«ENSAYO FISIOLOGÍA PULMONAR»
Ensayo: Fisiología Pulmonar
Educando: Eduardo Angeles Ruiseñor
Profesor: Lic. Jaime Charfen Hinojosa
Diplomado de Aeromedicina y Transportes de Cuidados Críticos
27 de Septiembre de 2017
Notas
del Autor
Eduardo Angeles Ruiseñor
Diplomado de
Aeromedicina y Transportes de Cuidados Críticos
Programa
Internacional de Desarrollo de Medicina de Emergencia.
La correspondencia relacionada con este ensayo debe
ser dirigida a:
Eduardo Angeles Ruiseñor, Contacto: eduardo.angeles@hotmail.com
Contenido
Introducción
Desarrollo del Tema
Función
Fundamental del Sistema Respiratorio
Anatomía
del Sistema Respiratorio
Zona
de Conducción.
Zona
Respiratoria.
Intercambio
de Gases
Ley
de Dalton de las Presiones Parciales.
Ley
de Henry de las Concentraciones de los Gases Disueltos.
Ley
de Boyle-Mariotte, de la Relación Inversa Proporcional Entre Presión y
Volumen.
Conclusión
Opinión personal
Introducción
Recita en el Medical Subject Headings (MeSH, 2017) que “La fisiología
es la rama de la biología encargada de estudiar las propiedades, funciones y
procesos que soportan la vida de los organismos vivos”.
Las propiedades, funciones y
procesos del sistema respiratorio permiten el intercambio de oxígeno (O2)
y dióxido de carbono (CO2) entre el entorno y las células del
organismo. Estos gases son transportados por el sistema circulatorio,
manteniendo así la homeostasis (Constanzo, 2011, pág. 183) .
El organismo humano no es capaz de vivir por mucho tiempo sin oxígeno, es
por ello que destacamos la importancia de entender la fisiología pulmonar.
En este ensayo,
nos enfocaremos en la fisiología pulmonar principalmente, citando algunos conceptos
del sistema circulatorio, con el fin de comprender de una mejor manera su
funcionamiento. Una vez entendidos estos conceptos, en teoría, se logrará
abordar de una mejor manera al paciente en estado crítico, traduciéndose en
mejor atención y el aumento en su esperanza de vida.
Desarrollo del Tema
Función Fundamental del Sistema Respiratorio
La función fundamental del sistema respiratorio es
el intercambio de gases, de forma que se inspira el O2 necesario
para los procesos metabólicos y se elimina el CO2, de este modo se regula el potencial de
hidrogeno (pH) en sangre, manteniendo el equilibrio acidobásico del organismo (Michael Dykes,
2013, págs. 14-15) .
Además, el sistema respiratorio realiza algunas funciones adicionales, tales
como:
♦
El metabolismo y activación e
inactivación de algunas proteínas, como la enzima conversora de angiotensina.
♦
La fonación.
♦
Participa en el olfato.
♦
Funciona como un reservorio de
sangre.
Anatomía del Sistema Respiratorio
El aparato respiratorio está constituido por la
nariz, la faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones, y se pueden clasificar
por su estructura o por la función que realizan durante el proceso de respiración.
Para una mejor comprensión de la fisiología, utilizaremos esta última. La cual consta
de dos zonas; la zona de conducción, la cual se encarga de llevar el aire al
interior y hacia el exterior de los pulmones; y la zona respiratoria, la cual
se encuentra recubierta con alvéolos y es en donde se realiza el intercambio de
gases (J. Tortora & Derrickson,
2006, pág. 853) .
Zona de Conducción.
La zona de conducción incluye la nariz, la faringe,
la laringe, la tráquea, los bronquios, los bronquiolos y los bronquiolos
terminales. Estas estructuras funcionan para llevar el aire al interior y hacia
el exterior de la zona respiratoria y que así se produzca el intercambio de gases
y para calentar, humidificar y filtrar el aire antes de que alcance la región
crítica de intercambio gaseoso.
La tráquea es la principal vía aérea de conducción.
Se divide en dos bronquios que llegan a los pulmones, en cuyo interior se
separan en bronquios más pequeños, que, a su vez, se vuelven a dividir. Hay 23
de estas divisiones, que dan lugar a vías aéreas cada vez más pequeñas.
