Control de la respiración

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Control de la respiración
Aunque respiramos sin pensarlo, podemos modifi-car el patrón respiratorio a demanda e incluso aguantar la respiración. El control de la ventila-
ción, que se expone en este capítulo, incluye la genera-
ción y regulación de las respiraciones rítmicas en el cen-
tro respiratorio y su modificación por la información 
originada en los centros cerebrales superiores y los re-
ceptores sistémicos. El objetivo de la respiración, desde 
una perspectiva mecánica, es reducir el trabajo y, des-
de la perspectiva fisiológica, mantener los gases de la 
sangre y, en particular, regular la Pco2 arterial. Otro obje-
tivo de la respiración es mantener el equilibrio acidobá-
sico cerebral mediante la regulación de la Pco2 arterial. 
La respiración automática empieza desde el nacimiento. 
Dentro del útero es la placenta, en lugar del pulmón, el 
órgano de intercambio respiratorio para el feto. Sus mi-
crovellosidades se interdigitan con la circulación uterina 
materna, y el transporte de oxígeno y la eliminación de 
CO2 del feto se producen mediante difusión pasiva a tra-
vés de la circulación materna.
CONTROL VENTILATORIO: 
INTRODUCCIÓN
El control ventilatorio se realiza en cuatro sitios principa-
les: a) el centro de control respiratorio; b) los quimiorre-
ceptores centrales; c) los quimiorreceptores periféricos, 
y d) los mecanorreceptores pulmonares/nervios sensiti-
vos. El centro del control respiratorio se localiza en el 
bulbo raquídeo del tronco encefálico y está constitui-
do por múltiples núcleos que generan y modifican el ritmo 
ventilatorio básico. El centro está constituido por dos 
partes fundamentales: a) el generador del patrón ventila-
torio, que ajusta el patrón de ritmo, y b) el integrador, que 
controla la generación de este patrón, procesa la informa-
ción de los centros cerebrales superiores y los quimiorre-
ceptores, y controla la velocidad y la amplitud del patrón 
de la ventilación. Los estímulos que se dirigen al integra-
dor se originan en los centros cerebrales superiores, in-
cluidos la corteza cerebral, el hipotálamo, la amígdala, el 
sistema límbico y el cerebelo.
Los quimiorreceptores centrales se localizan en el SNC, 
justo por debajo de la superficie ventrolateral del bulbo. 
Estos quimiorreceptores centrales detectan los cambios 
en la Pco2 y el pH del líquido intersticial del tronco y 
modulan la ventilación. Los quimiorreceptores periféri-
cos se encuentran en células especializadas del cayado 
aórtico (cuerpos aórticos) y en la bifurcación de las 
arterias carótidas interna y externa (cuerpos carotí-
deos) en el cuello. Estos quimiorreceptores periféricos 
perciben la Po2, la Pco2 y el pH de la sangre arterial y 
aportan información a los núcleos integradores del 
bulbo a través de los nervios vagos y de los nervios 
del seno carotídeo, que son ramas de los nervios gloso-
faríngeos. La estimulación de los mecanorreceptores 
pulmonares y los nervios sensitivos como respuesta a la 
insuflación pulmonar o la estimulación por irritantes o 
la liberación de mediadores locales en las vías aéreas, 
modifica el patrón ventilatorio.
Los estímulos colectivos del centro de control respira-
torio hacia las motoneuronas localizadas en el asta ante-
rior de la columna medular controlan los músculos de la 
respiración, y esta información determina el patrón de res-
piración automático. Las motoneuronas localizadas en la 
región cervical de la médula espinal controlan la activi-
dad del diafragma a través de los nervios frénicos, mien-
tras que otras motoneuronas localizadas en la región to-
rácica vertebral controlan los músculos intercostales y 
respiratorios accesorios.
A diferencia de la respiración automática, la respira-
ción voluntaria evita el centro de control respiratorio 
bulbar. La actividad neural que controla la respiración 
voluntaria se origina en la corteza motora, y sus señales 
pasan de forma directa a las motoneuronas de la médula 
a través de las vías corticoespinales. Las motoneuronas 
de los músculos respiratorios son el sitio final de integra-
ción entre los sistemas de control voluntario (tracto cor-
ticoespinal) y automático (tractos ventrolaterales) de 
la ventilación. El control voluntario de estos músculos 
compite con las influencias automáticas a nivel de las 
motoneuronas medulares, y esta competición se pone de 
manifiesto cuando se mantiene la respiración. Cuando se 
empieza esta maniobra, el control voluntario domina las 
motoneuronas vertebrales. Sin embargo, si se sigue man-
teniendo la respiración, al final el control ventilatorio 
automático supera el esfuerzo voluntario y limita la 
duración de esta pausa de la respiración. Las moto-
neuronas también inervan los músculos de la vía aérea 
superior. Estas neuronas se localizan dentro del bulbo 
raquídeo, cerca del centro de control respiratorio. Iner-
van los músculos de las vías aéreas superiores a través 
de los pares craneales. Cuando se activan, dilatan la 
faringe y las vías aéreas de mayor calibre al comienzo 
de la inspiración.
