Fisiologia Animal T4 Anatomia i mecànica respiratòria (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Fisiologia Animal
Año del apunte 2015
Páginas 8
Fecha de subida 02/04/2015
Descargas 4

Vista previa del texto

RESPIRACIÓ Introducció. concepte de respiració.
La funció del sistema respiratori és agafar oxigen del medi extern, captar-lo perquè passi cap a unes estructures especialitzades en l’intercanvi de gasos (que són els alveols) i arribi finalment als teixits perquè pugui ser utilitzat per a la respiració cel·lular. Els processos de la respiració són: 1 Ventilació, o moviment dels músculs respiratoris que permeten la captació d’oxigen 2 Hematosi, o intercanvi de gasos en els alveols 3 Transport de gasos pel torrent sanguini 4 Respiració tissular, o intercanvi de gasos entre sang i teixits 5 Respiració cel·lular L’aire que respirem és una mescla de molts gasos, entre els quals hi ha l’oxigen. El més abundant de la mescla és el nitrogen (78,62%), i d’oxigen només hi ha un 21%. Per entendre físicament els gasos, cal mencionar tres lleis: Llei de Dalton o de les pressions parcials –en una mescla de gasos cada gas exerceix la seva pròpia pressió parcial i la suma de la pressió de cada gas dóna la pressió total de la mescla. Si en la mescla de gasos que respirem s’augmenta la proporció del nitrogen, per exemple, baixarà la pressió d’oxigen. La pressió dels gasos disminueix amb l’alçada; és per això que els alpinistes per sobre d’un determinat punt han de portar suplement d’oxigen per poder respirar.
Llei dels gasos ideals –els paràmetres que utilitzem per caracteritzar els gasos són la pressió total, el volum que ocupa, la temperatura absocut, el nombre de molècules de gas i la constant dels gasos ideals. El que és més essencial és saber que la pressió és inversament proporcional al volum. A la mateixa temperatura, si considerem el mateix nombre de molècules, si augmenta el volum baixa la pressió.
Els gasos es mouen de dues maneres diferents: per difusió i per convecció.
Els moviments de difusió es dónen entre molècules de varis gasos, i la força que promou el moviment és la diferència de concentració. Aquest moviment es dóna en els alveols, l’epiteli respiratori i en l’intercanvi gasós entre la sang i els teixits.
Els moviments de convecció es dónen en gasos dissolts tant en fase gasosa com aquosa. Els moviments són a gran velocitat i la força que provoca el moviment de convecció són els canvis de pressió. Distingim dos tipus de moviments per convecció: → de flux corrent. El moviment de gasos es dóna en dues direccions. Per exemple, l’entrada i sortida de gasos en els alveols.
→ de flux unidireccional. El moviment de gasos es dóna en una sola direcció, com per exemple el moviment de gasos quan aquests són transportats per la circulació sanguínia.
→ Moviment dels gasos per difusió.
El moviment dels gasos en el cos es dóna per difusió, és a dir, per moviments intermoleculars. Els intercanvis de gasos es dónen entre la sang i els teixits i també entre la sang i els alveols. Perquè l’intercanvi sigui possible en ambdós casos cal que els gasos estiguin dissolts en líquid.
La taxa de difusió d’un gas ve determinada per la llei de Graham: relaciona la solubilitat del gas amb el seu pes molecular. Si analitzem els dos gasos que participen en la respiració (CO2 i oxigen), tenim que el CO2 té un PM més alt; però en termes de solubilitat (S), el diòxid de carboni ho és molt més que l’oxigen. El factor que té més pes és la solubilitat: per tant en medi líquid el CO2 difondrà més ràpid que l’oxigen.
Un altre factor que hem de tenir en compte és que perquè els gasos passin d’un teixit o els alveols a la sang i viceversa cal travessar una membrana (membrana respiratòria als alveols, i als teixits cal travessar l’endoteli capil·lar).
La Llei de Fick ens diu la velocitat de difusió d’un gas (D). Aquesta és directament proporcional a la diferència de pressió, l’àrea de contacte disponible i la solubilitat, i inversament proporcional a la distància entre els dos espais que separen el gas i a l’arrel quadrada del pes molecular. Per tenir un intercanvi de gasos adequat cal tenir un gradient de pressió suficient, una àrea de difusió prou gran i una distància entre compartiments prou petita donat que la resta de termes són constants.