Las vías aéreas de conducción están recubiertas por
células secretoras de moco y ciliadas que funcionan eliminando las partículas
inhaladas. Aunque las partículas grandes se suelen filtrar hacia el exterior en
la nariz, las pequeñas pueden entrar en las vías aéreas, donde son capturadas por
el moco, que después es conducido hacia fuera por el batido rítmico de los
cilios.
Las paredes de las vías aéreas de conducción están
formadas por músculo liso. Este músculo tiene una inervación simpática además
de parasimpática, que tienen efectos opuestos sobre el diámetro de la vía aérea
(Constanzo, 2011, págs. 183-184) .
Zona Respiratoria.
La zona respiratoria incluye las estructuras que
están recubiertas por los alvéolos y, por lo tanto, participan en el
intercambio gaseoso: los bronquiolos respiratorios, los conductos alveolares y
los sacos alveolares.
Los bronquiolos respiratorios son estructuras de
transición. Al igual que las vías aéreas de conducción, poseen cilios y músculo
liso, pero también se consideran parte de la región del intercambio de gases,
porque los alvéolos, en ocasiones, pierden sus paredes. Los conductos alveolares
están completamente recubiertos por alvéolos, pero no contienen cilios y tienen
escaso músculo liso. Los conductos alveolares terminan en los sacos alveolares,
que también están recubiertos por alvéolos.
Los alvéolos son evaginaciones en forma de saco de las
paredes de los bronquiolos respiratorios, los conductos alveolares y los sacos
alveolares. Cada pulmón tiene, aproximadamente, 300 millones de alvéolos. El
diámetro de cada uno de ellos es de unos 200 mm. El intercambio O2 y
CO2 entre el gas alveolar y la sangre capilar pulmonar puede ocurrir
rápidamente y con eficiencia a través de los alvéolos porque las paredes
alveolares son delgadas y tienen una gran área de superficie para la difusión.
Las paredes alveolares están bordeadas por fibras elásticas
y recubiertas por células epiteliales, que se denominan neumocitos de tipo I o
II (o células alveolares). Los neumocitos de tipo II sintetizan el surfactante
pulmonar (necesario para reducir la tensión superficial de los alvéolos) y son
capaces de regenerar a los neumocitos de tipo I y II. Los alvéolos contienen
células fagocíticas denominadas macrófagos alveolares que mantienen los
alvéolos limpios de polvo y desechos, ya que éstos no disponen de cilios para
realizar esta función. Los macrófagos se rellenan con desechos y migran hacia
los bronquiolos, donde el batido ciliar los transporta hacia la vía aérea
superior y la faringe, donde pueden ser deglutidos o expectorados (Constanzo, 2011, págs. 184-185) .
Intercambio
de Gases
El intercambio de gases en el sistema respiratorio
se refiere a la difusión de O2 y de CO2 en los pulmones y
en los tejidos periféricos. El O2 se transfiere desde el gas
alveolar al interior de la sangre capilar pulmonar y, finalmente, se libera a
los tejidos, donde se difunde a partir de la sangre capilar sistémica hasta el
interior de las células. El CO2 se libera desde los tejidos a la
sangre venosa, a la sangre capilar pulmonar y se transfiere al gas alveolar
para ser espirado.
El comportamiento
de los gases se puede describir en diversas leyes: la ley de Dalton, la ley de
Henry, entre otras, las cuales explicaremos a continuación.
Ley de Dalton de las Presiones Parciales.
Esta ley menciona que en una mezcla de gases, cada
gas ejerce su propia presión, como si ningún otro estuviera presente. La
presión de un gas específico en una mezcla se denomina presión parcial (Px);
el subíndice es la fórmula química del gas. La presión total de la mezcla se
calcula sumando todas las presiones parciales.
El aire atmosférico es una mezcla de gases
-Nitrógeno (N2), Oxigeno (O2), vapor de agua (H2O),
dióxido de carbono (CO2)- entro otros en pequeñas cantidades. La
presión atmosférica es la suma de presiones parciales de todos los gases
resultando en 760 mm Hg.