RESPUESTA AL CO2
La ventilación está regulada por la Pco2, la Po2 y el pH de 
la sangre arterial. La Pco2 arterial es el factor regulador 
más importante. La velocidad y la profundidad de la res-
piración se controlan de forma que la Paco2 se mantenga 
cerca de 40 mmHg. En un individuo sano despierto, se 
observa un incremento lineal de la ventilación cuando la 
Pco2 se aproxima y supera los 40 mmHg (fig. 24-1). Los 
cambios de la Paco2 son percibidos por los quimiorre-
ceptores centrales y periféricos, que transmiten esta in-
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PaCO2 (mmHg)
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 (
l/m
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)
Acidosis metabólica Normal en vigilia
Sueño
Morfina, barbitúricos,
EPOC
Anestésicos
● Figura 24-1. Relación entre paco2 y la ventila-
ción alveolar en los estados de vigilia normales, duran-
te el sueño, tras la ingesta de narcóticos y en la anes-
tesia profunda y en la acidosis metabólica. Se modifican 
la pendiente de la respuesta (sensibilidad) y la posición 
de las curvas de respuesta (umbral, punto en el que la 
curva se cruza con el eje de las x), lo que indica dife-
rencias en la respuesta ventilatoria y los umbrales de 
respuesta.
formación a los centros respiratorios bulbares. El centro 
de control respiratorio regula a su vez la ventilación mi-
nuto, lo que le permite mantener la Pco2 arterial dentro 
de los valores normales. Cuando la Pao2 es normal, la 
ventilación aumenta aproximadamente 3 l/min por cada 
mililitro que aumenta la Paco2. La respuesta ante el 
aumento de Paco2 se incrementa todavía más en presen-
cia de una Pao2 baja (fig. 24-2). Cuando la Pao2 es baja, la 
ventilación es mayor para cualquier valor de Paco2 deter-
minado y el incremento de la ventilación para un aumen-
to determinado de este valor de Paco2 será también 
mayor (la pendiente es más pronunciada).
La pendiente de la respuesta ventilación minuto en 
función del CO2 inspirado se denomina respuesta venti-
latoria al CO2 y es una prueba de sensibilidad frente al 
CO2. Es importante destacar que esta relación se amplifi-
ca relativamente en presencia de un valor bajo de O2 (fi-
gura 24-2, B). Esta respuesta potenciada frente a los valo-
res de O2 bajos se observa porque existen distintos 
mecanismos que permiten percibir la Po2 y la Pco2 en los 
quimiorreceptores periféricos. Por tanto, la existencia 
de hipercapnia y de hipoxia (cuando ambos cambios 
existen, suele hablarse de asfixia) tiene un efecto aditivo 
sobre los estímulos de los quimiorreceptores y la consi-
guiente estimulación de la ventilación.
El impulso ventilatorio o respuesta a los cambios de 
Pco2 se puede reducir mediante la hiperventilación y tam-
bién con fármacos, como morfina, barbitúricos y anesté-
sicos, que deprimen el centro respiratorio y reducenla 
respuesta ventilatoria frente a CO2 y O2 (v. fig. 24-1). En 
estos casos, el estímulo resulta inadecuado para estimu-
lar las motoneuronas que inervan los músculos respira-
torios. También se deprime durante el sueño.
Además, la respuesta ventilatoria ante los cambios de 
Pco2 se reduce si aumenta el trabajo respiratorio, lo que 
se puede observar en individuos con una enfermedad 
pulmonar obstructiva crónica (EPOC) (v. fig. 24-1). Este 
efecto se produce principalmente porque el aporte neu-
ral del centro respiratorio es menos eficaz para fomentar 
la ventilación, como consecuencia de la limitación mecá-
nica de la misma.
CONTROL DE LA VENTILACIÓN: 
LOS DETALLES
El centro de control respiratorio
Cuando se realiza un corte experimental del encéfalo en-
tre el bulbo raquídeo y la protuberancia, la respiración 
periódica se mantiene, lo que demuestra que existe una 
ritmicidad inherente de la respiración que se origina en 
el bulbo. Aunque no se ha demostrado que un grupo de-
terminado de neuronas bulbares se comporte como el 
«marcapasos» respiratorio, dos núcleos bulbares distin-
tos participan en la generación del patrón respiratorio 
(fig. 24-3). Uno de ellos es el grupo respiratorio dorsal 
(GRD), que está constituido por las células del núcleo 
del tracto solitario localizadas en la región dorsomedial 
del bulbo. Las células del GRD reciben estímulos aferen-
tes de los pares craneales IX y X, que se originan en la vía 
aérea y el pulmón. y se cree que constituyen la primera 
estación de procesamiento intracraneal para los estímu-
los aferentes. El segundo grupo de células bulbares es el 
grupo respiratorio ventral (GRV), que se localiza en la 
región ventrolateral bulbar. Este GRV está constituido 
por tres grupos celulares: el núcleo rostral retrofacial, 
el núcleo caudal retroambiguo y el núcleo paraambi-
guo. El GRV contiene neuronas inspiratorias y espirato-
rias. Los núcleos retrofacial y las células de localización 
caudal del núcleo retroambiguo están activos durante la 
espiración, mientras que las células de localización cau-
dal del núcleo retroambiguo lo están durante la inspira-
ción. En el núcleo paraambiguo existen neuronas inspi-
ratorias y espiratorias, que viajan con el nervio vago 
hacia los músculos laríngeos y faríngeos. Las señales ge-
neradas en las células de estas regiones excitan a algu-
nas células e inhiben a otras. 
