A. Individuo normal respirando aire, a nivel del mar PaCO2 = 40 mmHg PIO2

= 0,2094 (760 - 47) = 0,2094 x 713 = 149 mmHg

PAO2

= 149 - 40/0,8 = 149 - 50 = 99 mmHg

B. Individuo normal respirando aire, en Santiago (PB promedio 716 mmHg) PIO2

= 0,2094 (716 - 47)

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= 0,2094 x 669 = 140 mmHg PAO2

= 140 - 50 = 90 mmHg

C. Enfermo con retención de CO2 (PaCO2 = 64 mmHg), en Santiago PIO2

= 140 mmHg

PAO2

= 140 - 64/0,8= 140 - 80 = 60 mmHg

D. El mismo enfermo recibiendo tratamiento con O2 al 40% PIO2 PAO2

= 0,40 x 668 = 267 mmHg = 267 - 80 = 187 mmHg.

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INTERCAMBIO GASEOSO EN LA SANGRE

TRANSPORTE DE LOS GASES POR LA SANGRE Los aparatos que participan en la respiración de forma complementaria son el aparato respiratorio y el cardiovascular. El aparato respiratorio se encarga del intercambio gaseoso como hemos visto y el cardiovascular se responsabiliza de transportar los gases en la sangre desde los pulmones hasta las células. Es pues la sangre la que va a llevar, con ayuda del aparato cardiocirculatorio, el oxígeno a las células y va a recoger el anhídrido carbónico de las células. Para su transporte hasta los diferentes tejidos, el oxígeno viaja disuelto en el plasma en una pequeña proporción (1,5-3%) y en combinación con la hemoglobina de los hematíes en su mayor parte (97-98,5%). La hemoglobina es una proteína (globina) con un grupo prostético (hemo) con hierro que tiene la capacidad de unirse de forma reversible con el oxígeno.

Cada molécula de hemoglobina tiene cuatro grupos hemo y cada uno de ellos puede combinarse con una molécula de oxígeno para formar oxihemoglobina. Como la mayor parte del oxígeno va dentro de los hematíes y sólo el disuelto en el plasma es el que puede difundir hacia los tejidos, es gracias a que la apetencia por el oxígeno por parte de la hemoglobina depende de la concentración de éste, y por tanto a su presión parcial, lo que va a permitir que el oxígeno se separe de la hemoglobina y esté en situación de ser proporcionado a los tejidos.

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El porcentaje de oxígeno unido a la hemoglobina o afinidad de la hemoglobina por el oxígeno se ve condicionado por factores por la presión parcial de oxígeno, el pH, la presión parcial de anhídrido carbónico, la temperatura y los niveles de 2,3, difosfoglicerato. De todos ellos, el factor más importante es la presión parcial de oxígeno. Cuando la presión parcial de oxígeno es alta, la unión oxígeno - hemoglobina es muy estable, la hemoglobina está saturada, mientras que cuando es baja ésta unión se hace inestable y fácilmente disociable el oxígeno de la hemoglobina. Este comportamiento se puede representar gráficamente mediante la curva de disociación de la hemoglobina, y explica por qué en los pulmones la sangre capta casi todo el oxígeno de que es capaz porque la presión parcial del oxígeno es alta, mientras que en los capilares de los tejidos, donde la presión parcial de oxígeno es baja, la hemoglobina tiende a liberar el oxígeno y éste difunde hacia los tejidos. Esta curva de disociación de la hemoglobina se ve influida por los la temperatura, el pH y la presión parcial de anhídrido carbónico. A temperatura corporal normal, a medida que aumenta el pH o disminuye la presión parcial de CO2, la unión de la hemoglobina con el oxígeno es más fuerte y disminuye la cantidad de oxígeno que se encuentra disponible para los tejidos. Cuando el pH disminuye o aumenta la presión parcial del anhídrido carbónico, la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno baja con lo cual hay más oxígeno disponible para ser ofertado a las células de los tejidos. El anhídrido carbónico también es transportado por la sangre, diferenciándose del oxígeno en que es más soluble y que no tiene un transportador específico. Este transporte lo puede hacer el anhídrido carbónico de cuatro maneras: disuelto en el plasma (7%), como ácido carbónico tras unirse al agua (1%), en forma de ión bicarbonato (63%) o unido a la hemoglobina en forma de carboxihemoglobina (23-30%). Sistema respiratorio humano. En este caso podemos dar cuenta que nuestro corazón en realidad actúa como dos bombas independientes pero acopladas y es el que se encarga de mantener a la sangre en movimiento. La sangre tiene muchas funciones de transporte, pero en este caso la que nos interesa es el transporte de gases. Comenzando por la red de capilares en la parte superior, 57

