Mecánica de la respiración 1: El aparato respiratorio

Comenzamos hablando de las principales funciones del aparato respiratorio. Son las siguientes:

1. El intercambio de gases entre la atmósfera y la sangre.
2. La regulación homeostática del pH del organismo.
3. La protección frente a los patógenos inhalados y las sustancias irritantes.
4. La vocalización.

1. El aparato respiratorio

La respiración celular es la reacción intracelular del oxígeno con moléculas orgánicas, para producir dióxido de carbono, agua y energía en forma de ATP. La respiración externa es el movimiento de gases entre el medio ambiente y las células del cuerpo. Se divide en 4 procesos:

1. El intercambio de aire entre la atmósfera y los pulmones.
2. El intercambio de O₂ y CO₂ entre los pulmones y la sangre.
3. El transporte de estos gases a través de la sangre.
4. El intercambio de gases entre la célula y la sangre.

El aparato respiratorio está formado por las vías aéreas, los alvéolos y sus capilares asociados, y los huesos y músculos que asisten la ventilación.

1.1 Los huesos y los músculos del tórax rodean los pulmones

Al conjunto se le denomina caja torácica. Las costillas y la columna forman los costados y la parte superior de la caja. Una lámina de músculo esquelético con forma de cúpula, el diafragma, forma la parte inferior.

Los músculos intercostales conectan los 12 pares de costillas. Los esternocleidomastoideos y los escalenos van desde la cabeza y cuello hasta el esternón y las dos primeras costillas.

El tórax es un contenedor sellado formado por el saco pericárdico, que contiene el corazón, y los sacos pleurales que rodean a cada uno de los pulmones.

1.2 Los sacos pleurales contienen los pulmones

Las vías aéreas semirrígidas (bronquios) conectan los pulmones con la vía aérea principal. Cada pulmón está rodeado por un saco pleural, de pared doble, cuyas membranas recubren la parte interior del tórax y la superficie externa de los pulmones. Cada pleura contiene varias capas de tejido conectivo y numerosos capilares.  Las capas opuestas de la pleura se mantienen juntas por el líquido pleural.

Este líquido cumple varios propósitos:

1. Crea una superficie húmeda y resbaladiza para que las membranas opuestas puedan deslizarse.
2. Mantiene unidos los pulmones a la pared torácica, debido a la fuerza de cohesión del agua.

1.3 Las vías aéreas conectan los pulmones con el medio externo

El aire entra por la boca y la nariz, y pasa a la faringe; después a la laringe y a la tráquea. En la laringe se encuentran las cuerdas vocales.

La tráquea es un tubo semiflexible y abierto, por la presencia de 15-20 anillos de cartílago con forma de C. Se ramifica en bronquios primarios, y estos repetidamente se dividen. Posteriormente se dividen en bronquíolos, que se siguen ramificando, hasta formar una transición entre las vías aéreas y el epitelio de intercambio.

1.4 Las vías aéreas calientan, humedecen y filtran el aire inspirado

El acondicionamiento tiene tres fases:

1. Calentar el aire a la temperatura del cuerpo, para que los alvéolos no se dañen y la temperatura corporal no cambie.
2. Agregar vapor de agua hasta humedecer al 100%.
3. Filtrar todos los elementos extraños.

Las vías aéreas (tranquea y bronquios) están recubiertas de epitelio ciliado, cuyas células están bañadas por una capa de solución salina acuosa. Dicha capa es elaborada por las células epiteliales, cuando el Cl^- es secretado hacia la luz por los canales aniónicos apicales. Conscuentemente, esto arrastra el Na⁺ a través de una vía paracelular. Se creará así un gradiente osmótico, y el agua sigue a los iones hacia la luz de las vías aéreas.

La capa mucosa es secretada por las células caliciformes del epitelio. Los cilios arrastran el moco hacia la parte superior, lo que se denomina transporte mucociliar. El moco contiene inmunoglobulinas que ayudan en la defensa.

La secreción de una capa de solución salina es esencial para el transporte mucociliar. Una secreción inadecuada de iones provocará que no se forme la solución salina, el moco se espesará y no podrá ser eliminado. Así pues, las bacterias podrán colonizar las vías aéreas y provocar infecciones pulmonares recurrentes.

1.5 Los alvéolos son el sitio de intercambio de gases

Cada pequeño alvéolo está formado por una sola capa de epitelio. Las células alveolares de tipo II sintetizan el surfactante, que ayuda al pulmón a expandirse. Estas células también ayudan a minimizar la cantidad de líquido presente en los alvéolos. Las células alveolares de tipo I (95%), son las que participan en la difusión de gases.

Las delgadas paredes de los alvéolos no contienen músculo, ya que si estuviera presente bloquearía el intercambio de gases. Por lo tanto, la contracción se debe a la propia capacidad elástica que está provocada por las fibras de elastina y de colágeno. 

1.6 La circulación pulmonar tiene alto flujo y baja presión

Comienza en el tronco de la arteria pulmonar, que recibe sangre con poco oxígeno del ventrículo derecho. La sangre regresa al corazón por las venas pulmonares.

La velocidad de flujo a través de los pulmones es mucho más alta que en otros tejidos, pero esto no provoca aumento de la presión arterial. El valor promedio de presión es de 25/8 mmHg, en comparación con los 120/80 mmHg sistémicos. Esto es consecuencia de que el ventrículo derecho no tiene que bombear con fuerza, porque las resistencias pulmonares son bajas, debido a la corta longitud de los vasos sanguíneos, su distensibilidad y el gran área de sección transversal total de las arteriolas pulmonares.

En condiciones normales la presión hidrostática es baja, por lo que la cantidad de líquido extravasado es escaso. Así pues, en estas condiciones, el sistema linfático es capaz de eliminar ese líquido.