NDICE

1. Estructura del aparato Respiratorio.

2. Intercambio de gases.

3. Presiones respiratoria.

4. Mecanismo que llevan y se oponen al colapso pulmonar.

5. Volmenes y capacidades pulmonares.

BIOFSICA DEL SISTEMA RESPIRATORIOINTRODUCCION.

Respiracin es el proceso de intercambio gaseoso entre la atmsfera y el organismo. Por su intermedio se obtiene oxgeno molecular necesario para los procesos metablicos y la eliminacin del anhdrido carbnico producido en los tejidos. Este intercambio gaseoso se denomina hematosis. El proceso de intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y la atmsfera, recibe el nombre de respiracin externa. El proceso de intercambio de gases entre la sangre de los capilares y las clulas de los tejidos en donde se localizan esos capilares se llama respiracin interna.

Adems interviene en la regulacin del pH corporal, en la proteccin contra los agentes patgenos y las sustancias irritantes que son inhalados y en la vocalizacin, ya que al moverse el aire a travs de las cuerdas vocales, produce vibraciones que son utilizadas para hablar, cantar, gritar.

En el ser humano, el proceso de respiracin consta de tres fases: inspiracin, transporte por la corriente sangunea y exhalacin.

El aparato respiratorio consta de un sistema de vas de conduccin o vas respiratorias, a cuyo nivel se realizan los intercambios entre el aire y la sangre. Los movimientos respiratorios de inspiracin y exhalacin son los procesos mecnicos que permiten el traslado del aire del exterior del organismo a su interior.

Como las necesidades de oxgeno por el organismo son distintas en el reposo o en la actividad, la frecuencia y profundidad de los movimientos deben alternarse para ajustarse en forma automtica a las condiciones variables. Es el centro respiratorio, ubicado en el bulbo raqudeo y la protuberancia, el que coordina los movimientos armnicos de msculos (separados) para llevara cabo el proceso de la respiracin.

1.- ESTRUCTURA DEL APARATO RESPIRATORIO.

Consideraciones anatmicas generales

Para el mejor entendimiento del sistema respiratorio, este se puede dividir en dos grandes partes o zonas:

a) La parte que conduce el aire hasta donde se puede intercambiar con el sistema circulatorio, denominado sistema de conduccin que est formado por la Nariz, los Senos para nasales, la Nasofaringe, la Laringe, la Trquea, los Bronquios ( Tracto Respiratorio Superior) y

b) Otra parte encargada de facilitar el paso del oxgeno al sistema circulatorio o sistema de intercambio compuesta por los bronquiolos terminales y los alvolos, Pulmones. (Tracto Respiratorio Inferior). Tractos respiratorios (Fig. 1)Sistema de conduccin

La nariz o cavidad nasal La nariz es la parte superior del sistema respiratorio y vara en tamao y forma en diferentes personas. Se proyecta hacia adelante desde la cara, a la que est unida su raz, por debajo de la frente, y su dorso se extiende desde la raz hasta el vrtice o punta.

La parte superior de la nariz es sea, se llama puente de la nariz y est compuesto por los huesos nasales, parte del maxilar superior y la parte nasal del hueso frontal. La parte inferior de la nariz es cartilaginosa y se compone de cartlagos hialinos: 5 principales y otros ms pequeos.

En el interior de la nariz se encuentra el tabique nasal que es parcialmente seo y parcialmente cartilaginoso y divide a la cavidad nasal en dos partes llamadas las fosas nasales. La parte sea del tabique est formado por parte del hueso etmoides y por el vmer y se localiza en el plano medio de las fosas nasales hasta el 7 ao de vida. Despus suele abombarse hacia uno de los lados, generalmente el derecho. La parte cartilaginosa est formada por cartlago hialino y se llama cartlago septal.

Cada una de las fosas nasales se comunica con el exterior por las ventanas nasales anteriores y por la parte posterior, con la parte superior de la faringe y la nasofaringe por las estructuras conocidas como coanas.

La parte anterior de cada cavidad nasal se denomina el vestbulo que es la parte ms ancha. Esta parte contiene, glndulas sebceas, sudorparas y folculos pilosos con pelos duros denominadas vibrisas, cuya funcin es impedir el paso de partculas gruesas (6 micras) presentes en el aire que se respira. La parte ms profunda del vestbulo contiene un epitelio ciliado con clulas caliciformes productoras de moco que se le denomina mucosa respiratoria. En la parte lateral de cada cavidad nasal se localizan los cornetes superior, medio e inferior. La funcin bsica de estos es calentar el aire inspirado.

En general, las funciones de las nariz son tres: 1) calentar el aire (la temperatura del aire inspirado se eleva en al menos 1 C con respecto a la temperatura del cuerpo), 2) Humidificar el aire completamente (a expensas del contacto con la secrecin de mucosa respiratoria), y 3) Filtrar el aire (las partculas mayores de 6 micras las filtran las fosas nasales a expensas de la precipitacin turbulenta; las partculas entre 1 y 5 micras se precipitan por gravedad en los bronquios y bronquolos). Las tres anteriores funciones se conocen como acondicionamiento del aire.

Fig.2 Fig. 3Senos para nasales.