que representa a los bronquios dentro de los pulmones, estos capilares absorben oxígeno por difusión simple y liberan dióxido de carbono por el mismo mecanismo. Una vez la sangre capta el oxígeno, este es "anclado" por una molécula especial llamada hemoglobina, la cual transporta el oxígeno directo al corazón, de allí viaja a los tejidos, donde las arterias se dividen en capilares. Una vez allí, el proceso se invierte, la hemoglobina libera el oxígeno a los tejidos y esta misma molécula captura el dióxido de carbono. Desde ese punto, el tono de la sangre cambia y decimos que pasan a ser venas. La sangre con dióxido de carbono regresa al corazón y desde allí a los capilares de los pulmones, donde el ciclo reinicia.

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 alveolos se descompone fácilmente cediendo CO2. Otra parte del CO2 es transportado como tal disuelto en el plasma y un porcentaje menor es transportado por los glóbulos rojos.

COMBINACION DEL OXIGENO CON LA HEMOGLOBINA Prácticamente todo el oxígeno transportado en la sangre arterial lo hace unido a la hemoglobina, proteína sintetizada en las últimas fases de la producción de los eritrocitos en la médula ósea roja. La hemoglobina humana normal (hemoglobina A) consiste en una molécula de una proteína llamada globina (constituida por 574 aminoácidos) que tiene 4 brazos a cada uno de los cuales se une una molécula de hemo (pigmento conteniendo un anillo de porfirina al que se une un átomo de hierro). En un adulto normal, la sangre contiene unos 150 gr de hemoglobina por litro. Cada gramo de hemoglobina puede combinarse con 1.34 ml. de oxígeno, con lo que 1 litro de sangre combina aproximadamente 200 ml. de O2 (100% de saturación de hemoglobina).

EQUILIBRIO OXÍGENO-HEMOGLOBINA La unión del oxígeno a la hemoglobina depende de la presión parcial de oxígeno existente en ese momento. La relación existente entre unión del O2 a la hemoglobina y su presión parcial se llama curva de equilibrio hemoglobinaoxígeno y se determina experimentalmente.

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La unión del oxígeno a la hemoglobina está relacionada con varios factores fisiológicos: La unión con el oxígeno es reversible: Hemoglobina --> oxihemoglobina --> hemoglobina. La reacción del oxígeno con la hemoglobina es muy rápida (del orden de milisegundos) La forma S (sigmoide) de la curva es debida al cambio de forma de la molécula de la hemoglobina cuando se han unido oxígeno a 3 de los grupo hemo A. Funcionalmente, esta curva permite que el oxígeno se combine con la hemoglobina en los pulmones incluso con bajas presiones alveolares de oxígeno y sea liberado en los capilares incluso a altas presiones parciales.

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LEYES DE LOS GASES Y SU APLICACIÓN A LA FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

Las leyes de los gases afectan a las reacciones del cuerpo cuando hay cambios de presión atmosférica, temperatura y volumen.

