Aparato Respiratorio

SISTEMA RESPIRATORIO

Respiración:
Es el metabolismo aerobio que requiere oxígeno y se lleva a cabo en las mitocondrias para producir agua y energía mediante la cadena de transporte electrónico. En el ciclo de Krebs se produce dióxido de carbono (CO2), sin embargo, en la cadena de transporte electrónico es necesario el oxígeno. Así pues, es necesario liberar el CO2 que se acumula debido a su toxicidad. En general, se suele utilizar la palabra respiración para hablar del intercambio de gases, aunque es una forma errónea.
Ventilación:
La ventilación es lo que vulgarmente se entiende por respiración: es la inhalación de una mezcla de gases y la expulsión de dióxido de carbono.


PIGMENTOS RESPIRATORIOS

Hemoglobina
La hemoglobina consta de dos partes diferentes: la globina y cuatro grupos hemo.
La globina es una proteína con estructura cuaternaria, formada por cuatro monómeros que conforman un tetrámero formado por dos cadenas peptídicas alfa y dos beta, aunque el ser humano es capaz de producir hemoglobina con cuatro cadenas peptídicas diferentes: alfa, beta, gamma y delta.
Cada grupo hemo está compuesto por dos componentes: porfirina y el grupo ferroso. La porfirina consta de un anillo de cuatro unidades que se repiten y que poseen un átomo de nitrógeno en un extremo llamado pirrol. La unión del ión ferroso con protoporfirina se realiza por enlaces coordinados donde los átomos de nitrógeno sustituyen los enlaces del ión ferroso con el agua.
Cada hemoglobina transporta cuatro moléculas de oxígeno, por tanto a mayor concentración de hemoglobina mayor capacidad del pigmento para transportar oxígeno.

Otros pigmentos
•Hemoglobina fetal
•Mioglobina: se da en el músculo, consta de un sólo monómero y un sólo grupo hemo.
•Hemocianina: se da en los moluscos y artrópodos. El ión metálico es cobre y la sangre es azulada.
•Hemoeritrina: se da en análidos y braquiópodos.
•Clorocanocina: anélidos.
Al hablar de un pigmento lo más importante es hablar de saturación que es la relación entre el contenido en oxígeno y la capacidad (%saturación = contenido/capacidad x 100).
La mioglobina sólo transporta una molécula de oxígeno por lo que se satura muy rápidamente y no puede transportar porque está permanentemente saturada, aunque, captura más rápidamente el oxígeno porque tiene más afinidad.






Influencia de los factores en mecanismo ventilatorio
Presión de dióxido de carbono (CO2)
•En primer lugar, el efecto de competencia con el oxígeno, la hemoglobina es más afín con el dióxido de carbono pero la presión de CO2 es menor que la presión de O2, así cuando aumenta la presión de CO2, el CO2 tiende a desplazar al oxígeno.
•En segundo lugar, cuando la hemoglobina llega a un tejido con una alta concentración de CO2 baja la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y se libera éste.
pH
La hemoglobina puede unir H+ donde une el oxígeno, así cuando el pH es muy bajo y por tanto la concentración de H+ es alta, el oxígeno es desplazado, modificándose también la afinidad de la hemoglobina. Esto es lo que se llama efecto Bohr. De este modo, el pH vuelve a subir, esto se produce en vertebrados: al oxigenarse la hemoglobina aumenta la acidez.
En los gasterópodos que poseen hemocianina: al bajar el pH, se produce un efecto Bohr inverso, esto es debido al distinto entorno en el que se habita.
También se da en peces,cefalópodos y crustáceos, pero en este caso al bajar el pH, baja la capacidad por el oxígeno y se llama efecto ROOT.

Difosfoglicerato
Es una molécula equimolar con la hemoglobina. Tiene el mismo efecto que el pH, el CO2 y la temperatura: disminuyen la capacidad de retener el oxígeno en la molécula de hemoglobina. Sirve de tampón a la hemoglobina transportando oxígeno, de este modo evita valores altos de la presión parcial de oxígeno, que pueden ser tóxicas. También es útil para tamponar el efecto de la hemoglobina en condiciones normales como el buceo o las alturas elevadas.
En situaciones de hipoxia, que se producen cuando la presión parcial de oxígeno es baja, la concentración de difosfoglicerato aumenta para facilitar la liberación de oxígeno.
El difosfoglicerato se produce durante la glucólisis, lo cual favorece que en situaciones de ejercicio físico (donde la glucólisis proporciona energía) el oxígeno se libere más fácilmente de la hemoglobina.

