TTL - Fisio respiratoria

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Fisiología respiratoria
La respiración abarca los siguientes pasos:
· Ventilación: intercambio de aire entre la atmósfera y el pulmón.
· Difusión e intercambio gaseoso: intercambio de oxígeno y dióxido de carbono en la superficie pulmonar. 
· Transporte de oxígeno: factores determinantes en el transporte del oxígeno de los alvéolos pulmonares al resto de las células del organismo. 
· Intercambio gaseoso celular: intercambio de oxígeno y dióxido de carbono en el nivel celular.
El objetivo del ingreso de oxígeno en el organismo es el metabolismo celular. La respiración celular se refiere a la reacción del oxígeno con moléculas orgánicas para producir energía en forma de ATP, agua y dióxido de carbono (CO2). En aerobiosis la célula puede degradar moléculas de alto contenido energético (por ej. la glucosa) con producción equilibrada de CO, y en consecuencia de ácidos.
Ventilación 
Los movimientos ventilatorios abarcan la inspiración y la espiración.
· Inspiración
Los gases en el exterior están sometidos a la presión atmosférica que, en el nivel del mar es de 760 mm Hg. En condiciones normales, cuando todos los músculos del aparato respiratorio se encuentran en reposo (al final de la espiración pasiva), la presión alveolar es igual a la atmosférica, es decir, también se encuentra a 760 mm Hg. Es común utilizar los 760 mm Hg como 0 de referencia. Por lo tanto, al final de la espiración pasiva, la presión en el nivel de la boca (es decir en la cavidad exterior o atmosférica) y la alveolar son iguales, o sea, 0. 
Para desplazar un volumen de aire hay que generar un gradiente de presión; es decir, mayor presión en un extremo del circuito (el atmosférico) y menor en el otro extremo (el alveolar). Para esto se debe disminuir la presión en el alveolo. Esto se consigue en la inspiración. Las motoneuronas alfa estimulan la contracción del diafragma y de los músculos intercostales. Al contraerse el diafragma, desciende aproximadamente 1,5 cm, y es responsable del 60% al 75% del volumen corriente. La contracción de los músculos intercostales externos desplaza la parrilla costal hacia arriba y adelante, y responde al 24 a 40% del volumen corriente. A medida que el volumen de la cavidad torácica aumenta, disminuye la presión y entonces un volumen de aire se desplaza hacia el alveolo. 
Los músculos accesorios de la inspiración son el esternocleidomastoideo, que levanta la porción superior del esternón, los escalenos que elevan las dos primeras costillas y los serratos anteriores que elevan las costillas. No son importantes en la inspiración normal pero si en el ejercicio y en la insuficiencia respiratoria. 
Cuando el grupo de músculos respiratorios se contrae, genera el gradiente de presión necesario entre la boca y el alveolo para que el aire fluya. A medida que esto sucede, la presión comienza a aumentar hasta que la caja torácica deja de expandirse. En este punto, se igualan ambas presiones o la alveolar se hace positiva con respecto a la exterior, y concluye el movimiento inspiratorio normal.
· Espiración
Luego del movimiento inspiratorio, comienza el espiratorio, que es pasivo dada la elasticidad de la parece torácica, es decir que tiende a volver a su punto de reposo una vez que se deformó. El aire exhalado es distinto al inhalado.
Entre la inspiración y la espiración se produce la difusión de gases en sangre.
En algunas situaciones el movimiento espiratorio puede convertirse en activo, como en la hiperventilación o en el ejercicio. Los músculos importantes aquí son los de la pared abdominal (rectos, oblicuos internos y externos, y transverso) que, al contraerse producen aumento de la presión intraabdominal y desplazan el diafragma hacia arriba, y los intercostales internos, que desplazan las costillas hacia adentro y hacia abajo (en oposición a los intercostales externos), para disminuir de esta manera el volumen torácico. 
Durante la espiración pasiva la presión intrapleural es negativa. En cambio, en la espiración activa la presión intrapleural se vuelve positiva.
Volúmenes y capacidades pulmonares
El volumen corriente es el volumen gaseoso movilizado en una inspiración y una espiración normales. En el adulto normal corresponde a unos 500mL.
El volumen de reserva inspiratoria es el volumen adicional que se puede inspirar por encima del volumen corriente cuando la persona inspira con una fuerza plena. Es de 3000mL.
El volumen de reserva espiratoria es el volumen adicional que se puede espirar durante una espiración forzada luego del volumen corriente normal. Es de aproximadamente 1100mL.
El volumen residual es el volumen de aire que queda en los pulmones después de la espiración máxima y forzada. En condiciones normales no se puede eliminar del pulmón. Es de aproximadamente 1200mL.
La capacidad inspiratoria es la cantidad de aire que una persona puede inspirar, comenzando en el nivel espiratorio normal, y distendiendo los pulmones hasta la máxima cantidad. Es de 3500mL.
La capacidad vital es el volumen de aire que se puede movilizar en una inspiración y una espiración máximas y forzadas, es decir, cuando la espiración es activa. Es igual a la suma del volumen corriente, el volumen de reserva inspiratorio y el volumen de reserva espiratorio. Es de 4600mL.
La capacidad pulmonar total corresponde a la suma de volúmenes de gas que permanecen en el pulmón después de una inspiración máxima y forzada. Es igual a la suma del volumen de reserva inspiratorio, el volumen corriente, el volumen de reserva espiratorio y el volumen residual. Es la capacidad vital más el volumen residual. Es de 5800mL.
La capacidad residual funcional (CRF) corresponde a la suma de volúmenes que permanecen en el pulmón luego de una espiración normal. Corresponde a la suma del volumen de reserva espiratorio y el volumen residual. Es de 2300mL. 
El volumen respiratorio minuto es la cantidad la cantidad total de aire nuevo que pasa hacia las vías respiratorias en cada minuto. Es igual al volumen corriente multiplicado por la frecuencia respiratoria por minuto. El volumen corriente normal es de aproximadamente 500 ml y la frecuencia respiratoria normal es de aproximadamente 12 respiraciones por minuto. Por lo tanto, el volumen respiratorio minuto es en promedio de aproximadamente 6 L/min.
