ANATOMIA Y FISIOLOGIA PULMONAR

DIPLOMADO EN AEROMEDICINA Y TRANSPORTES DE CUIDADOS CRÍTICOS 

REVISIÓN DE LA ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA PULMONAR.

PROFESOR TITULAR : JAIME CHARFEN HINOJOSA

ALUMNO: LEOPOLDO AGUIRRE GALINDO 

INTRODUCCION:

Una persona puede vivir por varias semanas sin alimento y varios días sin agua, pero solamente unos pocos minutos sin oxígeno. Cada célula en el cuerpo necesita un suministro continuo de oxígeno para producir energía y crecer, repararse o reconstituirse, así como para mantener las funciones vitales. El oxígeno debe estar disponible para las células de manera que ellas lo puedan utilizar. Deber ser incorporado dentro del cuerpo como aire purificado, enfriado o calentado, humidificado y entregado en las cantidades adecuada.

Es de suma importancia conocer la anatomía del aparato respiratorio y entender la fisiología pulmonar para el manejo del paciente en estado crítico, sobre todo si el mismo debe ser trasladado ya sea vía terrestre, marítima, pluvial o aérea.

A.      El sistema respiratorio.

El sistema respiratorio es el vínculo para obtener esta fuente vital de oxígeno. Incluye el diafragma y los músculos del tórax, la nariz y la boca, la faringe y la tráquea, el árbol bronquial y los pulmones. Cada uno de estos elementos será tratado más adelante. (Véase figura 1-1. El sistema respiratorio). También se encuentran involucrados el torrente sanguíneo, el corazón y el cerebro. El torrente sanguíneo capta el oxígeno de los pulmones para distribuirlo al resto del cuerpo y regresa el dióxido de carbono hacia ellos para su remoción. El corazón crea la fuerza para desplazar la sangre a la presión y velocidad adecuada a través de todo el cuerpo. El fino funcionamiento del sistema completo es regulado por el cerebro y el sistema nervioso autónomo.

Una persona en reposo respira alrededor de 6 litros de aire por minuto. El ejercicio intenso puede incrementar esta cantidad hasta cerca de 75 litros por minuto. Durante un período de trabajo de 8 horas, con actividad moderada, la cantidad de aire respirado puede estar alrededor de los 8.5 m3 (300 pies cúbicos). Habitualmente se piensa que la piel, con su área de superficie de 1.9 m2 (20 pies cuadrados), presenta la mayor exposición al aire que cualquier otra parte del cuerpo. Sin embargo, son en realidad los pulmones quienes tienen la máxima exposición, con un área de superficie expuesta al aire de 28 m2 (300 pies cuadrados) durante la fase de reposo, y de hasta 93 m2 (1,000 pies cuadrados) durante una respiración profunda.

El sistema respiratorio es susceptible al daño causado por materiales tóxicos inhalados e irritantes, debido a que el área de superficie de los pulmones expuesta al aire es sumamente grande y a que el cuerpo tiene una gran necesidad de recibir oxígeno. La capacidad del sistema respiratorio de funcionar de manera apropiada tiene un gran impacto en el organismo. Las enfermedades de cada una de sus partes pueden conducir a una enfermedad o dañar otros órganos vitales. Por ejemplo, la enfermedad pulmonar ocupacional puede llevar a una cardiopatía.

1-1 Figura 1-1- EL SISTEMA RESPIRATORIO Tomado de la obra: Una introducción a las enfermedades pulmonares ocupacionales, de la Asociación Americana del Pulmón (American Lung Association). Nueva York, NY. Macmillan. 1999: pp 10. (5).

                             

B.       Mecanismo de la respiración

El aire que contiene el oxígeno entra al cuerpo a través de la nariz y la boca. De ahí, atraviesa la faringe o garganta en su camino hacia la tráquea. La tráquea se divide en dos vías aéreas principales llamadas bronquios, los cuales llegan a los pulmones; uno al pulmón derecho y otro al pulmón izquierdo. Los bronquios se subdividen o se ramifican en varias ocasiones formando bronquios más pequeños, quienes a su vez se vuelven a ramificar en varias ocasiones formando bronquiolos. Estos bronquios y bronquiolos se denominan el árbol bronquial debido a que las subdivisiones o ramificaciones que sufren se parecen a las ramificaciones de un árbol, sólo que en una posición inversa. Después de alrededor de 23 divisiones, los bronquiolos terminan en los conductos alveolares. Al final de cada conducto alveolar, se encuentran cúmulos de alvéolos (sacos alveolares). El oxígeno transportado a través del sistema respiratorio es finalmente transportado al torrente sanguíneo a nivel de los alvéolos (Véase figura 1-2. Diagrama esquemático de la vía aérea).