A nivel del centro de control respiratorio, la inspiración 
y la espiración comprenden tres fases: una inspiratoria y 
dos espiratorias (fig. 24-4). La inspiración se inicia con un 
aumento brusco de las descargas de las células del núcleo 
del tracto solitario, el núcleo retroambiguo y el núcleo pa-
raambiguo, que se siguen de un aumento progresivo a 
modo de rampa de la frecuencia de disparos durante la 
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PaCO2 (mmHg)
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PaCO2 (mmHg)
B
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)
PaO250
70
100
PaCO2 55
35
45
Núcleo del tracto
solitario
Cuarto
ventrículo
Núcleo
retroambiguo
C1
Centro neumotáxicoProtuberancia
Bulbo
raquídeo
Receptores de
estiramiento
vagales
Músculos
respiratorios
+
–
+
+
+
+
Quimiorreceptores
periféricos
y centrales
C
A
B
● Figura 24-2. Los efectos de la hipoxia (A) y la hipercapnia 
(B) sobre la ventilación varían igual que la presión parcial de los 
otros gases respiratorios. A, para un valor de paco2 determinado, 
la ventilación aumenta cada vez más al reducirse la pao2 . Cuando la 
paco2 se reduce (situación normal) durante la hipoxia, se produce 
poca estimulación de la respiración hasta que el valor de po2 es 
inferior a 60 mmHg. La respuesta hipóxica está mediada por los 
quimiorreceptores del cuerpo carotídeo. B, La sensibilidad de la 
respuesta ventilatoria a CO2 aumenta por la hipoxia.
● Figura 24-3. El centro de control respiratorio se localiza 
en el bulbo raquídeo (la parte más primitiva del encéfalo). Las 
neuronas se localizan principalmente en dos regiones, denomina-
das núcleo del tracto solitario y núcleo retroambiguo.
● Figura 24-4. Diagrama de cables básico del centro de 
control de la ventilación en el tronco del encéfalo. Los signos de las 
principales señales de salida (flechas) de los agregados de neuro-
nas indican si este estímulo es excitador (+) o inhibidor (–). 
El agregado A emite estímulos inspiratorios tónicos hacia los 
músculos de la respiración. El agregado B es estimulado por el A, 
y emite estímulos adicionales para los músculos respiratorios, y el 
agregado B estimula a su vez al agregado C. Otros centros ence-
fálicos interaccionan con el agregado C (cambio del punto de 
corte inspiratorio), que emite impulsos inhibidores para el agre-
gado A. La información aferente de los distintos sensores (retro-
alimentación) actúa en distintos lugares: los quimiorreceptores 
actúan sobre el agregado A, y las fibras sensitivas intrapulmona-
res lo hacen a través del nervio vago sobre el agregado B. Un 
centro neumotáxico de la parte anterior de la protuberancia reci-
be estímulos de la corteza cerebral y modula el agregado C.
inspiración. Este mecanismo permite la contracción pro-
gresiva de los músculos respiratorios durante la respira-
ción automática. Al final de la inspiración, un fenómeno de 
«apagado» determina una marcada reducción de la fre-
cuencia de disparos en las neuronas y, en este momento, 
se inicia la espiración. A principio de la espiración (fase I 
de la espiración), se produce un incremento paradóji-
co de la frecuencia de disparo de las neuronas inspirato-
rias que retrasa la fase espiratoria mediante el aumento 
del tono de los músculos inspiratorios y de la frecuencia 
de descargas de las neuronas espiratorias. Esta frecuen-
cia de disparo de las neuronas inspiratorias se reduce e 
interrumpe durante la fase II de la espiración. Aunque 
muchas neuronas distintas de los GRD y GRV participan 
en la ventilación, cada tipo celular parece ejercer una fun-
ción específica. Por ejemplo, el reflejo de Hering-Breuer 
es un reflejo inhibidor de la inspiración que se origina en 
los receptores de estiramiento aferentes localizados en los 
músculos lisos de las vías aéreas. El aumento de la insufla-
ción pulmonar estimula estos receptores de estiramiento, 
y esto permite la espiración inicial mediante la estimula-
ción de las neuronas asociadas a la fase de «apagado» del 
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HCO3
HCO3
(horas)
H+
H+
CO2
CO2
CO2 CO2 CO2
CO2 CO2
LCR CráneoMúsculo
liso
Músculo
liso
B
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at
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ál
ic
a
B
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ef
ál
ic
a
Tejido
cerebral
Tejido
cerebral
Sangre
arterial
Dilata
CO2
metabólico
Quimio-
rreceptor
central
(Lentamente)
CO2
metabólico
Sangre
venosa
–
–
● Figura 24-5. El CO2 y la barrera hematoencefálica. El CO2 
arterial atraviesa la barrera hematoencefálica y alcanza rápida-
mente el equilibrio con el CO2 del LCR. Los iones H+ y HCO3– atra-
viesan la barrera de forma más lenta. El CO2 arterial se combina 
con el CO2 metabólico para dilatar el músculo liso. Si se compara con 
la sangre arterial, el pH del LCR es bajo, y la pco2 es más alta, 
con escaso taponamiento por las proteínas.
● Tabla 24-1.
Valores normales de la composición del líquido 
cefalorraquídeo y la sangre arterial
LCR Arterial
pH 7,33 7,40
Pco2 (mmHg) 44 40
Hco3- (mEq/l) 22 24
A NIVEL CELULAR
La ecuación de Henderson-Hasselbalch relaciona el 
pH del LCR con la [HCO3–]:
3
–
pH pK
HCO
PCO
= +
⋅
log
[ ]
2
α
donde a es el coeficiente de solubilidad (0,03 mmol/l 
por mmHg) y pK es el logaritmo negativo de la constan-
te de disociación del ácido carbónico (6,1). La ecuación 
de Henderson-Hasselbalch demuestra que un aumento de 
la pco2 del LCR reducirá el pH del LCR para cualquier 
valor de [HCO3–] determinado.La reducción del pH esti-
mulará los quimiorreceptores centrales, aumentando así 
la ventilación. por tanto, el CO2 de la sangre regula la ven-
tilación gracias a su efecto sobre el pH del LCR. La con-
siguiente hiperventilación reduce la pco2 de la sangre y 
también el pH, de forma que el pH del LCR se tiende a 
normalizar. Además, el aumento de la pco2 arterial de-
termina la vasodilatación cerebral, lo que permite la di-
fusión de CO2 hacia el LCR. por el contrario, un aumento 
de la [HCO3–] en el LCR aumentará el pH del mismo para 
cualquier valor de pco2 determinado.
