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GUIA Nº 8 CIENCIAS (BIOLOGIA)
Sistema Respiratorio
De acuerdo al grado de evolución, los animales pueden presentar dos tipos de respiración:
1. Respiración Directa: es aquella en que los gases respiratorios se intercambian entre
el organismo y el medio ambiente en forma directa, sin la necesidad de un aparato
respiratorio.
Este tipo de respiración tiene los protozoos, la hidra y pequeños animales acuáticos. El
O2 disuelto en el agua ambiente penetra al organismo por difusión y por el mismo
fenómeno sale al ambiente acuático el CO2.
2. Respiración Indirecta: es aquella que se realiza con la existencia de aparatos
especializados (de paredes finas, de membranas semipermeables y húmedas, y de
abundante riesgo sanguíneo).
Las branquias son los órganos respiratorios para la respiración indirecta de peces,
Crustáceos, anfibios, en su primera edad y de otros organismos acuáticos.
En los vertebrados superiores como los reptiles, aves y mamíferos se desarrollan
pulmones.
Las lombrices respiran por la piel húmeda. En los insectos, los órganos respiratorios
son las traqueas que son unos conductos ramificados por todo el cuerpo del insecto.
En la respiración es posible distinguir:
1. Respiración Externa (o hematosis): en la cual se intercambian gases desde el medio
ambiente y la sangre a nivel de los pulmones.
2. Respiración Interna (o celular): en la que el intercambio de gases es entre la sangre
y las células del organismo.
APARATO RESPIRATORIO EN EL HOMBRE
El aparato respiratorio esta formado por:
1. Las vías respiratorias.
2. los órganos respiratorios.
El aire penetra en el organismo por las ventanas de la nariz, las que se abre en la cavidad
nasal, extensa y situada encima de la boca y debajo de la caja craneal. Esta cavidad donde se
encierran los órganos del sentido del olfato esta tapizado de un epitelio secretor de moco, la
pituitaria. Al circular por la misma el aire se purifica, humedece y calienta. Si sus capilares se
dilatan y el moco se secreta en exceso, la nariz queda obstruida, síntoma característico del
catarro.
El aire sigue adelante y penetra en la faringe por las coanas, ventanas posteriores de la
cavidad nasal. En la faringe se entrecruzan los conductos de los aparatos digestivos y
respiratorio. El aire va a los pulmones por el camino de la laringe y la traquea. Con el fin de
evitar que los alimentos penetren en estos conductos (lo cual motivaría la lesión del delicado
epitelio que los recubre) siempre que se deglute se aplica al orificio superior de la laringe una
especie de válvula denominada EPIGLOTIS; este movimiento es reflejo, es decir, no tenemos
que acordarnos de cerrar la epiglotis cada vez que deglutimos.
La laringe o caja de voz, cuyo contorno se percibe desde fuera, contiene las cuerdas vocales,
repliegues de epitelio que vibran al pasar el aire entre ellas, con reproducción consecuente de
ondas sonoras.
La tráquea se distingue perfectamente del esófago en que está protegida por anillos de
cartílagos encajados en sus paredes, con el fin de que la luz traqueal este siempre abierta.
A la altura de la primera costilla, la tráquea, después de un trayecto de 12 cms. Se
divide en dos bronquios cartilaginosos, cada uno dirigido a un pulmón. Penetran en los
pulmones por una escotadura llamada hilio pulmonar. En el interior de este, cada bronquio se
subdivide en bronquíolos, los cuales a su vez se vuelven a dividir en conductos de diámetro
cada vez más reducido, hasta las cavidades finales llamadas SACOS AEREOS. En las
paredes de los vasos más pequeños y de los sacos aéreos se encuentran unas cavidades
diminutas en forma de copa, conocidas como ALVEOLOS. Las moléculas de oxigeno y dióxido
de carbono pasan con facilidad a través de las paredes tenues y húmedas de los alvéolos. La
pared de la traquea y de los bronquios consta de una copa media donde se encuentra los
anillos cartilaginosos y las fibras musculares lisas. El conjunto de ramificaciones de los
bronquios dentro de los pulmones, forman el “ARBOL BRONQUIAL”.