 La tráquea, los bronquios principales y aproximadamente la primera docena de divisiones de los bronquios más pequeños tienen ya sea anillos o placas de cartílago en sus paredes que les evitan colapsarse o que bloqueen el flujo de aire. El resto de los bronquiolos y los alvéolos no tienen cartílagos y son muy elásticos. Esto permite que respondan a cambios en la presión conforme los pulmones se expanden y se contraen.

Los vasos sanguíneos del sistema de la arteria pulmonar acompañan a los bronquios y a los bronquiolos. Estos vasos sanguíneos también se ramifican en unidades cada vez más pequeñas hasta terminar en capilares, los cuales se encuentran en contacto directo con los alvéolos. El intercambio gaseoso sucede a través de esta membrana alveolar-capilar cuando el oxígeno se desplaza hacia adentro y el dióxido se desplaza hacia fuera del torrente sanguíneo (Véase figura 1-3. Imagen ampliada de los alvéolos y los capilares). Aunque los 300 millones de alvéolos que se encuentran en el pulmón son microscópicos, representan en su conjunto un área de superficie equivalente a las dimensiones de una cancha de tenis.

La capacidad de difusión mide la facilidad con la cual el intercambio gaseoso se lleva a cabo entre los alvéolos y los capilares. Ciertas enfermedades pulmonares que afectan a los alvéolos y a la pared de los capilares, pueden interferir con la difusión y reducir la cantidad de oxígeno que llega al torrente sanguíneo.

Este movimiento de aire hacia adentro y hacia fuera es lo que denominamos ventilación. La contracción de los músculos inspiratorios (el principal músculo inspiratorio es el diafragma) hace que se expanda la cavidad torácica, generando una presión negativa. El flujo de aire resultante que se dirige hacia los pulmones se denomina inspiración. Durante una inspiración máxima, el diafragma se contrae forzando al contenido dentro del abdomen a desplazarse hacia abajo y hacia fuera (Véase figura 1-1). También intervienen los músculos intercostales externos, que se encuentran entre las costillas. Estos músculos se contraen y elevan a las costillas durante la inspiración, incrementando de esa manera el diámetro de la cavidad torácica. Además de estos músculos, los músculos escalenos y esternomastoideos del cuello pueden utilizarse durante ventilaciones extremas o en condiciones de insuficiencia respiratoria.

FIGURA 1-2. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE LAS VÍAS AÉREAS

Diagrama esquemático de las vías aéreas. Subdivisión progresiva del árbol traqueo bronquial.

La espiración normal es un proceso pasivo y es resultado de la elasticidad natural tanto del pulmón expandido como de la pared torácica. (Sin embargo, cuando la respiración es rápida, los músculos intercostales internos y los músculos abdominales se contraen ayudando a sacar el aire de los pulmones de una manera más rápida y completa). Se puede pensar al pulmón como lo opuesto a una esponja. Cuando una esponja es exprimida y liberada, su elasticidad hace que regrese a su tamaño original. Al final de una inspiración, la elasticidad del pulmón causa que regrese a sus dimensiones más pequeñas, lo cual ocurre entre respiración y respiración. La capacidad del pulmón para lograr esto se le denomina elasticidad o rebote elástico.

El grado de rigidez o de distensibilidad del tejido pulmonar va a afectar la cantidad de presión necesaria para aumentar o disminuir el volumen del pulmón. La distensibilidad pulmonar puede afectar a la elasticidad. Conforme aumenta la rigidez, el pulmón pierde cada vez más la capacidad de regresar a su tamaño normal durante la espiración.

La magnitud de la resistencia al flujo del aire también puede afectar a los volúmenes pulmonares. La resistencia es una medida de la facilidad con la cual el aire pasa a través de las vías aéreas. Esta resistencia está determinada por el número, la longitud y el diámetro de las vías aéreas.

