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Anatomía y fisiología esenciales del sistema respiratorio
El sistema respiratorio es maravillosamente complejo y mantiene una de las funciones más vitales del organismo humano: la respiración. El bienestar de todo el organismo depende en sumo grado del funcionamiento adecuado de cada detalle de la respiración (el proceso en que el organismo recibe oxígeno, lo distribuye a las células de todo el cuerpo y libera dióxido de carbono como subproducto). El sistema respiratorio no solo tiene que operar de forma eficiente, sino que debe protegerse de los irritantes ambientales y las infecciones. El propósito principal de los pulmones consiste en facilitar el intercambio de oxígeno del aire que respiramos con el dióxido de carbono liberado por las células del organismo. La circulación sanguínea transporta oxígeno a las células del organismo y devuelve el dióxido de carbono a los pulmones para que estos lo expulsen. De ese modo, el corazón y el sistema circulatorio también desempeñan un papel decisivo en la respiración.
La respiración es un proceso dividido en cuatro fases. La primera consiste en respirar, y también recibe el nombre de ventilación pulmonar. Se divide a su vez en inspiración (inhalación) y espiración (exhalación) del aire. Esa función vital es controlada por unas estructuras cerebrales conocidas como bulbo raquídeo (médula oblonga) y pons (puente de Varolio). Esas estructuras, situadas en el tallo cerebral, envían impulsos nerviosos que estimulan los músculos que controlan el proceso de respiración (los músculos torácicos y el diafragma). El control de la respiración por el sistema nervioso es un proceso predominantemente involuntario (automático), pero se puede controlar de forma voluntaria cuando sea necesario. Ese aspecto voluntario se hace notar sobre todo en la interrupción de la respiración, por ejemplo, al toser o al aguantar la respiración.
En la segunda fase de la respiración, conocida técnicamente como respiración pulmonar o externa, se produce un intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre los pulmones y la sangre. El oxígeno se transfiere de los pulmones a la sangre para ser distribuido a los tejidos de todo el organismo. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono se elimina de la sangre para ser expulsado al espirar. La transferencia eficiente del oxígeno depende de la presencia de cantidades suficientes de hemoglobina en los glóbulos rojos, que tienen la función de transportar el oxígeno de los pulmones a los tejidos. Por eso las personas anémicas, cuyos niveles de hemoglobina son poco óptimos, tienen problemas adicionales que complican su situación con la EPOC.
La tercera fase de la respiración, que no tiene lugar en los pulmones, se denomina respiración interna (de los tejidos). Esta fase implica el intercambio de gases entre la sangre y los tejidos del organismo.
La cuarta y última fase, la respiración celular, ocurre dentro de las células del organismo. Mediante este proceso, el organismo utiliza el oxígeno que ha obtenido de la sangre para producir energía y sostener la actividad metabólica. Así, el organismo desecha dióxido de carbono.
ANATOMÍA GENERAL DE LOS PULMONES
Los pulmones son órganos elásticos, esponjosos, que se encuentran en la cavidad torácica. Los pulmones están protegidos por la parrilla costal. Su parte superior llega un poco más arriba de la clavícula y su base, de forma levemente curva, encaja en el diafragma (la estructura muscular que se interpone entre las cavidades torácica y abdominal). El pulmón derecho es un poco más corto que el izquierdo para dejar el espacio necesario al hígado, que se encuentra justo por debajo del diafragma que lo separa del pulmón derecho.
Fig. 1. El sistema respiratorio y las estructuras conexas.
Una membrana de dos capas, compuesta principalmente por tejido elástico (la membrana pleural), encierra y protege los pulmones dentro de la cavidad torácica. La membrana interior, denominada pleura visceral, reviste los pulmones propiamente dichos. La membrana exterior, o pleura parietal, se encuentra en contacto con la pared de la cavidad torácica. Una fina película líquida (denominada líquido pleural) ocupa el espacio entre las dos membranas para que sus superficies puedan deslizarse fácilmente una contra otra durante la inspiración y la espiración.
El pulmón derecho está compuesto por tres lóbulos y el izquierdo por dos. Además, el pulmón derecho se divide en diez secciones y el izquierdo se divide en nueve. Esas subdivisiones seccionales constituyen lo que se puede considerar como un mapa tridimensional que permite lograr una mayor precisión al referirse a puntos específicos dentro de los pulmones.
