Respiración, Regulación de

Definición

La regulación de la respiración es el resultado de una interacción compleja que involucra un sistema de sensores, un centro de control respiratorio y un sistema efector para llevar a cabo sus comandos a los músculos y órganos involucrados en la respiración.

Descripción

En el cuerpo, las células obtienen su energía combinando oxígeno con varios nutrientes, produciendo dióxido de carbono como producto de desecho. Por lo tanto, necesitan un suministro constante de oxígeno y también necesitan que se elimine el dióxido de carbono. Esto se logra mediante la respiración, también conocida como respiración o ventilación, términos utilizados por los fisiólogos para referirse a la inhalación y exhalación de aire.

La respiración se inicia espontáneamente en el sistema nervioso central y es realizada por el sistema respiratorio del cuerpo. El propósito general de este sistema es permitir que el cuerpo inhale el aire que contiene oxígeno y exhale el dióxido de carbono dañino producido por las reacciones metabólicas.

El aire contiene un 21% de oxígeno como gas componente. El aire se inhala en el cuerpo a través de la boca y la nariz. Luego pasa por la garganta y la laringe (laringe), a través de la tráquea (tráquea), que se divide en dos vías respiratorias principales que conducen a los pulmones derecho e izquierdo . Los dos conductos se dividen de nuevo en los pulmones en ramas más pequeñas (bronquios) que se separan en otras aún más pequeñas (bronquiolos o conductos alveolares), muy similares a las ramas de un árbol. Estos conductos de aire contienen pequeños sacos de aire en sus extremos llamados alvéolos. Hay aproximadamente 150 millones de alvéolos en los pulmones humanos. Tienen paredes muy delgadas que liberan el oxígeno en la sangre, recibiendo a cambio su dióxido de carbono, que luego se exhala fuera de los pulmones a través del mismo camino que conduce de regreso a la nariz y la boca.

La respiración es un proceso automático que se desencadena en un área compleja del cerebro llamada tronco encefálico, una parte del cerebro que se conecta con la médula espinal y sus nervios. El tronco encefálico contiene el centro de control respiratorio involuntario. Esto significa que la respiración es más una actividad refleja que una actividad basada en la voluntad, lo que significa que sucede sin que tengamos que pensar en ello o decidir que debe ocurrir. La respiración es, de hecho, un reflejo tan fuerte que es muy difícil dejar de respirar voluntariamente por cualquier período de tiempo.

Función

El centro de control respiratorio del tronco encefálico regula la respiración con la ayuda de nervios, músculos y sensores especiales llamados quimiorreceptores. Los quimiorreceptores son células especializadas que pueden detectar sustancias químicas en el cuerpo y transmitir esa información a los nervios que forman parte del sistema nervioso central para transmitirla al centro de control respiratorio. De esta manera, la respiración se controla y ajusta constantemente para mantener el pH adecuado y la presión parcial de oxígeno en la sangre arterial, es decir, la sangre que proviene del corazón y que contiene los niveles más altos de oxígeno para su distribución en el cuerpo. La regulación de la respiración es un mecanismo de control homeostático, lo que significa que busca mantener la estabilidad del entorno interno del cuerpo a través de mecanismos de retroalimentación negativa. Por ejemplo, los altos niveles de dióxido de carbono en el cuerpo activan automáticamente una respiración más rápida y profunda, lo que a su vez disminuye el nivel de dióxido de carbono al aumentar la ingesta de oxígeno.

El centro de control respiratorio es el área central de control para la respiración. Recibe información de otras partes del cuerpo y produce una respuesta coordinada automática. La respuesta es una reacción que hace que los diversos órganos y músculos involucrados en la respiración y ubicados en diferentes partes del cuerpo actúen juntos. Se encuentra en la parte inferior del tronco encefálico, llamada médula oblonga, una estructura en forma de cuchara conectada con la médula espinal. La médula contiene células nerviosas especiales para respirar (neuronas). Un tipo son las neuronas inspiratorias, que están activas durante la inhalación e inactivas durante la exhalación. El otro tipo son las neuronas espiratorias, que están activas durante la exhalación e inactivas durante la inhalación. Estos dos grupos de neuronas generan un ciclo automático de inhalación y exhalación. Este ciclo automático se puede modificar o incluso detener temporalmente, dependiendo de la información recibida por el centro de control respiratorio de una variedad de orígenes, como reflejos de los pulmones y las vías respiratorias, información de los quimiorreceptores y comandos de otras áreas del cerebro.