Ventilación alveolar
La función de la ventilación pulmonar es renovar continuamente el aire de las zonas de intercambio gaseoso de los pulmones, en las que el aire está próximo a la sangre pulmonar. Estas zonas incluyen los alvéolos, los sacos alveolares, los conductos alveolares y los bronquíolos respiratorios. La velocidad a la que llega a estas zonas el aire nuevo se denomina ventilación alveolar. 
Parte del aire que respira una persona nunca llega a las zonas de intercambio gaseoso, sino que simplemente llena las vías aéreas en las que no se produce intercambio gaseoso, como la nariz, la faringe y la tráquea. Este aire se denomina aire del espacio muerto anatómico, porque no es útil para el intercambio gaseoso. Durante la espiración se expulsa primero el aire del espacio muerto, antes de que el aire procedente de los alvéolos llegue a la atmósfera.
El aire normal del espacio muerto de un hombre adulto es de aproximadamente 150 mL. 
La ventilación alveolar por minuto es el volumen total de aire nuevo que entra en los alvéolos y zonas adyacentes de intercambio gaseoso cada minuto. Es igual a la frecuencia respiratoria multiplicada por la cantidad de aire nuevo que entra en estas zonas con cada respiración. 
Va= Frec × (VC−VM) 
Donde Va es el volumen de la ventilación alveolar por minuto, Frec es la frecuencia de la respiración por minuto, VC es el volumen corriente y VM es el espacio muerto fisiológico.
Así, con un volumen corriente normal de 500 ml, un espacio muerto normal de 150 ml y una frecuencia respiratoria de 12 respiraciones por minuto, la ventilación alveolar es igual a 4.200 ml/min. La ventilación alveolar es uno de los principales factores que determinan las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono en los alvéolos.
Mecánica de la ventilaciónLa bomba toracopulmonar tiene como función mantener una ventilación alveolar acorde a las necesidades de transferencia de oxígeno a la sangre. El trabajo ventilatorio es llevado a cabo por el componente neuromuscular, que involucra al diafragma y los músculos accesorios actuando sobre las estructuras elásticas pasivas del pulmón y el tórax. 
Parte de este trabajo requiere vencer la resistencia pasiva que estas estructuras ofrecen que se conoce como resistencia elástica a la ventilación. Una vez vencida esta resistencia, el cambio de volumen alveolar genera un cambio de presión (ésta se vuelve subatmosférica) gracias a la ley de Boyle-Mariotte y comienza a registrarse flujo de aire entre la atmósfera y el alvéolo. A su vez, el flujo de aire debe vencer la resistencia ofrecida por las vías aéreas: resistencia no elástica.
· Resistencias elásticas
El pulmón es un cuerpo elástico, es decir que tiende a volver a su punto en reposo una vez que se deforma; y distensible, que es la fuerza que se debe aplicar para sacar a la banda elástica de su punto de reposo. La distensibilidad se calcula mediante:
 ΔV es la diferencia de volumen, que corresponde al aire movilizado en el pulmón (volumen corriente), y ΔP es el gradiente necesario para el ingreso del aire (presión intrapleural).
El siguiente gráfico es la curva de presión-volumen. La rama inspiratoria tiene 3 fases:
Fase I: corresponde al inicio de la inspiración. Hay que generar un gradiente de presión importante en relación con el poco volumen inspirado.
Fase II: ocupa casi toda la inspiración. Con escaso gradiente de presión se moviliza un volumen importante de aire inspirado. Esta fase se define como la curva "ideal" de distensibilidad, dado que con sólo un pequeño esfuerzo se inspira gran cantidad de aire. También es factible indicar que es el lugar más eficiente, donde con el menor "trabajo respiratorio" se obtiene la mayor respuesta.
Fase III: a medida que se incrementa el volumen pulmonar hay que generar mayor gradiente de presión para ingresar un volumen de aire. En una inspiración normal esta fase corresponde al final.
El tamaño pulmonar es otra variable que afecta la distensibilidad dado que, cuanto más grande sea el pulmón, mayor gradiente de presión habrá que generar para movilizar un volumen de aire.
Al comparar la rama inspiratoria y la espiratoria, se ve que para el mismo gradiente de presión se logra movilizar más volumen pulmonar en la espiración que en la inspiración. La diferencia entre ambas curvas se denomina histéresis pulmonar y se debe a la presencia del surfactante.
La tensión superficial es la fuerza que actúa sobre una línea imaginaria de1 cm de largo en la superficie de un líquido y se debe a la mayor atracción entre las moléculas de líquido que con las del gas de la interfase.
Laplace plantea: . Si tenemos dos globos de distinto tamaño, a igual tensión superficial, el globo de mayor presión será aquel con menor radio, y por lo tanto se vaciara en el de mayor tamaño. 
La distribución del volumen alveolar no es homogénea, es decir que en condiciones normales hay alveolos con más aire y otros con menos aire. Sin embargo, si se cumpliera Laplace, el pulmón sería un globo gigante porque los alveolos se vaciarían en el de mayor tamaño. La razón de que esto no ocurre es la presencia del surfactante.
El alvéolo pulmonar está recubierto por una capa delgada de agua, es decir que normalmente hay una interfase agua-aire. Esto significa que el oxígeno, para poder difundirse a la sangre, debe pasar entre las moléculas de agua. Dado que éstas tienen cargas eléctricas, están estrechamente unidas entre sí, y, como el alvéolo tiene forma circular, las moléculas generan que el alvéolo tienda a colapsarse y disminuya el área de superficie. La interfase aire-agua es uno de los determinantes principales de la tensión superficial y en estas condiciones la Ley de Laplace se cumpliría. El surfactante es un fosfolípido sintetizado por los neumocitos tipo II, cuyo constituyente principal es el dipalmitoil-fosfatidilcolina (DPFC). Tiene un extremo hidrofóbico y uno hidrófilo, que le permiten intercalarse entre las moléculas de agua. Con esta configuración, las moléculas se orientan perpendicularmente a la superficie, con el extremo hidrofílico sumergido en la fase líquida y el extremo hidrofóbico sobresaliendo de la fase líquida, orientado hacia la fase gaseosa.
