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Intercambio y transporte de gases 3: Regulación de la ventilación


La contracción de los músculos esqueléticos debe ser iniciada por las neuronas somáticas, controladas por el SNC. La contracción del diafragma y otros músculos se inicia en el bulbo raquídeo. Las interacciones sinápticas generan ciclos rítmicos influidos por estímulos sensoriales (especialmente de quimiorreceptores para CO2, O2 y H+. El modelo actual de control de la ventilación establece que:

  • Las neuronas respiratorias del bulbo raquídeo controlan los músculos inspiratorios y espiratorios.
  • Las neuronas de la protuberancia integran la información sensorial e interactúan con neuronas del bulbo para controlar la ventilación.
  • El patrón rítmico surge de una red de neuronas con descargas espontáneas.
  • La ventilación está sujeta a modulación continua por varios reflejos (quimiorreceptores, mecanorreceptores y centros cerebrales superiores). 

3.1 Las neuronas del bulbo raquídeo controlan la respiración

Las neuronas respiratorias se encuentran en dos zonas del bulbo raquídeo. Una es el núcleo del tracto solitario (NTS), que contiene el grupo respiratorio dorsal (GRD), que controlan los músculos inspiratorios. Las señales del GRD viajan a través de los nervios frénicos e intercostales. El NTS recibe información de los quimiorreceptores y mecanorreceptores a través del nervio vago y glosofaríngeo.
Las neuronas respiratorias de la protuberancia reciben información sensorial del GRD, que, a su vez, influyen en el inicio y la terminación de la inspiración. Los grupos respiratorios de la protuberancia (GRP) envían señales tónicas a las redes del bulbo para ayudar a coordinar un ritmo respiratorio equilibrado.
El grupo respiratorio ventral (GRV) consta de varias regiones. Una de ellas es el complejo de pre-Bötzinger, que contiene neuronas que se disparan espontáneamente y que pueden actuar como marcapasos para el ritmo respiratorio. Además, fibras nerviosas del GRV inervan músculos de la laringe, faringe y lengua para mantener la vía aérea abierta durante la respiración. Una relajación inadecuada de esta musculatura contribuye a la apnea obstructiva del sueño.
La estimulación de la musculatura respiratoria se realiza en “rampa”. Esto quiere decir que unas pocas neuronas inspiratorias se disparan para empezar la rampa. Se reclutan posteriormente otras neuronas y así sucesivamente. Se logra de este modo que la caja torácica se expanda de forma suave. Al final de la inspiración, cesa la actividad de golpe y la musculatura se relaja. Aunque parezca una contradicción, se mantiene cierta actividad neuronal para evitar que el flujo de aire sea demasiado rápido (algunos músculos de las vías respiratorias superiores se contraen).

3.2 El dióxido de carbono, el oxígeno y el pH influyen en la ventilación

El dióxido de carbono es el principal estímulo para los cambios de ventilación; el oxígeno y el pH tienen menor influencia.
En una situación donde haya poco oxígeno, la frecuencia y la profundidad de la respiración aumentan. Si se empieza a acumular CO2, la ventilación se intensifica para evitar que se acumule.
Los quimiorreceptores periféricos presentes en las arterias carótidas y aorta, detectan cambios de la PCO2, el pH y la PO2 del plasma. Los quimiorreceptores centrales responden a cambios de concentración de CO2 en el líquido cefalorraquídeo. Los receptores se encuentran cerca de la superficie ventral del bulbo raquídeo para una más rápida estimulación.

3.2.1 Quimiorreceptores periféricos

Cuando las células del glomo se activan por una disminución de O2 o pH, o aumento de CO2, se desencadena un aumento de la ventilación. Aparece una inactivación de los canales de K+, provocando una despolarización. Posteriormente, se abren los canales de Ca2+ dependientes de voltaje, lo que provoca la expulsión, por exocitosis, de un neurotransmisor hacia la neurona sensitiva. Las señales viajan hacia el bulbo raquídeo y la ventilación se incrementa.

3.2.2 Quimiorreceptores centrales

Un aumento en la PCO2 arterial provoca que el CO2 cruce la barrera hematoencefálica y active los receptores centrales. Se incrementa así la frecuencia y profundidad de la respiración.
Esto no es del todo cierto, ya que los receptores centrales responden a cambios de pH del líquido cefalorraquídeo (LCR). El CO2 que difunde hacia el LCR se convierte en ácido carbónico que se disocia en bicarbonato y H+. Son estos últimos los que inician el reflejo del quimiorreceptor.
En situaciones donde la PCO2 se mantiene elevada durante días, los quimiorreceptores se adaptan y la frecuencia respiratoria se vuelve normal. No obstante, la respuesta al descenso en la PO2 se mantiene. Esto sucede en las EPOC, donde los niveles elevados de CO2 no estimulan la respiración, pero si el descenso en el O2. Por este motivo, si a estos pacientes se les administra demasiado oxígeno, pueden dejar de respirar porque se elimina su estímulo químico para la ventilación.

3.3 Reflejos protectores cuidan los pulmones

Otros reflejos protegen de lesiones físicas, irritaciones del tracto respiratorio o hiper-insuflación de los pulmones. El principal reflejo protector es la broncoconstricción.
El reflejo de insuflación de Hering-Breuer se describió en perros anestesiados. Ocurría que cuando el volumen corriente excedía de un cierto valor, se enviaban señales al tronco cerebral para terminar la inspiración.

3.4 Los centros cerebrales superiores afectan a los patrones de ventilación

Los centros superiores del hipotálamo y del cerebro, pueden alterar la actividad de la red de control bulbar (control voluntario de la respiración se incluye aquí).
La respiración se ve afectada también por el estímulo del sistema límbico. Por este motivo, el miedo y la excitación pueden afectar el ritmo y la profundidad de la respiración.

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