control de los músculos inspiratorios. Por tanto, la respi-
ración rítmica depende de los estímulos inspiratorios 
continuos (tónicos) generados en el GRD y de los estímu-
los espiratorios intermitentes (fásicos) generados en el 
cerebro, el tálamo, los pares craneales y las vías sensiti-
vas ascendentes de la médula espinal.
Quimiorreceptores centrales
Un quimiorreceptor es un receptor que responde a un cam-
bio en la composición química de la sangre o de otros líqui-
dos que los rodean. Los quimiorreceptores centrales son 
células especializadas de la superficie ventrolateral del bul-
bo. Estos quimiorreceptores son sensibles al pH del líquido 
extracelular que los rodea. Dado que este líquido extracelu-
lar está en contacto con el líquido cefalorraquídeo (LCR), 
los cambios en el pH del LCR afectan a la ventilación me-
diante su acción sobre estos quimiorreceptores.
El LCR es un ultrafiltrado de plasma que se secreta de 
forma continua por el plexo coroideo y se reabsorbe en 
las vellosidades aracnoideas. Como se encuentra en con-
tacto con el líquido extracelular del encéfalo, la compo-
sición del LCR viene condicionada por la actividad meta-
bólica de las células del área circundante y la composición 
de la sangre. Aunque el LCR se origina en el plasma, su 
composición no es la misma, porque existe una barrera 
hematoencefálica entre los dos lugares (fig. 24-5). La ba-
rrera hematoencefálica está compuesta por células en-
doteliales, músculo liso y las membranas piamadre y 
aracnoides, y regula el desplazamiento de los iones en-
tre la sangre y el LCR. Además, el plexo coroideo deter-
mina la composición iónica del LCR mediante la entrada 
y salida de iones en el LCR. La barrera hematoencefálica 
es relativamente impermeable frente a los iones H+ y 
HCO3–, pero muestra una importante permeabilidad al 
CO2. Por ello, la Pco2 en el LCR se comporta de forma 
paralela a la tensión arterial de Pco2. El CO2 se produce 
también en las células cerebrales como consecuencia de 
su metabolismo. Por tanto, la Pco2 del LCR suele ser unos 
pocos mmHg superior a la que se observa en la sangre 
arterial, de forma que el pH es ligeramente más ácido 
(7,33) que el plasmático (tabla 24-1).
Los cambios de la Pco2 arterial modifican el pH y, de 
este modo, activan los mecanismos homeostáticos que 
normalizan de nuevo el pH. La barrera hematoencefálica 
regula el pH del LCR ajustando la composición iónica y la 
[HCO3–] en el LCR. Sin embargo, los cambios de la [HCO3–] 
se producen de forma lenta, en varias horas, a diferencia 
de los cambios de la Pco2, que se observan en minutos. 
Por tanto, la compensación de estos cambios de pH del 
LCR tarda horas en desarrollarse por completo.
Quimiorreceptores periféricos
Los cuerpos carotídeos y aórticos son quimiorreceptores 
periféricos que responden a los cambios de la Po2 arterial 
(no al contenido de O2), la Pco2 y el pH, y transmiten infor-
mación aferente al centro de control respiratorio central. 
Los quimiorreceptores periféricos son los únicos quimio-
rreceptores que responden a los cambios de la Po2. Los 
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PaCO2 (mmHg)
DisminuidoAumentado
LCR
[H+]
● Figura 24-6. La respuesta ventilatoria ante la pco2 resulta 
afectada por la [H+] en el LCR y el líquido intersticial del tronco 
encefálico. Durante la acidosis metabólica crónica (cetoacidosis 
diabética), aumenta la [H+] en el LCR, y la respuesta ventilatoria 
ante la pco2 inspirada también lo hace (pendiente más pronuncia-
da). por el contrario, durante la alcalosis metabólica crónica (un 
cuadro relativamente infrecuente), la [H+] en el LCR se reduce, y 
la respuesta ventilatoria ante la pco2 inspirada disminuye (pen-
diente reducida). Las posiciones de las líneas de respuesta tam-
bién están desplazadas, lo que indica que los umbrales están 
modificados.
ta todavía más al normalizarse el pH arterial (los quimio-
rreceptores periféricos se inhiben por el aumento del pH 
arterial). por último, a las 36 horas de llegar a una región 
de gran altitud se produce un aumento importante de la 
ventilación minuto. Esta respuesta retrasada es mayor que 
el efecto inmediato de la hipoxemia sobre la ventilación, y 
este aumento de la ventilación se debe tanto a la estimu-
lación de los quimiorreceptores centrales como de los pe-
riféricos. por tanto, al final del fin de semana el pH del 
LCR y el arterial serían casi normales, la ventilación minuto 
estaría aumentada, la po2 arterial estaría reducida y la pco2 
arterial, también.
En este momento, supongamos que regresa a casa. 