Los senos paranasales son cavidades llenas de aire, de diferente tamao y forma, que se originan al introducirse la mucosa de la cavidad nasal en los huesos del crneo contiguos y, por tanto, estn tapizados por mucosa nasal, aunque ms delgada y con menos vasos sanguneos que la que recubre las fosas nasales. Los huesos que poseen cavidades areas son el frontal, el etmoides, el esfenoides y el maxilar superior. En el recin nacido, la mayora de senos son rudimentarios o estn ausentes y durante la infancia y la adolescencia crecen e invaden los huesos adyacentes. El crecimiento de los senos es importante porque altera el tamao y la forma de la cara y da resonancia a la voz. El moco secretado por las glndulas de la mucosa que los tapiza, pasa a las fosas nasales a travs de los meatos.

Senos frontales. Se localizan entre las tablas interna y externa del hueso frontal, por detrs de los arcos superciliares y a partir de los 7 aos ya pueden ser visualizados en radiografas. Aunque es posible encontrar numerosos senos frontales, lo habitual es que haya uno derecho y otro izquierdo, que rara vez son de igual tamao en una misma persona ya que el tabique que los separa no suele encontrarse en el plano medio. El tamao de los senos frontales vara desde unos 5 mm hasta grandes espacios que se extienden lateralmente. Cada seno frontal comunica con la fosa nasal correspondiente a travs del meato medio.

Senos etmoidales. El nmero de cavidades areas en el hueso etmoides vara de 3-18 y no suelen ser visibles radiolgicamente hasta los 2 aos de edad. Desembocan en las fosas nasales por los meatos superiores.

Senos esfenoidales. Suelen ser 2, se sitan en el hueso esfenoides, por detrs de la parte superior de las fosas nasales, estn separados entre s por un tabique seo que habitualmente no se encuentra en el plano medio y estn en relacin con estructuras anatmicas importantes como son los nervios pticos, el quiasma ptico, la hipfisis, las arterias cartidas internas y los senos cavernosos. A diferencia de los otros senos stos desembocan en las fosas nasales por encima de los cornetes superiores.

Senos maxilares. Son los senos paranasales ms grandes y su techo es el suelo de la rbita. En el momento del nacimiento son muy pequeos pero luego crecen lentamente hasta el momento en que salen los dientes permanentes. Desembocan en la fosa nasal correspondiente por el meato medio a travs de un orificio situado en la parte superior-interna del seno, de modo que es imposible su drenaje cuando la cabeza est en posicin vertical, motivo por el que se requieren maniobras especiales. Senos para nasales (Fig. 4)

FARINGE

La faringe es un tubo que contina a la boca y constituye el extremo superior comn de los tubos respiratorio y digestivo. En su parte superior desembocan los orificios posteriores de las fosas nasales o coanas, en su parte media desemboca el istmo de las fauces o puerta de comunicacin con la cavidad oral y por su parte inferior se contina con el esfago, de modo que conduce alimentos hacia el esfago y aire hacia la laringe y los pulmones. Para una mejor descripcin se divide en 3 partes: nasofaringe, situada por detrs de la nariz y por encima del paladar blando, orofaringe, situada por detrs de la boca, y laringo faringe, situada por detrs de la laringe. Debido a que la va para los alimentos y el aire es comn en la faringe, algunas veces la comida pasa a la laringe produciendo tos y sensacin de ahogo y otras veces el aire entra en el tubo digestivo acumulndose gas en el estmago y provocando eructos.

Faringe (Fig. 5)La Laringe.

Es un rgano especializado que se encarga de la fonacin o emisin de sonidos con la ayuda de las cuerdas vocales, situadas en su interior. Est localizada entre la laringofaringe y la trquea y es una parte esencial de las vas areas ya que acta como una vlvula que impide que los alimentos deglutidos y los cuerpos extraos entren en las vas respiratorias. Su esqueleto est formado por 9 cartlagos unidos entre s por diversos ligamentos. Tres cartlagos son impares: el tiroides, el cricoides y la epiglotis y tres cartlagos son pares: los aritenoides, los corniculados y los cuneiformes.La laringe es el segmento del sistema de conduccin que une la faringe y la trquea. Adems de servir como parte del sistema de conduccin sirve como rgano de produccin de la voz, es decir, de la fonacin.

La laringe contiene las cuerdas vocales, que son falsas y verdaderas. Las cuerdas vocales falsas se extienden entre los cartlagos tiroides y aritenoides. No tienen papel en la emisin de voz sino que forman parte del mecanismo protector por el que la laringe se cierra en el momento de deglutir para evitar la entrada de alimentos u otros cuerpos extraos en las vas respiratorias.

Las cuerdas vocales verdaderas tienen forma de cua con un vrtice que se proyecta hacia el interior de la cavidad larngea y una base que se apoya en el cartlago tiroides

De acuerdo a la posicin que adopten las cuerdas vocales se establecen dos caractersticas:

-Posicin de respiracin: Las cuerdas vocales se abren hacia los lados y el aire circula libremente. Mientras se respira tranquilamente la hendidura gltica se estrecha y presenta forma de cua y, en cambio, se ensancha en la inspiracin intensa. -Posicin de fonacin: las cuerdas vocales se acercan y el aire choca contra ellas. Al hablar, las cuerdas vocales se aproximan mucho de modo que la hendidura gltica aparece como una lnea. Los cambios en el tono de voz se deben a variaciones en la tensin y en la longitud de las cuerdas vocales, en el ancho de la hendidura gltica y en la intensidad de los esfuerzos respiratorios.

Las funciones de la laringe son:-Respiratoria-Deglutoria: se eleva la laringe y el bolo alimenticio pasa hacia el esfago.

