El aparato respiratorio lo podemos dividir en vías aéreas o respiratorias y pulmones. Las vías respiratorias se pueden dividir en altas y bajas, respecto a la glotis. Entonces, las vías respiratorias superiores (VRS) corresponden a las fosas nasales, oronasofaringe y laringofaringe. Las vías respiratorias inferiores (VRI) son la laringe propiamente dicha y a partir de la glotis, la traquea, los bronquios y bronquiolos en todas sus divisiones. La estructura del aparato bronquial se discute adelante en la sección de fisiología.
Los pulmones son dos órganos de forma piramidal de vértice superior y base inferior. Presentan 4 caras: base, costal, mediastínica y apical. El pulmón izquierdo pesa 760 gr, cuenta con dos lóbulos, el superior y el inferior, una escotadura y una impresión cardiaca que morfológicamente determina la presencia de un pequeño apéndice llamado língula. Posee 10 segmentos broncopulmonares: apical, posterior, anterior, lingular superior, lingular inferior, superior, basolateral, basomedial, anterobasal, posterobasal. El pulmón derecho pesa 800 gr, es más ancho y corto que el derecho, tiene 20% más de capacidad que el izquierdo, posee dos cisuras que lo dividen en tres lóbulos: superior, medio e inferior. Posee 10 segmentos broncopulmonares: apical, posterior, anterior, lateral, medial, superior, laterobasal, mediobasal, anterobasal y posterobasal. La porción funcional del pulmón o parénquima corresponde a los alvéolos. Ofrecen una superficie interna de 70-80m2, 90% de estos cubiertos de capilares y 60-70m2 participan en el intercambio gaseoso. Los neuomocitos tipo I ( células de 0.1-0.3 μ de espesor y 50μm de diαmetro) recubren 93-97% de la superficie alveolar. Los neumocitos tipo II cubren 7% y sintetizan factor surfactante, fibronectina, complemento, expresan moléculas MHC II y son células de reserva capaces de replicarse rápidamente y diferenciarse hacia neumocitos tipo I.
Las células endoteliales sintetizan ECA, heparán sulfato, IL-1, PAF, tPA, endotelina 1 y prostaciclina. En el intersticio, muy delgado y elástico, formado predominantemente por elastasa, hay receptores J, que responden a incremento de volumen en el espacio intersticial.
Circulación: Pulmonar y bronquial. La pulmonar es la encargada de llegar a los espacios capilares alveolares para participar en la hematosis. Su endotelio responde de manera inversa que la circulación sistémica a los mismos estímulos (por ejemplo, con el CO2 vasoconstriñe, la circulación sistémica vasodilata), no posee sistema valvular, las vénulas poscapilares son estructuralmente idénticas a las arteriolas precapilares. Esta circulación termina en el atrio izquierdo con sangre arterial que va a la circulación sistémica.
La circulación bronquial es la encargada de nutrir el parénquima pulmonar y los bronquios y bronquiolos. Hay dos arterias bronquiales para el pulmón izquierdo y una para el derecho. Se originan de la aorta torácica. A veces la arteria bronquial derecha se origina de la subclavia derecha o de la arteria torácica interna. La circulación venosa corre a cargo de venas bronquiales que drenan a la vena ácigos. A veces, las venas bronquiales izquierdas drenan a la vena hemiácigos.
Inervación: Nervios vagos y tronco simpático (T1-8).
Pleuras: son dos sacos membranosos que envuelven cada una a un pulmón dos veces, una lo hacen "pegado" al pulmón (pleura visceral) y a partir de dos reflexiones (una anterior y la otra posterior) lo envuelven de nuevo (pleura parietal). Dejan entre ellas un espacio llamado espacio pleural (20μm), normalmente ocupado por pequeρas cantidades de lνquido (<50mL). Cada pleura está formada por una capa mesotelial delgada, fibroblastos, tejido colágeno fibroso, capilares y vénulas. Las reflexiones pleurales se unen debajo del hilio pulmonar y se continúan en sentido inferior formando el ligamento pulmonar. Posee 4 divisiones: pleura apical, pleura costal, pleura diafragmática y pleura mediastínica.Fisiología
La función del aparato respiratorio es proporcionar O2 a la sangre arterial y eliminar CO2 de la sangre venosa (intercambio gaseoso). Esta función depende de: a) ventilación alveolar (VA): implica la renovación periódica del gas alveolar; un determinado volumen de aire (volumen corriente) debe alcanzar los alvéolos; b) difusión alveolocapilar: implica el movimiento de las moléculas de O2 y CO2 entre el alveolo y el capilar; c) perfusión capilar: flujo constante de determinado volumen minuto de sangre (GC) a través de la circulación capilar pulmonar, y d) relación ventilación/perfusión (VA/Q): la eficacia de la hematosis es máxima cuando esta relación es =1.