Dióxido de carbono
Se transporta en la hemoglobina y disuelto en el plasma en forma de bicarbonato, de manera que existe mayor cantidad de CO2 en forma de bicarbonato que molecular, una proporción de 20:1.
La reacción que provoca la generación de bicarbonato se da en el plasma de forma natural y muy lentamente, y en el eritrocito (glóbulo rojo) se produce mediante la enzima anhidrasa carbónica que acelera la combinación del dióxido de carbono con el agua para dar ión bicarbonato y protones. Los inhibidores de la enzima anhidrasa carbónica se usan como diuréticos.
La concentración de bicarbonato es mayor en el eritrocito que en el plasma, sin embargo, el anión bicarbonato está cargado negativamente, lo que supone un inconveniente para la salida del bicarbonato del eritrocito. Para compensar esta carga y poder facilitar la salida del bicarbonato, se crea un gradiente de cloruro que entra en el eritrocito. Este mecanismo se llama Desplazamiento del cloruro, de este modo la molécula de hemoglobina mantiene la neutralidad eléctica. Esta es la causa de que la cantidad de cloruro en la hemoglobina sea mayor en la sangre venosa que procede de los tejidos.

El dióxido de carbono interfiere en el transporte de oxígeno. La producción de bicarbonato genera iones H+, que disminuyen el pH, facilitando que la hemoglobina desprenda el oxígeno, del mismo modo, la elevada concentración de dióxido de carbono en los tejidos favorece que la hemoglobina libere las moléculas de oxígeno.
El dióxido de carbono, a veces, reaccionacon el NH2 de las proteínas produciendo enlaces carbamínicos y viajando con ellas.
Cuando la sangre está oxigenada, los protones de la hemoglobina salen para que pueda unirse al oxígeno molecular (O2) con lo que baja el pH exterior. Así se modifca el equilibrio entre el dióxido de carbono y el ión bicarbonato, con lo que se genera CO2.
Cuando la sangre está desoxigenada, sale oxígeno de la hemoglobina, y como ésta sin oxígeno es básica, retiene los protones y hace de amortiguador para evitar que los protones salgan de ella y acidifiquen el medio exterior, generándose ión bicarbonato dentro del eritrocito. Este es el efecto Haldane.
A la hemoglobina oxigenada se le llama oxihemoglobina y la la desoxigenada desoxihemoglobina, cuando la hemoglobina contiene CO2 se le llama carboxihemoglobina.

DIFUSIÓN DE LOS GASES

En los tejidos, la difusión de gases se produce en función de lo señalado anteriormente. Es una difusión pasiva. La presión parcial de oxígeno en los tejidos es menor que la presión parcial de dióxido de carbono, la hemoglobina está cargada de oxígeno. Así, reacciona con el dióxido de carbono y el agua, desplazando al oxígeno y saliendo éste al tejido (efecto Haldane). De este modo , el pH es más ácido por el aumento de protones debido a que el aumento de CO2 en el eritrocito provoca que se genere mucho bicarbonato e iones.
El paso de CO2 a bicarbonato se produce rápidamente en el eritrocito, con lo cual el pH ácido se genera dentro del eritrocito y el bicarbonato está fuera. La salida del bicarbonato se produce por el desplazamiento del cloruro.
A nivel plasmático la concentración de anhidrasa carbónica es muy pequeña, pero existe en los tejidos, de modo que el dióxido de carbono entra rápidamente en el eritrocito.