LEY DE BOYLE El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión a la que está sometido (a temperatura constante). La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente. Esto quiere decir que si el volumen del contenedor aumenta, la presión en su interior disminuye y, viceversa, si el volumen del contenedor disminuye, la presión en su interior aumenta. La ley de Boyle permite explicar la ventilación pulmonar, proceso por el que se intercambian gases entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares. El aire entra en los pulmones porque la presión interna de estos es inferior a la atmosférica y por lo tanto existe un gradiente de presión. Inversamente, el aire es expulsado de los pulmones cuando estos ejercen sobre el aire contenido una presión superior a la atmosférica. Este mecanismo es estudiado con más detalle en el apartado "mecánica de la respiración pulmonar" P x V = constante

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Complementando la ley de Boyle-Mariotte existe una ley (de Gay-Lussac) que establece la relación entre el volumen y la presión a que está sometido un gas y su temperatura en el sentido de que presión multiplicada por el volumen y dividido por la temperatura es constante, si bien la relación con la temperatura no es muy importante en la función respiratoria humana, ya que el aire inspirado se calienta antes de llegar a los pulmones a una temperatura prácticamente constante. Según la ley de Charles, el volumen de un gas siempre que la presión sea constante, es proporcional a su temperatura. Cuando los gases penetran en los pulmones si que están más calientes que el exterior y la presión es igual que la atmosférica, se expanden y aumenta ligeramente el volumen pulmonar. El intercambio de gases se va a ver influido también por la presión parcial del gas a difundir. Siguiendo la ley de Dalton, sabemos que cada gas de una mezcla de gases ejerce su propia presión como si todos los demás no estuvieran presentes de forma que la presión de un gas concreto de una mezcla recibe el nombre de presión parcial. La presión del aire es de una atmósfera (760 mm Hg), como el aire está compuesto por una serie de gases, la presión de cada uno de ellos (que hemos denominado presión parcial) se obtiene de multiplicar la presión total (1 atmósfera o 760 mm Hg) por el porcentaje de dicho gas en la mezcla. El aire inspirado, procedente de la atmósfera (rico en oxígeno y pobre en anhídrido carbónico) sabemos que se mezcla con el aire del espacio muerto (pobre en oxígeno y rico en dióxido de carbono) y que a su paso por las vías respiratorias altas se va humedeciendo. Si a esto le añadimos que continuamente se está produciendo una extracción de oxígeno del aire alveolar y una incorporación mantenida de anhídrido carbónico procedente de la sangre al aire alveolar, es lógico pensar que la composición del aire atmosférico y del aire alveolar no es la misma y que al variar el porcentaje de cada gas en la mezcla, también lo hará la presión parcial de cada gas en el alvéolo. Otra variable que interviene en el proceso de difusión de los gases respiratorios es el coeficiente de solubilidad de cada gas. Los gases pasa difundirse deben disolverse en los tejidos corporales, constituidos básicamente por agua. La ley de Henri establece que la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a su presión parcial y a su coeficiente de solubilidad, asumiendo que la temperatura permanece constante. La ley de Henri explica, por ejemplo, la narcosis nitrogenada, o intoxicación que se manifiesta en los buceadores que respiran aire en botellas cuando la presión por la profundidad disuelve grandes cantidades de nitrógeno en la sangre. Altas concentraciones de este gas producen un efecto narcotizante. Además, la ley de Henri también explica por qué al retornar a la superficie los buceadores deben subir escalonadamente para permitir que el nitrógeno disuelto en la sangre se libere al disminuir la presión. De no hacerlo así, el buceador corre el riesgo de experimentar los síntomas de la descompresión, resultantes de las 61

burbujas de gas que se desprenden de la sangre al retornar a la presión atmosférica.

LEY DE CHARLES El volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (con presión constante). La ley de Charles establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta, asumiendo que la presión de mantiene constante. Esto quiere decir que en un recipiente flexible que se mantiene a presión constante, el aumento de temperatura conlleva un aumento del volumen. La ley de Charles se aplica en la respiración: cuando el aire entra en los pulmones, generalmente más calientes que el ambiente, se expanden aumentando el volumen pulmonar.