VÍAS POR DONDE PASA EL AIRE A TRAVÉS DEL SISTEMA RESPIRATORIO
El sistema respiratorio comienza en las fosas nasales, por donde el aire entra en la cavidad nasal y avanza hacia la nasofaringe (el conducto que conecta la nariz con la garganta). Al pasar por las estructuras de la cavidad nasal, el aire va siendo filtrado por los gruesos vellos nasales, mientras su nivel de temperatura y humedad aumenta gracias a la membrana mucosa, altamente vascularizada. De la nasofaringe, el aire sigue bajando por la orofaringe y la laringofaringe (la parte posterior de la boca y la garganta) hasta la laringe (la caja sonora) y la tráquea. Esta, a su vez, es un tubo compuesto por cartílagos que mide unos 10 cm a partir de la laringe. En ese punto, la tráquea se ramifica en dos túbulos bronquiales primarios. Esos túbulos (los bronquios primarios derecho e izquierdo) son las dos primeras ramificaciones principales del árbol bronquial.
Cuando los bronquios primarios entran en los pulmones, comienzan a ramificarse en bronquios secundarios o lobulares, que son más pequeños. Estos se dividen y se ramifican en bronquios terciarios, que también se dividen en tubos aun más pequeños denominados bronquiolos que, a su vez, siguen dividiéndose en ramificaciones más pequeñas. A la larga se convierten en diminutos bronquiolos terminales que luego se dividen en bronquiolos respiratorios. Estos al final terminan en agrupaciones de sacos aéreos que contienen alveolos individuales.
Los alveolos son diminutas cavidades que contienen aire y están al final de las vías respiratorias en los pulmones. Cada pulmón tiene aproximadamente 300 millones de alveolos, que esencialmente son una burbuja de aire rodeada por una red de vasos capilares (vasos sanguíneos diminutos).
Fig. 2. Dos acinos, que muestran un bronquiolo terminal que se divide en dos bronquiolos respiratorios con los conductos alveolares y los alveolos.
Los alveolos están conectados con los bronquiolos respiratorios mediante pasajes denominados conductos alveolares. Cuando dos o más alveolos comparten un conducto alveolar común, se denominan sacos alveolares.
Los bronquiolos terminales, junto con sus respectivos bronquiolos respiratorios y sacos alveolares, se conocen como lóbulos. Los bronquiolos respiratorios y sus sacos alveolares se conocen en su conjunto como acino. El acino es en esencia un lóbulo sin el bronquiolo terminal y es donde realmente tiene lugar el intercambio gaseoso en los pulmones. El acino se parece a un racimo de uvas, en el que el tallo principal que proviene de la vid sería el bronquiolo respiratorio, los tallos más pequeños serían los conductos alveolares, y las uvas propiamente dichas serían los alveolos.
Los alveolos están separados entre sí por membranas llamadas tabiques interalveolares (una matriz consistente en fibras de tejido conectivo y vasos capilares) y están interconectados por lo que se conoce como poros de Kohn. Dichos poros son, en esencia, agujeros que existen entre los alveolos, que permiten una ventilación total del acino. Es fundamental tener en cuenta que en realidad no queda ningún espacio libre entre los alveolos, pues siempre están rodeados por una matriz de fibras de tejido conectivo y vasos capilares (el tabique interalveolar).
CUADRO 1.
ESTRUCTURAS POR DONDE PASA EL AIRE A TRAVÉS DEL SISTEMA RESPIRATORIO
- Cavidad nasal
- Faringe (nasofaringe, orofaringe, laringofaringe)
- Laringe
- Tráquea
- Bronquios primarios izquierdo y derecho
- Bronquios secundarios (lobulares)
- Bronquios terciarios
- Bronquiolos
- Bronquiolos terminales
- Bronquiolos respiratorios
- Conductos alveolares
- Sacos alveolares
- Alveolos individuales
Las estructuras de la 9 a la 13 constituyen un lóbulo. Las estructuras de la 10 a la 13 constituyen un acino (donde ocurre el intercambio gaseoso).
SOPORTE ESTRUCTURAL DEL SISTEMA RESPIRATORIO
Desde la tráquea hasta los bronquiolos, el tracto respiratorio se sostiene principalmente con anillos y placas de consistencia cartilaginosa (es decir, un tejido fuerte y elástico). Ese tipo de tejido desaparece en los bronquiolos propiamente dichos, que no se sostienen con cartílagos, sino que están rodeados de músculos lisos, lo que permite la fluctuación del tamaño del bronquiolo. Los bronquiolos también se caracterizan por la presencia de fibras elásticas que los rodean además de los músculos lisos.
LA IRRIGACIÓN SANGUÍNEA DE LOS PULMONES
En los pulmones hay dos sistemas independientes de circulación sanguínea: el pulmonar y el bronquial. El primero de ellos, el de circulación pulmonar, tiene que ver con la sangre que proviene del corazón y circula por los vasos sanguíneos pulmonares. Esa es la parte del sistema circulatorio que recoge el oxígeno de los pulmones, lo transporta a los tejidos de todo el organismo y devuelve la sangre a los pulmones después de que los tejidos le han extraído todo el oxígeno. Esa sangre contiene dióxido de carbono excretado por los tejidos como residuo del metabolismo.