En los pulmones
En el pulmón la presión parcial de oxígeno es más elevada, el pH es básico y hay pocos protones en el exterior. Igualmente se produce una difusión pasiva.
Debido a la diferencia de presión parcial, el bicarbonato sale de la hemoglobina y por el aumento de la cantidad de bicarbonato en el pulmón, la la reacción se desplaza a la izquierda, por lo que el bicarbonato se rehidrata generando CO2 que se expulsa al epitelio respiratorio.
Al salir el bicarbonato el oxígeno se une a la hemoglobina.
En la pared de los vasos del pulmón existe una cantidad determinada de anhidrasa carbónica que ayuda a que el equilibrio se alcance más rápido, por esta razón el bicarboanto pasa rápidamente a CO2 que es liberado.





EFECTO DE AGENTES TÓXICOS: MONÓXIDO DE CARBONO, NITRATOS Y CLORATOS

Monóxido de carbono
La afinidad de la hemoglobina por el monóxido de carbono es cien veces mayor que la del oxígeno, por lo tanto el monóxido de carbono desplaza fácilmente al oxígen de la hemoglobina, formando carboxihemoglobina casi de manera irreversible, y se produce hipoxia a nivel del tejido porque no entra oxígeno en el cuerpo.

Nitratos y cloratos
El hierro de la hemoglobina está cargado positivamente, Fe+2, porque el Fe+3 no puede transportar oxígeno en la hemoglobina.
Los nitratos y cloratos provocan que la hemoglobina reductasa reduzca el Fe+2 a Fe+3, con lo que la hemoglobina pierde la capacidad de transportar oxígeno. Cuando la hemoglobina contiene Fe+3, se llama metahemoglobina (MeHb) .

Estructura del aparato respiratorio


Estructura del sistema respiratorio
Comprende las vías respiratorias y los órganos respiratorios, a su vez, se dividen en vías respiratorias altas: cavidad nasal y faringe; y vías respiratorias bajas: laringe, traquea y bronquios. Los órganos respiratorios son los pulmones.

Las vías respiratorias tienen la importante función (además del transporte de aire hacia dentro y fuera del organismo) de limpiar, humedecer y calentar el aire inspirado hacia los pulmones, es decir, de acondicionarlo, de manera que cuando llegue a ellos se pueda realizar el intercambio gaseoso eficiente.
Esta función es posible realizarla gracias a que a lo largo de las vías respiratorias existe un epitelio especializado rico en glándulas secretoras de mucus y serosas, además de números cilios que mueve el moco hacia el exterior lo que posibilita la eliminación de partículas extrañas que pudieran ir incluidas en el aire (polvo, gérmenes, etc. ) y que ese se humedezca. Una red vascular de vasos sanguíneos presentes, posibilita que el aire que penetre al árbol respiratorio tome la temperatura corporal.


Vías respiratorias


Conjunto de órganos que participan en la respiración; incluye la nariz, la garganta, la laringe, la tráquea, los bronquios y los pulmones. También se llama aparato respiratorio.




Para que el cuerpo utilice la energía que obtiene de los alimentos es necesario el oxígeno, que se encuentra en el aire mezclado con otros gases.
El aparato respiratorio es el conjunto de estructuras cuya función es la de abastecer de oxígeno al organismo, principalmente al cerebro, mediante la incorporación de aire rico en oxígeno y la expulsión de aire enrarecido por el anhídrido carbónico.
Consta de dos partes: las vías aéreas, con las fosas nasales y los conductos, y los pulmones:
• Fosas nasales (filtra, humedece y calienta el aire).
• Conductos
• Faringe, laringe (cuerdas vocales), tráquea.
• Pulmones
• Bronquios, bronquiolos, alvéolos pulmonares.
• Pleura, lóbulos.
• Diafragma.


Los pulmones forman parte del sistema respiratorio. El sistema respiratorio tiene la función de proveer oxígeno a la sangre, la cual es bombeada por el corazón a través del cuerpo.

