El aparato respiratorio esta formado por una porción conductora (proximal) que es un sistema de tubos y cavidades que se interconectan y conducen aire desde el exterior del cuerpo hacia el interior pulmonar, y una porción respiratoria (distal), en donde tiene lugar el intercambio gaseoso.

PORCIÓN CONDUCTORA

Las funciones de la porción conductora son:

1. Conducir el aire
2. Calentar, enfriar y humedecer el aire
3. Atrapar y eliminar microorganismos y diversas partículas suspendidas que ingresaron con el aire

La porción conductora abarca: fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquíolos propiamente dichos y bronquíolos terminales. Analizaremos cada estructura por separado.

Vías Nasales

Su epitelio se caracteriza por tener grandes pelos rígidos que tienen la función de  retener partículas de polvo en el aire inspirado.
Asimismo encontramos una serie de características que se repiten a lo largo de todo el epitelio respiratorio:
- Glándulas sebáceas que con sus secreciones contribuyen a retener partículas.
- A ellas se agrega el moco secretado por las células caliciformes, que no solo retiene partículas sino que también humidifica el aire. Todas estas secreciones son deglutidas. 
Toda la superficie de las vías respiratorias esta asimismo revestida por un epitelio ciliado (200 cilios por célula, que baten a una velocidad de 10 a 20 veces por segundo). La dirección de su latigazo es siempre en dirección de la faringe. Esto permite que el revestimiento de moco y sebo fluya hacia la faringe a 1cm/min, para luego ser deglutido o expulsado hacia el exterior por la tos.
Debajo de las glándulas encontramos abundantes vasos, que tendrán la función de calentar el aire.
A nivel de la nariz existen formaciones óseas llamadas cornetes que al convertir al flujo de aire en turbulento, elevan su temperatura y contribuyen a que el moco atrape un numero mayor de partículas.
Este sistema permite que no penetren partículas mayores a los 6 micrómetros. De las restantes las de 1 a 5 um suelen depositarse en los bronquíolos, precipitando por gravedad. Pero aquellas menores a las 0,5 um suelen tomar contacto con el aire alveolar (por difusión) quedando suspendidas en parte, y siendo expulsadas parcialmente. Las partículas del humo del cigarrillo son de 0,3 um.

Faringe

Región en la que se unen y entrecruzan tubo digestivo y las vías respiratorias. Se la puede dividir en nasofaringe (conectada con el extremo superior de las vías nasales, bucofaringe (idem con la boca) y laringofaringe (que se continúa con el esófago y traquea)

Laringe

Se encuentra entre la faringe y la traquea. Posee un armazón de cartílagos unidos por Tejido Conectivo Fibroelastico: cartílago tiroides, cricoides, aritenoides y epiglótico (o epiglotis).
Encontramos 4 pliegues musculares: 2 superiores y 2 inferiores (o cuerdas vocales verdaderas). El espacio entre las 2 cuerdas vocales verdaderas de llama Glotis.

Epíglotis

Esta formada por cartílago elástico. Logra que líquidos y alimentos no ingresen a la vía aérea y que el aire inspirado no ingrese al tubo digestivo. En el acto de la deglución la laringe se eleva y esto provoca que el extremo superior de la epiglotis se adose al borde superior del tubo de la laringe, quedando sellada la vía aérea que esta por debajo.

 Tráquea
Conducto tubular de 10 cm de largo y 2,5 cm de diámetro. La presencia de cartílago en forma de C evita que se colapse.  En su extremo inferior (carina) se bifura en dos bronquios primarios, que poseen unas 23 ramificaciones (incluyendo la porcion respiratoria)

Bronquios

Los bronquios principales  penetran a nivel del hilio de cada pulmón dividiéndose en bronquios lobares (3 a la derecha y 2 a la izquierda), que a su vez se dividen en  bronquios segmentarios y subsegmentarios. Las ramas de las arterias pulmonares siguen este recorrido. A medida que avanzamos dentro del pulmón los anillos de cartílago se van perdiendo para finalmente ser reemplazados por Músculo Liso, para constituir finalmente los Bronquíolos.
 