→Moviment dels gasos per convecció Són essencials per a la ventilació de la superfície respiratòria. L’aire entra i surt per moviments de convecció, i en pulmó de mamífer és per flux corrent. Aquest moviment de l’aire és degut als canvis de pressió que es produeixen a la caixa toràcica, que són producte dels canvis de volum d’aquesta.
El fonament físic d’aquest tipus de moviment es basa en la llei de Boyle, que ens diu que a una temperatura constant, el volum de gas varia de forma inversament proporcional a la pressió.
Quan augmentem el volum de la cavitat toràcica estem baixant la pressió; com que els gasos van dels espais de més pressió als espais de menys pressió afavorim l’entrada d’aire als pulmons. Quan disminuïm el volum de la caixa toràcica passa el contrari.
Anatomia funcional del sistema respiratori. Pulmó de mamífer. estructura funcional.
→Anatomia del sistema respiratori.
Dividim el tracte respiratori en dos: les vies respiratòries superiors i les inferiors. Les superiors estan constituïdes per la cavitat nasal i la faringe; les inferiors per la laringe, tràquea, bronquis (3 generacions de bronquis primaris, secundaris i terciaris), bronquiols i finalment els alveols.
La tràquea, els bronquis i els pulmons estan dins de la caixa toràcica. Aquesta està protegida per estructures òssies: dorsalment tenim les vèrtebres, i també 12 parells de costelles que l’envolten. Ventralment les costelles estan unides per l’estèrnum, format per teixit cartilaginós.
Els pulmons estan formats principalment per l’arbre bronquial.
L’arbre bronquial està fet de bronquis, bronquiols i alveols. Envoltant aquest arbre, trobem un teixit connectiu anomenat parènquima pulmonar que és molt elàstic i li dóna al pulmó una aparença esponjosa.
El pulmó està envoltat de dues membranes: la més externa està enganxada a les parets de la cavitat toràcica i s’anomena pleura parietal. La més interna recobreix els pulmons i s’anomena pleura visceral. Entre les dues membranes tenen entre si la cavitat pleural, plena de líquid (líquid pleural). Aquestes dues membranes sempre estan unides, de manera que els pulmons els tenim extesos. Sense pleura, o si aquesta estigués trencada, entraria aire dins de la cavitat i els pulmons es “desinflarien”. Aquest fenomen constitueix una patologia anomenada pneumotòrax.
A més dels pulmons, tenim els músculs respiratoris. Pertanyen a la musculatura esquelètica i la seva contracció i relaxació fa possible els canvis de volum de la cavitat toràcica i per tant els canvis de pressió necessaris per a permetre la respiració. El diafragma és el múscul més important de tots. Es situa a la part inferior de la cavitat toràcica, i la separa de la cavitat abdominal. Després tenim els músculs d’entre les costelles: els intercostals interns i externs. Per últim, tenim els músculs accessoris: escalens, serrats, i esternocleidomastoidal. Els escalens i l’esternocleido estan entre el coll i la clavícula, i els serrats estan a la base de les costelles. Un altre grup muscular que participa en la ventilació són els músculs abdominals.
Podem dividir els grups musculars segons el moment del procés respiratori en el qual actuen: ♠ Músculs implicats en la inspiració: Diafragma, intercostals externs i músculs accesoris quan es contrauen augmenten el volum de la caixa toràcica.
♠ Músculs implicats en la exhalació: La contracció dels intercostals interns i els músculs abdominals disminueix el volum de la caixa toràcica de manera que n’augmenta la pressió interna i els pulmons es buiden.
→ Nervis del sistema respiratori.
Com que tots els músculs responsables de la respiració pertanyen a la musculatura esquelètica, la innervació que reben és somàtica motora (la seva contracció/relaxació la duen a terme les motoneurones). El nervi més important de tots és el nervi frènic, que innerva el diafragma.
Però el tracte respiratori també té una part de musculatura llisa, que trobem en bronquis i bronquiols, que és regulada per el SN Parasimpàtic. L’activació dels nervis post-ganglionars parasimpàtics provoca la contracció d’aquesta musculatura llisa i en conseqüència en disminueix el diàmetre. Tant bronquis com bronquiols no tenen terminacions simpàtiques però sí que tenen receptors beta-adrenèrgics: qualsevol procés o causa que alliberi catecolamines de la medul·la adrenal produïrà una broncodilatació.
Els vasos sanguinis que irriguen l’arbre bronquial (circulació sistèmica) reben innervació simpàtica. Tenen receptors de tipus alfa i la seva activació provoca la reducció del diàmetre d’aquests vasos.
→Via respiratòria superior.