-Protectora: se cierra la epiglotis evitando el paso de sustancias a la trquea.

-Tusgena y expectorante (funcin protectora)

-Fontica Laringe (Fig. 6)

La Trquea.Es un tubo rgido de aproximadamente 10 a 12 cm de largo y 2 a 2.5 cm de dimetro que se inicia en el anillo cricoides y se extiende por el cuello y trax en donde se divide en los bronquios principales derecho e izquierdo. La trquea como tal se considera la primera generacin de la va respiratoria y los bronquios derecho e izquierdo, la segunda generacin.

La presencia de cartlagos en la trquea impide que por las presiones internas del trax el tubo se cierre o se colapse, con la consecuencia de la imposibilidad del paso del aire y por ende, del oxgeno. Aunque impiden el colapso permiten una moderada distensin de la trquea para adaptarse a la mecnica respiratoria de expansin y contraccin.

Traque (Fig. 7)Los bronquios

Son dos estructuras de forma tubular y consistencia fibrocartilaginosa, que se forman tras la bifurcacin de la trquea. El bronquio derecho mide 2-3 cm y tiene entre 6 y 8 cartlagos. El bronquio izquierdo mide de 3 a 5 cm y posee entre 10 y 12 cartlagos.

Los bronquios penetran en cada pulmn y van reduciendo su dimetro. A medida que progresan van perdiendo los cartlagos, se adelgaza la capa muscular y se forman finos bronquios secundarios y terciarios. La funcin de los bronquios es conducir el aire inspirado de la trquea hacia los alvolos pulmonares.

Bronquios (Fig. 8)Bronquolos.

Se definen como bronquiolos las ramificaciones del rbol bronquial que tienen menos de 1 mm de dimetro. Una de las caractersticas histolgicas de los bronquolos es que no poseen cartlago, ni ganglios linfticos, pero poseen una capa de clulas musculares lisas junto con fibras elstica.

Bronquolos (Fig. 9)Resumen del sistema de conduccin.

Es un sistema tubular con una rigidez variable, pero que no permite que se colapse.

Pueden variar su dimetro a expensas de la innervacin que posee la musculatura lisa por parte del sistema simptico y parasimptico.

La abundancia de tejido elstico permite la expansin del pulmn con la inspiracin y su rebote elstico favorece la contraccin del pulmn en la espiracin.

Est diseado para filtrar el aire, calentarlo y humidificarlo.

Sistema de intercambio.

Bronquiolos Terminales.

El bronquiolo ms pequeo, llamado bronquiolo terminal, es la parte mas estrecha del sistema de conduccin. En este sitio, el epitelio solo muestra zonas aisladas de clulas ciliadas, a partir del cual ya no existen cilios.

Bronquiolos Terminales (Fig. 10)

Alveolos Pulmonares.

Los bronquiolos respiratorios se continan con los conductos alveolares y estos con los sacos alveolares. Los sacos alveolares contienen muchas estructuras diminutas con forma de saco llamadas alvolos pulmonares. El bronquiolo respiratorio, el conducto alveolar, el saco alveolar y los alvolos constituyen la unidad respiratoria.

En los alvolos del pulmn se lleva a cabo el intercambio de oxgeno y de dixido de carbono, proceso que se denomina hematosis. La pared de los alvolos se reduce a una muy delgada membrana de 4 micras de grosor. Uno de sus lados contacta con el aire que llega de los bronquiolos. El otro lado se relaciona con la red capilar, donde los glbulos rojos realizan la hematosis.

Dentro de los alvolos existe un tipo de clulas que elaboran una sustancia que recubre el epitelio en su parte interna. Dicha sustancia es el surfactante, cuya misin es evitar que el alvolo se colapse luego de una espiracin al reducir la tensin superficial del alvolo. El surfactante pulmonar produce una mejor oxigenacin, un aumento de la expansin alveolar y una mayor capacidad residual del pulmn. El surfactante est compuesto por un 90% de fosfolpidos y 10% de protenas. Alveolos pulmonares (Fig. 11)

Resumen de sistema de intercambio:

Se inicia en los bronquolos respiratorios y termina en los alvolos.

Se caracteriza por ser un sistema de tbulos flexible y de pequeos dimetros que se encuentran en estrecha relacin con los capilares del sistema circulatorio del pulmn.

Poseen una capa muscular lisa inervada por el sistema autnomo condicionando la posibilidad de modificar el dimetro de este sistema y por lo tanto de controlar tanto el flujo del aire como el intercambio de gases.

Su funcin bsica es permitir el intercambio de oxgeno y gas carbnico. Intercambio gaseoso (Fig.12)

Los Pulmones.

rganos huecos, situados dentro de la cavidad torcica, a ambos lados del corazn y protegidos por las costillas. Posee tres caras: costal, mediastnica y diafragmtica.

Los pulmones estn separados entre s por el mediastino. El mediastino es una cavidad virtual que divide el pecho en dos partes. Se ubica detrs del esternn, delante de la columna vertebral y entre ambas pleuras derecha e izquierda. Por debajo limita con el diafragma y por arriba con el istmo cervico torcico. Dentro del mediastino se ubican: el corazn, el esfago, la trquea, los bronquios, la aorta y las venas cavas, la arteria y las venas pulmonares y otros vasos y estructuras nerviosas.