Los pulmones remueven el bióxido de carbono (un gas que el cuerpo no necesita) de la sangre. Para respirar, además de los pulmones, hacemos uso de la boca, la nariz, la traquea y el diafragma.
Cuando inhalamos, el aire fresco entra a través de la nariz y la boca y viaja a los pulmones a través de la traquea. Una vez en los pulmones, el aire se mueve a través de una serie de vías respiratorias cada vez más pequeñas. Estas vías respiratorias están recubiertas por cilia (estructuras en forma de pelo) y células que producen moco. La cilia está cubierta por una capa de moco y su movimiento vibratorio sirve para limpiar los pulmones. Las vías respiratorias también están rodeadas por músculo liso. Al final de las vías respiratorias se encuentran unos sacos de aire en forma de uvas, llamados alvéolos. Es en los alvéolos donde el oxígeno pasa a la sangre por donde viaja a todas las células del cuerpo. El bióxido de carbono se mueve de la sangre a los alvéolos y es exhalado. El diafragma es un músculo en forma de cúpula que se encuentra debajo de los pulmones. A medida que el diafragma se contrae y se relaja con cada respiración, la presión dentro de los pulmones cambia y ocasiona que el aire se mueva dentro y fuera de los pulmones.


Alvéolos respiratorios

Definición:
Los alvéolos son sacos recubiertos en su pared interna por líquido y agente tensoactivo, hay aproximadamente 300 millones de ellos en todo el aparato respiratorio, ubicados en las terminaciones de los bronquiolos pulmonares. En ellos se producen el intercambio de gases entre la sangre y el aire inspirado. Este intercambio permite al organismo obtener el gas principal para el mismo (oxígeno).

Alveolo pulmonar es la parte terminal del sistema respiratorio, es el ultimo componente del árbol bronquial, en forma de saco (lobular) corresponde a un sitio en donde se llevan a cabo el intercambio gaseoso entre la sangre y el corazón... o sea que es un sitio de intima relación entre el sistema respiratorio y el circulatorio... es el sitio donde la sangre se enriquece con oxigeno, y el dióxido de carbono es expulsado mediante la difusión en los capilares que rodean los alvéolos.




Intercambio de gases respiratorios
El mecanismo de intercambio gaseoso correcto del organismo con el exterior presenta dos etapas:
La ventilación pulmonar, y
El intercambio de gases en los pulmones
La ventilación pulmonar
Ésta consiste en:
La inspiración, o entrada de aire a los pulmones. Este mecanismo es diferente en distintos grupos de vertebrados:
-En anfibios es una deglución, como si se tragaran el aire.
-En aves por la compresión de los sacos aéreos por los músculos de las alas.
-En mamíferos el aire entra activamente en los pulmones al dilatarse la caja torácica
-La expiración, o salida de aire, se realiza pasivamente

El intercambio de gases en los pulmones
Se realiza debido a la diferente concentración de gases que hay entre el exterior y el interior de los alvéolos; por ello, el O2 pasa al interior de los alvéolos y el CO2 pasa al espacio muerto (conductos respiratorios).
A continuación se produce el intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre.
Cuando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido en CO2 y muy escaso en O2. El O2 pasa por difusión a través de las paredes alveolares y capilares a la sangre. Allí es transportada por la hemoglobina, localizada en los glóbulos rojos, que la llevará hasta las células del cuerpo donde por el mismo proceso de difusión pasará al interior para su posterior uso.

El mecanismo de intercambio de CO2 es semejante, pero en sentido contrario, pasando el CO2 a los alvéolos.
El CO2, se transporta disuelto en el plasma sanguíneo y también en parte lo transportan los glóbulos rojos.