Cuando aterriza en Nueva York, la po2 inspirada se nor-
maliza y el estímulo hipóxico para la ventilación desapare-
ce. La po2 arterial se normaliza y se reduce la estimulación 
de los quimiorreceptores periféricos ante la ventilación, lo 
que tiende a normalizar la [CO2], aumentándola y, a su 
vez, determina un aumento de la [CO2] en el LCR. Este 
incremento se asocia con una reducción del pH del LCR, 
debido a la reducción de la [CO2] del LCR y al aumento de 
la ventilación. Durante las 12-36 horas siguientes, los 
transportadores acidobásicos de la barrera hematoen-
cefálica introducen HCO3– en el LCR, y el pH del mismo se 
va normalizando de forma gradual. Del mismo modo, el 
pH de la sangre disminuye al aumentar la pco2 arterial por 
reducirse la [HCO3–] arterial. Esto estimula los quimiorre-
ceptores periféricos, y la ventilación minuto sigue aumen-
tada. Durante las 12-36 horas siguientes el riñón aumenta 
la [HCO3–] en la sangre (v. capítulo 36), el pH arterial se 
normaliza y la ventilación minuto también.
quimiorreceptores periféricos también son responsables 
del 40%, aproximadamente, de la respuesta ventilatoria 
frente al CO2. Estos quimiorreceptores son estructuras pe-
queñas y ricamente vascularizadas. Están constituidos 
por células de tipo I (glomus) que son ricas en mitocon-
drias y retículo endoplásmico, y también tienen varios ti-
pos de gránulos citoplasmáticos (vesículas sinápticas), 
que contienen diversos neurotransmisores, como la dopa-
mina, la acetilcolina, la noradrenalina y los neuropéptidos. 
Las fibras nerviosas aferentes establecen sinapsis con las 
células de tipo I y transmiten la información al tronco del 
encéfalo a través del nervio del seno carotídeo (cuerpo 
carotídeo) y el nervio vago (cuerpo aórtico). Las células 
de tipo I son las principales responsables de percibir la 
Po2, Pco2 y el pH. En respuesta a una reducción incluso 
pequeña de la Po2 arterial, se produce un incremento de la 
descarga de los quimiorreceptores, que fomenta la respi-
ración. La respuesta es enérgica cuando la Po2 arterial se 
AplicAción clínicA
Imagínese volar de Nueva York a Denver. La presión baro-
métrica en Nueva York es de unos 760 mmHg, mientras 
que en las montañas que rodean Denver, Colorado, es de 
unos 600 mmHg. A nivel del mar, la po2 de la sangre ar-
terial es de unos 95 mmHg (usando la ecuación de aire 
alveolar [v. capítulo 22], pao2 = [(760 – 47) × 0,21 – [40/0,8] 
= 100 mmHg. Si la diferencia alveoloarterial de po2 [AaDo2] 
es de 5 mmHg, pao2 = 100 – 5 = 95 mmHg). En el LCR, 
el pH sería aproximadamente de 7,33, la pco2 de unos 
44 mmHg (pco2 arterial + CO2 producido por el meta-
bolismo de las células cerebrales) y HCO3– sería de unos 
22 mEq/l.
Se produce una brusca reducción de la pio2 cuando se 
llegaa las montañas (pio2 = [600 – 47] × 0,21 = 116 mmHg), 
y se reducirá el O2 alveolar y arterial (pao2 = 116 – [40/0,8] 
= 66 mmHg; pao2 = 61 mmHg, asumiendo que no se hayan 
producido cambios en la AaDo2). Esta reducción del O2 arte-
rial estimula los quimiorreceptores periféricos y aumenta así 
la ventilación. El aumento de la ventilación reduce la pco2 
arterial e incrementa el pH arterial. La consecuencia de este 
aumento de la ventilación es que se reduce al mínimo la hi-
poxemia al aumentar la pao2 (supongamos, por ejemplo, 
que la paco2 disminuye hasta 30 mmHg. En este caso, pao2 = 
[(600 – 47) × 0,21] – [30/0,8] = 78 mmHg, un incremento de 
12 mmHg en la pao2).
La reducción de la pco2 arterial reduce también la pco2 
del LCR. Dado que no ocurren cambios en la [HCO3–], se 
producirá un aumento del pH del LCR. Este aumento del 
pH reduce la velocidad de descarga de los quimiorrecep-
tores centrales y reduce su contribución al estímulo venti-
latorio. En las 12-36 horas siguientes, la [HCO3–] disminu-
ye en el LCR, porque las proteínas transportadoras 
acidobásicas de la barrera hematoencefálica reducen la 
[HCO3–]. En consecuencia, el pH del LCR tiende a norma-
lizarse. La descarga de los quimiorreceptores centrales 
aumenta, y la ventilación minuto aumenta todavía más. 
A medida que disminuye la [HCO3–] en el LCR, los riñones 
van excretando de forma gradual HCO3– del plasma, lo 
que permite una normalización gradual del pH arterial. La 
estimulación de los quimiorreceptores periféricos aumen-
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 Capítulo 24 Control de la respiración 473
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● Tabla 24-2. Reflejos y nervios sensitivos en la vía respiratoria
Reflejo Estímulos Localización de órganos terminales Tipo de receptor
Reflejo de insuflación de Hering-Breuer
Reflejo de desinflado de Hering-Breuer
Broncodilatación
Taquicardia
Hiperpnea
Insuflación pulmonar células musculares lisas de las vías aéreas Receptor mielinizado, vagal, de adaptación lenta
Tos
Secreción de moco
Broncoconstricción
Reflejo de desinflado de Hering-Breuer
Hiperinsuflación pulmonar
Agentes exógenos y endógenos
Histamina
Prostaglandinas
Entre las células epiteliales de las vías 
aéreas
Receptores mielinizados, vagales, 
de adaptación rápida (receptores
deirritación)
Apnea seguida de taquipnea
Broncoconstricción
Bradicardia
Hipotensión
Secreción de moco
Hiperinsuflación extensa
Agentes exógenos y endógenos
capsaicina
Fenildiguanida
Histamina
Bradicinina
Serotonina
Prostaglandinas
Espacio intersticial pulmonar
cerca de la circulación pulmonar
cerca de la circulación bronquial
Fibras nerviosas c amielínicas 
vagales (receptores J)
reduce por debajo de 75 mmHg. Por tanto, la ventilación 
se regula por cambios del pH arterial y del LCR a través de 
sus efectos sobre los quimiorreceptores centrales y peri-
féricos (fig. 24-6).