Un individuo con un alto grado de resistencia puede no ser capaz de exhalar de manera completa, quedando de esa manera el aire atrapado en los pulmones. La capacidad total de los pulmones resulta en ocasiones útil para comprender la patología pulmonar. Una estimación razonable de la capacidad pulmonar total se puede obtener al combinar varios parámetros volumétricos. (Véase figura 1-4. Volúmenes pulmonares). Los parámetros más comunes son:

1. Volumen corriente (también conocido como volumen tidal o VT, volumen en marea, en inglés: Tidal Volumen): es, durante una respiración tranquila y relajada, el volumen de aire que es inhalado o exhalado con cada respiración.

2. Volumen de reserva espiratoria o VRE (Expiratory Reserve Volume): es la máxima cantidad de aire que es exhalada de manera forzada después de una inspiración normal y una espiración normal. La cantidad de aire exhalado será mayor que la que había sido inhalada inmediatamente antes.

3. Volumen de reserva inspiratoria o VRI (Inspiratory Reserve Volume): es la máxima cantidad de aire que puede ser inhalada de manera forzada después de una inhalación normal.

4. Volumen residual o VR (Residual Volume): es la cantidad de aire que permanece en los pulmones después de la espiración máxima.

5. Capacidad vital o CV (Vital Capacity): es la máxima cantidad de aire que puede ser exhalada después de una inhalación máxima. La capacidad vital es la suma del volumen tidal, del volumen de reserva inspiratorio y del volumen de reserva espiratorio. (La cantidad de aire que puede ser exhalada con un esfuerzo máximo después de una inhalación máxima se denomina capacidad vital forzada [Forced Vital Capacity o CVF]). La CVF es el volumen que es medido en la espirometría.

6. Capacidad pulmonar total o TPT (Total Lung Capacity, TLC): es la suma de la capacidad vital y del volumen residual.

C.      Mecanismos para proteger a los pulmones de los riesgos que son transportados por el aire.

Los contaminantes del aire pueden estar en forma de gases (vapores), líquidos o sólidos (humos y polvos). (Véase el apéndice B, una revisión de los riesgos ocupacionales para el pulmón para una discusión sobre los tipos más frecuentes de riesgos pulmonares que se observan en el ámbito ocupacional.) Diferentes tóxicos químicos o materiales irritantes que son inhalados pueden lesionar al árbol traqueo-bronquial o los pulmones. Estas sustancias pueden también causar daño en otras partes del cuerpo debido a que los pulmones ofrecen una vía importante de exposición.

Para que una sustancia peligrosa afecte los pulmones, debe primero pasar a lo largo del árbol traqueo-bronquial y alcanzar los alvéolos. Los mecanismos de defensa del organismo previenen que alcancen el pulmón todas las partículas excepto aquéllas más pequeñas. En términos generales, una persona puede ver a simple vista partículas tan pequeñas como aquéllas de 50 micras de diámetro (el símbolo “µm” es la abreviación de la palabra micra). Para poner esto en perspectiva diremos que hay 25,400 micras en una pulgada o 10,000 micras en un centímetro. Algunas partículas más pequeñas pueden ser en ocasiones vistas si una fuerte luz es reflejada en ellas (tales como las manchas que pueden ser vistas cuando la luz del sol pasa a través de una ventana). Las partículas de un tamaño respirable son menores a 10 micras y no pueden detectarse sin un microscopio.

El tamaño, la forma y la masa de las partículas determinan el lugar dentro del sistema respiratorio donde son depositadas. Las partículas mayores de 5 micras, habitualmente no permanecen flotando en el aire lo suficiente como para ser inhaladas o atrapadas por la nariz. Las partículas más pesadas se eliminan rápidamente si es que son inhaladas. Es más probable que las partículas de tamaño intermedio (1-5 micras) se depositen en la traquea y en los bronquios. Las partículas más pequeñas (0.01-1 micras) alcanzan con mayor probabilidad los bronquiolos, los conductos alveolares y los alvéolos. Las partículas fibrosas o de forma irregular tienden a quedar atrapadas a nivel de los bronquiolos o a nivel de sus encrucijadas. Sin embargo, algunas fibras y partículas pequeñas viajan fácilmente a los alvéolos debido a sus propiedades aerodinámicas.