Bronquiolos propiamente dicho y terminal

Son la ultima sección de la porción conductora. Hay 65.000 Bronquiolos Terminales.

PORCIÓN RESPIRATORIA

En esta porción es donde tiene lugar el intercambio gaseoso. Está constituida por: los bronquíolos respiratorios, conductos alveolares, sacos alveolares y alvéolos.

Bronquíolo respiratorio

Sus paredes están interrumpidas por alvéolos. Aquí comienza el intercambio gaseoso.

Conductos y Sacos Alveolares

Los bronquíolos respiratorios se continúan con los conductos alveolares. Luego de ramificarse los conductos alveolares terminan en Sacos Alveolares, espacio en el cual se abren 4/5 alvéolos.
Existe una totalidad de 300 millones de alvéolos entre ambos pulmones.
En esta porción tiene lugar el intercambio gaseoso

Alvéolos

Los alvéolos se encuentran comunicados entre si por Poros de Kohn, en numero de 4 o 5 por alveolo.
La molécula de O2 cuando llega al alveolo debe atravesar una serie de estructuras hasta llegar a la sangre. Esto se conoce como barrera hemato alveolar (o membrana respiratoria) . El espesor de esta barrera es de unos 0,5 micrometros:

1) Capa de Surfactante
2) Epitelio Alveolar con su lamina basal
3) Espacio intersticial
4) Endotelio del Capilar, con su lamina basal.

La superficie total de la Membrana respiratoria es de 70 m2. La cantidad de sangre que encontramos en los capilares pulmonares es de 60 a 140 ml, justificando así la rapidez del intercambio gaseoso. En adición, el diámetro de los capilares es de 5 um con lo cual los eritrocitos deben plegarse, estando así en  intimo contacto con la pared capilar.

IRRIGACIÓN

La sangre que llega a los pulmones proviene por un lado de la Arteria Pulmonar y por otro de las Arterias Bronquiales.

La sangre proveniente de la Arteria Pulmonar es la que va a llegar a los capilares pulmonares para realizar el intercambio gaseoso con el aire alveolar. El recorrido que realiza este caudal sanguíneo es el siguiente.
Arteria Pulmonar ---- Pulmón ---- Intercambio Gaseoso ---- Venas Pulmonares ---- Aurícula Izquierda

Las arterias bronquiales se originan en la circulación sistémica y representan 1-2% del gasto cardíaco total.  La sangre que transportan va a irrigar a la Pleura, tabiques y ganglios pulmonares y desembocan directamente en la Aurícula Izquierda.

Arterias Bronquiales (ramas directas de la Ao o de Arterias Intercostales) ---- Irrigan Pleura, tabiques, ganglios ---- Venas Pulmonares ---- Aurícula Izquierda

PRESIONES Y VOLÚMENES

Arteria Pulmonar: 25 mmHg en diástole y 8 en Sístole. Promedio: 15 mmHg.

Aurícula Izquierda y Venas Pulmonares: Promedio: 2 mmHg

Volumen Sanguíneo Pulmonar: 450ml. 9% del total del cuerpo.

La presión capilar pulmonar es baja: 7mmHg (en los tejidos periféricos es de unos 17mmHg). Esta presión debe subir a 28mmHg para producir EDEMA. 

INERVACIÓN

La innervación de los pulmones es autonómica: Parasimpática y Simpática, produciendo broncoconstricción y broncodilatación, gracias a la presencia de músculo liso.  La innervación parasimpática llega principalmente a través del Nervio Neumogástrico. Sin embargo la cantidad de fibras simpáticas es poca. Afortunadamente el arbola bronquial esta muy expuesto a la Noradrenalina y Adrenalina provenientes de la sangre, que producen dilatación bronquial (efecto simpáticosimil).