Mecanorreceptores pulmonares
Reflejos de la pared torácica y los pulmonares
Varios reflejos originados en la pared torácica y los pulmo-
nares influyen sobre la ventilación y los patrones ventila-
torios (tabla 24-2). El reflejo inhibidor de la inspiración 
de Hering-Breuer se estimula ante aumentos del volumen 
pulmonar, sobre todo de los asociados con el aumento 
tanto de la frecuencia ventilatoria como del volumen co-
rriente. Este reflejo de estiramiento viene mediado por fi-
bras vagales y, cuando se estimula, determina el cese de la 
inspiración por estimulación de las neuronas bulbares 
responsables del apagado. Este reflejo está inactivo du-
rante la respiración tranquila, y parece más importante en 
los recién nacidos. La estimulación de los receptores na-
sales o faciales con agua fría pone en marcha el reflejo de 
inmersión. Cuando este reflejo se activa, se observa una 
apnea o cese de la respiración, con bradicardia. Este refle-
jo protege a los individuos de aspirar el agua en las prime-
ras fases del ahogamiento. La activación de los receptores 
nasales es responsable del reflejo de estornudo.
Los reflejos de estornudo o aspiración pueden indu-
cirse estimulando los receptores mecánicos de la nasofa-
ringe y la faringe. Se produce un esfuerzo inspiratorio 
intenso de corta duración, que lleva el material de la 
nasofaringe a la faringe, desde la cual se puede deglutir o 
expectorar. Los receptores mecánicos responsables del 
reflejo del estornudo también son importantes para la 
deglución, porque inhiben la respiración y permiten el 
cierre de la laringe. Sólo los lactantes recién nacidos son 
capaces de respirar y deglutir de forma simultánea, lo 
que les permite una ingesta rápida de los alimentos.
La laringe contiene receptores superficiales y profun-
dos. La activación de los receptores superficiales deter-
mina apnea, tos y movimientos espiratorios orientados a 
proteger la vía respiratoria baja de la aspiración de cuer-
pos extraños. Los receptores profundos se localizan en 
los músculos esqueléticos de la laringe, y controlan la 
activación de las fibras musculares, como sucede en 
otros músculos esqueléticos.
Receptores y reflejos sensitivos
Existen tres tipos fundamentales de receptores sensiti-
vos en el árbol traqueobronquial que responden a diver-
sos estímulos y producen cambios en las propiedades 
mecánicas del pulmón, alteraciones del patrón respira-
torio y aparición de síntomas respiratorios. La inhala-
ción de polvo, de gases nocivos o del humo del tabaco 
estimula los receptores de irritación de la tráquea y las 
vías aéreas más grandes, que transmiten la información 
a través de fibras aferentes mielinizadas del vago. La es-
timulación de estos receptores aumenta la resistencia de 
la vía aérea e induce apnea refleja y tos. Estos receptores 
se llaman también receptores de distensión pulmonar 
de adaptación rápida. Los receptores de distensión 
pulmonar de adaptación lenta responden a la estimula-
ción mecánica y se activan por la insuflación pulmonar. 
También transmiten información a través de las fibras 
aferentes mielinizadas vagales. El aumento del volumen 
pulmonar en los pacientes con enfermedad pulmonar 
obstructiva estimula estos receptores de distensión pul-
monares y retrasa la aparición del siguiente esfuerzo 
inspiratorio. Esto explica el esfuerzo espiratorio lento y 
prolongado de estos pacientes, y resulta esencial para 
minimizar la compresión dinámica durante la espiración 
de la vía aérea. Por último, existen receptores sensitivos 
especializados en el parénquima pulmonar, que respon-
den a la estimulación mecánica o química del intersticio 
pulmonar. Estos receptores se denominan receptores 
yuxtaalveolares o J. Transmiten la información aferente 
a través de las fibras vagales C amielínicas. Pueden ser 
responsables de la sensación de disnea (falta de aire 
anormal) y de la ventilación superficial rápida que se ob-
serva en el edema intersticial pulmonar y en algunos 
cuadros inflamatorios pulmonares.
También existen receptores somáticos en los músculos 
intercostales, las articulaciones de las costillas, los múscu-
los accesorios de la respiración y los tendones, y respon-
den ante los cambios de longitud y tensión de los múscu-
los respiratorios. Aunque no controlan la respiración de 
forma directa, aportan información acerca del volumen 
pulmonar e intervienen en la finalización de la inspiración. 
Tienen especial importancia en los sujetos con aumento 
de la resistencia de la vía aérea y reducción de la distensi-
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VO2 (l/min)
.
1 1,5 2
VCO2
.