PN2
|
=
|
0.786
|
X
|
760
|
mm Hg
|
=
|
597.4
|
mm Hg
|
=
|
78.6
|
%
|
PO2
|
=
|
0.209
|
X
|
760
|
mm Hg
|
=
|
158.8
|
mm Hg
|
=
|
20.9
|
%
|
PH2O
|
=
|
0.004
|
X
|
760
|
mm Hg
|
=
|
3.0
|
mm Hg
|
=
|
0.4
|
%
|
PCO2
|
=
|
0.0004
|
X
|
760
|
mm Hg
|
=
|
0.3
|
mm Hg
|
=
|
0.04
|
%
|
P otros
|
=
|
0.0006
|
X
|
760
|
mm Hg
|
=
|
0.5
|
mm Hg
|
=
|
0.1
|
%
|
Presión atmosférica
|
=
|
760
|
mm Hg
|
=
|
100
|
%
|
|||||
Estas presiones parciales, determinan el
desplazamiento del O2 y CO2 con la atmósfera y los
pulmones, en los pulmones y la sangre y entre la sangre y las células del
organismo. Cada gas difunde a través de la membrana permeable, desde el área
donde su presión parcial es mayor hacia donde es menor. Cuanto mayor es la
diferencia en la presión parcial más rápido es la tasa de difusión.
En comparación con el aire inspirado, el aire
alveolar tiene menos O2 (13.6% vs 20.9%) y más CO2 (5.2%
vs 0.04%) por dos razones. Primero, el intercambio gaseoso en los alveolos
aumenta el contenido de CO2, y disminuye el contenido de O2
del aire alveolar. Segundo, cuando se inspira el aire se humidifica a su paso
por la mucosa nasal húmeda. A medida que aumenta el contenido de H2O
al humidificarse, el porcentaje relativo de O2 disminuye. En contraste
con esto, el aire espirado contiene más O2 que el aire alveolar (16%
vs 13.6%) y menos CO2 (4.5 vs 5.2%) porque parte del aire espirado
se hallaba en el espacio muerto anatómico y no participó en el intercambio
gaseoso (J. Tortora & Derrickson, 2006, pág. 876) .
Ley de Henry de las Concentraciones de los Gases Disueltos.
La ley de Henry establece que la cantidad de gas
que se va a disolver en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas
y a su solubilidad.
En los líquidos del organismo, la capacidad de un
gas para mantenerse en solución es mayor cuando su presión parcial es más alta
y cuando tiene una alta solubilidad en agua. Cuando más alta sea la presión
parcial de un gas sobre un líquido y cuanta más alta sea su solubilidad, más
gas permanecerá en la solución.
El CO2 en comparación con el O2, se
disuelve mucho más en el plasma sanguíneo, porque su solubilidad (79%) es 24
veces mayor que la del O2. (J. Tortora & Derrickson, 2006, pág. 876)
Ley de Boyle-Mariotte, de la Relación Inversa Proporcional
Entre Presión y Volumen.
Afirma que, a una temperatura determinada, el producto
de la presión por el volumen de un gas es constante y su fórmula es: P1V1=P2V2.
Dicho de otro modo, cuando la temperatura es contante, la presión y el volumen
son inversamente proporcionales.
Hay que recordar lo que ocurre durante la
inspiración cuando el diafragma se contrae para aumentar el volumen pulmonar:
para mantener el producto de la presión por el volumen constante, la presión
del gas en los pulmones tiene que disminuir cuando aumenta el volumen pulmonar.
Esta disminución de la presión del gas es la fuerza impulsora para el flujo aéreo
en los pulmones. (Constanzo, 2011, pág. 202)
Ley de Fick de la
Difusión de Gases, nos ayuda a comprender otras variables que intervienen en la
difusión de los gases
La transferencia de gases a través de las membranas
celulares o las paredes capilares ocurre mediante difusión simple. Para los
gases, la tasa de transferencia mediante difusión (Vx) es directamente
proporcional a la fuerza impulsora, un coeficiente de difusión y el área de
superficie disponible para la difusión; y es inversamente proporcional al
espesor de la membrana.
Por tanto,
Dónde: Vx=Volumen
de gas transferido por unidad de tiempo
D=Coeficiente de difusión del gas
A=Área de superficie
ΔP=Diferencia de presión parcial
del gas
Δx=Espesor de la membrana
Conclusión
El aparato respiratorio está
constituido por la nariz, la faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones, y
se puede clasificar pos su estructura o funciones.