A medida que la sangre rica en oxígeno procedente de los pulmones circula por todo el organismo, los tejidos se oxigenan según su necesidad. Por eso la sangre que regresa al corazón prácticamente no contiene oxígeno. El corazón envía esa sangre desoxigenada a los pulmones a través de la arteria pulmonar, que la hace llegar a los vasos capilares que rodean a los alveolos. Allí, en la interfaz entre los alveolos y los capilares, la sangre vuelve a cargarse de oxígeno. Después de atravesar los capilares alveolares, la sangre recién oxigenada vuelve a pasar por el corazón a través de la vena pulmonar y, al salir por la aorta (una arteria principal), comienza otro ciclo de transportar oxígeno a los tejidos del organismo. Al recibir esa nueva carga de oxígeno, los tejidos pueden realizar sus procesos metabólicos. El dióxido de carbono es uno de los residuos del metabolismo. Los tejidos lo arrojan al torrente sanguíneo, para que vuelva a los pulmones y sea expulsado del cuerpo.
Tal vez le hayan enseñado que las arterias son vasos sanguíneos que transportan sangre rica en oxígeno del corazón al resto del organismo y que las venas son vasos sanguíneos que devuelven al corazón la sangre carente de oxígeno procedente de los tejidos. Esa afirmación es más o menos correcta. Sin embargo, la definición de arteria o vena en realidad no se basa en el contenido de oxígeno de la sangre transportada por esos vasos, sino en la dirección de la circulación sanguínea hacia o desde el corazón. La arteria pulmonar, por ejemplo, transporta sangre desoxigenada desde el corazón. La vena pulmonar, que transporta sangre rica en oxígeno desde los capilares alveolares de los pulmones, se clasifica de todas formas como vena porque hace fluir la sangre hacia el corazón.
El segundo sistema de circulación sanguínea de los pulmones, la circulación bronquial, tiene que ver con la circulación de la sangre por los vasos sanguíneos que nutren el propio tejido pulmonar. Las arterias bronquiales reciben sangre oxigenada principalmente desde la aorta y la hacen llegar al tejido pulmonar (por ejemplo, a los bronquios y bronquiolos y los ganglios linfáticos bronquiales) a través de los vasos capilares adyacentes a las células de esos tejidos. Después que el tejido pulmonar toma el oxígeno que necesita de las arterias bronquiales, una parte de esa sangre, ya sin oxígeno, regresa al corazón a través de las venas bronquiales y otra parte, a través de las venas pulmonares.
REVESTIMIENTO DEL TRACTO RESPIRATORIO Y LOS ALVEOLOS
El tracto respiratorio está revestido por una membrana denominada epitelio respiratorio. El epitelio es uno de los cuatro tipos principales de tejidos del organismo. El epitelio reviste la piel, los órganos internos y las cavidades como los intestinos y las vías respiratorias. Las células epiteliales revisten el interior de los pulmones. La cavidad nasal, la nasofaringe y otras partes del sistema respiratorio (desde la laringe hasta los bronquiolos, sin incluir las cuerdas vocales) están revestidas por una membrana que contiene células epiteliales con muchas células caliciformes mucosecretoras. También hay muchas otras glándulas mucosecretoras por todas las paredes de la tráquea y los bronquios, pero no de los bronquiolos. Esas células y glándulas contribuyen a “acondicionar” el aire inspirado para que el sistema respiratorio se mantenga limpio y libre de partículas.
Fig. 3. Los cambios generales de la estructura del revestimiento del tracto respiratorio.
La mucosidad húmeda segregada por dichas células y glándulas atrapa las sustancias extrañas. Al mismo tiempo, los cilios (vellosidades diminutas) del epitelio barren las partículas para que podamos tragarlas o expectorarlas. Ese es el mecanismo natural para mantener las vías respiratorias. La secreción mucosa aporta el agua necesaria para humedecer el aire respirado y los abundantes vasos sanguíneos subyacentes aportan la energía necesaria para calentarlo. Estos procesos se desarrollan simultáneamente a fin de garantizar que el aire que viaja por el tracto respiratorio no solo tenga la temperatura corporal, sino que sea lo más limpio posible y esté completamente humectado.
A partir de los bronquiolos, las ramificaciones de los pulmones se vuelven muy numerosas y la naturaleza de las células que revisten el tracto respiratorio comienz...