Además influyen sobre la respiración (conjunto de mecanismos que permiten el intercambio de gases entre una célula y su medio): control de la ventilación y el sistema de transporte de oxígeno.
a. Ventilación alveolar (VA)
Determina la renovación cíclica del gas alveolar, para lo cual necesita: a) un sistema conductor (árbol traqueobronquial) y b) fuerza motriz para generar el flujo inspiratorio y vencer la resistencia que el parénquima pulmonar y la caja torácica ofrecen a su paso (mecánica ventilatoria).
Árbol traqueobronquial
Sistema de tubos de diámetro progresivamente menor y número creciente, que inicia en la tráquea y se va ramificando dicotómicamente, primero en dos bronquios principales (izquierdo y derecho) y sucesivamente en bronquios lobulares, segmentarios y al fin en bronquiolos terminales (después de 16 divisiones dicotómicas). Estos últimos son las vías aéreas de menor tamaño y carecen de sacos alveolares. Ninguna de estas estructuras participa en el intercambio de gases, son estructuras que participan solo en la conducción, razón por la que se les llama espacio muerto anatómico. En un individuo sano y joven, su volumen es de 150 mL. A partir del bronquiolo terminal el número de ramificaciones bronquiales y el área de sección global, se incrementa de forma exponencial. Así, los bronquiolos terminales dan origen a los bronquiolos respiratorios (en cuyas paredes hay algunas estructuras alveolares, es una zona de transición entre la zona de conducción y la zona de intercambio, comienzan después de 17 divisiones) y finalmente a los sacos alveolares (llamada zona de intercambio respiratorio, se originan en la división número 21); toda la zona situada más allá del bronquiolo terminal se denomina acino o lobulillo pulmonar.
Aunque la distancia que separa los bronquiolos terminales de las unidades alveolares más distales es de 5 mm, la zona respiratoria constituye la inmensa mayoría del parénquima pulmonar.
Mecánica ventilatoria
Como consecuencia de la contracción activa del diafragma y de los músculos intercostales, Ó volumen de la caja torácica, la presión alveolar se hace inferior a la atmosférica (negativa) y aparece el flujo inspiratorio. La relajación de los músculos inspiratorios y las propiedades elásticas del parénquima pulmonar provocan el retorno pasivo a la posición inicial y el flujo espiratorio.
El volumen de aire que entra en los pulmones con cada inspiración (500 mL) se denomina volumen corriente (VC, VT [en cursiva la abreviatura inglesa]). Cuando los pulmones se hallan totalmente distendidos, la cantidad de aire que contienen constituye la capacidad pulmonar total (CPT, TLC). Tras una espiración máxima (a partir de CPT), el volumen de aire que permanece atrapado en el interior del tórax es el volumen residual (VR, RV), y la cantidad espirada, la capacidad vital (CV, VC). La cantidad de aire contenida en los pulmones al final de una espiración normal se denomina capacidad residual funcional (CRF, FRC) y equivale a la suma del VR y del volumen de reserva espiratorio (VRE, ERV). Estos parámetros dependen de la raza, la edad, la talla, el peso y el sexo.
El producto del VC (500 mL) por la frecuencia respiratoria (12-16/min) equivale al volumen minuto (VE); en un individuo sano, su valor es de 6-8 L/min. Dado que el volumen de aire que ventila el espacio muerto anatómico (VD, 150 mL) no interviene en el intercambio de gases, la ventilación realmente efectiva, o ventilación alveolar (VA), equivale a 4.2-5.6 L/min.
b. Difusión alveolocapilar de oxígeno
La hematosis se produce por difusión pasiva, por simple diferencia de presión. El sistema respiratorio presenta una superficie de intercambio muy grande, ideal para facilitar la difusión gaseosa. En el individuo sano la barrera alveolocapilar no representa obstáculo para el intercambio gaseoso, ni en reposo ni en esfuerzo. Las enfermedades caracterizadas por aumento del espesor de la barrera alveolocapilar (fibrosis intersticial) podrían dificultar la difusión del O2.
c. Perfusión pulmonar
En el pulmón hay dos sistemas circulatorios diferentes: la circulación pulmonar y la bronquial. Al ser la primera de ellas la que interviene de manera directa en el intercambio de gases, es la más importante. Presenta estructura ramificada (arteria pulmonar, arteriolas, capilares, vénulas y venas pulmonares) similar a la del árbol traqueobronquial, los capilares pulmonares forman una densa red alrededor de cada unidad alveolar. La función pulmonar se mantiene intacta incluso en ausencia completa de circulación bronquial (trasplante pulmonar).