Las consecuencias fisiológicas más importantes de la presencia de surfactante son:
a. Disminuye la tensión superficial. Es decir, que al estar entre las moléculas de agua, impide que sus uniones colapsen el alvéolo. En los de menor radio, el surfactante está más concentrado que en los más grandes, lo que implica que: los alvéolos de menor radio tengan relativa menor tensión que los más grandes; y los alvéolos de mayor radio presenten más presión y, por lo tanto, tiendan a vaciarse en los más pequeños.
b. Determina la histéresis pulmonar. Esto significa que en la espiración, al no estar en expansión sino volviendo a su punto de reposo, el surfactante también estaría más concentrado, por lo que el alvéolo sería más distensible. Es decir se necesita generar menos gradiente de presión para movilizar el mismo volumen pulmonar. En la distribución de la ventilación normal del pulmón en un individuo de pie, los alvéolos apicales están más expandidos que los basales, dado que la presión intrapleural en la zona superior es más negativa al no soportar el peso del pulmón. Sin embargo, al estar más expandidos, la concentración de surfactante en la misma superficie sería menor y por lo tanto son menos distensibles. Es decir hay que generar mayor gradiente de presión con respecto a los de la base para introducir un volumen de aire similar.
c. Reduce el edema alveolar. La presencia de surfactante disminuye el pasaje de agua desde el capilar al alvéolo. Si no hubiera surfactante, la tensión superficial disminuiría la presión hidrostática del intersticio, para favorecer el pasaje de líquido de los capilares al alvéolo. La presencia de surfactante disminuye este efecto, y evita el edema alveolar.
· Propiedades elásticas de la pared torácica
Tanto el pulmón como la caja torácica son cuerpos elásticos unidos por la pleura, cuyo punto de reposo se opone: el pulmón tiende a colapsarse y la caja torácica tiende a expandirse.
Si quisiéramos medir la distensibilidad de un individuo que respira en forma espontánea necesitaríamos conocer la presión intrapleural que se genera en la inspiración y el volumen corriente que se moviliza en ella.
Por lo tanto, la distensibilidad del tórax y los pulmones en conjunto es la suma de ambas distensibilidades.
· Resistencia no elástica de la vía aérea
El volumen gaseoso debe fluir a través de la vía aérea para llegar a los alvéolos. La resistencia al paso de aire dependiente de la vía aérea se denomina resistencia no elástica del pulmón.
El flujo está relacionado con la velocidad del aire. Cuando el flujo es bajo, es decir que circula con lentitud, el flujo es laminar. En estas condiciones al circular por un tubo recto el aire se dispone en cilindros concéntricos que se deslizan unos sobre otros y a distintas velocidades. El más periférico es más lento, y el más central es más rápido. Cuando el flujo es laminar, el gradiente de presión depende del flujo (velocidad a la que circula el aire) y de la resistencia. Gradiente de P = F.R. La resistencia es directamente proporcional a la longitud del tubo y la viscosidad del gas, e inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio.
Cuando el aire circula a alta velocidad, en particular en las bifurcaciones o ramificaciones de un tubo, el flujo pierde las características de cilindros concéntricos y las moléculas de aire se mueven en forma irregular a lo largo del tubo, entonces el flujo es turbulento. En este flujo el gradiente de presión es proporcional al flujo al cuadrado. Este gradiente también es directamente proporcional a la densidad del gas e independiente de la viscosidad, y es inversamente proporcional al radio deltubo a la quinta potencia.
 El número de Reynolds ayuda a determinar si es flujo es laminar o turbulento.
Si el número de Reynolds es menor que 1.000, el flujo será laminar. En tanto que si es mayor que 1.500 a 2.000 será turbulento. En el medio de estos valores es probable que coexistan ambos flujos. 
La vía aérea es un sistema complicado de tubos con ramificaciones de calibres diferentes y superficies rugosas. En la práctica es probable que haya flujo laminar en la gran vía aérea (tráquea), flujo laminar en la pequeña vía aérea (bronquíolos terminales) y en el resto, flujo de características intermedias denominado transicional.
Difusión
El aire que inspiramos es una mezcla de gases que podemos imaginar como una columna que ejerce determinada presión (la presión atmosférica) cuyo valor, en el nivel del mar, es de 760mm Hg. Esta columna está formada por una mezcla de gases, cuyas presiones parciales contribuyen, en diferente medida a sumar 760 mm Hg. En condiciones secas (sin considerar el vapor de agua), el 78% corresponde al nitrógeno, el 2I%o al oxígeno y el l% restante a gases raros y CO2.Es decir que en la mezcla de aire que inspiramos el oxígeno ejerce una presión parcial de alrededor de 160 mm Hg. 
La ley de Dalton establece que la presión total de una mezcla de gases corresponde a la sumatoria de las presiones parciales de cada uno de los gases constituyentes.
El aire inhalado y el exhalado es distinto. 
El aire atmosférico inspirado pasa por las fosas nasales, luego por la vía aérea alta y, finalmente por los bronquios y bronquíolos hasta llegar al alvéolo. Durante su pasaje el aire es calentado hasta la temperatura corporal (37°C), humidificado con vapor de agua, de manera que el epitelio alveolar no se dañe con el aire seco, y filtrado de partículas extrañas gracias al epitelio ciliado de la tráquea y los bronquios. Durante su paso por la vía aérea, el aire inspirado se humidifica al 100%.
La difusión es el proceso mediante el cual se realiza una transferencia neta de moléculas de gas desde una zona de mayor presión parcial a una zona de menor presión parcial.