Los principales centros que proporcionan la información requerida por el centro de control respiratorio para regular la respiración son los siguientes:

• quimiorreceptores centrales. Los quimiorreceptores centrales se encuentran en la parte inferior del cuarto ventrículo (región del tronco encefálico) y responden a la acidez (o pH) del líquido cefalorraquídeo (LCR), el líquido que baña el cerebro y la médula espinal. La acidez de cualquier fluido se mide por el pH; este valor está relacionado con el número de iones de hidrógeno presentes en el fluido. El pH normal del cuerpo es de 7,4; valores superiores representan condiciones alcalinas en el cuerpo, lo que significa una menor cantidad de iones de hidrógeno, y valores de pH inferiores a 7,4 representan condiciones ácidas, lo que significa una mayor cantidad de iones de hidrógeno. Por lo tanto, cuando cambia la acidez del LCR, los mensajes enviados por los quimiorreceptores centrales al centro de control respiratorio tienen un efecto en la respiración.
• Quimiorreceptores arteriales periféricos. Hay dos tipos de quimiorreceptores periféricos: los cuerpos carotídeos y los cuerpos aórticos. Son pequeños trozos de tejido que contienen quimiorreceptores que responden a las cantidades de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre arterial. Los cuerpos carotídeos están ubicados donde la arteria carótida común se divide en las dos arterias carótidas a ambos lados del cuello. Los cuerpos aórticos se encuentran en la aorta, el vaso sanguíneo más grande del cuerpo, que comienza en el corazón. La información de los cuerpos carotídeos se transporta a lo largo del noveno nervio craneal y la información del cuerpo aórtico se transmite a lo largo del décimo nervio craneal al centro de control respiratorio. Se cree que la información de los cuerpos carotídeos afecta la regulación inmediata de la respiración, respiración por respiración, por el centro de control respiratorio.
• Cerebro. La respiración también puede ser voluntaria, que está influenciada por otras partes del cerebro, especialmente la corteza cerebral, la parte del cerebro donde residen los procesos del pensamiento y son responsables de la acción voluntaria. Todos podemos respirar conscientemente más profunda y rápidamente (hiperventilación), como por ejemplo, antes de comenzar un ejercicio pesado . Las emociones fuertes también pueden provocar hiperventilación.
• Pulmón. Hay varios receptores ubicados en el pulmón que también pueden afectar la respiración. Por ejemplo, un tipo de receptor en los bronquios responde a sustancias inhaladas irritantes y causa tos, retención de la respiración y estornudos. Otros receptores ubicados en los tejidos flexibles del pulmón y la pared torácica son sensibles al estiramiento. El papel exacto que desempeñan estos receptores en la regulación de la respiración no se comprende completamente, pero se cree que son responsables de varios reflejos que se han descubierto en estudios de laboratorio realizados en animales. Estos son reflejos de estiramiento que ocurren cuando el pulmón y la pared torácica se distienden para evitar una mayor inhalación. Además, cuando el volumen de aire es bajo en los pulmones, entonces hay reflejos opuestos.

Después de recibir información, el centro de control respiratorio necesita una vía para enviar sus mensajes reglamentarios. Esto lo hacen nervios especiales, llamados nervios eferentes. Salen del centro de control respiratorio y pasan por la médula espinal al diafragma, a los músculos ubicados entre las costillas (músculos intercostales) y a otros músculos ubicados en el cuello y utilizados para respirar. El diafragma es un músculo delgado en forma de sábana ubicado en la parte inferior de la cavidad torácica, debajo de los pulmones y el corazón, y es el músculo más importante que participa en la respiración. Cuando una persona inhala, el diafragma se contrae y se mueve hacia abajo, estirando así la cavidad que contiene los pulmones (tórax o cavidad torácica), mientras que los músculos intercostales se contraen y ensanchan la cavidad torácica, lo que hace que el aire llene los pulmones a través de la succión. Cuando una persona exhala, el diafragma y los músculos intercostales se relajan, lo que disminuye el tamaño de la cavidad torácica y obliga a que el aire salga de los pulmones. Durante la respiración normal, la inhalación es un proceso muscular activo. La exhalación es pasiva y depende de la elasticidad natural de los tejidos para desinflar el pulmón.