La circulación pulmonar debe ser capaz de adecuar el GC al mínimo coste energético (trabajo ventricular derecho) posible. Por ello posee presiones muy bajas (PAP media: 15 mmHg) y la resistencia ofrecida por el árbol vascular pulmonar al flujo sanguíneo [resistencia vascular pulmonar (RVP)] es mínima (2 mmHg/min). Además, el valor de la RVP se modifica muy poco frente a aumentos notables del GC, debido a que se distienden capilares perfundidos y se perfunden nuevos capilares (reclutamiento). Así, se reduce el trabajo del VD.
Cuando la presión alveolar de O2 (PAO2) es<70 mmHg (o aumenta la PACO2 >45 mmHg) produce vasoconstricción de la arteria que nutre el área hipóxica (vasoconstricción pulmonar hipóxica). Así se evita la perfusión de unidades mal ventiladas y se restaura el cociente VA/Q. (ante estas situaciones de hipoxia o hipercapnia los vasos sistémicos actúan al contrario, se dilatan; ya que lo al no tener un sistema de riego tan ramificado (en paralelo) si se constriñeran fomentarían la hipoxia; por supuesto, estas diferencias entre los vasos pulmonares y los sistémicos son mediados molecularmente, debido a las propiedades diferentes de los respectivos endotelios).
Este mecanismo tiene gran trascendencia clínica. Por ejemplo, en la neumonía lobular o en la atelectasia, su correcto funcionamiento preserva al máximo la integridad funcional del intercambio gaseoso al derivar parte del flujo sanguíneo hacia áreas mejor ventiladas. Al contrario, su disminución, ya sea espontánea (cirrosis hepática) o inducida (ciertos agentes anestésicos o fármacos broncodilatadores), altera las relaciones VA/Q.
Además, la circulación pulmonar posee otras funciones: a) actúa como un filtro (mecánico o bacteriano) de el GC; b) aporta energía suficiente para nutrir el parénquima pulmonar; c) actúa como reservorio de sangre para VI y d) elabora numerosas hormonas (angiotensina, bradicinina, serotonina) y enzimas (ECA).
d. Relación ventilación/perfusión (VA/Q)
Es el factor determinante más importante de la capacidad de la unidad alveolar para intercambiar O2 y CO2. En condiciones ideales este cociente debe aproximarse a la unidad; la cantidad (L/min) de VA que recibe debe ser aproximadamente equivalente a la cantidad (L/min) de sangre capilar que la perfunda.
Si un alveolo tiene un cociente menor a 1 significa que su ventilación es menor en relación con la perfusión que recibe, por tanto, es incapaz de eliminar la totalidad del CO2 y oxigenar la sangre, esto se denomina "cortocircuito o shunt" arteriovenoso.
Cuando VA/Q es mayor a 1 hay mucho más O2 en los alvéolos disponible para intercambio, por lo tanto, este O2 se "desperdicia" para intercambio (al igual que el del espacio muerto anatómico), por lo que se le conoce como espacio muerto fisiológico.
En la práctica clínica, el gradiente alveoloarterial de O2 (AaPO2) es excelente indicador de la uniformidad de la distribución de los cocientes VA/Q.
En un pulmón hipotéticamente perfecto, el valor del AaPO2 oscila entre 5 y 15 mmHg debido a: a) un pequeño porcentaje de sangre venosa (2-5% del GC) que drena directamente en la circulación arterial sistémica; este cortocircuito anatómico o shunt corresponde a las venas de Tebesio (drenan en el VI la sangre de la circulación coronaria) y a la circulación bronquial (que drena en las venas pulmonares) y b) los desequilibrios de los cocientes VA/Q en distintas regiones del pulmón y provocados por efecto de la gravedad. En el ápice del pulmón la VA/Q vale 2.5, en los hilios vale 1 y en las bases 0.6, que representa un "cortocircuito fisiológico. Las anomalías en los cocientes VA/Q son la causa más importante y frecuente de alteración gasométrica en la práctica clínica.
