CAP 42: Regulación de la respiración l Fisiología de Guyton

Regulación de la Respiración

¿Quién regula la respiración?

• La regulación de la respiración es controlada por el sistema nervioso, específicamente por un área conocida como el centro respiratorio.

• Este centro se localiza en el tronco encefálico, abarcando estructuras del bulbo raquídeo y la protuberancia.

Grupos neuronales involucrados

• Existen tres grupos neuronales que regulan la respiración:

• Grupo Respiratorio Dorsal: Se encarga principalmente de generar la inspiración.

• Grupo Respiratorio Ventral: También participa en el proceso respiratorio, aunque su función específica no se detalla aquí.

• Centro Neumotóxico: Localizado en la protuberancia, influye en la duración de la inspiración y aumenta la frecuencia respiratoria.

Funciones del Grupo Respiratorio Dorsal

• El grupo respiratorio dorsal está situado en el núcleo de las solitarias y tiene como función principal jalar aire hacia los pulmones (inspirar).

• Recibe estímulos sensitivos a través de fibras del nervio vago y otros nervios relacionados con quimiorreceptores periféricos. Esto permite una respuesta adecuada a diferentes condiciones ambientales.

Características del Grupo Respiratorio Dorsal

• Este grupo neuronal genera un potencial de acción inspiratorio continuo, similar al funcionamiento del nódulo sinusal que regula el ritmo cardíaco.

• La señal que envía para activar los músculos respiratorios no es instantánea; se presenta como una "señal en rampa", aumentando gradualmente hasta alcanzar un pico antes de interrumpirse.

Ciclo Respiratorio

• La duración promedio de una inspiración es aproximadamente dos segundos, mientras que la expiración dura alrededor de tres segundos, formando así un ciclo completo de cinco segundos (12 ciclos por minuto).

Centro Neumo Tóxico y su Función en la Respiración

Características del Centro Neumo Tóxico

• El centro neumo tóxico se caracteriza por la desconexión de la rampa inspiratoria, inhibiendo el grupo respiratorio dorsal.

• Este centro permite que la expiración ocurra, acortando el tiempo de inspiración a 0.5 segundos en ciertas condiciones.

Modificación de Ciclos Respiratorios

• La duración de la inspiración puede variar significativamente, llegando hasta 5 segundos si no es interrumpida por el centro neumo tóxico.

• Se pueden observar ciclos respiratorios más constantes con una frecuencia de 30 a 40 respiraciones por minuto (taquipnea), o menos ciclos (bradipnea) si la inspiración se alarga.

Grupo Respiratorio Ventral

• El grupo respiratorio ventral está ubicado delante y lateralmente al núcleo solitario y ayuda al grupo dorsal durante la inspiración.

• Este grupo interviene principalmente durante el ejercicio para aumentar los estímulos inspiratorios.

Reflejo de Insuflación de Hering-Breuer

• Existe un sistema que puede inhibir el centro neumo tóxico llamado reflejo de insuflación de Hering-Breuer, que actúa como mecanismo protector.

• Este reflejo se activa cuando las respiraciones superan 1.5 litros, evitando que los pulmones se llenen excesivamente.

Objetivo y Control de la Respiración

Mantenimiento del Equilibrio Gaseoso

• El objetivo principal de respirar es mantener concentraciones adecuadas de oxígeno y dióxido de carbono (CO2), así como niveles seguros de iones hidrógeno.

Detección del CO2 y los Iones Hidrógeno

• Los niveles altos de CO2 e iones hidrógeno son detectados directamente por el centro respiratorio, lo que provoca un aumento en la frecuencia respiratoria para eliminar estos excesos.

Detección del Oxígeno

• A diferencia del CO2, el oxígeno no es detectado directamente; su detección ocurre a través de quimiorreceptores periféricos en las arterias carótidas y aorta.

Zona Quimiosensible

¿Cómo funciona la barrera hematoencefálica y su relación con el CO2?

La barrera hematoencefálica y su función

• La parte blanca visible es el líquido intersticial; la estructura mencionada es la barrera hematoencefálica, que separa el sistema cardiovascular del sistema nervioso.

• La zona quimiosensible se activa por iones de hidrógeno, pero no por CO2. Esto plantea una pregunta sobre cómo puede ser estimulada si los iones de hidrógeno no pueden atravesar la barrera.

El papel del CO2 en la estimulación respiratoria

• El CO2 puede atravesar la barrera hematoencefálica, donde se convierte en ácido carbónico, que luego se disocia en bicarbonato e iones de hidrógeno.

• Los iones de hidrógeno estimulan la zona quimiosensible, enviando señales a la zona inspiratoria para aumentar la respiración.

Regulación a largo plazo de los niveles de CO2

• Aunque inicialmente hay un aumento en la respiración debido al CO2, este efecto cesa después de uno o dos días.

• Los riñones también regulan los niveles de bicarbonato e iones de hidrógeno, amortiguando así el efecto agudo del CO2.

Controladores primarios de la respiración

• A medida que aumentan los niveles de CO2, también lo hace la ventilación alveolar para eliminarlo. Un pH más bajo indica mayor concentración de iones hidrógeno.

• El principal controlador de la respiración es el CO2 y no el oxígeno; esto se debe a que solo se necesita una pequeña cantidad de oxígeno para nutrir los tejidos.

Respuesta a hipoxia y cianosis

• En situaciones donde hay bajos niveles de oxígeno (menos de 60 mmHg), se inicia un proceso para estimular la respiración.

• La hipoxia y cianosis son signos visibles que indican disminución del oxígeno en los tejidos, detectados principalmente por quimiorreceptores periféricos.