El aparato
respiratorio es el encargado del suministro de oxígeno (O2) y la
eliminación dióxido de carbono (CO2) al organismo, para ello debe de
colaborar activamente con el aparato circulatorio, con el fin de trasportar
dichos gases. La falla de cualquiera de estos dos aparatos alterará la
homeostasis, provocando la muerte celular rápida por la falta de oxígeno y/o la
acumulación de productos de desecho, modificando así potencial de hidrogeno (pH)
en la sangre, eventos potencialmente mortales para el ser humano.
Durante el
trasporte de los gases en el organismo, tanto el sistema respiratorio como el
circulatorio obedecen a diversas leyes físicas tales como: la ley de Dalton de
las presiones parciales; la ley de Henry de las concentraciones de los gases
disueltos; la ley de Boyle-Mariotte, de la relación inversa proporcional entre
presión y volumen; y la ley de Fick de la difusión de gases, entre otras.
Estas leyes nos
ayudan a entender la fisiología pulmonar a detalle, para una mejor comprensión de
la fisiopatología humana. Dicho esto, es de vital importancia familiarizarse con
estas leyes para saber con exactitud que está aconteciendo con los organismos
que tienen alterada su homeostasis.
Opinión
personal
A lo largo de este
modesto ensayo, pudimos comprender la fisiología del sistema respiratorio y
brevemente la del sistema circulatorio, por lo que ahora sabemos cómo ocurre el
trasporte de gases de la atmosfera hasta nuestras células, y además sabemos que
este proceso responde a diversas leyes de los gases.
Con Ley
de Dalton comprendimos que la presión parcial del O2 (PO2 = 158.8 mm Hg correspondiente
al 20.9 %) y CO2 (PCO2 = 0.3 mm Hg correspondiente al 0.04
%) son una fracción de la presión atmosférica (760 mm Hg correspondiente al 100
%). Por lo que deducimos que para que entren y salgan estos gases del organismo
deberán de obedecer a la ley de Henry y la ley de Fick, que a continuación describiremos.
La ley de Henry menciona que el gas que se va a
disolver en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas y a su
solubilidad. Lo cual nos ayuda a entender el por qué el CO2 en
comparación con el O2, se disuelve mucho más en el plasma sanguíneo,
y esto se debe a su solubilidad (79%) la
cual es 24 veces mayor que la del O2. Además debemos tener en cuenta
la presión parcial que ejercen cada gas individualmente en la ya mencionada ley
de Dalton.
La ley de Fick que habla de la tasa de
transferencia de gases a través de las membranas celulares o las paredes
capilares y que ocurre mediante difusión simple. Además menciona que la tasa de trasferencia es directamente proporcional
a la fuerza impulsora, un coeficiente de difusión y el área de superficie
disponible para la difusión; y es inversamente proporcional al espesor de la
membrana.
La ley de Fick nos ayuda a comprender de una manera
más precisa la fisiopatología de los pacientes que sufren trastornes en el sistema
respiratorio o circulatorio a la hora de intercambiar gases, ya que contempla variables que podemos
relacionar con algunas patologías en el paciente. Por ejemplo. Los defectos de
la difusión en la fibrosis o edema pulmonar
causan hipoxemia al aumentar la distancia de difusión o disminuir el área de
superficie para la difusión.
No dejemos de lado, mencionar que los trastornos en
el sistema circulatorio también altearan la homeostasis por ejemplo los glóbulos
rojos que actúan como proteínas trasportadoras de O2 Y CO2
y que su concentración o disminución en
la sangre afectará su trasporte, pero ello será el pretexto perfecto para la
elaboración de otro ensayo.
Referencias
Constanzo,
L. S. (2011). Fisiología (Cuarta ed.). Barcelona, España: Elsevier.
Recuperado el 27 de Septiembre de 2017
J. Tortora, G., & Derrickson, B. (2006). Prinicpios
de Anatomía y Fisiología (11a ed.). Ciudad de México, México: Médica
Panamericana. Recuperado el 26 de Septiembre de 2017
MeSH. (03 de Febrero de
2017). Medical Subject Headings. Obtenido de National Center for
Biotechnology Information: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/mesh/68010827
Michael Dykes, W. W.
(2013). Lo Esencial en Anatomía. Barcelona, España: Elsevier.
Recuperado el 25 de Septiembre de 2017
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