La mecánica o física de la respiración. El sistema pulmón-pecho. El papel de los músculos en la respiración. La bomba respiratoria y su funcionamiento. Conoce como se da este importante y vital proceso en nuestro cuerpo y cuál es su explicación fisiológica.
Introducción al proceso biológico de la respiración
El aire entra y sale de los pulmones en respuesta a las diferencias en la presión. Cuando la presión del aire dentro de los espacios alveolares cae por debajo de la presión atmosférica, el aire entra en los pulmones (inspiración), siempre que la laringe esté abierta; cuando la presión de aire dentro de los alvéolos excede la presión atmosférica, el aire es expulsado de los pulmones (espiración).
El flujo de aire es rápido o lento en proporción a la magnitud de la diferencia de presión. Debido a que la presión atmosférica permanece relativamente constante, el flujo se determina por cuánto por encima o por debajo de la presión atmosférica la presión dentro de los pulmones sube o baja.
Las fluctuaciones de la presión alveolar son causadas por la expansión y contracción de los pulmones que resultan de tensar y relajar los músculos del pecho y el abdomen. Cada pequeño incremento de expansión transitoriamente aumenta el espacio que rodea el aire del pulmón.
Hay, por lo tanto, menos aire por unidad de volumen en los pulmones y la presión cae. Se crea una diferencia en la presión de aire entre la atmósfera y los pulmones, y el aire fluye hasta que el equilibrio con la presión atmosférica se restaura a un volumen pulmonar más alto.
Cuando los músculos de la inspiración se relajan, el volumen del pecho y los pulmones disminuye, el aire del pulmón se comprime transitoriamente, su presión aumenta por encima de la presión atmosférica y el flujo a la atmósfera se produce hasta alcanzar el equilibrio de presión en el volumen pulmonar original.
Esta es la secuencia de eventos durante cada ciclo respiratorio normal: el cambio del volumen pulmonar que conduce a la diferencia de presión, dando lugar al flujo de aire dentro o fuera del pulmón y al establecimiento de un nuevo volumen pulmonar.
El sistema pulmón-pecho
Las fuerzas que normalmente causan cambios en el volumen del pecho y los pulmones no sólo provienen de la contracción muscular sino de las propiedades elásticas tanto del pulmón como del tórax.
Un pulmón es similar a un globo en que resiste el estiramiento, tendiendo a colapsar casi totalmente a menos que se mantenga inflado por una diferencia de presión entre su interior y exterior. Esta tendencia del pulmón a colapsarse o alejarse del tórax se puede medir colocando cuidadosamente una aguja romo entre el exterior del pulmón y el interior de la pared torácica, permitiendo así que el pulmón se separe del tórax en este punto en particular.
La presión medida en el pequeño espacio pleural así creado, es sustancialmente inferior a la presión atmosférica en un momento en que la presión dentro del pulmón es igual a la presión atmosférica. Esta presión negativa (por debajo de la atmosférica) es una medida, por lo tanto, de la fuerza requerida para mantener el pulmón distendido.
La fuerza aumenta (la presión pleural se vuelve más negativa) a medida que el pulmón se estira y su volumen aumenta durante la inspiración. La fuerza también aumenta en proporción a la rapidez con que el aire es atraído hacia el pulmón y disminuye en proporción a la fuerza con la que el aire es expulsado de los pulmones.
En resumen, la presión pleural refleja principalmente dos fuerzas: (1) la fuerza requerida para mantener al pulmón inflado contra su retroceso elástico y (2) la fuerza requerida para causar el flujo de aire dentro y fuera del pulmón. Debido a que la presión pleural está por debajo de la presión atmosférica, el aire es aspirado al pecho y el pulmón colapsa (neumotórax) cuando la pared torácica está perforada, como por una herida o por una incisión quirúrgica.
La fuerza requerida para mantener la inflación del pulmón y causar el flujo de aire es proporcionada por el tórax y el diafragma (la división muscular entre el pecho y el abdomen), que a su vez se estiran hacia adentro por la atracción de los pulmones.
El sistema pulmón-pecho actúa así como dos resortes en espiral opuestos, cuya longitud de cada uno es afectada por la otra. Si no fuera por la tracción externa del tórax en los pulmones, éstos colapsarían; Y si no fuera por la tracción hacia adentro de los pulmones en el tórax y el diafragma, el tórax se expandiría hasta un tamaño más grande y el diafragma caería de su posición en forma de cúpula dentro del pecho.