Por respiración generalmente se entiende al proceso fisiológico indispensable para la vida de organismos aeróbicos.
Según los distintos hábitats, los distintos seres vivos aeróbicos han desarrollado diferentes sistemas de intercambio de gases: cutáneo, traqueal, branquial, pulmonar. Consiste en un intercambio gaseoso osmótico (o por difusión) con su medio ambiente en el que se capta oxígeno, necesario para la respiración celular, y se desecha dióxido de carbono, como subproducto del metabolismo energético y vapor de agua.
Los macacos, a consecuencia de tener la glotis más abajo, tienen la habilidad de tragar y respirar a la vez. Esto lo pueden hacer hasta que la necesidad de desarrollar el habla es suficiente como para subir la glotis (interior en la cual están las cuerdas vocales)y ya no tienen tanta maniobralidad a la hora de tragar y respirar a unisono.
Plantas y animales, lo mismo que otros organismos de metabolismo equivalente, se relacionan a nivel macroecológico por la dinámica que existe entre respiración y fotosíntesis. En la respiración se emplean el oxígeno del aire, que a su vez es un producto de la fotosíntesis oxigénica, y se desecha dióxido de carbono; en la fotosíntesis se utiliza el dióxido de carbono y se produce el oxígeno, necesario luego para la respiración aeróbica.
Todos los seres humanos vivimos una primera experiencia al nacer. Al momento de ser separados del cordón umbilical, ese vehículo de alimentación durante la gestación, nos enfrentamos a nuestra primera acción como unidad independiente, cual es: respirar. Aquí, adquirimos esa individualidad que somos dentro de un contexto social, en el que vamos a desarrollar nuestras actividades cotidianas.
Al convertirnos en habitantes de la biosfera (esa delicada franja que cubre nuestro planeta, la cual es apta para la vida de los seres humanos), la respiración se convierte en un suministro continuo de oxígeno, constituyéndose, además, en un alimento vital para la vida. El prescindir de este alimento, por unos segundos o minutos, es fatal. Sabemos por información de los medios de comunicación, sobre casos en los que algunas personas han pasado días o semanas sin comer o beber bajo circunstancias traumáticas y, han logrado sobrevivir. Pero la falta de aire es algo totalmente diferente, este hecho es lo que marca la desaparición como estructura viva.
La respiración no es solamente una actividad de los pulmones. Todo el organismo respira a través del pulmón. Quien captura el oxígeno y quien expulsa el anhídrido carbónico es todo el organismo. Sus miles de millones de células consumen oxígeno incansablemente para liberar de los azúcares la energía necesaria e indispensable para realizar sus actividades.
En el proceso de inhalación, llevamos oxígeno a la sangre y expulsamos el aire con el dióxido de carbono indeseado. En la respiración, también, llevamos consigo una gran cantidad de elementos contaminantes y polvo, pero la nariz cuenta con una serie de filamentos que sirven de filtro para retener aquellos de mayor tamaño. De ahí, que se recomienda realizar el proceso de respiración por la nariz. La boca no cuenta con estos filtros y desde luego no está preparada para retener ese tipo de partículas nocivas para nuestra salud.
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Características respiración externa

Es el intercambio de oxigeno y bióxido de carbono entre el alvéolo y los capilares sanguíneos pulmonares. Origina la conversión de sangre desoxigenada (con mas bióxido de carbono que oxígeno) que proviene del corazón en sangre oxigenada (con mas oxígeno que bióxido de carbono).
Durante la inspiración el aire atmosférico que contiene oxígeno entra a los alvéolos. La sangre desoxigenada se bombea desde el ventrículo derecho a través de las arterias pulmonares hacia los capilares pulmonares para llegar hasta los alvéolos. La presión parcial de oxígeno del aire alveolar es de 105 mmHg, mientras que la presión parcial de oxígeno de la sangre desoxigenada que entra en los capilares es de solo 40 mmHg; por la diferencia entre las presiones parciales de oxígeno, este se difunde desde los alvéolos hacia la sangre desoxigenada hasta que alcanza el equilibrio, por lo que la presión parcial de oxígeno de la sangre recién oxigenada es de 105 mmHg. Mientras el oxígeno se difunde desde el alvéolo hacia la sangra desoxigenada, el bióxido de carbono se difunde en la dirección opuesta
Característica respiración interna
Es el intercambio de oxígeno entre los capilares tisulares y las células; esta origina la conversión de sangre oxigenada en sangre desoxigenada. La sangre oxigenada que entra a los capilares tisulares tiene una presión parcial de oxígeno de 105 mmHg, mientras que las células tiene una presión parcial de oxígeno promedio de 40 mmHg, debido a esta diferencia de presiones el oxígeno se difunde desde la sangre oxigenada a través del líquido intersticial hasta que la presión parcial de oxígeno disminuya hasta 40 mmHg (presión parcial de oxígeno de la sangre desoxigenada).

Diferencia general entre respiración externa e interna

La diferencia mas relevante se efectúa en la conversión de componentes químicos que irrigan la sangre para regular la presión metabólica del corazón “efectuando una función inversa”