Los pulmones estn llenos de aire, y su estructura es elstica y esponjosa. Estn rodeados por la pleura, que es una cubierta de tejido conectivo que evita el roce de los pulmones con la cara interna de la cavidad torcica, suavizando as los movimientos. La pleura tiene dos capas (parietal y visceral) y entre ambas se encuentra el lquido pleural, de accin lubricante.

-Pulmn derecho: es algo mayor que el izquierdo y pesa alrededor de 600 gramos. Presenta tres lbulos: superior, medio e inferior, separados por cisuras.

-Pulmn izquierdo: pesa cerca de 500 gramos y tiene dos lbulos, uno superior y otro inferior.

Cada pulmn contiene alrededor de 300 millones de alvolos. La principal funcin de los pulmones es establecer el intercambio gaseoso con la sangre. Es por esa razn que los alvolos estn en estrecho contacto con los capilares. Adems, actan como un filtro externo ante la contaminacin del aire, mediante sus clulas mucociliares y macrfagos alveolares. APARATO RESPIRATORIO. (Fig. 12)

PROCESO FSICOS RESPONSABLES DE LA RESPIRACIN. Difusin: Es el movimiento de un gas, de una alta concentracin a una baja concentracin de acuerdo a sus presiones parciales individuales.

Conveccin: Es el movimiento de un gas, de una alta concentracin a una baja concentracin en funcin del movimiento del medio en que se encuentra dicho gas.

Principios - Leyes fsicas y el funcionamiento del Sistema Respiratorio.

El aire, al igual que otros fluidos, se mueve de una regin de mayor presin a otra de menor presin. El intercambio de gases en el organismo es posible debido a la diferencia de presin existente entre el interior del pulmn y la atmsfera. En condiciones normales, la inspiracin ocurre cuando la presin alveolar cae por debajo de la presin atmosfrica (0 cmH2O), permitiendo as, la entrada de aire a los pulmones; por otro lado, la espiracin sucede cuando la presin alveolar supera a la presin atmosfrica, y as el aire sale del interior de los pulmones a la atmsfera. Este constante movimiento de aire ocasionado por el proceso respiratorio se conoce como flujo areo y puede presentarse en dos formas: flujo laminar o flujo turbulento.

Flujo laminar y flujo turbulento:

Durante la respiracin, el flujo de tipo laminar ocurre solamente dentro de las vas ms pequeas, donde la velocidad lineal del flujo areo es muy baja. El flujo turbulento en la respiracin es ocasionado por flujos inspiratorios espiratorios altos y rpidamente variables, vas areas grandes, cambios bruscos en el dimetro de los pulmones y vas respiratorias, y ngulos existentes dentro del sistema respiratorio.

Flujo laminar y turbulento (Fig.13)Nmero de Reynolds.

El nmero de Reynolds es un nmero a dimensional que relaciona las propiedades fsicas del fluido (viscosidad y densidad), su velocidad y la geometra del ducto por el que fluye (dimetro de la tubera). Generalmente cuando el nmero de Reynolds se encuentra por debajo de 2100 se sabe que el flujo es laminar, el intervalo entre 2100 y 4000 se considera como flujo de transicin y para valores mayores de 4000 se considera como flujo turbulento. Nmero de Reynolds (Fig. 14)

Ley de Poiseuille

Para que el flujo areo se produzca, debe presentarse una diferencia de presin entre la atmsfera y el interior del pulmn. Por lo tanto, debe existir una relacin entre dichos fenmenos, es decir, entre la diferencia de presiones y el flujo generado.

Estas leyes y principios fsicos son aplicables para describir tanto el flujo areo pulmonar, como el flujo corriente dentro del espirmetro. Por lo tanto, el conocimiento de estos conceptos de mecnica de fluidos ser indispensable para entender el funcionamiento del espirmetro de flujo, y en particular, del transductor de flujo que se emplear para censar dicho parmetro. Ley de Poisseulle (Fig. 15)

Tensin Superficial

En fsica denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.[] Otra posible definicin de tensin superficial: es la fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie. Las fuerzas cohesivas entre las molculas de un lquido, son las responsables del fenmeno conocido como tensin superficial.La tensin superficial es un determinante importante de la elasticidad pulmonar, que no est ligado a elementos estructurales sino que es una fuerza fsica presente en la superficie o interfase de contacto lquido-aire. Acta sobre las molculas superficiales del lquido, atrayndolas entre s y hacia su centro geomtrico.

Cada alvolo est internamente cubierto de una pelcula de agua, la cual se comporta como una burbuja que, por accin de la tensin superficial en la interfase lquido-aire, tiende a achicarse y colapsar. Segn la Ley de Laplace, si aumenta la tensin superficial (TS) se favorece el colapso, necesitndose mayor presin para impedirlo, mientras que si aumenta el radio (r), que tiene una relacin inversa, disminuye la tendencia al colapso. Esto explica que, en alvolos bien inflados, se necesite una pequea presin para impedir el colapso; en cambio, en los alvolos de radio reducido, como sucede normalmente en el recin nacido y en los alvolos basales del adulto o en algunas condiciones patolgicas (hipoventilacin, edema alveolar), la presin positiva intraalveolar o negativa perialveolar necesaria para distender esos alvolos y mantenerlos distendidos es considerablemente mayor (Fig. 2-14).