Los factores determinantes del proceso de difusión de gases son:
a. Gradiente de presión parcial: Los principales gases que se difunden son el oxígeno y el dióxido de carbono. El consumo de oxígeno celular es el responsable de que la presión parcial de oxígeno en la sangre disminuya y así se posibilite la transferencia de moléculas desde el alvéolo. De la misma manera, el dióxido de carbono, que es uno de los productos del metabolismo celular, es eliminado por el alvéolo hacia la atmósfera, en la cual la concentración de ese gas es menor al 1%. El nitrógeno, si bien difunde con rapidez a través de la membrana alveolar, prácticamente no es metabolizado por las células, por lo tanto no se genera un gradiente de presión que permita el pasaje de sus moléculas.
b. Densidad: Esta es una característica propia de cada gas. Según la ley de Graham, la tasa de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad. Esto implica que las moléculas más difusibles son las más pequeñas. 
c. Solubilidad: Dado que tanto el O2, como el CO2, se transportan a la célula en un medio acuoso (la sangre), la solubilidad es una propiedad importante. Que un gas sea altamente soluble implica que a igual presión parcial habrá mayor cantidad de moléculas de gas en el medio líquido. Dado que el CO2, es más soluble que el oxígeno, su tasa de difusión es 20 veces mayor, aun cuando ambos tienen peso molecular similar.
d. Espesor de la membrana: el proceso de difusión de gases sigue la ley de Fick, según lo cual la tasa de transferencia de moléculas de un gas a través de un tejido es directamente proporcional al área tisular y al gradiente de presión parcial, e inversamente proporcional al grosor de la membrana o tejido. La unidad de difusión del pulmón es la membrana alveolocapilar, formada por el epitelio alveolar, el espacio alveolocapilar y el endotelio capilar. Una vez que el O2 atravesó el endotelio capilar, debe ingresar al eritrocito donde se une a hemoglobina.
e. Área tisular: Los capilares pulmonares forman una densa red alrededor de los alvéolos. Si realizamos un corte transversal de cada capilar y sumamos todos los diámetros, observaremos que el área de contacto con los alvéolos es enorme. Esta característica facilita la exposición del glóbulo rojo al oxígeno alveolar y es uno de los factores que llevan a que la presión hidrostática del capilar sea baja. En condiciones normales, al tener poca presión el líquido del capilar no trasuda al intersticio, lo cual es fundamental en el proceso de difusión.
Transporte de oxigeno
La oferta de oxígeno tisular (DO2) depende de: Transporte de oxígeno en la sangre (contenido arterial de O2) x volumen minuto cardíaco. 
El transporte de oxígeno en la sangre se realiza de dos maneras: disuelto en la sangre y unido a la hemoglobina.
Oxígeno disuelto en sangre. La ley de Henry establece que la cantidad de oxígeno disuelto es proporcional a su presión parcial. De aquí se deduce que se transportan 0,3 mL de O2/100mL de sangre.
En ejercicio, el VMC podía ser de 25 L/min, y la demanda metabólica de O2 por minuto sería de 1500 a 200 mL. La oferta de oxigeno dependía del contenido de O2 y del VMC. 
En este caso seria 25 L/min x 3 mL O2/100 mL = 75 mL/min. Esto sería muy inferior con respecto a la demanda, por lo que es necesario otra forma de transporte.
Oxigeno unido a hemoglobina. La hemoglobina es una molécula con estructura cuaternaria, formada por una porción proteica, y una porfirina unida al hierro llamada grupo hemo. Cada molécula de hemoglobina está compuesta por cuatro subunidades proteicas (globina), que pueden ser de dos tipos: alfa y beta. Cada globina envuelve a un grupo hemo que tiene un átomo de hierro en el centro y que es el que se une al oxígeno en forma reversible.
La hemoglobina tiene dos estados. Cuando el glóbulo rojo llega al capilar pulmonar a través de la arteria pulmonar, no se encuentra unida al oxígeno y se llama desoxihemoglobina. Una vez que paso por el capilar pulmonar, toma el oxígeno y se denomina oxihemoglobina. 
En el organismo, cada gramo de hemoglobina es capaz de unirse a 1,36 mL de oxígeno. Cada 100 mL de plasma hay unos 15 g de hemoglobina, entonces cada 100 mL de plasma se pueden transportar 20 mL de O2 aproximadamente. 
El oxígeno disuelto es el que genera la presión parcial, y para que pueda difundir en la sangre se requiere un gradiente de presión parcial, es decir más oxígeno en sangre y menos en la célula. También es el que se combina con la hemoglobina desoxigenada y transfiere oxigeno del alveolo al capilar pulmonar al generar gradiente de presión. 
Desde aquí la sangre sale del pulmón por las venas pulmonares, ingresa en la AI, el VI y la aorta completamente saturada de oxígeno, ya que todos sus posibles sitios de combinación con el oxígeno están ocupados. A medida que el glóbulo rojo se va alejando del pulmón y se acerca a los tejidos, la Po2 circundante va cayendo; esto a su vez genera un gradiente de presión entre la Po2, arterial y la Po2 tisular. Al igual que en el capilar pulmonar, pero ahora en sentido contrario, al caer la Po2 arterial, la hemoglobina se va desprendiendo del oxígeno, para que a su vez se disuelva en el plasma y pase a los tejidos. Cuanto más cae la Po2, menos afinidad tiene la hemoglobina por el oxígeno, o sea que le es más fácil desprenderse de él. Por lo tanto, cuanto más hipóxico es el tejido, menos dificultad tendrá la hemoglobina en cederle oxígeno y de esta manera se irá desaturando, o sea que sus lugares disponibles para el oxígeno quedarán libres. 
La saturación de la hemoglobina es el porcentaje de sitios disponibles para el oxígeno que están combinados con esta molécula. La saturación arterial de oxígeno normal se sitúa entre 97% y 98%, y la venosa mixta, entre 70% y 75%.
 La curva de disociación de la oxihemoglobina muestra el comportamiento de la saturación de la hemoglobina en relación con la Po2.Cuando la sangre que sale de los pulmones entra en las arterias sistémicas tiene una Po2 de 95 mm Hg, que se ve en la curva de disociación que la saturación de hemoglobina es de 97% aproximadamente. 
En la sangre venosa que vuelve de los tejidos periféricos, la Po2 es de 50 mm Hg y la saturación de la hemoglobina es de 75%.