LEY DE DALTON Cada gas de una mezcla de gases ejerce su propia presión, como si todos los demás gases no estuviesen presentes o, lo que es lo mismo, la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases que la componen. La atmósfera está compuesta por nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y otros gases (1%). La ley de Dalton establece que en una mezcla de gases cada gas ejerce su presión como si los restantes gases no estuvieran presentes. La presión específica de un determinado gas en una mezcla se llama presión parcial, p. La presión total de la mezcla se calcula simplemente sumando las presiones parciales de todos los gases que la componen. Por ejemplo, la presión atmosférica es:

Presión atmosférica (760 mm de Hg) = pO2 (160 mm) + pN2 (593 mm Hg) + pCO2 (0.3 mm Hg) + pH2O (alrededor de 8 mm de Hg).

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Esta ley es de particular importancia cuando se trata de gases recogidos sobre agua, los cuales están saturados de vapor de agua, o gases húmedos, es necesario acotar que el volumen ocupado por el gas seco y el gas húmedo es el mismo si no varía el recipiente; pero las presiones del gas seco y del gas húmedo son distintas, cumpliéndose la siguiente ecuación: Presión total gas húmedo = Presión parcial gas seco + Presión parcial vapor de agua La presión del vapor de agua varía con la temperatura, aquí enlazarás con la Tabla de las presiones del vapor de agua a distintas temperaturas.

PROBLEMAS Ejemplo, La presión parcial del oxígeno y del nitrógeno a presión atmosférica (1 ata) será: = 21/100 x 1 = 0.21 atmósferas = 79/100 x 1 = 0.79 atmósferas

La suma de las presiones parciales es igual a la presión absoluta: 0.21 + 0.79 = 1 atmósfera. Ejemplo, A 10 metros de profundidad, donde la presión absoluta es de 2 ATA, la Presión parcial de cada componente del aire será: 63

= 21/100 x 2 = 0.42 atmósferas = 79/100 x 2 = 1.58 atmósferas = + = 2 ATA Ejemplo, La ley nos obliga a que en las mezclas que utilicemos, la presión parcial del oxígeno no puede superar las 1,4 atmósferas. Si utilizamos aire (21% ) ¿Cuál es la profundidad máxima permitida? Sabemos:

= 1,4 ATA. & %

= 21

Por tanto, si averiguamos a que presión absoluta (Pabs) del aire, la ATA.

=1,4

Entonces sabremos la profundidad. Pabs = 1.4 x 100/21 = 6.6 ATA Profundidad = (Pabs - 1) x 10 = 56 metros La profundidad máx. Será 56 metros que es

Pabs = 6.6 ATA.

Ejemplo, Una mezcla de 5,00 g de , 15,00 g de y 12,00 g de un volumen de 1,00 1 a 27 °C. ¿Cuál es la presión total?

está contenida en

Solución, En primer lugar se transforman las cantidades expresadas en g, en cantidades molares:

Total = ̅̅̅̅̅̅̅

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LEY DE HENRY La cantidad de un gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas y a su coeficiente de solubilidad, siempre que la temperatura permanezca constante. La ley de Henri establece que la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a su presión parcial y a su coeficiente de solubilidad, asumiendo que la temperatura permanece constante. La ley de Henri explica, por ejemplo, la narcosis nitrogenada, o intoxicación que se manifiesta en los buceadores que respiran aire en botellas cuando la presión por la profundidad disuelve grandes cantidades de nitrógeno en la sangre. Altas concentraciones de este gas producen un efecto narcotizante. Además, la ley de Henri también explica porqué al retornar a la superficie los buceadores deben subir escalonadamente para permitir que el nitrógeno disuelto en la sangre se libere al disminuir la presión. De no hacerlo así, el buceador corre el riesgo de experimentar los síntomas de la descompresión, resultantes de las burbujas de gas que se desprenden de la sangre al retornar a la presión atmosférica.