Funcionamiento del sistema quimiorreceptor periférico

• Este sistema está compuesto por cuerpos carotídeos y aórticos que detectan disminuciones en los niveles de oxígeno y envían señales al bulbo raquídeo para aumentar la frecuencia respiratoria.

• Los quimiorreceptores pueden detectar altos niveles de CO2 rápidamente pero requieren una gran cantidad para activar respuestas significativas.

Mecanismo celular detrás del detección del oxígeno

Mecanismos de la Respiración y Situaciones Especiales

Función del Calcio en la Liberación de Neurotransmisores

• La apertura de los canales de calcio permite que el calcio ingrese al interior, lo que provoca la liberación de vesículas que contienen ATP y acetilcolina.

• Estos neurotransmisores estimulan las fibras aferentes a través del nervio glosofaríngeo o vago, aumentando así la frecuencia respiratoria.

Respuesta a Niveles de Oxígeno

• Se presenta una gráfica que muestra cómo los niveles normales de oxígeno arterial disminuyen, lo cual desencadena un aumento en la ventilación alveolar.

• La respiración normal se regula principalmente por dos grupos: el dorsal del bulbo raquídeo y el centro neurotóxico en la protuberancia.

Aclimatación en Alpinistas

• El fenómeno de aclimatación ocurre cuando los alpinistas suben montañas; a mayor altitud hay menor disponibilidad de oxígeno.

• Esto provoca un aumento en la frecuencia respiratoria como respuesta a niveles bajos de oxígeno.

Adaptaciones Fisiológicas Durante el Ascenso

• Los alpinistas experimentados suben lentamente para permitir que su cuerpo se adapte, evitando así reacciones adversas.

• En condiciones normales, una disminución del CO2 inhibe la frecuencia respiratoria; sin embargo, durante aclimataciones prolongadas, el tronco encefálico pierde sensibilidad al CO2.

Mal de Montaña y sus Síntomas

• El mal de montaña se presenta cuando personas no entrenadas ascienden rápidamente a grandes altitudes (más de 2400 metros).

• Los síntomas incluyen vértigo, mareos y fatiga debido a hipoxia provocada por una adaptación inadecuada del sistema respiratorio.

Efecto del Ejercicio sobre la Ventilación

• Durante el ejercicio intenso, aumenta el metabolismo celular generando más CO2 e iones hidrógeno.

• Aunque inicialmente no hay cambios significativos en los niveles arteriales de gases, el ejercicio estimula impulsos motores hacia centros respiratorios para aumentar la frecuencia respiratoria.

Impulsos Colaterales Durante el Ejercicio

Respiración y Niveles de CO2 en el Ejercicio

Mecanismos de Regulación del CO2

• La ventilación alveolar se ajusta independientemente de los niveles de CO2, que disminuyen inicialmente durante el ejercicio debido a la producción insuficiente de este gas.

• A pesar de la disminución del CO2, el cuerpo mantiene niveles normales durante el ejercicio, lo que indica un control eficiente por parte del sistema respiratorio.

Influencia del Sistema Nervioso Central

• La corteza cerebral puede influir en la regulación respiratoria, sugiriendo que algunas respuestas pueden ser aprendidas y optimizadas para una respiración más eficiente.

Efectos de la Hiperventilación

• Un aumento en la frecuencia respiratoria puede resultar en hiperventilación, donde se elimina CO2 a través de los pulmones, aumentando así los niveles de oxígeno en sangre pulmonar.

• Sin embargo, estos cambios no son inmediatamente reflejados en el centro respiratorio, lo que provoca un aumento continuo en la frecuencia respiratoria.

Respuesta a Niveles Bajos de CO2

• Cuando se detecta una disminución significativa del CO2 debido a hiperventilación prolongada, se produce una inhibición súbita de la frecuencia respiratoria.

• Esta inhibición puede llevar a episodios breves de apnea (detención temporal de la respiración), provocando un aumento posterior del CO2.

Consecuencias Patológicas y Respiración Cheyne-Stokes

• En condiciones patológicas como insuficiencia cardíaca, hay un retraso en el transporte sanguíneo desde los pulmones al cerebro, afectando así la regulación del CO2.

Factores que influyen en la respiración

Control voluntario de la respiración

• Se menciona el control voluntario de la respiración, donde los individuos pueden regular su propia respiración y practicar técnicas como la apnea.

• La apnea se describe como un deporte en el que se nada sin oxígeno, ejemplificando el control consciente sobre la respiración.

Receptores pulmonares y su función

• Los receptores pulmonares de irritación están localizados en el epitelio de la tráquea y bronquios, detectando elementos extraños como polvo o bacterias.

• Los receptores J, ubicados en el epitelio alveolar, se activan ante condiciones como edema pulmonar, lo cual puede ser consecuencia de insuficiencia cardíaca.

Insuficiencia cardíaca y sus efectos

• En casos de insuficiencia cardíaca, hay acumulación de sangre que puede provocar edema en los pulmones, afectando así la capacidad respiratoria.

• Este edema activa los receptores J, generando disnea (dificultad para respirar), un síntoma común asociado a esta condición.

Efectos del edema cerebral

• El edema cerebral puede disminuir la actividad respiratoria al obstruir vasos capilares y afectar áreas sensibles al CO2.

• Se menciona que este tipo de edema generalmente es tratado con soluciones osmóticas como manitol para reducir la presión intracraneal.

Influencia de anestesia y apnea del sueño

• La anestesia general afecta negativamente la respiración al inhibir zonas específicas del sistema nervioso central responsables del control respiratorio.

• La apnea del sueño es causada por obstrucciones en las vías aéreas durante el sueño debido a factores como obesidad o amigdalitis.

• Esta condición resulta en una disminución del oxígeno sanguíneo y un aumento del CO2, provocando ronquidos y episodios de apnea.

Tratamientos para apnea del sueño