Se denomina P50 a la Po2 a la cual la Hb está saturada al 50% y normalmente es de 27 mm Hg. Representa un parámetro útil para evaluar la afinidad de la Hb. 
La curva de disociación de la hemoglobina puede ser afectada por algunas condiciones metabólicas. Por ejemplo, el aumento de la concentración de protones o la Pco2, (dos trastornos que generan acidosis) y la temperatura desvían la curva hacia la derecha. Esto significa que, en relación con la curva normal, a igual Po2, la hemoglobina estará menos saturada (P50 > 27 mmHg). Es decir que estos metabolitos reducen la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, lo que aumenta su liberación en los tejidos. Esto se denomina efecto Bohr. 
El ascenso de la temperatura corporal aumenta la demanda metabólica. Si las células tienen que producir más energía, deberían disponer de más oxígeno para consumir, por lo tanto si se disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno se facilitará la entrega de éste. Lo mismo sucede en la acidosis, una alteración del medio interno que puede producirse como consecuencia de la hipoxia celular entre otras causas.
En el ejercicio por ejemplo, se desplaza la curva por aumento de la acidez por liberación de sustancias, y por aumento de la temperatura, lo que mejora la oxigenación tisular.
En el globo rojo hay un metabolito llamado 2-3 DPG (2-3 difosfoglicerato) que también desvía la curva de disociación de la hemoglobina hacia la derecha. En realidad este compuesto es producto del metabolismo celular del eritrocito y permite que se ceda oxígeno a los tejidos. El efecto del 2-3 DPG es importante en casos de hipoxia producida por un bajo flujo sanguíneo tisular, que desvía la curva a la derecha para que aumente la liberación de oxígeno.
Transporte de dióxido de carbono
El dióxido de carbono que produce la célula se difunde al plasma por diferencia de gradiente. Una vez aquí, para su eliminación será transportado al alvéolo pulmonar de tres maneras:
a. Como bicarbonato: es la forma más importante, no sólo por el alto porcentaje que es transportado de esta manera (alrededor de un 60% en la sangre venosa) sino porque además es uno de los mecanismos de regulación del pH. Dentro del glóbulo rojo, el CO2 se combina con H2O formando acido carbónico, catalizado por anhidrasa carbónica. El ácido carbónico se disociará perdiendo un protón y se transformará en bicarbonato (carga negativa) y un protón (carga positiva). El bicarbonato se difunde ahora hacia afuera de la célula, al plasma, en tanto que el protón se queda en su interior dado que la membrana del glóbulo rojo es relativamente impermeable a esa molécula. Esto provoca la alteración de la electroneutralidad celular, dado que se pierden cargas negativas (bicarbonato) y se acumulan cargas positivas (H+). Por lo tanto, para mantener la neutralidad eléctrica en el compartimiento intracelular debe ingresar otro ion con cargan negativa: el cloruro. Esto es conocido como el "shift" o desplazamiento del Cl-. 
Algunos de los protones liberados dentro de la célula se unen a la hemoglobina desoxigenada. La hemoglobina en este estado es más alcalina que la oxigenada y por lo tanto es capaz de aceptar más protones. Como éstos a su vez son producto de la disociación del ácido carbónico, se facilita el transporte de CO2. Cuando la hemoglobina se oxigena se hace más ácida, por lo cual acepta menos protones y en este caso envía CO2 al compartimiento extracelular. Esto sucede en el capilar pulmonar, rodeado de alvéolos que al recibir el CO, lo eliminan al exterior. La colaboración de la hemoglobina desoxigenada en el transporte de dióxido de carbono se denomina efecto Haldane.
b. Disuelto en la sangre: El dióxido de carbono es unas 20 veces más soluble que el oxígeno, por lo tanto un mayor porcentaje de este gas en relación con el oxígeno será transportado de esta manera (alrededor de 10%)
c. Como compuestos carbamínicos: un 30% del CO2 que ingresa en el glóbulo rojo en la sangre venosa, se combinara con los grupos N-terminales de algunas proteínas del glóbulo rojo, principalmente la globina, formando la carboaminohemoglobina. Es una reacción espontánea y rápida.
La Pco2 es de 40 mmHg en sangre arterial y 45 mmHg en sangre venosa. Su concentración normal es de 50 volúmenes por ciento, aunque solo 4 volúmenes por ciento se intercambian desde los tejidos hacia los pulmones. Es decir, la concentración aumenta hasta 52 volúmenes por ciento cuando la sangre atraviesa los tejidos, y disminuye hasta 48 volúmenes por ciento cuando pasa por los pulmones.
Cuando ambas curvas se comparan usando las mismas unidades de concentración se evidencian varias diferencias. 
Primero, el volumen de CO2 transportado por la sangre en condiciones normales, es mayor que la de O2. 
Segundo, en el rango fisiológico, la curva de CO2 es más empinada, lo que significa que, comparado con el O2, los cambios en la Pco2 se acompañan de relativamente grandes cambios en el volumen de CO2 transportado por la sangre.
Tercero, en el rango fisiológico, la curva de CO2 es prácticamente lineal, mientras que la del O2 no lo es. Por consiguiente, el mismo cambio de presión parcial a partir de los valores normales acarreará mayores cambios en el contenido de CO2 que en el de 02.
Cuando el eritrocito llega al capilar pulmonar desde el retorno venoso, la hemoglobina se encuentra reducida y cargada de dióxido de carbono. La sangre venosa tendrá un gradiente de presión de CO2, que favorecerá la difusión de éste desde el plasma al alvéolo. Al disminuir la presión parcial de CO2, en el plasma, el bicarbonato y los H+ que están dentro de la hemoglobina se unirán para formar ácido carbónico; éste a su vez se disociará en H2O y CO2, que se eliminarán en el alvéolo. Si lo que abunda es dióxido de carbono y agua, producto del metabolismo celular, la reacción se desplazará hacia la formación de bicarbonato. En cambio, si el CO2, ese escaso como en el alvéolo pulmonar, se desplazará en sentido contrario. AI desplazarse la reacción hacia la izquierda, se eliminarán protones. Dado que ahora el eritrocito pierde cargas positivas, entonces el shift de cloruro se invierte y éste retorna al plasma; esto a su vez favorece la entrada de más bicarbonato al eritrocito, el cual se seguirá cambiando con protones y continuará eliminando CO2, y H2O. La reacción química de formación de ácido carbónico, a partir de CO2, y agua o por combinación de bicarbonato y protones, funciona como mecanismo de regulación del pH. El aumento del CO2 por ejemplo por algún trastorno en su eliminación, reduce el pH y este cuadro se denomina acidosis respiratoria. Sin embargo, el organismo intentara compensarla.