PROBLEMAS Ejemplo, A 20°C, el oxígeno gaseoso se disuelve en agua según la ley de Henry, con una constante de . En condiciones atmosféricas normales donde es aproximadamente 0,21 atm, ¿Cuántos moles de gaseoso se disuelven 1000 g de agua? Solución, (

)(

65

)

Nos dicen que la constante de Henry es Mediante eso calculamos

, la fracción molar de

en la disolución, igual a

Fracción molar Esta disolución es tan diluida que los moles de despreciables en comparación de los moles de .

del denominador son

Moles de Fracción molar de Moles de

(

)(

)

LEY DE GRAHAM El índice de difusión de un gas a través de un ambiente líquido está directamente relacionado con la solubilidad del gas y es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad o de su peso molecular. La cantidad de gas que se disuelve en un líquido viene determinada por la ley de Henry, que dice que dicha cantidad depende de dos factores: del coeficiente de solubilidad de cada gas en cada líquido particular y por otro, de la presión a la que está sometido dicho gas. La solubilidad del anhídrido carbónico es 20 veces mayor que la del oxígeno. Concretando, el índice de difusión de un gas a través de la membrana respiratoria es: directamente proporcional al área de superficie, a la solubilidad de ese gas para pasar por la membrana pulmonar y a las presiones parciales, e inversamente proporcional al espesor de la membrana que tiene que atravesar y a la raíz cuadrada del peso molecular del gas. La sangre venosa que procede de todos los tejidos del organismo es pobre en oxígeno, siendo la presión parcial del oxígeno de 40 mm Hg. Esta sangre crea un gradiente de presión que favorece el paso de oxígeno desde el alvéolo (104105 mm Hg) al capilar pulmonar. A la salida del capilar, la sangre ya oxigenada eleva su presión parcial de oxígeno aproximadamente uno 100 mm Hg. Con el anhídrido carbónico ocurre al contrario, es decir, la sangre venosa va recogiendo el anhídrido carbónico producido por los tejidos y a la entrada en

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los capilares pulmonares la presión parcial es de 45- 46 mm Hg, como en el alvéolo la presión parcial de este gas es menor, existe un gradiente que favorece el que el anhídrido carbónico deje el capilar para ir hacia el alvéolo y ser expulsado en la espiración.

Este gradiente de presión es menor que el que necesita el oxígeno para difundirse pero es suficiente ya que el coeficiente de solubilidad del anhídrido carbónico es mucho mayor que el del oxígeno. El último proceso de la respiración es el de la respiración interna, también denominada respiración tisular. La sangre que llega al corazón una vez oxigenada es bombeada por el ventrículo izquierdo hacia la aorta y de ahí hacia todas las células del organismo. Se produce entonces el intercambio de gases entre los capilares sanguíneos de los tejidos y las células de tal forma que la sangre se convierte en sangre pobre en oxígeno y con más anhídrido carbónico. Los gases tienen que pasar de la sangre a las células, en el caso del oxígeno, para ofrecerse a las mismas a fin de poder obtener energía aeróbica en los procesos metabólicos, y el anhídrido carbónico producido en el interior de las células producto de los procesos metabólicos, debe de alcanzar los alvéolos para ser eliminado por la respiración. A los capilares de los tejidos llega la sangre oxigenada con una presión parcial de oxígeno de 105 mm Hg, como la presión parcial del oxígeno en las células de los tejidos es menor (entre 10 y 30 mm Hg) porque la célula lo consume rápidamente, el gas tiende a difundirse hacia el líquido intersticial y las células hasta que la presión parcial del oxígeno en la sangre baja a los niveles con los que entra en el torrente circulatorio venoso (40 mm Hg). El recorrido del anhídrido carbónico es en sentido contrario del que hace el oxígeno, ya que la presión parcial de CO2 en las células de los tejidos es mayor que la de la sangre arterial y, sin ser tan grande la diferencia de presiones, la difusión se ve facilitada por el alto coeficiente de solubilidad que tiene este gas. A medida que pasa anhídrido carbónico de las células a la sangre, la presión parcial del CO2 en sangre va aumentando hasta llegar a los

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niveles que tiene la sangre venosa del capilar (45 mm Hg). Esta sangre es llevada de en dirección centrípeta hacia el corazón derecho, desde donde es bombeada hacia los pulmones e iniciar un nuevo ciclo respiratorio. El intercambio de oxígeno y anhídrido carbónico ocurre simultáneamente y para que se produzca con normalidad han de estar indemnes todas las estructuras de los aparatos cardiocirculatorio y pulmonar.

