Fisiología del aparato respiratorio: mecánica y circulación pulmonar

Fisiología del aparato respiratorio

Mecánica respiratoria

Características anatómicas y funcionales

Sistema de conducción: Las estructuras que van desde la nasofaringe hasta los bronquiolos terminales son importantes para el transporte de aire, su humidificación, calentamiento y filtración de partículas extrañas para el organismo.

Ta) The respiratory system Pharynx Nasal cavity Vocal cords Tongue Upper respiratory tract Esophagus Larynx Trachea Right lung Left lung Lower respiratory tract Right bronchus Left bronchus 20000 DiaphragmCilia move mucus to pharynx Dust particle Mucus layer traps inhaled particles. Watery saline layer allows cilia to push mucus toward pharynx. Cilia Goblet cell secretes mucus. Nucleus of columnar epithelial cell Basement membrane Ciliated epithelium of the tracheaSubdivision and Structure of Intrapulmonary Airways Terminal bronchiole Smooth muscle Segmental bronchus Elastic fibers Alveolus Cartilage Large subsegmental bronchi (about 5 generations) Respiratory bronchioles Bronchi Alveolar ducts Small bronchi (about 15 generations) Acinus Bronchioles Terminal bronchioles Lobule Respiratory bronchioles Acinus 7. Neton Alveolar ducts and alveolar sacs Pores of Kohn Alveolar sacs and alveoli musculo liso,que con la demanda de aire, hara vasodilatacion o vasonstriccionSuperficie de intercambio: Constituida por los bronquiolos respiratorios, conductos y sacos alveolares. 300 millones de alveolos suponen una superficie de intercambio gaseoso superior a 75m2.

(e) La ramificación de las vías aéreas crea unos 80 millones de bronquíolos.

• Laringe La tráquea se ramifica en dos bronquios primarios.
• Tráquea Bronquio primario izquierdo Anillos cartilaginosos El bronquio primario se divide 22 veces más y termina en un grupo de alvéolos. Bronquio secundario Bronquíolo Alvéolos

(f) Estructura de un lobulillo pulmonar. Cada grupo de alvéolos está rodeado por fibras elásticas y una red de capilares. Bronquíolo Rama de la arteria pulmonar Músculo liso Arteria, nervio y vena bronquial Lechos capilares Vaso linfático Rama de la vena pulmonar Fibras elásticas AlvéolosCirculación pulmonar: 5litros/m en resposo Aunque el flujo sanguíneo por la arteria pulmonar es grande, la longitud de los vasos es pequeña y el diámetro es grande (bajas resistencias), por lo que presión en la arteria pulmonar es menor (8/25mmHg) que en las arterias de la circulación general. 80/120 mmhg La presión hidrostática a nivel capilar tambien es baja y en el intersticio hay poco líquido. En consecuencia, la distancia entre el espacio de los alveolos y el endotelio de la capilares es pequeña, facilitando la difusión de los gases.

Right Lung Left Lung 1. Aorta 2 4 2. Innominate artery 4. Left subclavian artery 3. Left 5. Pulmonary artery common carotid artery 5 6 6 8 13 12 11 7. Left auricle 10 12. Tricuspid valve 8. Bicuspid valve 10. Right ventricle 13. Inferior vena cava 14. Right auricle 6. Pulmonary vein 9. Left ventricle 11. Papillary muscle 15. Superior vena cava 3120/80, mean = 93 25/8, mean = 14 Arteries - 30 Systemic circulation Pulmonary circulation - 12 Right atrium Left atrium A 2 5 Right ventricle 25/0 Left ventricle 120/0 Veins Vascular Pressure in Systemic and Pulmonary Circulations (mm Hg) (Bar above figures = mean) 8 Veins - Arteries f. Netter etter .M.D.Saco pleural: Cada pulmón está rodeado por un saco pleural con doble capa cuyas membranas revisten el interior del tórax y la superficie de los pulmones. Las membranas se mantienen unidas por una fina capa de líquido pleural que se deslizan entre sí durante la dinámica respiratoria. El saco pleural forma una doble membrana que rodea al pulmón, similar a un globo lleno de líquido rodeando a un globo lleno de aire. Membrana pleural Globo lleno de aire Espacio aéreo Globo lleno de líquido El volumen del líquido pleural es mucho menor de lo que se muestra en la ilustración. (d) Vista de corte transversal del tórax. Cada pulmón está envuelto en dos membranas pleurales. El esófago y la aorta atraviesan el tórax entre los sacos pleurales. Vista superior Membranas pleurales Esófago Aorta Pulmón derecho Pulmón izquierdo Corazón Cavidad pleural derecha* Cavidad pericárdica* Cavidad pleural izquierda* *Nota: la cavidad pericárdica y las dos cavidades pleurales están llenas de pequeñas cantidades de líquido. en reposo solo los musculos inspiratorios,Músculos respiratorios: Los músculos que limitan la caja torácica o que se insertan en ella son parte fundamental en la respiración.