Circulación pulmonar
La sangre venosa llega a AD por las venas cavas, se dirige a VD y luego a arteria pulmonar. Lleva sangre no oxigenada pero se la llama arteria porque lleva sangre hacia afuera del corazón. La arteria pulmonar se ramifica acompañando las ramificaciones de la vía aérea para llegar a los bronquiolos terminales, luego se continúa en una red capilar. Una vez realizada la hematosis, la sangre oxigenada circula por las venas que se unen para formar las cuatro venas pulmonares, que llegan a AI y pasan a VI y por aorta va a los tejidos.
Sin embargo, no toda la sangre que recibe el pulmón realiza hematosis. Las arterias bronquiales, ramas de la aorta, llevan sangre oxigenada que corresponde a la irrigación nutricia del pulmón, y vuelve al retorno venoso a través del sistema ácigos. Esta sangre no oxigenada se saltea los capilares y se une a las venas pulmonares sin haberse oxigenado. Esto se denomina mezcla venosa de sangre, admisión venosa o shunt fisiológico. 
Aunque la arteria pulmonar entra en la zona media del pulmón, a la alturadel hilio, el VD que es el que genera el gradiente de presión está ubicado a la altura de la base, por lo que una buena parte del flujo debe distribuirse hacia arriba. Como el pulmón mide aproximadamente 30 cm de longitud, la presión del circuito pulmonar deberá vencer una presión de unos 23 a 25 cm de H2O para distribuir el flujo hacia las zonas apicales del pulmón. 
Como el circuito pulmonar es de capacitancia, es decir como sus arterias son elásticas, pueden almacenar cantidades grandes de sangre y al manejar presiones bajar hay un gradiente de presión entre la zona basal y apical del pulmón. Por eso, el área pulmonar de un individuo de pie se puede dividir en tres porciones: superior, media e inferior.
En la zona I, que es la zona superior o apical, los alveolos están más expandidos, es decir tienen mayor volumen en su interior. La combinación de alveolos de alta presión con capilares de baja presión define esta zona. Si el alveolo está muy distendido, el capilar se colapsara, y por lo tanto el flujo de esta zona será 0, es decir no habrá flujo. En condiciones normales hay un poco de flujo, dado que la presión generada por el VD es suficiente para que los vasos no colapsen del todo.
En la zona II¸ que corresponde a la zona media del pulmonar a la altura del hilio, la presión de la arteria pulmonar aumenta suficiente para vencer la presión de los alveolos que aquí están menos distendidos. En general la sangre fluye por la diferencia de presión entre arterias y venas, pero en la zona II, la presión alveolar es mayor a la venosa, y el gradiente de presión está dado por la diferencia de presión de la arteria pulmonar y la presión alveolar. 
En la zona III, el flujo dependerá sobre todo del gradiente de presión arteriovenosa, dado que ambas superan la presión alveolar y que la presión arterial pulmonar es mayor que la venosa. Los alveolos de esta región están más colapsados, por lo que esta mayor perfundida que ventilada.
Relación ventilación-perfusión (Va/Q)
La distribución de la ventilación de los alveolos no es homogénea. Esto se debe en parte al gradiente de presión intrapleural a lo largo del pulmón. Como su base soporta el peso, la presión intrapleural es más negativa en el vértice que en la base. 
El volumen de cierre es el volumen pulmonar donde se produce el colapso de la vía aérea, sobre todo en la base del pulmón. En individuos normales el volumen de cierre es muy pequeño y prácticamente no se observa. En niños menores de 6 años y en adultos añosos, el volumen de cierre se acerca más a la capacidad respiratoria funcional, y genera que durante la respiración espontanea algunos segmentos pulmonares se cierren durante el ciclo.
Tanto la ventilación como la perfusión no se distribuyen de manera homogénea.
Alvéolos ventilados con escasa perfusión determinan un efecto espacio muerto. En los individuos normales, en la zona I del pulmón se combinan alvéolos expandidos con capilares con escasa perfusión. Los capilares de esta zona reciben menos flujo, dado que la presión intravascular es menor que la alveolar, sumado a que los alvéolos expandidos tienden a comprimir esos vasos. El resultado de esta combinación es que el intercambio gaseoso se realiza en menor medida, lo que da como resultado que el gas alveolar tenga concentraciones similares al de las vías aéreas superiores (mayor Po2, y menor Pco2) dado que al no estar en contacto con la sangre, ninguno de estos gases se difunde. Este efecto se llama espacio muerto dado que es similar al espacio muerto anatómico. 
El espacio muerto anatómico es aquella zona de la vía aérea en donde se recibe el gas inspirado, pero al no haber perfusión no se realiza hematosis. Un ejemplo de esto es la tráquea, que normalmente recibe todo el gas inspirado pero al no haber capilares en contacto con ese gas no se realiza el intercambio gaseoso. Cuando el espacio muerto se genera como consecuencia de la distribución normal de la ventilación y la perfusión, se denomina espacio muerto fisiológico. Algunas enfermedades determinan la presencia de espacios muertos patológicos. 
Alvéolos mal ventilados y bien perfundidos producen un efecto shunt. La zonas III del pulmón están mejor perfundidas que ventiladas. Los capilares tienen mayor presión intravascular, pero, por el mismo efecto de la gravedad, la presión intrapleural es menos negativa y los alvéolos estarán menos "expandidos". O sea que hay un porcentaje del flujo sanguíneo que al no estar en contacto con alvéolos bien ventilados tienen Po2, baja. Dado que el dióxido de carbono es 20 veces más difusible que el oxígeno, por lo general su concentración es normal. 