PLEURA

Es una membrana serosa que reviste los pulmones. Encontramos 2 hojas: parietal y visceral, que se reflejan una sobre la otra a nivel del hilio pulmonar. Entre ambas se encuentra el espacio pleural considerado un espacio virtual ya que solo posee MUY poco liquido y algunas células libres. Puede hacerse real en condiciones patologías (neumotórax, hemotórax, hidrotórax).

FISIOLOGÍA PULMONAR

La función primordial de los pulmones es suministrar O2 a los tejidos y eliminar el CO2.
Podemos dividir su fisiología en 4 Acontecimientos Funcionales Principales:

1) Ventilación Pulmonar: flujo de aire, entrada y salida entre atmósfera y alvéolos.
2) Difusión de los gases entre alvéolos y sangre
3) Transporte de gases a las células y desde las células
4) Regulación

1) VENTILACIÓN

Los pulmones pueden expandirse y contraerse y así se llenan y vacían de aire. Los causantes de los movimientos inspiratorios y espiratorios son:

- El músculo Diafragma tira de las superficies inferiores de los pulmones para inspirar. En la espiración simplemente se relaja: hay retroceso elástico de los pulmones. En la respiración enérgica: se suman músculos abdominales

- Costillas: su apertura expande la caja torácica. El diámetro anteroposterior se hace un 20% mayor. Los músculos que producen esta expansión son: intercostales, esternocleidomastoideo, los serratos,  los escalenos y los rectos abdominales.

El Pulmón es una estructura elástica. Si no hay nada que lo mantenga inflado, expulsa el aire.

Presión Alveolar

Presión del aire en el interior de los alvéolos. Para originar un flujo de aire hacia adentro (inspirar) la presión alveolar debe ser menor a la presión atmosférica, por lo cual disminuye a aproximadamente –1cm de agua. Esto es suficiente para desplazar 500 ml de aire al interior de los pulmones en los 2 segundos que dura una inspiración normal tranquila. Durante la espiración (2 a 3 segundos) la presión es de +1cm de agua.

Volúmenes Pulmonares

Volumen Corriente: aire inspirado y espirado en cada respiración normal. 500 ml.

Volumen de reserva Inspiratorio: volumen adicional máximo que se puede inspirar, por encima del volumen corriente normal. 3000 ml.

Volumen de Reserva Espiratorio: cantidad adicional máxima de aire que se puede espirar mediante espiración forzada después de una espiración corriente normal. 1100 ml.

Volumen Residual: volumen de aire que queda en los pulmones después de una
espiración forzada. 1200 ml.

Capacidades Pulmonares

Capacidad Inspiratoria:  VC + VRI . Cantidad de aire que una persona puede respirar comenzando en el nivel de una espiración normal e hinchando al máximo sus pulmones. 3500 ml.

Capacidad Residual Funcional:  VRE + VR. Aire que queda en los pulmones tras una espiración normal. 2300 ml.

Capacidad Vital:  VRI + VC + VRE. Máxima cantida de aire que puede expulsar una persona después de una inspiración máxima y expirando al máximo. 4600 ml.

Capacidad Pulmonar Total:  Capacidad Vital + VR. Máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones. 5800 ml.

Estos volúmenes son 20-25% menores el mujeres, y aumentan en personas altas y atléticas.

Volumen Minuto Respiratorio

Es la cantidad de aire nuevo que penetra en las vías respiratorias cada minuto.
Es Volumen Corriente x Frecuencia Respiratoria.
La frecuencia respiratoria normal es de unas 12 respiraciones por minuto.
VMR = 6000 ml/min

Ventilación Alveolar

En una respiración corriente el volumen de aire solo alcanza ara llenar las vías respiratorias hasta lo bronquíolos terminales y solo una porción pequeña llega hasta los alvéolos. La ventilación alveolar se da entonces mayormente por difusión.