2-Los órganos respiratorios son los PULMONES.
Los pulmones, son los órganos esenciales de la respiración. Son dos órganos elásticos
ubicados en la cavidad toráxica, envueltos cada uno de ellos por una membrana serosa
llamada Pleura.
El pulmón derecho es más grande que el izquierdo. Se divide en tres lóbulos (superior,
medio e inferior); el pulmón izquierdo es más pequeño, tiene dos lóbulos.
Cada lóbulo pulmonar, se subdivide en varios compartimientos pequeños, los lobulillos, cada
uno de estos envueltos por ejido conectivo elástico y provisto de vasos linfáticos, arteriola,
vénula y una rama de un bronquiolo terminal. Este tipo de bronquiolos se subdividen en ramas
microscópicas, los bronquiolos respiratorios. Al continuarse estos en sentido distal, se
dividen a su vez en varios (2 a11) conductos alveolares. Alrededor de los conductos
alveolares los sacos alveolares con 2 o mas ALVEOLOS.
La arteria pulmonar al penetrar al pulmón se ramifica en numerosas arteriolas las que forman
capilares que envuelven a los alvéolos pulmonares. Los alvéolos son mantenidos en su lugar
por un tejido elástico que existe en los espacios interalveolares. Este mismo tejido da a los
pulmones su elasticidad característica.
La cavidad toráxica está cerrada, no tiene comunicación con la atmosfera ni con ninguna
cavidad corporal. En su parte superior y costados se encuentra las costillas; en su parte
inferior se extiende un músculo llamado diafragma.
El proceso respiratorio consta de:
1. La Mecánica Respiratoria o Ventilación Pulmonar.
2. La Respiración Externa o Hematosis.
3. La Respiración Interna o Celular.
VENTILACION PULMONAR
Es el fenómeno por el cual se intercambia aire entre la atmosfera y los alvéolos pulmonares, a
través de un gradiente de presión. Inspiramos aire cuando la presión pulmonar es menor que la
atmósfera y lo espiramos cuando la presión intrapulmonar es mayor que la atmosférica.
INSPIRACION
La entrada de aire a los pulmones, se denomina inspiración o inhalación. Para que
entre aire a los pulmones, la presión en estos debe disminuir por debajo de la atmosférica, lo
que se logra aumentando el volumen de los pulmones.
El primer paso para el aumento del volumen pulmonar implica la contracción de los
músculos respiratorios, es decir, diafragma y músculos intercostales externos.
Al contraerse el diafragma, se aplana, con lo cual aumenta el diámetro vertical de la
cavidad toráxica. Al mismo tiempo que se contrae el diafragma, lo hacen los músculos
intercostales, como resultado de lo cual las costillas se desplazan hacia arriba y el esternón
hacia delante y aumenta el diámetro anteroposterior de la cavidad toráxica.
El aumento del tamaño de la cavidad toráxica, trae consigo la disminución de la presión
intratoráxica lo que origina expansión de las paredes pulmonares. Esta expansión se facilita
con los desencadenándose un gradiente de presión entre la atmósfera y los alvéolos.
El aire entre hacia los pulmones y ocurre INSPIRACION.
ESPIRACION
La salida de aire de los pulmones, se denomina espiración o exhalación y también
depende de u gradiente de presión, pero en sentido inverso a la inspiración; porque la presión
intrapulmonar es mayor que la atmosférica.
La espiración normal, a diferencia de la inspiración es un proceso pasivo, en el que no
participan contracciones musculares.
Se inicia con la relajación del diafragma y músculos intercostales externos, las costillas
bajan y el diafragma sube, con lo cual disminuye el volumen de la cavidad toráxica al mismo
tiempo que disminuye el volumen intrapulmonar lo que trae como consecuencia el aumento de
la presión intrapulmonar que se hace mayor a la presión atmosférica desencadenándose la
salida de aire de los pulmones, proceso denominado ESPIRACION.
Solamente el estrecho espacio entre las dos membranas pleurales sufre los cambios
de presión que originan la inspiración y la espiración.
Que los alvéolos no colapsen completamente se debe a dos factores:
La presión intrapleural es un poco menor y mantiene a los alvéolos levemente inflados.