La relación ventilación/perfusión ideal es de 1. Esto significa que la misma cantidad de unidades que están ventiladas también están perfundidas. Sin embargo, la relación ventilación/perfusión (V/Q) real del pulmón es 0,8. Este valor menor que 1 significa que el denominador es más grande que el numerador, en otras palabras, hay más regiones perfundidas que ventiladas.
Control central de la ventilación
La información ingresa a través de sensores que recogen datos sobre la química sanguínea (quimiorreceptores centrales y periféricos) y acciones mecánicas del pulmón y de la pared torácica (mecanorreceptores); se procesa en los controladores centrales, que pueden realizar ajustes de acuerdo con las necesidades del organismo, y al final las acciones se realizan mediante los efectores (los músculos respiratorios) que pueden variar la ventilación alveolar.
· Quimiorreceptores centrales
Los quimiorreceptores centrales (QC) están ubicados en la zona ventral del bulbo raquídeo, a la altura de la salida de los pares craneales noveno y décimo, rodeados por líquido extracelular cerebral. La composición de este líquido extracelular, que está en intercambio con el LCR, sería regulada por el metabolismo y el flujo local. Si bien los quimiorreceptores centrales son sensibles a los cambios en la concentración de protones (el aumento de H+ incrementa la ventilación, en tanto que la disminución la deprime) el LCR está separado del flujo sanguíneo por la barrera hematoencefálica, que a su vez es relativamente impermeable a los protones y a las moléculas de bicarbonato, pero muy permeable al dióxido de carbono. Por esta razón, los QC regulan un 70% la ventilación frente a la hipercapnia. 
Cuando la Pco2 aumenta en la sangre, el CO2 difunde con facilidad al LCR. Aquí se combina con H2O y se disocia en bicarbonato y H+. 
Al estimularse el quimiorreceptor central se produce hiperventilación, lo cual a su vez disminuye la Pco2, sanguínea, ya que la eliminación de dióxido de carbono depende de la ventilación alveolar. Este mecanismo puede presentarse como consecuencia de un cuadro de acidosis respiratoria (aumento de la CO2, por insuficiencia respiratoria hipercápnica), pero también puede ser parte del mecanismo de regulación de la acidosis metabólica.
· Quimiorreceptores periféricos
A diferencia de los QR centrales, los periféricos son sensibles no sólo a la modificación de la Pco2, sino también a los cambios en los valores de pH y de Po2, en la sangre. Se encuentran ubicados en la bifurcación de la carótida (seno carotídeo) y en los cuerpos aórticos, por debajo y por encima del cayado aórtico. Los carotídeos son los más relevantes en los seres humanos. Su característica anatómica más importante es que están irrigados en abundancia por una importante red capilar y, dado que la diferencia arteriovenosa es escasa, son más sensibles a las fluctuaciones de la Po2, arterial que a la venosa. 
La respuesta a la Po2, con incremento de la ventilación, no es lineal; es importante cuando el valor sanguíneo cae por debajo de 100 mm Hg y máxima cuando es menor que 50 mm Hg. Los quimiorreceptores periféricos son menos sensibles que los centrales a las variaciones de pH y de CO2. En el caso del pH, sóIo los QR carotídeos serían sensibles a las fluctuaciones de ese valor en sangre. Con respecto al valor de CO, si bien la respuesta es menor, es más rápida. 
· Mecanorreceptores pulmonares· Receptores de estiramiento: el reflejo principal que involucra a estos receptores se denomina de Hering-Breuer. Consiste en disminuir la frecuencia respiratoria a expensas de aumentar el tiempo espiratorio como respuesta a la distensión pulmonar sostenida. Frente a este estímulo se inhibirían los músculos inspiratorios, lo que favorece la espiración. Este efecto no está activo en el adulto, excepto en el ejercicio. Es importante en el neonato. Estos receptores se encuentran en el músculo liso de la vía aérea. 
· Receptores irritativos o de adaptación rápida: son receptores que, frente al estímulo de algunas noxas como el humo del cigarrillo, el aire frío, los gases tóxicos, etc. responderían con la provocación de hiperpnea (o sea un aumento en la profundidad de los movimientos ventilatorios), broncoconstricción y tos mediante las fibras mielínicas del vago. Es probable que estos receptores tengan algún papel en la fisiopatología de las crisis asmáticas. Estarían ubicados entre las células epiteliales de la vía aérea.
· Receptores yuxtacapilares (J): se cree que su ubicación anatómica estaría en las paredes alveolares cerca de los capilares. La respuesta más importante sería la taquipnea, con ventilaciones cortas frente a estímulos como el edema intersticial o la congestión de los capilares, vía las fibras amielínicas del vago. El estímulo intenso puede producir apnea y cierre de la glotis. 
· Otros receptores: en el sistema respiratorio hay otros receptores que generarían respuestas diversas a distintos estímulos. En la vía aérea, por ejemplo (nasofaringe, laringe, tráquea) existirían receptores irritativos que provocarían tos, lagrimeo y espasmo de la vía aérea. Estímulos como el aumento de la presión arterial provocarían hipoventilación mediante los barorreceptores, así como la hipotensión generaría hiperventilación. Algo similar sucedería con el aumento de la temperatura corporal y el dolor severo.
· Controladores centrales
Las neuronas que controlan la respiración, están ubicadas en el bulbo y en la protuberancia, se denominan centros respiratorios.
Sin embargo, hoy se sabe que los centros respiratorios no son centros organizados sino zonas no muy bien definidas de neuronas con varios componentes. En el bulbo raquídeo, en la formación reticular a la altura del piso del cuarto ventrículo, las neuronas del grupo dorsal estarían relacionadas con la actividad inspiratoria y serían responsables de la actividad rítmica de la respiración, en tanto que las del grupo ventral estarían involucradas en la espiración. Estas neuronas proyectan sobre las motoneuronas α, ubicadas en la médula espinal, en el nivel de C4, que inervarán el diafragma y dará origen al nervio frénico, y en la médula dorsal sobre las motoneurona α de los intercostales. 