Muscles of Inspiration Muscles of Expiration Principal Accessory Quiet breathing Active breathing Sternocleido- mastoid (elevates sternum) Expiration results from passive recoil of lungs Scalenus anterior middle posterior (elevate and fix upper ribs) Internal intercostals, except interchondral part External intercostals (elevate ribs) Interchondral part of internal intercostals (also elevates ribs) Abdominal muscles (depress lower ribs, compress abdominal contents) Diaphragm (domes descend, increasing longitudinal dimension of chest and elevating lower ribs) Rectus abdominis External oblique Internal oblique 7. Noter Transversus abdominis

Propiedades físicas del pulmón

En el pulmón se oponen fuerzas que hacen que este tienda a colapsar y fuerzas que hacen que los alveolos nunca se cierren del todo, quedando aire en los pulmones una vez terminada la espiración.

Las fuerzas que llevan en el pulmón hacia el cierre o colapso de los alveolos son:

• El contenido elástico del pulmón (elastina), que produce retracción elástica.
• Tensión superficial del líquido en los alveolos: Los alveolos están revestidos por una capa de líquido. Las moléculas de agua de ese líquido tienden a atraerse (generan tensión superficial) y esas fuerzas cohesivas hacen atraer las paredes alveolares hasta su colapso. Fuerzas que tienden a colapsar la pared alveolar Fuerza cohesiva Molécula de fluido Gabriele JesdinskyDel mismo modo, hay fuerzas que se oponen al colapso:

• La unión del saco pleural a la caja torácica y al pulmón: La membrana parietal y la visceral de la pleura (y el líquido pleural) mantienen el pulmón adherido a la caja torácica, que tira de los pulmones en sentido opuesto a su retroceso elástico.

(a) En el pulmón normal en reposo, el líquido pleural mantiene el pulmón adherido a la caja torácica. D 0 0 I D 0 n Costillas 0 0 P = - 3 mm Hg La presión intrapleural es subatmosférica. 0 0 Líquido pleural Pleura visceral Pleura parietal Diafragma El retroceso elástico de la pared torácica tiende a llevarla hacia afuera. El retroceso elástico del pulmón crea un empuje hacia adentro. (b) Neumotórax. Si la cavidad pleural sellada es abierta a la atmósfera, el aire ingresa. Se rompe el enlace que mantiene al pulmón unido a la pared torácica, y el pulmón colapsa, creando un neumotórax (aire en el tórax). D 0 0 D 0 P = Patm 0 0 n D Cuchillo El pulmón colapsa a su tamaño comprimido. Aire Membranas pleurales La caja torácica se expande levemente. Si la cavidad pleural sellada se abre a la atmósfera, el aire ingresa. c 2019, 2016, 2013, 2012 Pearson Education, Inc. @ 2019 Editorial Médica Panamericana