PROBLEMAS Ejemplo, Calcule la velocidad relativa de efusión del hidrogeno y el oxígeno en idénticas condiciones.

Solución, Los pesos moleculares son: tiene ( (

. Utilizando la ley de Graham se

) )

√

( (

) )

√

√

La relación de la velocidad molecular media es 4,0 y esta también es la relación entre las velocidades de efusión de los dos gases. Ejemplo, El y el , ambos gaseosos, se difunden en sentidos opuestos, a lo largo de un tubo estrecho. ¿En qué parte del tubo se encontrara para formar ? Solución, (

)

(

)

(

= √(

)

√

)

√

Luego en el tiempo necesario para que ambos gases se encuentren, el se habrá difundido 2,18 veces la distancia que se difundió el . Si la longitud total del tubo es 3,18 unidades, los gases se encontrara en un punto separado 2,18 unidades del extremo partida del . El se formara en el punto

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2,18/3,18 = 0,69 o, lo que es lo mismo, en un punto equivalente al 69% de la longitud del tubo contada a partir del extremo por donde se introduce el .

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CONCLUSIONES

Nuestro cuerpo es una máquina que funciona gracias al trabajo conjunto de todos los sistemas que lo componen. El sistema respiratorio es un ejemplo de esto. Si por algún motivo nuestro sistema respiratorio no pudiese captar y procesar el oxígeno del medio ambiente, nuestro cuerpo no podría realizar ninguna función, y esto significaría la muerte. Actualmente podemos ver muchas enfermedades que afectan nuestro sistema respiratorio, algunas más graves que otras, pero igualmente preocupantes. Muchas de ellas se producen gracias a factores externos controlables por el hombre (Smog, cigarrillos, etc.). Como futuros trabajadores del área salud, es nuestro deber estar al tanto de los problemas medioambientales que amenazan la salud de la población, conocer los adelantos y descubrimientos que se realizan a nivel nacional e internacional, para así poder educar resguardando y advirtiendo a la población en forma consecuente sobre los peligros que amenazan su salud. Al mismo un profesional de la salud será un modelo que será ejemplo a seguir actuando consecuentemente, practicando una respiración saludable Debemos velar para que nuestro ambiente sea lo mas limpio posible y que la gente realice actividad física aeróbica (caminar, correr, nadar, andar en bicicleta) para que fortalezcan su sistema respiratorio y así su calidad de vida sea lo más saludable posible.

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BIBLIOGRAFIAS     

Guyton, Arthur C. Tratado de Fisiología Médica. 11edicion. Beatriz Gal Iglesias. Bases de la fisiología. 2da edición. Martinez, David. Fisiologia Respiratoria. Facultad de Medicina, U.A.E.M. Cátedra de Fisiología I. Resolución de problemas de Química General. Cristopher J. Willis. Editorial reverté, S.A. 1995. ISBN -84-291-7526-1. Química general. Hector S. odetli. 2ed. ISBN 987-508-596-0. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL LITORAL. SANTA FE, ARGENTINA 2006.

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GLOSARIO



Amigdalitis: Infección o inflamación de las amígdalas



Apnea: Sin respiración



Asma: Trastorno respiratorio, afecta las vías respiratorias.



Anoxia: Anoxia o hipoxia, es el estado caracterizado por el déficit de oxígeno o la incapacidad para utilizarlo en los tejidos.



Apnea del sueño: Se trata de la alternancia de periodos de apnea largos y frecuentes con otros de respiración normal durante el sueño.



Astenia: Astenia es la falta de fuerza o la sensación subjetiva de incapacidad para realizar actos cotidianos. Fatiga se entiende la aparición precoz de cansancio una vez iniciada una actividad. Debilidad es la pérdida de fuerza en alguna parte o en todo el sistema muscular que se muestra como la incapacidad para realizar hasta el final un acto habitual.



Atelectasia: Etimológicamente, atelectasia significa expansión imperfecta, y se entiende por tal el estado patológico del pulmón caracterizado por el colapso de los alvéolos con desaparición de su contenido aéreo.



