 Aparato respiratorio
Respiración celular
Es una reacción de oxidación/combustión:
Glúcidos + Lípidos + Proteínas + O2 = CO2 + H2O + NH4+
En esta reacción se libera energía, procedente de la rotura de los enlaces químicos de los nutrientes.
La energía liberada se almacena en forma de ATP (adenosín trifosfato), un ribonucleótido que constituye la moneda energética.
Cuando necesitamos energía, tenemos que romper los enlaces fosfato del ATP. Cada enlace proporciona 7,3 kcal/mol.
En esta reacción se obtiene NH4+ (amonio), muy tóxico debido a que eleva el pH hasta aprox. 9,5 = incompatible con la vida. Por esto, el amonio resultante va al hígado, donde se transforma en urea, que va a la sangre y se elimina por la orina.
Funciones
El aparato respiratorio tiene como función principal la de introducir O2 en nuestro cuerpo y expulsar CO2. El O2 se coge del aire y va a las células. El CO2, resultante de la respiración celular, se expulsa al exterior.
La composición del aire es 78% N2, 21% O2 y trazas de CO2, argón, etc. Estamos dotados para poder aprovechar el O2 del aire, pero no el N2. Existen ciertas enzimas que pueden fijar el N2 atmosférico, debido a la nitrogenasa, que lo fija.
Anatomía
El aire entra por las fosas nasales, ya que el aire debe llegar a los alveolos limpio, caliente y húmedo. Los pelos absorbentes filtran las partículas de polvo, el mucus humedece el aire y la pituitaria roja (vasos sanguíneos) lo calientan.
El aire pasa a la faringe y de ahí a la laringe.
Es un tubo de unos 3-4 cm de longitud, compuesto por hueso y cartílago (epiglotis o cartílago tiroides). El hueco central se denomina glotis, + o – dilatada según las cuerdas vocales falsas. Glotis + abierta = sonido grave; + cerrada = sonido agudo.
Debajo de las falsas están las cuerdas vocales verdaderas, que al salir aire vibran. Según el volumen de aire producen unos sonidos u otros.
Tubo de unos 15 cm. Las paredes son tejido epitelial pseudoestratificado ciliado y están protegidas por los anillos cartilaginosos, abiertos por detrás para dejar espacio al esófago.
La tráquea se bifurca en dos bronquios que van a los pulmones por el hilio pulmonar. Los bronquios de bifurcan en bronquiolos (sin anillos) y luego acaban en los alveolos pulmonares.
Constituidos por las tuberías (bronquios/bronquiolos), vasos sanguíneos, tejido conjuntivo y aire (espacio intrapleural). Están rodeados por las pleuras, mesotelio con líquido pleural. El mediastino es el espacio entre los dos pulmones.
El pulmón izquierdo es + pequeño que el derecho ya que deja espacio al corazón.
Son unos sacos rodeados de vasos sanguíneos para el intercambio gaseoso. Las paredes son tejido epitelial simple cúbico = facilita intercambio. Existen un 400.000 en total, para aumentar la superficie de intercambio.
La humedad del aire hace que las paredes del alveolo tiendan a pegarse, es lo que se denomina presión colapsante. Es inversamente proporcional al tamaño del alveolo.
Entre las células epiteliales de los alveolos están los neumocitos I y II. Los neumocitos I se encargan de fabricar la sustancia surfactante, un fosfolípido que disminuye la tensión superficial, haciendo menor la presión colapsante. Los neumocitos II son macrófagos alveolares, que se encargan de fagocitar agentes patógenos.
Frecuencia respiratoria
Es el número de ciclos respiratorios en reposo, en 1 minuto generalmente. Normalmente, unos 17. En cada inspiración y espiración, movemos medio litro de aire. El volumen de reserva inspiratoria es 3 litros (inspiración forzada). La capacidad inspiratoria es de 3,5 litros.
Ventilación pulmonar
Engloba el ciclo respiratorio (inspiración, espiración). En ella intervienen músculos como los pectorales, el diafragma o los intercostales.
Fases del ciclo respiratorio
No entra ni sale aire. La presión del aire fuera es igual a la de dentro. Aunque la presión del espacio intrapleural es – que la del alveolo, no entra aire al alveolo debido a que la pared alveolar aguanta la presión y sujeta.