PaCO2
pH
Ventilación
PaO2
Lactato
A
Apnea central del sueño
Apnea obstructiva del sueño
Flujo
de aire
Flujo
de aire
Presión
pleural
Presión
pleural
B
● Figura 24-7. Consumo de oxígeno (V·o2) en función de los 
cambios metabólicos producidos durante el ejercicio. El umbral 
anaerobio (flecha) es el punto en el que cambian las variables 
ilustradas, y se debea una acidosis láctica.
● Figura 24-8. Los dos tipos fundamentales de apnea del 
sueño. A, En la apnea obstructiva del sueño las oscilaciones de 
presión pleural aumentan al hacerlo el CO2. Esto indica una resis-
tencia al flujo muy elevada como consecuencia de la obstrucción 
en la parte superior de la vía aérea. B, Apnea del sueño central 
caracterizada por la ausencia de intentos de respirar, según de-
muestra la ausencia de oscilaciones en la presión pleural.
bilidad pulmonar, porque pueden incrementar la fuerza 
muscular dentro de la misma respiración. Los receptores 
somáticos también reducen la distorsión de la pared torá-
cica durante la inspiración en los recién nacidos, que tie-
nen una pared costal marcadamente distensible.
EJERCICIO
La capacidad de realizar ejercicio depende de la capaci-
dad de los sistemas respiratorio y cardíaco para aumen-
tar el aporte de O2 a los tejidos y eliminar el CO2 del orga-
nismo. La ventilación aumenta nada más se empieza a 
realizar ejercicio, y este aumento de la ventilación minu-
to se corresponde de forma estrecha con el aumento del 
consumo de O2 y la producción de CO2 que se observa 
durante el ejercicio (fig. 24-7). La ventilación se relaciona 
de forma lineal tanto con la producción de CO2 como con 
el consumo de O2 en los niveles de bajos a moderados 
(v. fig. 24-7). Cuando practica un ejercicio máximo, un 
individuo que esté en buena forma física puede conse-
guir un consumo de O2 de 4 l/min con un volumen minuto 
de 120 l/min, que es casi 15 veces el valor en reposo.
Cabe destacar que el ejercicio no determina cambios sig-
nificativos en la gasometría arterial. Salvo cuando se prac-
tica un ejercicio máximo, los valores de Pco2 y Po2 arteriales 
son mínimos durante el ejercicio. El pH arterial sigue 
siendo normal cuando se practica un ejercicio moderado. 
Cuando el ejercicio es intenso, el pH arterial empieza a dis-
minuir, porque se libera ácido láctico de los músculos que 
se someten a un metabolismo anaerobio. Esta reducción 
del pH arterial estimula la ventilación de forma despropor-
cionada para la intensidad del ejercicio. El nivel de ejercicio 
en el que comienza una acidosis metabólica (láctica) man-
tenida se denomina umbral anaeróbico (v. fig. 24-7).
ALTERACIONES EN EL CONTROL 
DE LA RESPIRACIÓN
Pueden producirse cambios en el patrón ventilatorio por 
motivos primarios o por motivos secundarios. Durante el 
AplicAción clínicA
La anamnesis de los pacientes con apnea obstructiva del 
sueño (AOS) es muy parecida en todos los casos. El cónyu-
ge refiere que su pareja ronca. El ronquido se vuelve más 
sonoro cada vez y, al final, se interrumpe mientras el pacien-
te sigue haciendo enérgicos esfuerzos respiratorios (v. fi-
gura 24-8). En este momento, el paciente se despierta, se 
vuelve a dormir, y se repite este proceso una y otra vez du-
rante la noche. Los pacientes con AOS se despiertan cuando 
la hipoxemia y la hipercapnia arterial estimulan los quimio-
rreceptores centrales y periféricos. La respiración se recupera 
durante un tiempo breve antes del siguiente episodio de 
apnea. Los individuos con AOS pueden tener cientos de es-
tos episodios cada noche, lo que interrumpe su sueño.
Las complicaciones de la AOS incluyen deprivación del 
sueño, policitemia, insuficiencia cardíaca derecha (cor pul-
monale) e hipertensión pulmonar secundaria a los episo-
dios de hipoxia repetidos. La AOS es más frecuente en los 
pacientes con obesidad y que tienen una distensibilidad 
excesiva de la hipofaringe, edema de la vía aérea superior 
o alteraciones estructurales en la misma.
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Volumen
PaCO2
PaO2
Tiempo
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Tiempo
Eliminar los estímulos procedentes de la corteza,
el tálamo y los nervios vagos
Respiración normal
A
B
C
Eliminar los estímulos sensitivos de los pulmones
● Figura 24-9. En la respiración de Cheyne-Stokes, el volu-
men corriente y los gases arteriales suben y bajan. En general, 
este tipo de respiración se considera signo de inestabilidad vaso-
motora, sobre todo de un bajo gasto cardíaco.
● Figura 24-10. Algunos patrones de respiración. A, Respira-
ción normal a unas 15 respiraciones por minuto. B, El efecto de retirar 
la estimulación sensitiva de los distintos receptores pulmonares (sobre 
todo, la distensión) es que se prolonga cada ciclo respiratorio y se 
aumenta el volumen corriente, de forma que la ventilación alveolar 
no sufre cambios significativos. C, Cuando los estímulos se la corteza 
cerebral y el tálamo se eliminan también junto con un bloqueo cere-
bral, el resultado es una actividad inspiratoria prolongada, rota a los 
pocos segundos por espiraciones de duración breve (apneusis).
sueño, aproximadamente un tercio de los individuos sa-
nos sufren breves episodios de apnea o hipoventilación, 
que no afectan de forma significativa a la Pco2 o la Po2. La 
apnea no suele durar más de 10 segundos, y se produce 
en los estadios más ligeros de las fases del sueño de ondas 
lentas y de movimientos oculares rápidos (REM). En los 
síndromes de apnea del sueño, la duración de la apnea se 
prolonga de forma anormal, y se producen cambios en la 
Po2 y la Pco2. Existen dos categorías fundamentales de ap-
nea del sueño (fig. 24-8). La primera es la apnea obstructi-
va del sueño (AOS). La AOS es la forma más frecuente de 
apnea del sueño, y se produce cuando la vía aérea alta (en 
general, la hipofaringe) se cierra durante la inspiración. 