Bradipnea: frecuencia respiratoria menos de 12 respiraciones/minuto



Bronquio: Conductos pulmonares a través de los cuales penetra el aire inspirado y se exhalan los gases de desecho.



Bronquitis: Inflamación de las principales vías aéreas asía los pulmones



Bronquitis Crónica: Inflamación crónica de las membranas mucosas del árbol traqueo-bronquial.



Cavidad Nasal: Parte interna de la nariz que comunican los orificios nasales con la Faringe y que se van estrechando hacia el final



Cavidad Pleural: Cavidad del tórax que contiene los pulmones. Entren las costilla y los pulmones se encuentran las pleura viscerales y parietal



Capacidad Pulmonar Total (TLC): Es el volumen de aire que hay en el pulmón después de una inspiración máxima voluntaria. 72



Capacidad Vital (VC): Es el máximo volumen que puede ser exhalado después de una inspiración completa



Cianosis: La cianosis es un signo que consiste en que la piel y las mucosas adquieren una coloración azul debido al aumento de la hemoglobina reducida en la sangre que las perfunde.



Circulación: La arteria pulmonar debe aportar un volumen determinado de sangre, que debe distribuirse uniformemente por los capilares perialveolares manteniendo una relación adecuada entre ventilación y perfusión.



Capacidad pulmonar total: Es la suma de la capacidad vital más el volumen residual.



Cilios: Diminutas vellosidades presentes en las células que revisten las vías respiratorias. Estas estructuras limpian las vías respiratorias conduciendo la flema hasta la garganta, desde donde se traga o se expulsa mediante la tos.



Diafragma: Estructura músculofibrosa en forma de cúpula que separa las cavidades toráxicas y abdominal, interviene en la respiración mediante su desplazamiento hacia arriba y hacia abajo.



Disnea: Dificultad para respirar. : La disnea es un síntoma caracterizado por que la actividad respiratoria se hace consciente y pesada. Los pacientes lo experimentan como “sed de aire” con cierto matiz angustioso.



Difusión: La transferencia de oxígeno desde los alvéolos a la sangre y del anhídrido carbónico en sentido inverso su pone que estos gases difundan a través de la membrana alveolo-capilar.



Difusión de gases: proceso natural en el que las moléculas de gas pasan de una zona de mayor concentración a otra de menor concentración.



Difusión pasiva: Movimiento aleatorio dependiente de la energía térmica de un sistema de partículas y de la diferencia de concentración entre dos regiones, de modo que el flujo neto de partículas de una región de mayor concentración a otra de menor concentración se puede entender como difusión simple o transporte pasivo de partículas. Cuando este fenómeno se presenta, se evidencia un gradiente de concentración que indica la dirección del flujo, en el cual se desplazan las partículas.

73



Distensibilidad: Capacidad de los cuerpos de aumentar de volumen.



Epiglotis: Estructura cartilaginosa que sobresale de la laringe, impide que los alimentos penetren en la misma o en la traquea durante la deglución



Eupnea: Respiración normal.



Edema: El edema se define como acumulación excesiva de líquido en el espacio intersticial. Clínicamente se manifiesta por hinchazón.



Edema de pulmón: Es un trastorno agudo en el que se acumula liquido en el intersticio del pulmón y en los alvéolos.



Embolismo pulmonar: Es el cuadro que resulta de la obstrucción brusca de una o varias ramas de la arteria pulmonar, en general por una masa sólida. Por tanto, es la expresión de que la función filtro de la circulación pulmonar ha sido desbordada por que la magnitud del material que accede al pulmón supera la capacidad para ejercerla sin consecuencias patológicas.



Enfisema pulmonar: Es el trastorno caracterizado por la dilatación de os espacios aéreos situados más allá de los bronquiolos terminales y desaparición parcial de los tabiques interalveolares.



Espirometría: Está técnica consiste en la medición del volumen y la velocidad del aire movilizado durante una expiración máxima.