Papel en la salud humana

La respiración es una actividad esencial del cuerpo, necesaria para mantener la vida. Si se detiene, la muerte sigue rápidamente. Por lo tanto, la regulación de la respiración también es esencial, lo que significa que cualquier interrupción de esta función afectará la capacidad respiratoria del cuerpo, con consecuencias dependiendo de la magnitud del deterioro.

Enfermedades y trastornos comunes

Si la tasa de ingesta de oxígeno y de eliminación de dióxido de carbono no coincide con la entrega de la primera y la eliminación de la segunda, se produce un desequilibrio que puede dar lugar a anomalías respiratorias asociadas con enfermedades graves como neumonía (inflamación de los pulmones), enfisema (acumulación excesiva y anormal de aire en los pulmones como resultado de una reducción del área de las membranas pulmonares), insuficiencia cardíaca , anemia (falta de glóbulos rojos en la sangre, lo que resulta en oxígeno insuficiente) y asma (estrechamiento de los bronquios). Las siguientes condiciones son el resultado de tales desequilibrios:

• Hipoxia. También conocida como anoxia. Significa «sin oxígeno» y se usa para describir una condición de suministro insuficiente de oxígeno a las células del cuerpo.

TÉRMINOS CLAVE

Acidez: Se refiere a un compuesto ácido o ácido. Cuando se disuelven en agua, los ácidos producen iones de hidrógeno.

Tronco encefálico: parte más baja del cerebro que se conecta con la médula espinal. Es un centro neuronal complicado con varias vías neuronales entre el cerebro, la médula espinal, el cerebelo y las funciones motoras y sensoriales de la cabeza y el cuello. Consiste en la médula oblonga, la parte responsable del control cardíaco y respiratorio, el mesencéfalo, que está involucrado en las funciones corporales involuntarias básicas, y el puente, donde se originan algunos nervios craneales.

Vías respiratorias de bronquios en los pulmones.

Sistema nervioso central (SNC): En los seres humanos, el SNC está formado por el cerebro, los nervios craneales y la médula espinal.Líquido cefalorraquídeo (LCR): un líquido transparente que contiene pequeñas cantidades de azúcar (glucosa) y proteínas. El LCR llena el cerebro y el canal central de la médula espinal y su pH normal es de 7,4. Cualquier cambio de este valor es detectado por quimiorreceptores.

Quimiorreceptores: células especializadas que pueden detectar sustancias químicas en el cuerpo y transmitir esa información al sistema nervioso central. Las sustancias detectadas pueden ser externas, como cuando un individuo huele o prueba algo, o pueden ser internas, como el oxígeno o el dióxido de carbono presente en la sangre.

Nervio craneal – En los seres humanos, hay 12 nervios craneales. Están conectados al tronco encefálico y básicamente controlan la cabeza, así como ayudan a regular los órganos de las cavidades torácica y abdominal.

Diafragma: músculo delgado en forma de lámina ubicado debajo de los pulmones y el corazón en la parte inferior de la cavidad torácica y que lo separa del abdomen. El diafragma es un músculo respiratorio que permite que el aire entre y salga de los pulmones moviéndose hacia arriba y hacia abajo. Cuando el diafragma se mueve hacia abajo, la persona inhala. Cuando el diafragma se mueve hacia arriba, la persona exhala.

Homeostasis —Estabilidad del entorno interno del cuerpo, lograda por un sistema de sistemas de control integrados activados por sistemas de retroalimentación. Por ejemplo, los altos niveles de dióxido de carbono en el LCR desencadenan una ventilación más fuerte en los pulmones, lo que a su vez disminuye el nivel de dióxido de carbono al aumentar la ingesta de oxígeno.

Actividad involuntaria-Actividad que no está bajo la influencia o el control de la voluntad.

Pulmones: Par grande de órganos respiratorios o respiratorios ubicados en el pecho. Los pulmones llevan el oxígeno presente en el aire inhalado a la sangre y eliminan el dióxido de carbono tóxico de la sangre.