Aquí, el diafragma se contrae y baja, los músculos intercostales se contraen y el esternón tira hacia afuera = + volumen de la caja torácica.
Entra aire a los alveolos debido a que la presión fuera es mayor que dentro, cumpliéndose la ley de Boyle. Esto aumenta el volumen del alveolo, que teniendo el mismo aire, disminuye la presión y entra el aire.
Aquí, el diafragma se relaja y sube, los músculos intercostales se relajan y el esternón vuelve a su sitio = - volumen de la caja torácica.
Sale el aire debido a que la presión fuera es menor que la que hay dentro, cumpliendo la ley de Boyle.
Se produce por difusión simple un tipo de transporte pasivo que va de donde + concentración a donde – (a favor de gradiente).
El O2 pasa de los alveolos a la sangre y el CO2 de la sangre a los alveolos por la ley de Boyle (de más a menos concentración). También se da esto en el intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y las células.
Antes de pasar por el alveolo, la sangre viene con más CO2 que O2, y al pasar por el alveolo (contiene más O2 que CO2), se descarga a favor de gradiente y sale con más O2 que CO2.
Transporte de O2 en sangre
Un 2% va disuelto en la sangre y el 98% restante unido a la hemoglobina. La hemoglobina es una proteína plasmática (heteroproteína) con estructura cuaternaria, cuyo grupo prostético es el grupo hemo (anillo tetrapirrólico).
Estos grupos hemo son los que cogen el O2, por lo que cada hemoglobina puede transportar como máximo a cuatro moléculas de O2.
La sangre arterial es la que tiene un 100% de O2. La venosa tiene sobre un 75%.
Saturación de la hemoglobina
Indica la cantidad media de O2 que contiene la hemoglobina (100% = 4 O2). Está representada por una gráfica, la curva de disociación O2-hemoglobina. Esta dice que a + presión parcial de O2, + saturación de la hemoglobina. La P50 es la presión de O2 cuando la hemoglobina esta semisaturada. Es una gráfica similar a la de las enzimas.
En la zona de los alveolos, la hemoglobina debe tener mucha apetencia por el O2 para retener el O2 que llega de los alveolos. Sin embargo, en la zona con las células, debe tener poca apetencia para que suelte fácil el O2 a las células.
Cuando tiene más afinidad, la gráfica se desplaza a la izquierda, siendo la P50 + pequeña = + eficacia. Cuando tiene menos afinidad, va a la derecha, siendo la P50 + grande = - eficacia.
Factores de desplazamiento a la izquierda
Baja PCO2 y bajo pH.
Bajas temperaturas: en reposo, nuestra temperatura es baja y no necesitamos aporte de O2, por lo que la hemoglobina lo coge fuerte.
Bajo 2,3-difosfoglicerato: no compite con el O2 por la hemoglobina.
Factores de desplazamiento a la derecha
Alta PCO2 y alto pH.
Altas temperaturas: cuando hacemos deporte nuestra temperatura es alta, y necesitamos mucho aporte de O2, por lo que la hemoglobina lo suelta fácil.
Alto 2,3-difosfoglicerato: compite con el O2 por la hemoglobina y facilita la suelta de O2.
Transporte de CO2 en sangre
El 90% se transporta disuelto en forma de bicarbonato (HCO3-). Un 5% disuelto y un 3% en forma de carbaminohemoglobina (unido a la hemoglobina).
Cuando sale el CO2 de los tejidos a la sangre, va a los glóbulos rojos donde mediante la anhidrasa carbónica, el CO2 se transforma en HCO3-, que sale a la circulación intercambiado por Cl-, que entra al glóbulo.
Cuando sale el CO2 de la sangre al alveolo, la reacción es al revés, entra HCO3- al glóbulo intercambiado por Cl-, y al final se obtiene CO2 que sale del glóbulo y pasa a los alveolos.
Regulación de la respiración
Tiene lugar en el tallo encefálico, en el bulbo raquídeo y la corteza cerebral. Existen unos quimiorreceptores en las grandes arterias (carótida/aorta) que detectan cambios de la presión del CO2 en sangre y envían esta información al bulbo raquídeo.
El bulbo envía la información a nervios motores que van al diafragma, los músculos intercostales o los pectorales y estos realizan una función concreta.
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