La tensin superficial del lquido pulmonar es menor que la del agua o la del plasma, lo que obviamente facilita la distensin del pulmn. Esto se debe a la presencia de una sustancia tensoactiva o surfactante que se dispone entre las molculas del lquido alveolar y disminuye su tensin superficial. Al disminuir el radio del alvolo estas molculas se concentran, con lo que baja aun ms la tensin superficial. De esta manera, la presin necesaria para mantener distendidos los alvolos resulta relativamente constante dentro de una amplia gama de radios alveolares, con la consiguiente estabilizacin alveolar. La accin del surfactante es similar a la del jabn que se agrega al agua para el juego de hacer pompas o globos con un tubo y agua jabonosa. El surfactante es producido por los neumocitos tipo II del epitelio alveolar y sus principales elementos activos son fosfolpidos.

En el nivel corriente de ventilacin la tensin superficial representa ms del 50% de las fuerzas elsticas y es aun ms importante en las primeras respiraciones del recin nacido. Cuando falta el surfactante por prematuridad, se produce una grave condicin, llamada distrs respiratorio del recin nacido, con colapso alveolar difuso.Tensin superficial del lquido pulmonar (Fig. 15)

Laley de Fick

Es una ley cuantitativa en forma deecuacin diferencialque describe diversos casos dedifusinde materia o energa en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio qumico o trmico.

Ley de Stokes

Se refiere a la fuerza de friccin experimentada por objetos esfricos movindose en el seno de unfluido viscosoen un rgimen laminarde bajosnmeros de Reynolds. En general la ley de Stokes es vlida en el movimiento de partculas esfricas pequeas movindose a velocidades bajas.

Esto se puede ejemplificar en nuestro aparato respiratorio, cuando se tienen secreciones ms viscosas (mayor unin entre el aparato mucociliar y las secreciones) o ms densas (ms unidas), en estos casos uno requiere aplicar ms fuerza para lograr movilizar las secreciones.

Ley de Boyle y Mariotte

El volumen de una masa gaseosa dada, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presin que soporta.

Ejemplo: En la inspiracin el alvolo aumenta su volumen y sus presiones disminuyen, lo que genera un gradiente para que ingrese el aire desde la atmsfera. Ley de Boyle y Mariotte (Fig. 16)Ley de Gay-Lussac o de Charles

Establece la relacin entre la temperatura y la presin de un gas cuando el volumen es constante. La presin del gas es directamente proporcional a su temperatura: Si aumentamos la temperatura, aumentar la presin.

La relacin con la temperatura no es muy importante en la funcin respiratoria humana, ya que el aire inspirado se calienta antes de llegar a los pulmones a una temperatura prcticamente constante. Ley de Gay-Lussac (Fig. 17)Ley de Dalton

Establece que la presin de una mezcla de gases, que no reaccionan qumicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercera cada uno de ellos si slo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin cambiar la temperatura. La presin de un gas concreto de una mezcla recibe el nombre de presin parcial.

El aire inspirado, procedente de la atmsfera (rico en oxgeno y pobre en anhdrido carbnico) se mezcla con el aire del espacio muerto (pobre en oxgeno y rico en dixido de carbono), la composicin del aire atmosfrico y del aire alveolar no es la misma y que al variar el porcentaje de cada gas en la mezcla, tambin lo har la presin parcial de cada gas en el alvolo. Ley de Dalton (Fig. 18)

Ley de Graham (Ley de difusin)

El ndice de difusin de un gas est directamente relacionado con la solubilidad del gas y es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su densidad o de su peso molecular.

Ley de Graham (Fig. 19).

Ley de Henry (Ley de solubilidad)

La cantidad de gas que se disuelve en un lquido 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 lquido particular y por otro, de la presin a la que est sometido dicho gas.

Llevando esto a los principales gases del intercambio gaseoso. La velocidad de difusin del dixido de carbono (CO2) es 0,59 y del oxgeno (O2) es 0,02, es decir, el CO2 difunde bastante ms rpido que el O2. Como el oxgeno difunde ms lento necesita una presin parcial alta, y al tener una presin alta tendr una mayor solubilidad, por lo tanto el oxgeno compensa su difusin baja con una presin alta. Ley de Henry (fig. 20).

Ley de Laplace

La ley de Laplace a veces llamada Ley de Laplace-Young (por Thomas Young), relaciona el cambio de presiones en la superficie que separa dos fluidos de distinta naturaleza con las fuerzas de lnea debidas a efectos moleculares.

Esta ley tambin ilustra la presin necesaria para mantener el alveolo sin colapsarse. Debido a la existencia del fluido surfactante que rodea el interior del alveolo, previene que ste se colapse. La presin necesaria para evitar que el alveolo se colapse como consecuencia de la tensin superficial alveolar es proporcional a dicha tensin superficial e inversa al radio del alveolo. Ley de Laplace (fig. 21) Principio de Bernoulli

Describe el comportamiento de unfluidomovindose a lo largo de unalnea de corriente y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en rgimen de circulacin por un conducto cerrado, la energa que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. 2. INTERCAMBIO DE GASES A NIVEL PULMONAR

Intercambio de gases.

El aire atmosfrico inspirado contiene 21%de oxigeno, 78% de nitrgeno y 0.04% de anhdrido carbnico; pero a nivel del alveolo pulmonar, la concentracin del oxigeno disminuye a 14%, y el anhdrido carbnico, aumenta a 5.6%.

El intercambio de gases entre el aire y la sangre tiene lugar a travs de las finas paredes de los alvolos y de los capilares sanguneos. La sangre venosa proveniente de la arteria pulmonar se libera del dixido de carbono, procedente del metabolismo de todas las clulas del cuerpo, y toma oxigeno. La sangre oxigenada regresa por la vena pulmonar al corazn que la bombea a todo el cuerpo.