Los pulmones tienen varios mecanismos para protegerse de la contaminación por partículas y por agentes infecciosos. Los finos vellos de la nariz ofrecen la primera línea de barrera para filtrar grandes partículas de polvo y de otros materiales. Sin embargo, cuando el individuo hace ejercicio o trabaja intensamente, necesita respirar a través de la boca y de esa manera queda superado el filtro nasal.

El reflejo de la tos limpia a la traquea y a los bronquios principales de los materiales extraños. En cualquier momento que los materiales irritantes toquen las paredes de las vías aéreas, el tórax y los pulmones contraatacan rápidamente. Como resultado de esto, el aire es forzado a salir rápidamente de los pulmones, con lo que habitualmente se expele al irritante.

La traquea, los bronquios y los bronquiolos mayores están tapizados con finas células ciliares que tienen estructuras filiformes. Estas células se encuentran cubiertas por una delgada capa de moco que atrapa el material extraño. Los cilios van a oscilar rítmicamente, moviendo el material atrapado hacia la garganta donde se puede tragar o escupir y de esa manera se puede eliminar del cuerpo. Este proceso se denomina escalador mucociliar (véase figura 1-5. Escalador mucociliar).

El recubrimiento traqueal donde se muestran las células ciliadas y las células caliciformes así como la recubierta de moco. Esto, en conjunto, se denomina “escalador mucociliar”

Los macrófagos alveolares son células especializadas que se movilizan con el objeto de destruir bacterias y virus. En los pulmones sanos, la producción de macrófagos y de moco aumenta conforme es necesario para remover materiales extraños y después retorna a niveles normales. Al toser, inmediatamente se remueven las partículas irritantes y al escalador mucociliar puede tomarle unas cuantas horas expulsar el material extraño. Sin embargo, a las áreas más profundas de los pulmones puede tomarles considerablemente más tiempo para quedar despejadas de las partículas (7). Los pulmones que reciben prolongadas o repetidas exposiciones a contaminantes del aire, eventualmente puede resultar sobrepasada su capacidad, debido al ritmo de depósito de materiales y a la constante irritación. Como resultado, los contaminantes se acumulan, contribuyendo al desarrollo de las enfermedades pulmonares ocupacionales.

D.      CONCLUSION

La anatomía básica del aparato respiratorio que incluye el diafragma, los músculos del tórax, la nariz y la boca, la faringe y la tráquea, el árbol bronquial y los pulmones que se describe brevemente en este artículo es lo más básico en cuanto a el conocimiento del aparato respiratorio,  sin embargo es de suma importancia por ejemplo para la intubación endotraqual, la anatomía topográfica y descriptiva es para desarrollo de un tema más amplio, en cuanto a la fisiología  del aparato respiratorio que de igual manera se plantean los aspectos más básicos como son el intercambio gaseoso, la captación por parte del sistema circulatorio del oxígeno y su transporte a todo el organismo, es una forma clara y resumida de explicar parte del metabolismo aeróbico. Lo cual es de suma importancia ya que en el transporte de pacientes críticos la mecánica pulmonar y la ventilación mecánica asistida es ocupado con mucha frecuencia. Para fines de incrementar el conocimiento en cuanto a la fisiología pulmonar se debe revisar también la neurofisiología del aparato respiratorio, el metabolismo celular, la circulación mayor y menor, el corazón, el sistema musculo esquelético principalmente del tórax. Por lo que en resumen esta sería una revisión sobre un artículo para el conocimiento básico del aparato respiratorio como tal.

E.       Opinión personal del tema:

Es de suma importancia para el cuidado del paciente critico conocer los aspectos básicos fundamentales de los diferentes sistemas del cuerpo humano, por lo que en esta breve revisión de la anatomía del aparato respiratorio y la fisiología pulmonar podemos ubicar algunos aspectos que es importante resaltar: el aparato respiratorio está compuesto por la nariz, boca, lengua, uvula, orofaringe, retrofaringe, epiglotis, taquea, Karina, pulmón y bronquio derecho, pulmón y bronquio izquierdo, bronquiolos, alveolos o sacos alveolares y capilares que es donde se da el intercambio gaseoso quedando el oxígeno atrapado en las células sanguíneas llamadas eritrocitos dejando el dióxido de carbono para posteriormente ser exhalado, una vez realizado el intercambio el oxígeno  se transporta a todas las células del organismo para ser utilizado en el metabolismo celular  necesario para la producción de energía necesaria para la vida. La capacidad de difusión es precisamente el que se da cuando se produce el intercambio gaseoso a nivel alveolar, la capacidad pulmonar es de 6 litros de aire por minuto. El ejercicio intenso puede incrementar esta cantidad hasta cerca de 75 litros por minuto. Todo esto sucede durante la ventilación que es cuando el tórax se expande, el diafragma se mueve hacia abajo, los músculos accesorios se contraen y se genera una presión negativa dando como resultado una inspiración, La espiración normal es un proceso pasivo y es resultado de la elasticidad natural tanto del pulmón expandido como de la pared torácica, sin embargo en la espiración forzada pueden ayudar también los músculos accesorios y el diafragma, esto regularmente se puede presentar en la disnea y en la prueba de espirometria. La elasticidad pulmonar o rebote elástico se puede equiparar a lo opuesto a una esponja la cual al comprimirla debido a su composición regresaría a su forma habitual, en el caso de los pulmones al momento de la inspiración estos se contraen en espera de volver a una insuflación para distenderse.