Control de la ventilación
En el individuo sano las cifras de PaO2 y PaCO2 se mantienen prácticamente invariables independientemente de la actividad física y los requerimientos se O2 y CO2. A pesar de un profundo cambio metabólico, la eficacia del intercambio pulmonar de gases se mantiene constante, lo que implica la aparición de una serie de mecanismos de adaptación hemodinámicos (GC) y ventilatorios (VA). Un sistema automático de control de la ventilación se encarga de regular la periodicidad (frecuencia respiratoria), profundidad (VT) y ritmo (relación inspiración-espiración), que en conjunto se les conoce como patrón ventilatorio.
Este sistema de control está formado por centros nerviosos en puente y bulbo (centros apnéusico y neumotáxico, que forman el centro respiratorio), y receptores, de tres tipos: a) pulmonares, que responden a estiramiento del parénquima pulmonar (reflejo de Hering-Breuer), de irritación de la vía aérea y/o a cambios en el intersticio (receptores J); b) quimiorreceptores: periféricos (aórticos y seno carotídeo), que responden a cambios de pH, la pCO2 y la pO2 de la sangre arterial; centrales (próximos al centro respiratorio), que sólo reconocen cambios en pH y pCO2, y c) musculares, en músculos respiratorios y que responden al estiramiento.
La información procedente de todos estos receptores es analizada por el centro respiratorio y la corteza cerebral. En la actividad cortical se halla la base fisiopatológica de la sensación de disnea .
Las conexiones neuronales entre el centro respiratorio y la corteza cerebral permiten el control voluntario de la ventilación.
El patrón ventilatorio puede modificarse por: a) voluntariamente; b) variaciones metabólicas (VO2/VCO2); c) cambios en el pH, la pO2 y/o la pCO2 arteriales; d) estimulación de los receptores intrapulmonares (embolia pulmonar, neumonía, asma); e) depresión (sedantes) o estimulación de los quimiorreceptores periféricos (doxapram, almitrina).
Transporte de oxígeno
Depende de: cantidad total de O2 transportada por unidad de volumen sanguíneo [contenido arterial de O2 (CaO2)] y del volumen de sangre movilizado por unidad de tiempo [GC].
El O2 se transporta en sangre de dos formas: 1% disuelto en plasma y 99% combinado con la Hb. En una persona normal el CaO2 es de 20 vol%. Esto no debe confundirse con la PaO2; el valor del CaO2 equivale a la cantidad total de O2 existente en sangre arterial por unidad de volumen (vol %), mientras que la PaO2 corresponde a la presión parcial ejercida por la cantidad de O2 disuelta en el plasma.
El objetivo final del sistema de transporte de O2 es suministrar a la célula la cantidad necesaria de O2. Por tanto, cuando la demanda de O2 aumenta, el QO2 (flujo de O2) también debe aumentar . Dado que ni la PaO2, ni la SaO2 (saturación arterial de O2), ni el valor de Hb aumentan con el ejercicio, en el individuo sano el valor del CaO2 permanece inalterado. Por tanto, para satisfacer las nuevas necesidades tisulares de O2 se ponen en marcha mecanismos fisiológicos alternativos: Ó extracción periférica del O2 y Ó GC.
También hay otros factores que contribuyen en algún momento: poliglobulia y cambios en la afinidad de la Hb por el O2.
1. Poliglobulia. La hipoxemia crónica estimula la síntesis de eritropoyetina. El Ó Hto que se produce ejerce un doble efecto: benéfico, implica un aumento sustancial del valor del CaO2 y del de QO2; perjudicial, ya que si supera 55-60% de Hto hay hiperviscosidad sanguíneaâ HAP, Ó trabajo del VD = cor pulmonale.
Se aconseja la práctica de sangrías periódicas si el Hto es >60%.
2. Cambios en la afinidad de la Hb por el O2. La acidosis, la hipercapnia y/o la hipertermia provocan Ô afinidad de la Hb por el O2, lo que significa una mayor liberación tisular de O2 en los tejidos y potencia la oxigenación de la sangre en los pulmones: efecto Bohr. (Desplazan la curva de disociación de la Hb a la izquierda).
El 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) es un polianión no difusible producto de la glucólisis del eritrocito. Si su concentración intraeritrocitaria aumenta (anemia crónica), la afinidad de la hemoglobina por el O2 disminuye, con lo que, de nuevo, se potencia la liberación periférica de O2. Esto desplaza la curva de disociación de la HB a la derecha, es decir, se libera O2 a los tejidos a una P de O2 hasta 10 mmHg más elevada de lo que pasaría si no aumentara el DPG.