• Surfactante: esta sustancia lipídica producida por los alveocitos tipo II hace disminuir las fuerzas de cohesión y la tensión superficial del agua. El papel del surfactante Casi siempre, tus pulmones se mantienen inflados gracias a un fluido llamado surfactante, producido por células especializadas y compuesto por proteinas de grasa. Además, se cree que juega un rol importante en la prevención de las infecciones pulmonares. Airway Normal alveoli -Lung Collapsed alveoli Normal alveoli Collapsed alveoli (g) Estructura alveolar Capilar Fibras elásticas Célula alveolar tipo I para intercambio de gases Célula endotelial del capilar Célula alveolar tipo II que sintetiza surfactante Líquido intersticial limitado Macrófago alveolar que ingiere sustancias extrañas ·Sin surfactante los alvéolos están recubiertos de un líquido acuoso, pero como las moléculas que lo componen se cohesionan, las paredes alveolares se arrastran hacia dentro y pueden llegar a colapsarse. Fuerzas que tienden a colapsar la pared alveolar Fuerza cohesiva O Molécula de fluido Alvéolo ·Con surfactante Ciertas células de la pared alveolar segregan moléculas de surfactante, las que reducen la cohesión al pasar entre el fluido. Asi, los alvéolos permanecen inflados para permitir el paso del aire. Pared alveolar estable Moleculas surfactantes Fuerzas reducidas entre las moléculas de fluido

Ventilación pulmonar

Ciclo respiratorio: inspiración y espiración

El flujo de aire ocurre en la dirección del gradiente de presión, fluyendo desde el punto de mayor a menor presión.

Según la Ley de Boyle, cuanto mayor sea el volumen en el que se distribuya un gas, tanto menor será su presión (relación inversa).

Boyle's Law: P1V1 = P2V2 Decreasing volume increases collisions and increases pressure. V1 = 1.0L P = 100 mm Hg V2 = 0.5 L P2 = 200 mm HgDurante la respiración, el cambio del volumen torácico hace cambiar el volumen de aire en los alveolos y, por lo tanto, la presión alveolar. Así, durante la inspiración aumenta el volumen torácico y la presión alveolar disminuye respecto a la presión atmosférica, penetrando el aire hacia los pulmones a favor del gradiente de presión. En la espiración ocurre lo contrario.

Inspiración Espiración Inspiración Espiración +2 A4 +1 Tráquea Presión alveolar (mm Hg) A1 0 A3 A5 -1 A2 -2 B3 -3 -4 -5 Diafragma Cavidad pleural derecha Cavidad pleural izquierda 750 reposo 500 C2 250 C1 Cal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Tiempo (s) Normalmente, la espiración es 2-3 veces más larga que la inspiración (en este gráfico ideal no se muestra en escala). Bronquios B. Pulmón Presión intrapleural (mm Hg) -6 B2 Volumen de aire movilizadoLa inspiración es un proceso activo que necesita energía. En la respiración en reposo, la contracción del diafragma aumenta el diámetro vertical del tórax, aumentando el volumen de esta caja en un 60-75%. Asimismo, las contracciones de músculos intercostales externos y del escaleno llevan las costillas y el esternón hacia arriba y hacia adelante, aumentando el diámetro torácico antero-posterior y lateral de la caja torácica.

V Además, cuando se necesita una mayor ventilación los músculos auxiliares (serrato anterior, esternocleidomastoideo) ayudan a aumentar el volumen del tórax.

(b) Inspiración: el volumen torácico aumenta. El diafragma se contrae y se aplana. (c) Espiración: el diafragma se relaja, el volumen torácico disminuye. Durante la inspiración, las dimensiones de la cavidad torácica aumentan. Vértebras Esternón Costilla Vista lateral: El movimiento de "bombeo" aumenta la dimensión anteroposterior de la caja torácica. El movimiento de la manija en una bomba manual es análogo al movimiento de elevación del esternón y las costillas. Vértebras Costilla Esternón Vista frontal: El movimiento en "asa de balde" aumenta la dimensión lateral de la caja torácica. El movimiento del "asa del balde" hacia arriba y afuera es un buen modelo del movimiento lateral durante la inspiración.