Presencia del agente tensioactivo, son fosfolípidos producidos por las células de las paredes
alveolares. Este forma un revestimiento delgado sobre los alvéolos que se adhieran después
de una espiración.
INTERCAMBIO GASEOSO ENTRE LOS PULMONES Y LOS TEJIDOS
El aire atmosférico esta compuesto por una mezcla de gases que en un 21%
aproximadamente es O2 y un 0,04% es CO2, el resto es Nitrógeno y gases nobles.
La presión parcial de O2
En el aire es de 159 mm Hg y la del CO2 es de 0,03 mm Hg. Este aire llega a los pulmones y
los llena. La sangre en los capilares que rodean el alvéolo contiene una presión parcial de O2
de solo 40 mm Hg. Por lo que el oxigeno difunde desde el alvéolo a la sangre donde llega a
alcanzar una tensión de unos 100 mm Hg.
Esta sangre es llevada a los tejidos del organismo donde las células han utilizado O2
en sus procesos metabólicos por lo que la tensión de este gas aquí es baja y alcanza unos 40
mm Hg. El oxigeno difunde entonces hacia las células. Los procesos metabólicos de esta han
producido CO2 que alcanza una presión en los tejidos de 46 mm Hg. Esta sangre que ha
entregado gran parte de su Oxígeno y ha recibido gran cantidad de CO2 es llevada por las
venas y luego por la arteria pulmonar a los pulmones para que reciba un nuevo aporte de O2 y
vacíe su contenido de CO2.
TRANSPORTE DEL OXIGENO POR LA SANGRE
En reposo las células del organismo necesitan 300 lts. De oxígeno por cada 24 hrs. Con el
trabajo y ejercicio esta necesidad aumenta hasta 10 a 15 veces.
La HEMOGLOBINA, es un pigmento de los glóbulos rojos, tiene por función el
transporte de alrededor de un 95% de O2 y una parte de CO2, la hemoglobina forma con
ambos gases compuestos inestables para transportarlos (Oxihemoglobina y
Carbohemoglobina).
¿Qué factores influyen en la afinidad de la hemoglobina con el oxigeno?
El factor que más contribuye a unir el oxigeno con la hemoglobina es la presión parcial del
oxigeno (p02) en la sangre funciona como un indicador de la concentración de este gas.
Es lógico pensar que a nivel de los alveolos la hemoglobina posea una gran afinidad con el
oxigeno, ya que aquí la concentración de este gas es muy elevada. Por el contrario, a nivel de
las células del resto del cuerpo, donde la concentración de oxigeno es menor, la hemoglobina
disminuye la fuerza de unión con el oxigeno, para dejarlo libre y pueda difundir hacia las células
que lo necesitan. Entonces, la afinidad de la hemoglobina depende de la concentración de
oxigeno.
Curva de disociación oxigeno- hemoglobina
Existen tres factores que afectan la afinidad de la hemoglobina con el oxigeno (fuerza
con la hemoglobina capta este gas):
El pH, la presión parcial de CO2 (pCO2) y la temperatura.
El pH de la sangre es de 7,36, cualquier valor menor, mas acida, la afinidad del oxigeno con la
hemoglobina disminuye facilitando la separación de estas moléculas, aumentando de esta
manera la disponibilidad de oxigeno para los tejidos y células.
Cuando la presión parcial de CO2 (pCO2), en el plasma es alta, la hemoglobina libera con
mayor facilidad el oxigeno para unirse ahora al CO2 y transportarlo hasta los pulmones, donde
la presión parcial de este gas es menor, motivo por el cual la hemoglobina los reemplaza para
el oxigeno y lo lleva nuevamente al resto de cuerpo.
El pH de la sangre y la concentración parcial de CO2, están relacionados, puesto que el CO2
en el plasma es convertido por una enzima presente en los eritrocitos, en acido carbónico el
que posteriormente se disocia en iones de bicarbonato y en iones hidrogeno. Entonces, un
aumento en la concentración de CO2 en el plasma tiene con consecuencia un incremento en la
concentración de los iones de hidrogeno que son los que acidifican el pH sanguíneo.