El papel de los músculos
Los músculos respiratorios desplazan el equilibrio de las fuerzas elásticas en el pulmón y el pecho en una dirección u otra mediante la adición de la contracción muscular. Durante la inspiración, la contracción muscular se añade a la fuerza elástica externa del pecho para aumentar la tracción en el pulmón requerido para su estiramiento adicional. Cuando estos músculos se relajan, la retracción adicional del pulmón devuelve el sistema a su posición de equilibrio.
La contracción de los músculos abdominales desplaza el equilibrio en la dirección opuesta aumentando la presión abdominal a la retracción de los pulmones, aumentando así el diafragma y provocando una espiración contundente.
Esta fuerza muscular adicional se elimina durante la relajación y se restaura el volumen original del pulmón. Durante la respiración ordinaria, la contracción muscular se produce sólo en la inspiración, la expiración se realiza "pasivamente" por el retroceso elástico del pulmón.
En la relajación total de los músculos de la inspiración y la espiración, el pulmón se distende a un volumen llamado capacidad residual funcional de aproximadamente el 40 por ciento de su volumen máximo al final de la inspiración completa. La reducción adicional del volumen pulmonar resulta de la contracción máxima de los músculos espiratorios del tórax y del abdomen.
El volumen en estas circunstancias se conoce como el volumen residual; Es alrededor del 20 por ciento del volumen al final de la inspiración completa (conocida como la capacidad pulmonar total). El colapso adicional del pulmón a su "aire mínimo" sólo puede lograrse abriendo la pared torácica y creando un neumotórax.
Las membranas de la superficie del pulmón (pleura visceral) y en el interior del tórax (pleura parietal) se mantienen normalmente en estrecha proximidad (a pesar de la atracción del pulmón y el pecho en direcciones opuestas) por la tensión superficial de la capa delgada de líquido cubriendo estas superficies. La fuerza de este enlace puede ser apreciada por el intento de separar dos superficies lisas, tales como piezas de vidrio, separadas por una película de agua.
La bomba respiratoria y su funcionamiento
La energía gastada en la respiración se utiliza principalmente en el estiramiento del sistema pulmón-pecho y, por tanto, causando el flujo de aire. Normalmente equivale al 1 por ciento de las necesidades basales de energía del cuerpo, pero aumenta considerablemente durante el ejercicio o la enfermedad.
La bomba respiratoria es versátil, capaz de aumentar su producción 25 veces, desde un nivel de reposo normal de aproximadamente seis litros (366 pulgadas cúbicas) por minuto a 150 litros por minuto en adultos.
Las presiones dentro de los pulmones pueden ser elevadas a 130 centímetros de agua (alrededor de 1,8 libras por pulgada cuadrada) por la llamada maniobra de Valsalva, es decir, una contracción forzada del pecho y los músculos abdominales contra una glotis cerrada (es decir, sin espacio entre Las cuerdas vocales).
La velocidad del flujo de aire, que normalmente alcanza los 30 litros por minuto en una respiración silenciosa, puede elevarse voluntariamente a 400 litros por minuto. La tos se realiza al abrir de repente la laringe durante una breve maniobra de Valsalva.
El chorro de aire de alta velocidad resultante es un medio eficaz para limpiar las vías respiratorias de secreciones excesivas o partículas extrañas. El latido de los cilios (proyecciones finas) de las células que recubren las vías respiratorias normalmente mantiene un flujo constante de las secreciones hacia la nariz... la tos resulta sólo cuando esta acción no puede mantener el ritmo con la velocidad a la que se producen secreciones.
Un infante (niño) toma 33 respiraciones por minuto con un volumen corriente (la cantidad de aire que se inhala dentro y fuera en un ciclo) de 15 mililitros, totalizando aproximadamente 0,5 litro, aproximadamente una pinta por minuto en comparación con los valores adultos de 14 respiraciones, 500 mililitros , Y siete litros, respectivamente.
Si la fuerza de la tensión superficial es responsable de la adherencia de las pleuras parietal y visceral, es razonable preguntarse lo que mantiene (también cubiertos de líquido) paredes alveolares de los pulmones se peguen entre sí y eliminando así los espacios aéreos alveolares. De hecho, tal adhesión ocasionalmente ocurre y es una de las complicaciones de los nacimientos prematuros.
Los pulmones normales, sin embargo, contienen una sustancia - un surfactante fosfolípido - que reduce la tensión superficial y mantiene las paredes alveolares separadas.
TEMAS COMPLEMENTARIOS:
Control de la respiración
Sistema Respiratorio.
Sistema respiratorio - intercambio de gases.