El área respiratoria sólo participaría en la espiración forzada, dado que en condiciones normales ese movimiento es pasivo. En el área pontina existirían dos centros, el apnéustico y el neumotáctico, cuyas funciones todavía no se conocen bien. Al parecer el primero tendría un efecto excitatorio sobre la inspiración, mientras que el segundo tendría un efecto inhibitorio regulando el volumen inspiratorio y, en forma secundaria, la frecuencia respiratoria.
· Corteza cerebral
Es capaz de controlar a respiración por encima de la actividad de los centros respiratorios.
El control voluntario nos permite, además de contener la respiración (apnea) o aumentarla (hiperpnea) a voluntad durante un periodo, generar un flujo de aire a presión al espirar, lo cual es necesario para la fonación. 
El hipotálamo y el sistema límbico pueden afectar los patrones respiratorios en el ejercicio y en estados de alta carga emocional, y explica los cambios en el patrón ventilatorio por parte de ciertas hormonas como catecolaminas y glucagón.
 
Funciones de los órganos
Tráquea, bronquios y bronquíolos. El aire se distribuye a los pulmones por medio de la tráquea, los bronquios y los bronquíolos. Para evitar que la tráquea se colapse, múltiples anillos cartilaginosos se extienden aproximadamente 5/6 del contorno de la tráquea. En las paredes de los bronquios, placas curvas de cartílago menos extensas también mantienen una rigidez razonable, aunque permiten un movimiento suficiente para que los pulmones se expandan y se contraigan. Estas placas se hacen cada vez menos extensas en las últimas generaciones de bronquios y han desaparecido en los bronquíolos. No se impide el colapso de los bronquíolos por la rigidez de sus paredes. Por el contrario, se mantienen expandidos principalmente por las mismas presiones transpulmonares que expanden los alvéolos. Es decir, cuando los alvéolos se dilatan, los bronquíolos también se dilatan, aunque no tanto. 
Pared muscular de los bronquios y bronquíolos. En todas las zonas de la tráquea y de los bronquios que no están ocupadas por placas cartilaginosas las paredes están formadas principalmente por músculo liso. Además, las paredes de los bronquíolos están formadas casi totalmente por músculo liso, con la excepción del bronquíolo más terminal, denominado bronquíolo respiratorio, que está formado principalmente por epitelio pulmonar y su tejido fibroso subyacente más algunas fibras musculares lisas. 
Dilatación simpática de los bronquíolos. El control directo de los bronquíolos por las fibras nerviosas simpáticas es relativamente débil porque pocas fibras de este tipo penetran hasta las porciones centrales del pulmón. Sin embargo, el árbol bronquial está muy expuesto a la noradrenalina y adrenalina que se liberan hacia la sangre por la estimulación simpática de la médula de las glándulas suprarrenales. Estas dos hormonas producen dilatación del árbol bronquial por medio de receptores β-adrenérgicos.
Constricción parasimpática de los bronquíolos. Algunas fibras nerviosas parasimpáticas procedentes de los nervios vagos penetran en el parénquima pulmonar. Estos nervios secretan acetilcolina y, cuando son activados, producen una constricción leve a moderada de los bronquios.
Algunas sustancias que se forman en los pulmones tienen con frecuencia bastante actividad en la producción de constricción bronquiolar. Dos de las más importantes de estas sustancias son la histamina y la sustancia de reacción lenta de la anafilaxia. Estas dos sustancias se liberan a nivel pulmonar por los mastocitos durante las reacciones alérgicas.
Función del moco y de los cilios. Todas las vías respiratorias, desde la nariz a los bronquíolos terminales, están humedecidas por una capa de moco que recubre toda la superficie. El moco es secretado por las células caliciformes mucosas y por pequeñas glándulas submucosas. Además de mantener humedecidas las superficies, el moco atrapa partículas pequeñas que están en el aire inspirado e impide que la mayoría de ellas llegue a los alvéolos. Toda la superficie de las vías respiratorias hasta los bronquíolos terminales, está tapizada por un epitelio ciliado que tiene aproximadamente 200 cilios por cada una de las células epiteliales. Estos cilios baten continuamente y la dirección de su golpe de fuerza siempre se dirige hacia la faringe. Es decir, los cilios de los pulmones baten hacia arriba, mientras que los de la nariz baten hacia abajo. Este batido continuo hace que la cubierta de moco fluya lentamente, a una velocidad de algunos milímetros por minuto, hacia la faringe. Después el moco y las partículas que están atrapadas en el mismo son deglutidos o se expulsan hacia el exterior con la tos.
Funciones de la nariz. Calienta el aire, lo humidifica y lo filtra parcialmente. Estas funciones corresponden al acondicionamiento del aire de las vías aéreas respiratorias superiores. Para la filtración son importantes los pelos de la nariz y la precipitación turbulenta en los cornetes, el tabique y la pared faríngea, quedando atrapadas en la mucosa y transportadas por los cilios a la faringe.
Funciones de los pulmones.
· Activación de metabolitos. La conversión de la angiotensina I a angiotensina II catalizada por la enzima convertidorade angiotensina es predominante el pulmón. 
· inactivación de metabolitos. Algunas sustancias inactivan en forma parcial o completa durante su pasaje por el pulmón: bradicinina (80%), algunas prostaglandinas, y la noradrenalina parcialmente (30%).
· Almacenamiento. Algunas sustancias se inactivan en el pulmón pero no por degradación sino por un proceso de almacenamiento. En el caso de la serotonina, parte se almacena en las plaquetas y se libera por ejemplo en la anafilaxia. Otras sustancias se metabolizan en el pulmón y se liberan ante algunos estímulos, por ejemplo, los leucotrienos y las prostaglandinas sintetizadas a partir del ácido araquidónico, y que tendrían un papel importante en la fisiopatología del asma bronquial.
Fisiología Respiratorio. Agustín Piga. Página 14 de 14.