La distenbilidad es equiparable a grado de rigidez la cual se puede constatar por la dificultad para meter volumen al pulmón, esto se da regularmente en pulmones con alguna patología concomitante como la fibrosis pulmonar o la enfermedad obstructiva crónica. Otro factor que afecta el volumen es la resistencia al flujo de aire, esto puede deberse a problemas en el tracto respiratorio como en el caso del edema por anafilaxia o el asma bronquial. Un paciente con alto grado de resistencia puede tener un volumen residual debido a problemas a la exhalación, esto puede afectar la capacidad pulmonar lo cual puede ser medida o tomado de los siguientes parámetros básicos:

1.       Volumen tidal o volumen corriente, que es el que se da en la respiración relajada y básicamente es la capacidad de llenado y vaciado pulmonar.

2.       Volumen de reserva o espiratorio, es la máxima cantidad de aire exhalado en una ispiracion y espiración normal, siendo esta de mayor cantidad que la inhalada ya que es volumen reserva.

3.       Volumen de reserva inspiratoria, es la máxima cantidad de aire inhalado la cual puede forzarse después de una inspiración normal.

4.       Volumen residual, es la cantidad de aire que queda después de una espiración normal o forzada.

5.       Capacidad vital, practicante es la suma del volumen tidal, el volumen de reserva inspiratorio y del volumen de reserva espiratorio.

6.       La capacidad pulmonar total es la suma de la capacidad vital y del volumen residual.

Existen diferentes situaciones que pueden afectar el aparato respiratorio al estar expuesto al aire ambiente, para esto el organismo tiene un mecanismo de defensa del tracto respiratorio en sus diferentes partes antes revisadas, también será de suma importancia el tamaño de las particualas y su composición ya que estas pueden pasar atreves del sistema capilar alveolar al torrente sanguino intoxicando al paciente a nivel sistémico, la primera línea de defensa es de tipo mecánico, siendo los vellos de la nariz y la misma mucosa nasal de la orofinge una especie de filtro para partículas grandes, la tos como mecanismo reflejo es también un proceso para expulsar partículas nocivas o no. Posteriormente en el tracto traqueal y bronquial células ciliadas atrapan una gran cantidad de agentes y gérmenes, estas células que se encuentran en gran parte del tracto respiratorio se encargan de atrapar en conjunto con una delgada capa mucosa dichas partículas, las cuales después serán expulsadas por un mecanismo de arrastre llamado escalador mucociliar por el cual pueden ser expulsadas en las secreciones hacia el exterior. Quedando como último mecanismo de defensa las células sanguíneas como los macrófagos y leucocitos. Evidentemente a mayor exposición a un agente extraño la capacidad de los mecanismos de defensa se ven rebasados y esto puede generar la mayor parte de las patologías ocupacionales, inducidas o por accidentes. Es de gran importancia revisar ampliamente la fisiopatología y las patologías del tracto respiratorio para entender los mecanismos que afectan dicho sistema.

 

BIBLIOGRAFIA

CDC/ CENTROS PARA EL CONTROL Y LA PREVENCIÓN DE ENFERMEDADES Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional/ NIOSH División de Estudios de Enfermedades Respiratorias Departamento de Vigilancia Epidemiológica Morgantown, Virginia Occidental 26505 Y EL INSTITUTO NACIONAL DE ENFERMEDADES RESPIRATORIAS México DF, México 2015