El O2 contenido en los alvolos (aire alveolar) pasa de stos a la sangre y de sta a las clulas. En realidad, el intercambio de gases se realiza a dos niveles: primeramente, como acabamos de mencionar, a nivel alveolar, lo que constituye la respiracin externa; posteriormente, a nivel celular, entre sangre, lquido, intersticial y clula. Este intercambio es la respiracin interna o tisular.

El intercambio de gases en los pulmones Se realiza debido a la diferente concentracin de gases que hay entre el exterior y el interior de los alvolos; por ello, el O2 pasa al interior de los alvolos y el CO2 pasa al espacio muerto (conductos respiratorios).

A continuacin se produce el intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre.

Cuando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido en CO2 y muy escaso en O2. El O2 pasa por difusin a travs de las paredes alveolares y capilares a la sangre. All es transportada por la hemoglobina localizada en los glbulos rojos, que la llevar hasta las clulas del cuerpo donde por el mismo proceso de difusin pasar al interior para su posterior uso.

El mecanismo de intercambio de CO2 es semejante, pero en sentido contrario, pasando el CO2 a los alvolos. El CO2, se transporta disuelto en el plasma sanguneo y tambin en parte lo transportan los glbulos rojos.

Como ya hemos indicado, no es el volumen total de aire que penetra al aparato respiratorio el que participa en el intercambio alvolo-sangre, sino slo aquella parte que llega a los alvolos. La fraccin de aire inspirado que llena los bronquios, la trquea, las vas respiratorias superiores, es funcionalmente intil. Los espacios recin mencionados representan el llamado espacio muerto anatmico, cuyo volumen promedio es aproximadamente de 150 ml. Por lo tanto, de los 500 ml de aire inspirados normalmente, slo 350 ml participarn en el intercambio gaseoso a nivel pulmonar. Aquellos alvolos que por alguna de las causas mencionadas son excluidos del intercambio gaseoso, constituyen el llamado espacio muerto funcional, cuya magnitud, como se comprende fcilmente, es muy variable. El volumen representado por la suma del espacio muerto anatmico y del espacio muerto funcional, es el del espacio muerto fisiolgico.

Para comprender el intercambio gaseoso, tanto a nivel alveolar como tisular, es menester referirse a la composicin del aire ambiental, a la presin parcial de sus componentes en los alvolos, en la sangre y en el espacio intersticial que separa los alvolos de los vasos sanguneos pulmonares. La composicin del aire que queda en el espacio muerto anatmico al final de la inspiracin, es obviamente la misma que la del aire ambiental. Su contenido en CO2 es mnimo y, por lo tanto, sin importancia. El CO2 del aire espirado proviene, por consiguiente, de los alvolos, que lo han recibido a su vez de la sangre. La concentracin del CO2 del aire alveolar es, por el contrario, relativamente alta, alrededor de 6%. El aire espirado contiene, sin embargo, slo 4% de CO2, debido a que es una mezcla del aire atmosfrico con el aire alveolar, que ocupa el espacio muerto anatmico. El O2 pasa de los alvolos a los capilares pulmonares y simultneamente el CO2 de stos a los alvolos. Durante este intercambio la concentracin del O2 del aire alveolar disminuye y se eleva la del CO2, para retornar a sus niveles primitivos en la prxima inspiracin.

El CO2 pasa de la sangre capilar venosa a los alvolos, de acuerdo con los mismos principios que el O2. Su constante de difusin es, sin embargo, 20 veces mayor que la del O2 (400 a 600 ml/ minuto). INTERCAMBIO GASEOSO. (Fig. 22) 2.1.- Histresis pulmonar Es la diferencia que existe en las curvas de presin-volumen pulmonares durante la insuflacin y deflacin (el volumen pulmonar a cualquier presin dada durante la deflacin es mayor que durante la insuflacin).

2.2.- Intercambio de gases en los alveolosEl intercambio de gases a nivel alveolar se realiza por DIFUSION SIMPLE, sin intervencin de transportadores ni mecanismos activos. En esas condiciones, el flujo de O2 y de CO2 se realiza de acuerdo a la Ley de Fick. Intercambio de gases en los alveolos (Fig. 23)

3.- PRESIONES EN APARATO RESPIRATORIOEn la compleja interrelacin entre trax, pulmn y ventilacin, intervienen fuerzas y se generan presiones oscilantes que analizaremos en relacin con los fenmenos mecnicos pertinentes (Fig. 24).

Las presiones con que nos encontraremos son las siguientes:

a) Presin atmosfrica. En fisiologa respiratoria convencionalmente se la considera como punto de referencia cero, expresndose las dems presiones como diferencias positivas o negativas

b) Presin en la boca o entrada del aparato respiratorio. En situacin esttica, sin flujo de aire y con la boca y glotis abiertas es de cero, o sea, igual a la atmosfrica y a la de las vas areas y alvolos. Cuando hay movimientos respiratorios oscila levemente por encima o por debajo de la presin atmosfrica, segn la fase de la respiracin.

c) Presin en las vas areas. Es la que impulsa el flujo areo, segn la direccin de ste, es decreciente hacia el alvolo o hacia la boca.

d) Presin alveolar. En condiciones estticas y con la glotis abierta es igual a la presin atmosfrica, pero, por efecto de los movimientos del trax, se hace mayor o menor que la de la boca, generando el flujo a travs de las vas areas.

e) Presin pleural (Ppl). En la respiracin espontnea es habitualmente subatmosfrica o negativa, porque el tamao de reposo del pulmn es menor que el del trax. En la Figura 22-24 se ilustra la situacin observada al final de espiracin tranquila (CRF), en que el conjunto trax-pulmn est en equilibrio.