Metabolismo-La suma de todos los procesos físicos y bioquímicos que ocurren en el cuerpo para producir lo que se requiere para mantener la vida. Esto incluye la transformación de nutrientes en energía y el uso de energía por el cuerpo.

Quimiorreceptores periféricos-Quimiorreceptores no localizados en el tronco encefálico. Hay dos tipos: los cuerpos aórticos ubicados en la aorta, la arteria más grande del cuerpo, y los cuerpos carotídeos ubicados en las arterias carótidas que pasan a ambos lados del cuello, llevando sangre oxigenada de la aorta al cerebro.

pH-Una medida de la acidez de una solución, o de su concentración de iones de hidrógeno. En el cuerpo humano, la solución puede ser la sangre o el líquido cefalorraquídeo. El pH normal de los fluidos corporales es de 7,4.

Reflejo —Acción o movimiento del cuerpo que es la suma de la actividad involuntaria.

Respiración: En los seres humanos, la respiración, es decir, la inhalación de aire que contiene oxígeno y la exhalación de aire que contiene dióxido de carbono. También puede referirse al intercambio de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre. El término respiración tiene otro significado en bioquímica, donde se refiere a las complejas reacciones químicas que ocurren en el cuerpo, llamadas reacciones de oxidación, por las cuales las sustancias químicas transfieren electrones y convierten la energía en formas necesarias para mantener la vida.

Sistema respiratorio: Los órganos que participan en la respiración: la nariz, la garganta, la laringe, la tráquea, los bronquios y los pulmones.

Tráquea: la tráquea, un tubo hecho de fibra y cartílago que conecta la laringe con los bronquios.

Ventilación: Aire que entra y sale del cuerpo. La ventilación pulmonar se refiere al intercambio de aire entre los pulmones y el aire ambiente y la ventilación de los alvéolos se refiere al intercambio de oxígeno y dióxido de carbono con la sangre.

• Hipoxia hipóxica. Esta condición se caracteriza por un suministro inadecuado de oxígeno a la sangre arterial y una presión parcial anormalmente baja de oxígeno en las arterias. La cianosis (coloración azulada de la piel y las membranas) es un síntoma importante, debido a los niveles más bajos de hemoglobina, la proteína que transporta el oxígeno en la sangre.
• Hipoxia estancada. Esto es un fallo en el transporte de oxígeno a los tejidos y se debe a un flujo sanguíneo lento, como puede ocurrir con la insuficiencia cardíaca.
• Hipoxia anémica. En la hipoxia anémica, la presión parcial de oxígeno en las arterias es normal, pero el contenido de oxígeno de la sangre arterial es más bajo de lo normal.
• Hipercapnia. Esto significa un exceso de dióxido de carbono.
• Acidosis. Aumento de la cantidad de iones de hidrógeno (acidez) en la sangre y el líquido cefalorraquídeo, lo que provoca acidosis respiratoria. Ocurre cuando los pulmones no se ventilan adecuadamente y produce cantidades excesivas de dióxido de carbono en la sangre. Se ha demostrado que los cuerpos carotídeos no funcionales causan acidosis.Alcalosis. Pérdida de iones de hidrógeno en la sangre y el líquido cefalorraquídeo, lo que conduce a alcalosis respiratoria, lo que significa pérdida excesiva de dióxido de carbono del cuerpo. Un líquido cefalorraquídeo alcalino inhibe el centro de control respiratorio.

Recursos

LIBROS

Adams, Francis V. The Breathing Disorders Sourcebook. Verulam Publishing Ltd, 1999.

Albert, R. K. et al, eds. Medicina Respiratoria Integral. San Louis: Mosby, 1999.

Murray, J. F. Libro de texto de Medicina Respiratoria. St. Louis: WB Saunders, Harcourt, 2000.

PUBLICACIONES PERIÓDICAS

Zwillich, C. W. » El control de la respiración en la práctica clínica.»Chest 117 (Enero de 2000): 205-225.

OTROS

American Lung Association. 1740 Broadway Nueva York, NY 10019. (212) 315-8700. <http://www.lungusa.org>.

Monique Laberge, Ph. D.