Expectoración: La expectoración es la expulsión por la boca de material procedente de las vías aéreas acompañado a la tos. Es el complemento de ésta ya que, su finalidad es mantener permeables las vías respiratorias, ha de asociarse a la expulsión de los productos que atentan contra esta permeabilidad, es decir, de los esputos.



Elasticidad: Propiedad de los tejidos por la que recobran su extensión tras la aplicación de una fuerza sobre ellos.



Faringe: También llamada Garganta, constituye una vía de paso común a los conductos respiratorio y digestivo



Faringitis: Inflamación de la faringe



Febril: presencia de fiebre.

74



Febrícula: fiebre ligera, especialmente la de larga duración y origen no bien conocido.



Fibrosis: Enfermedad pulmonar de origen desconocido que actúa degenerando el tejido alveolar que se engrosa paulatinamente hasta disminuir la capacidad de respirar.



Flema: Sustancia pegajosa producida por las células presentes en el revestimiento de las vías respiratorias, que atrapa polvo, humo y otras partículas del aire inspirado.



Hemotórax: Presencia de sangre y líquido en la cavidad pleural



Hemoptisis: Es la expulsión de sangre procedente de las vías respiratorias por la boca.



Hipercapnia: La hipercapnia es el estado patológico caracterizado por el aumento de la presión parcial anhídrido carbónico en sangre arterial, por encima de 46 mm Hg. La situación contraria es la hipocapnia, que tampoco es positiva, ya que sube en exceso el pH y puede producir un mareo o una pérdida de conocimiento.



Hilio: Depresión triangular que existe en el pulmón (encima y detrás de la cavidad donde se aloja el corazón) por donde penetran los Bronquios, los nervios y vasos pulmonares.



Hipoxia: Carencia de oxígeno.



Insuficiencia respiratoria: Es el fracaso de la función respiratoria, es decir, de la oxigenación y liberación de anhídrido carbónico de la sangre; por ello, su expresión es la disminución de la PaO2 o hipoxemia y el aumento de la PaCO2 no hipercapnia.



Laringe: Órgano de la fonación que forma parte de las vías aéreas superiores y conecta la faringe con la tráquea.



Laringitis: Inflamación de la laringe.



Neumonía: inflamación aguda de los pulmones, afecta las vías respiratorias



Neumotórax: Presencia de aire en la cavidad pleural.

75



Neumotórax Simple: Presencia de aire en la cavidad pleural (No progresa)



Odinofagia: Dificultad para tragar.



Pulmón: Órgano par esponjoso y ligero situado en el tórax, constituye el componente principal del aparato respiratorio.



Pirexia: elevación de la temperatura.



Pirógeno: productor de fiebre.



Quilotórax: Presencia de contenido linfático en la cavidad pleural.



Sinusitis: Inflamación de los senos paranasales.



Taquipnea: Frecuencia respiratoria mayor de 20 respiraciones/minuto.



Temperatura: es el grado de calor que existe en un cuerpo.



Tráquea: Tubo cilíndrico situado en el cuello, se divide en dos Bronquios, lleva el aire a los pulmones.



Tos: La tos es un acto reflejo o voluntario mediante el cual se origina una veloz corriente de aire en las vías respiratorias que impulsa al exterior su contenido.



Vías respiratorias: sistema de canales por donde circula el aire a los pulmones.



Volumen Residual (RV): Volumen que queda en el pulmón después de una espiración máxima



Ventilación: El aire penetra en las vías respiratorias por que, al expansionarse el tórax debido a la contracción de los músculos inspiratorios, especialmente el diafragma, disminuye la presión de su interior.



Vomito: Es la expulsión por la boca de una cantidad importante de líquido a través de las vías aéreas. Se acompaña de tos, provocada por el mismo líquido, y de sensación de asfixia muy penosa.



Volumen normal: Volumen de aire que se utiliza en cada respiración normal.

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

Volumen de reserva inspiratorio: Volumen máximo inspirado en una respiración normal.



Volumen de reserva espiratorio: Volumen máximo espirado en una respiración normal.

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