Efectos de la temperatura en la afinidad de la Hemoglobina con el O2
TRANSPORTE DEL DIOXIDO DE CARBONO POR LA SANGRE
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Un 7% de CO2 se transporta disuelto en el plasma sanguíneo.
Un 23% se transporta unido a proteínas plasmáticas y hemoglobina
Un 70% de CO2 reacciona con el agua del eritrocito y forma acido carbónico (H2CO2),
reacción que es catalizada por la enzima ANHIDRASA CARBÓNICA. Luego el acido
carbónico transforma en el IÓN BICARBONATO (HCO3) mas un ión H+.
De esta manera es transportado la mayor parte del dióxido de carbono hacia los pulmones, en
los pulmones el proceso se realiza a la inversa lo que permite eliminar el CO2 hacia el aire
alveolar y de ahí hacia el aire atmosférico.
GRAFICO RELACION ENTRE LA CANTIDAD TOTALDE CO2 ENE L CUERPO Y EL
CONTENIDO CO2 EN EL PLASMA
VOLUNTADES DE AIRES RESPIRATORIOS
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AIRE CORRIENTE: Es el aire que entra y sale de los pulmones en una respiración
normal. Su volumen es de 500 ml.
AIRE COMPLEMENTARIO (Reserva Inspiratoria): Es el aire que se introduce en una
inspiración forzada, después de una espiración normal. Su volumen es de 3000 ml.
AIRE SUPLEMENTARIO (Reserva Espiratoria): es el aire que se expulsa en una
espiración forzada. Tiene un volumen de 1000 ml.
VOLUMEN RESIDUAL: Es el aire que permanece en los pulmones aun después de
una espiración forzada. Alcanza un valor de 1500 ml.
CAPACIDAD VITAL: es el aire que se inspira profundamente y luego se espira con la
misma intensidad. Su valor es de 4500 ml. En los atletas aumenta y en los enfermos
cardíacos y respiratorios disminuye.
REGULACION DE RESPIRACION
El control de los movimiento respiratorios se encuentra en el SISTEMA NERVIOSO, a nivel de
Bulbo raquídeo en donde se describe la existencia del centro respiratorio que en su porción
anterior posee un centro INSPIRATORIO e inmediatamente por detrás y algo arriba de el se
encuentra el centro ESPIRATORIO.
En la porción superior a nivel de la protuberancia anular se encuentra el Centro
NEUMOTÁXICO que controla la excitación rítmica de los centros inspiratorio y espiratorio.
El centro inspiratorio manda impulsos nerviosos a los músculos intercostales y al
diafragma los cuales se contraen produciendo la inspiración, pero además envía impulsos
nerviosos al centro neumotáxico que a su vez estimulan al centro espiratorio. Este provoca la
relajación de los músculos respiratorios y además la inhibición del centro espiratorio.
Esto ayudado por unos receptores de distensión que se encuentran en las paredes
pulmonares, que se estimulan de manera refleja al distenderse los pulmones en la inspiración.
Esta estimulación envía impulsos nerviosos hacia el centro espiratorio a través del nervio vago,
el cual inhibe al centro inspiratorio y se detiene la inspiración (Reflejo de Hering- Breuer)
La respiración es totalmente involuntaria, pero hasta cierto punto puede hacerse
voluntaria y podemos variar la frecuencia respiratoria. Las emociones fuertes, miedo,
excitaciones, ejercicios y otros factores mentales también pueden variar la frecuencia
respiratoria.
El mas poderoso estímulo conocido del centro respiratorio es el CO2. Cuando su
concentración excede de lo normal hay excitación de todas las partes del centro respiratorio
aumentando la frecuencia y la intensidad ventilatoria. El segundo factor que regula la
intensidad ventilatoria es la concentración de H+ en los líquidos corporales, pero su acción es
solo la mitad de potente que la que produce el CO2.
Otro mecanismo de regulación pero menos importante es la concentración de oxigeno
en la sangre, cuando los niveles bajan son estimulados unos quimiorreceptores denominados
cuerpos carotídeos y aórticos que contienen células nerviosas sensibles a la falta de oxígeno.
Estos receptores envían impulsos por el nervio vago y glosofaríngeo al bulbo donde aumentan
la intensidad ventilatoria.