Figura 25. Posicin de reposo del trax (T), pulmn (P) y del conjunto trax-pulmn (PT). A nivel CRF el trax y el pulmn se encuentran alejados de su posicin de reposo y traccionan en sentidos opuestos sobre el espacio pleural, determinando la negatividad de su presin.

La posicin de reposo del pulmn aislado se encuentra por debajo de la CRF, y la posicin de reposo del trax por sobre la CRF. Por consiguiente, a este volumen pulmonar el espacio pleural est sometido a fuerzas opuestas que tienden a ampliarlo y, como este espacio es cerrado, en su interior se desarrolla una presin negativa. La Ppl puede medirse directamente insertando una aguja en el espacio pleural, pero en estudios fisiolgicos habitualmente se evala en forma indirecta a travs de la presin intraesofgica, que la representa adecuadamente y cuya medicin es menos invasiva. Para ello, se introduce un catter plstico provisto de un baln de ltex en su extremo hasta el tercio inferior del esfago. Las presiones as registradas representan la presin pleural media.

f) Presiones transmurales:el volumen de rganos o estructuras huecas y distensibles, como el pulmn y el trax, es determinado en parte por la diferencia de presiones en su interior y exterior o presin transmural. Si la presin interior es ms alta que la exterior el volumen de la estructura aumenta y si es menor,el volumen se reduce.

Presin transpulmonar (Ptp)es la diferencia entre la presin en la boca y la presin pleural. En condiciones estticas determina el grado de distensin del pulmn y en condiciones dinmicas debe, adems, vencer las resistencias opuestas al movimiento del aire.

Presin tras-torcica:es la diferencia entre la presin pleural y la atmosfrica

Lo esencial de lo expuesto es que la ventilacin es determinada por las diferencias de presin entre la atmsfera y el alveolo que oscilan por efecto de la actividad rtmica de los msculos respiratorios en combinacin con la elasticidad toracopulmonar y las resistencias opuestas al flujo areo

Presiones intra alveolares e intra pleurales

La Ley de Boyle establece que a temperatura constante, cuando el volumen de un gas aumenta, su presin disminuye. Esto es lo que sucede con la presin a nivel del alvolo. Dentro de los alvolos, en situaciones de inspiracin basal, los alvolos aumentan de volumen por lo que la presin disminuye. Presin intraalveolar. Durante la inspiracin traqueal normal, la presin dentro de los alvolos es de -3 mmHg respecto a la atmosfrica, y actuar como un aspirador de aire, hacia el alvolo. Durante la espiracin la presin ser de +3 mmHg respecto a la atmosfrica, y el aire saldr hacia el exterior. La finalidad de contraer los msculos y relajarlos, es generar diferentes presiones para que el aire entre y salga de los pulmones.

La presin intrapleural siempre ser negativa porque el pulmn posee fibras elsticas, las cuales tienden a colapsar el pulmn, adems, los alvolos estn recubiertos de un lquido que hace que los pulmones tengan tendencia a cerrar sus alvolos

4.- MECANISMO QUE LLEVAN Y SE OPONEN AL COLAPSO PULMONAR.TRABAJO RESPIRATORIO.En la respiracin normal tranquila, la contraccin de los msculos respiratorios solo ocurre durante la inspiracin, mientras que la espiracin es un proceso pasivo ya que se debe a la relajacin muscular. En consecuencia, los msculos respiratorios normalmente solo trabajan para causar la inspiracin y no la espiracin. Los dos factores que tienen la mayor influencia en la cantidad de trabajo necesario para respirar son:

A. La expansibilidad o compliance de los pulmones

B. La resistencia de las vas areas al flujo del aire.La Expansibilidad o Compliance es la habilidad de los pulmones para ser estirados o expandidos. Un pulmn que tiene una compliance alta significa que es estirado o expandido con facilidad, mientras uno que tiene una compliance baja requiere ms fuerza de los msculos respiratorios para ser estirado. La compliance es diferente de la elastancia o elasticidad pulmonar. La elasticidad significa resistencia a la deformacin y es la capacidad que tiene un tejido elstico de ser deformado o estirado por una pequea fuerza y de recuperar la forma y dimensiones originales cuando la fuerza es retirada. El hecho de que un pulmn sea estirado o expandido fcilmente (alta compliance) no significa necesariamente que volver a su forma y dimensiones originales cuando desaparece la fuerza de estiramiento (elastancia). Como los pulmones son muy elsticos, la mayor parte del trabajo de la respiracin se utiliza en superar la resistencia de los pulmones a ser estirados o expandidos.

Las fuerzas que se oponen a la compliance o expansin pulmonar son dos:

a) La elasticidad o elastancia de los pulmones ya que sus fibras elsticas resultan estiradas al expandirse los pulmones y como tienen tendencia a recuperar su forma y dimensiones originales, los pulmones tienden continuamente a apartarse de la pared torcica;

b) La tensin superficial producida por una delgada capa de lquido que reviste interiormente los alvolos, que incrementa la resistencia del pulmn a ser estirado y que, por tanto, aumenta el trabajo respiratorio para expandir los alvolos en cada inspiracin.