El espacio de las vías respiratorias en las que no hay intercambio gaseoso se llama espacio muerto. En un hombre joven es de 150 ml. Aumenta con la edad.

La Tasa de Ventilación Alveolar (normalmente se la llama ventilación alveolar) es el volumen total de aire nuevo que penetra en los alvéolos y áreas contiguas de intercambio gaseoso. Es:

VA =  Frec. Resp. x (VC – Vol. Espacio Muerto) = 4200 ml/min.

2) DIFUSIÓN DE LOS GASES ENTRE ALVÉOLOS Y SANGRE

El proceso de difusión es un movimiento al azar de moléculas que entrecruzan sus caminos en ambas direcciones a través de la membrana respiratoria y los liquidos adyacentes.
Para que se produzca la difusión es necesaria una fuente de energía, que es suministrada por el movimiento cinético de las moléculas.
Sin embargo la difusión neta de un gas en una dirección se debe a lo que conocemos como Gradiente de Concentración. Esto se debe a que existen muchas mas moléculas de un lado de una membrana que del otro.

La difusión neta de gas es igual al numero de moléculas que van en dirección anterógrada menos las que van en dirección contraria.

Presiones

La presión se origina por el impacto constante de las moléculas en movimiento contra una superficie. La presión es directamente proporcional a la concentración de moléculas de un gas.
En fisiología respiratoria se trabaja con mezclas de gases (O2, N2, CO2). La tasa de difusión de cada uno es proporcional a la presión originada por ese gas determinado, que se denomina Presión Parcial del Gas.
El aire esta compuesto por un 79% de Nitrogeno y un 21% Oxigeno. La presión total de esta mezcla a nivel del mar es de 760 mmHg.  La presión parcial de N2 es 600 mmHg y la del O2 es 160 mmHg.

Los gases disueltos en agua o los tejidos corporales, también ejercen presión.
La presión de un gas en solución no solo esta determinada por su concentración sino también por el coeficiente de solubilidad del gas.
Presión = Concentración / Coeficiente de Solubilidad

La difusión neta esta dada por la diferencia entre las presiones parciales.

Cuando el aire entra en las vías respiratorias se evapora agua de la superficie de estas vías y lo humidifica. Estas moléculas de agua ejercen ahora una Presión de Vapor de Agua que a 37 ºC es de 47 mmHg, que representara la presión parcial de agua en la mezcla gaseosa.

Aire Alveolar y Aire Atmosférico

El aire alveolar solo es sustituido parcialmente por el aire atmosférico en cada respiración. De hecho el volumen sustituido es 1/7 del total. De este modo, con una ventilación normal, el gas se elimina en 34 segundos.
Esta renovación lenta del aire alveolar es clave para evitar variaciones repentinas de las concentraciones de los gases en la sangre.
A la tasa normal de ventilación alveolar la Pco2 alveolar es 40mmHg.

Entonces, los factores que determinan la velocidad del paso de un gas a través de una membrana son:
1) Espesor de la membrana
2) Área de la Membrana
3) Coeficiente de difusión del gas en la sustancia de la membrana
4) Diferencia de presión a ambos lados

Capacidad de Difusión

Volumen de un gas que difunde a través de una membrana por minuto para una diferencia de presión de 1mmHg. En el hombre joven medio la capacidad de difusión del O2 en reposo es de 21ml/min/mmHg.
La diferencia media de presión a través de la membrana respiratoria es de 11mmHg.
Entonces cada minuto difunden a través de la membrana respiratoria unos 230 ml de O2. esto es la tasa de consumo de O2 del organismo. Durante el ejercicio vigoroso esto llega a los 65ml/min/mmHg. Esto se debe a:
1) Apertura de capilares previamente inactivos y dilatación adicional de los que ya estaba abiertos
2) Mejor ajuste de la relación ventilación/perfusión

Relación ventilación – perfusión se ve muy deteriorada en fumadores. 
3) TRANSPORTE DE GASES A LAS CELULAS Y DESDE LAS CELULAS

Presiones

Tanto el O2 como el CO2 difunden de los alvéolos a la sangre y de la sangre a los tejidos debido a Gradientes de Presiones Parciales.