Aunque el proceso se parece al que se produce durante el 
ronquido, es más grave, obstruye la vía aérea e interrum-
pe el flujo de aire.
El segundo síndrome de apnea del sueño es la apnea 
del sueño central. Este tipo de apnea se observa cuando 
disminuye el estímulo ventilatorio de las motoneuronas 
respiratorias. Los individuos con apnea del sueño cen-
tral tienen episodios repetidos de apnea durante la no-
che, en los que no realizan ningún esfuerzo respiratorio 
(fig. 24-8). El grado de hipercapnia e hipoxemia en los 
individuos con apnea del sueño central es menor que el 
que se observa en los pacientes con AOS, pero las com-
plicaciones (policitemia, etc.) son las mismas cuando la 
apnea del sueño central es grave y repetida.
La ventilación de Cheyne-Stokes es otra alteración del 
control ventilatorio que se caracteriza por variaciones del 
volumen corriente y de la frecuencia ventilatoria (fig. 24-9). 
Tras un período de apnea, el volumen corriente y la fre-
cuencia respiratoria aumentan de forma progresiva en va-
rias respiraciones y, posteriormente, disminuyen hasta 
que se produce la apnea. Este patrón respiratorio irregu-
lar se observa en algunos individuos con enfermedades 
del SNC, traumatismos craneales e hipertensión intracra-
neal. También puede producirse en algunos individuos 
AplicAción clínicA
La hipoventilación alveolar central (HAC), denomina-
da también respiración de Ondina, es un trastorno poco 
frecuente en el que la respiración voluntaria se conserva 
intacta, pero se producen alteraciones en el automatismo. 
Se trata de la forma más grave de apnea del sueño cen-
tral. En consecuencia, los enfermos con HAC sólo pueden 
respirar si no se duermen. La vida de estos pacientes pue-
de salvarse mediante el uso de ventilación mecánica o, de 
forma más reciente, con marcapasos diafragmáticos bila-
terales (de un modo similar al marcapasos cardíaco).
AplicAción clínicA
El síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL) es 
la causa más frecuente de muerte de lactantes durante el 
primer año de vida fuera del período neonatal. Aunque se 
desconoce la causa del SMSL, se han implicado alteracio-
nes en el control de la ventilación, sobre todo la respuesta 
al CO2. poner a los pacientes a dormir en decúbito supino 
(lo que reduce el riesgo de que vuelvan a respirar CO2) 
ha conseguido una reducción espectacular de la mortali-dad por este síndrome (aunque no ha conseguido que 
desaparezca del todo).
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sanos cuando duermen a grandes alturas. El mecanismo 
de la respiración de Cheyne-Stokes se desconoce, pero en 
algunos individuos parece estar relacionado con un flujo 
sanguíneo lento en el encéfalo, que se asocia con períodos 
de un esfuerzo ventilatorio exagerado o defectuoso como 
respuesta a los cambios de la Pco2.
La respiración apnéustica es otro patrón de respira-
ción anormal caracterizado por períodos mantenidos de 
inspiración, separados por breves períodos de espira-
ción (fig. 24-10, C). El mecanismo de este patrón ventila-
torio parece ser la pérdida de las actividades inhibidoras 
de la inspiración, que determina un aumento del estímu-
lo inspiratorio. Este patrón se encuentra en algunas oca-
siones en pacientes con lesiones del SNC.
■ CONCEPTOS fUNDAmENTALES
1. El control ventilatorio está constituido por el centro 
de control respiratorio, los quimiorreceptores centra-
les y periféricos, y los mecanorreceptores pulmona-
res/fibras nerviosas sensitivas. La Pco2 arterial es el 
principal factor que influye sobre la ventilación.
2. El centro del control respiratorio está compuesto 
por el grupo respiratorio dorsal y el grupo respirato-
rio ventral. La respiración rítmica depende de una 
estimulación inspiratoria continua (tónica) del gru-
po respiratorio dorsal y otra estimulación espirato-
ria intermitente (fásica) del cerebro, tálamo, pares 
craneales y vías sensitivas ascendentes de la médula 
espinal. Los quimiorreceptores centrales y periféri-
cos responden a cambios de la Pco2 y el pH. Los qui-
miorreceptores periféricos (cuerpos carotídeo y aór-
tico) son los únicos quimiorreceptores que responden 
a cambios de la Po2.
3. La hipoxia aguda y la crónica influyen de forma distin-
ta en la respiración, porque los ajustes lentos de la 
concentración de hidrogeniones en el LCR en la hi-
poxia crónica modifican la sensibilidad al CO2.
4. Los receptores de irritantes protegen la vía respirato-
ria baja de las partículas, vapores químicos y factores 
físicos, sobre todo induciendo tos. Los receptores J 
con fibras C de las unidades respiratorias terminales 
se estimulan por la distorsión de la pared alveolar (en 
la congestión o edema pulmonar).
5. Las dos alteraciones clínicas más importantes de 
la respiración son la apnea del sueño obstructiva y la 
central.
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