Para poder realizar la inspiracin con facilidad, estas dos fuerzas son contrarrestadas por:

1.- La presin intrapleural negativa que existe en el interior de las cavidades pleurales y que obliga a los pulmones a seguir a la pared torcica en su expansin;

2.- El agente tensioactivo o surfactante que es una mezcla de fosfolpidos y protenas, segregada por unas clulas especiales que forman parte del epitelio alveolar, los neumocitos de tipo II, y que disminuye la tensin superficial del lquido que recubre interiormente los alvolos. La sntesis de surfactante comienza alrededor de la semana 25 del desarrollo fetal y cuando no se segrega, la expansin pulmonar es muy difcil y se necesitan presiones intrapleurales extremadamente negativas para poder vencer la tendencia de los alvolos al colapso. Algunos recin nacidos prematuros no secretan cantidades adecuadas de esta sustancia tensioactiva y pueden morir por no poder expandir sus pulmones: es lo que se llama sndrome de distrs respiratorio.

En cuanto a la Resistencia de las vas areas al flujo del aire, los factores que contribuyen a la resistencia de las vas respiratorias al flujo del aire son:

1. La longitud de las vas

2. La viscosidad del aire que fluye a travs de las vas

3. El radio de las vas

La longitud de las vas respiratorias es constante y la viscosidad del aire tambin es constante en condiciones normales, de modo que el factor ms importante en la resistencia al flujo del aire es el radio de las vas respiratorias. Si no hay una patologa de estas vas que provoque un estrechamiento de las mismas, la mayor parte del trabajo realizado por los msculos durante la respiracin normal tranquila, se utiliza para expandir los pulmones y solamente una pequea cantidad se emplea para superar la resistencia de las vas respiratorias al flujo de aire Mecnica pulmonar (fig. 26)5.- Volmenes y capacidades pulmonares.

La capacidad ventilatoria se cuantifica por la medicin de los volmenes pulmonares y la espirometra.

Capacidad pulmonar total. Es el volumen de gas en el pulmn al final de una inspiracin mxima. Es la suma de la capacidad vital y del volumen residual. Es una medida del tamao pulmonar.

Capacidad vital espiratoria es el volumen de gas exhalado despus de una inspiracin mxima y la inspiratoria es el volumen que puede ser inspirado despus de una espiracin mxima. La capacidad vital es la suma de la capacidad inspiratoria y del volumen de reserva espiratoria

Volumen circulante es el volumen de gas que se moviliza durante un ciclo respiratorio normal.

Volumen de reserva inspiratoria es el volumen de gas que puede ser inspirado despus de una inspiracin normal.

Volumen de reserva espiratoria es el volumen de gas que puede ser espirado despus de una espiracin normal.

Capacidad inspiratoria es el volumen que puede ser inspirado despus de una espiracin normal, es decir desde capacidad residual funcional (Functional residual capacity; FRC).

Capacidad residual funcional es el volumen de gas que queda en el pulmn despus de una espiracin normal

Volumen residual es el volumen de gas que queda despus de una espiracin mxima.

Capacidad de cierre es el volumen pulmonar por debajo del cual aparece el fenomeno de cierre de la va area durante la maniobra de una espiracin mxima lenta.

Volumen de cierre es la capacidad de cierre menos la capacidad residual funcional. La maniobra de espiracin forzada cuantifica los volmenes pulmonares por encima de la capacidad residual funcional. Adems permite cuantificar algunos ndices dinmicos. El ms empleado en clnica es el volumen espiratorio forzado en un Segundo. Es el volumen de gas espirado durante el primer segundo de una maniobra forzada desde una inspiracin mxima.

El volumen inspiratorio forzado en un segundo es el volumen de gas inspirado en el primer segundo de una inspiracin forzada despus de una espiracin mxima.

La ventilacin voluntaria mxima es el volumen de gas mximo que puede ser espirado durante un minuto a una frecuencia de 30 x' durante 20 s.Volumen pulmonar (fig. 27)

Los gases en la respiracin

Los volmenes gaseosos de la caja torcica se clasifican desde un punto de vista funcional

Volumen de gas torcico: es el volumen de gas pulmonar + el volumen de gas extra pulmonar intratorcico.

Volumen de gas pulmonar:

1. Volumen alveolar funcional (VA). Es el volumen de gas que llega al espacio alveolar y que participa en el intercambio gaseoso.

2. Volumen alveolar de espacio muerto. Es el volumen de gas que llega al espacio alveolar pero que no participa en el intercambio gaseoso (espacio muerto funcional).

3. Volumen de gas de las vas areas. Es el volumen de gas que compone el espacio muerto anatmico.

Figura 24Presiones respiratorias en condiciones estticas y durante la respiracin tranquila. Las presiones se expresan como diferencia en relacin a la presin atmosfrica que en fisiologa respiratoria se considera como cero.La presin alveolar (Palv) es la suma algebraica de la presin elstica del pulmn (Pel) y de la presin pleural (Ppl). En condiciones estticas la presin transpulmonar (P tp = P boca - P pl) es idntica a la presin elstica del pulmn, ya que P boca = P alv. En cambio, en condiciones dinmicas de inspiracin o espiracinlos cambios de presion pleural, debidos cambios de volumen del torax, producen una gradienteentre alveolo y bocade diferente direccion en inspiracion y espiracion.

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