PO2 en alvéolo: 104 mmHg
PO2 en sangre venosa: 40 mmHg
PO2 en celulas: 23 mmHg

En el ejercicio el organismo puede requerir 20 veces mas oxigeno. Además debido al gasto cardiaco el tiempo de permanencia de la sangre en el capilar suele reducirse a la mitad. Sin embargo hay un Factor de Seguridad: la capacidad de difusión de O2 aumenta casi 3 veces durante el ejercicio ya que aumenta el área (superficie de los capilares y la relación ventilación – perfusión es más próxima a la ideal.

El CO2 puede difundir unas 20 veces mas rápido que el O2, por eso las diferencias de presiones que se necesitan para que este gas difunda son mucho menores que las necesarias para el oxígeno.

PCO2 intracelular: 46mmHg
PCO2 intersticial: 45 mmHg
PCO2 arterial que penetra en los tejidos: 40 mmHg
PCO2 venosa que abandona los tejidos: 45mmHg
PCO2 capilares pulmonares: 45 mmHg
PCO2 alveolar: 40 mmHg

Transporte

El 97% del O2 viaja en eritrocitos, combinados con hemoglobina.

El 3% restante viaja disuelto en el agua del plasma y de las células.
O2 se une a hemoglobina de forma laxa y reversible.

Saturación de O2 de la sangre arterial sistemica: 97%.

Saturación de O2 de la sangre venosa: 75%:

Se transportan unos 5 mililitros de O2 a los tejidos por cada 100 ml de sangre. En el  ejercicio intenso esto se llega a elevar a 15 ml. Si a esto le sumamos el aumento del gasto cardíaco, obtenemos un aumento de 20 veces en el transporte de O2 a los tejidos.

El monóxido de carbono se combina con la hemoglobina en el mismo punto que lo hace el O2 y posee la propiedad de unirse con una fuerza 250 veces mayor. Una concentración de 0.1% de CO en el aire, compite en condiciones de igualdad con el oxigeno.

En condiciones normales de transportan 4 ml de CO2 desde los tejidos  a los pulmones por cada 100 ml de sangre.

El 7% se tranporta disuelto.
El 70% se combina con H2O y se disocia en H+ (hidrogeniones) y HCO3- (ion bicarbonato) y así viaja.
El 20% viaja como carboxihemoglobina.

4) REGULACIÓN

El sistema nervioso ajusta la tasa de ventilación alveolar casi exactamente a las demandas del organismo.
El centro respiratorio esta compuesto por varios grupos de neuronas localizadas bilateralmente en el bulbo raquídeo y en la protuberancia.

El nervio vago y el glosofaríngeo transmiten al centro respiratorio señales sensitivas de:
Quimiorreceptores periféricos (en cuerpos carotídeos y cuerpos aórticos),  Barorrececptores, receptores de distensión y contraccion .

Cuando la concentración de O2 en las alvéolos disminuye por debajo de lo normal (especialmente menos del 70%) los vasos sanguíneos adyacentes se van constriñendo lentamente, aumentando la resistencia vascular mas de 5 veces.  El efecto opuesto sucede en la circulación sistémica, donde los vasos se dilatan cuando el oxigeno es bajo. Esto significa que el flujo sanguíneo se redistribuye a los lugares en los que es más eficaz.

Durante el ejercicio el flujo sanguíneo del pulmón aumenta de 4 a 7 veces por 3 razones:

1) Aumenta el numero de capilares abiertos
2) Se distienden los capilares y aumenta la tasa de flujo a través de ellos
3) Aumenta la presión arterial pulmonar.