1 Cavitats nasals. La via principal d’entrada d’aire és a través del nas, però també pot entrar per la boca en cas de necessitat. Tanmateix, sempre és millor que entri aire pel nas perquè aquest s’acondiciona: s’humidifica, es filtra i s’escalfa.
La humidificació és deguda a la mucina que fabriquen les cèl·lules que recobreixen les cavitats nasals.
L’escalfament de l’aire és degut al pas d’aquest per una part de la cavitat nasal anomenada cornetes, que està altament vascularitzada i allibera calor.
La filtració de les partícules de l’aire és gràcies a la presència de pèls i mucina, que ja hem dit, present a les cavitats.
L’epiteli de la cavitat nasal, a més, és ciliada i afavoreix que la mucina formada es mogui progressivament cap al sistema digestiu: així es podrà eliminar la part bruta de partícules i es deixarà lloc perquè s’hi aboqui el de nova síntesi i pugui recollir més brutícia de l’aire exterior.
2 Faringe. És un tub curt que es comparteix amb el sistema digestiu. També hi trobem les amígdales, que estan fetes de teixit limfoide.
3 Laringe. Estructura cartilaginosa formada per 9 segments units per lligaments i músculs, dins de la qual hi trobem les cordes vocals. És el que anomenem aparell de fonació que ens permet la parla.
4 Tràquea. Medeix aproximadament 12 cm de llarg i té com a particularitat que les parets estan fetes de 3 capes: una paret interna feta d’epiteli mucós, una paret intermitja feta per anells cartilaginosos i una paret externa feta de teixit conjuntiu. La paret intermitja té una funció molt important, i és que aquets anells impedeixen l’obturació del pas d’aire cap a les vies inferiors. Aquests anells no són complets, estan oberts per la zona dorsal i els seus extrems s’uneixen per musculatura llisa (1/6 de la tràquea és musculatura llisa i 5/6 és cartilaginosa). Si aquesta musculatura es contrau podria reduïr el diàmetre de la tràquea i impedir la ventilació (però això no passa perquè els anells cartilaginosos ho impedeixen).
5 Bronquis primaris. La tràquea es ramifica en dos feixos de bronquis primars: uns van al pulmó dret i els altres al pulmó esquerre.
6 Bronquis secundaris.
7 Bronquis terciaris. El bronqui secundari dret es ramifica en tres bronquis secundaris que donaran lloc als tres lòbuls del pulmó dret. Al pulmó esquerre es formaran només dos lòbuls perquè només es ramificarà en dos.
8 Bronquiols. Hi ha 11 generacions de bronquiols, a partir dels quals es faran bronquiols terminals (16), després 3 generacions de bronquis respiratoris, 3 generacions de conductes alveolars i finalment els sacs alveolars.
9 Alveols. Un sac alveolar pot tenir de 2 a 6 alveols.
Des dels bronquis primaris al sac alveolar hi ha en total 23 generacions a través de les quals es va ramificant l’arbre bronquial. Això dóna que tenim aproximadament 300M d’alveols, que en total faran una superfície respiratòria de 60-80 metres quadrats! A mesura que avancem en l’arbre respiratori observem una disminució del diàmetre dels seus components, i la paret intermitja que els revesteix canvia. En bronquis i bronquiols cada cop hi ha menys teixit cartilaginós i augmenta la quantitat de teixit muscular fins arribar a la generació 16 de bronquis (els bronquis terminals), on només hi trobem teixit muscular. A partir de llavors només trobem musculatura llisa i els alveols només tenen teixit epitelial.
En l’epiteli alveolar tenim dos tipus de cèl·lules: les de tipus I, que formen l’epiteli respiratori i permeten la difusió d’oxigen i diòxid de carboni. Les de tipus II fan un líquid que anirà a dins de l’alveol per tenir sempre humidificada la sseva superfície. També sintetitzen una substància anomenada surfactant pulmonar, una glicoproteïna que disminueix la tensió superficial d’aigua (que és molt alta) perquè així els alveols no es col·lapsin. Durant el desenvolupament embrionari la síntesi de surfactant només té lloc les dues últimes setmanes de gestació. Són essencials per a la seva formació els glucocorticoides, que es sintetitzen a la medul·la adrena del fetus i també n’hi ha a la placenta.
Cada alveol està envoltat per molts capil·lars: pot arribar a tenir fins a 1000 capil·lars/alveol. Això forma la membrana respiratòria: està formada per l’endoteli capil·lar, la membrana basal capil·lar, la membrana basal epitelial i cèl·lules alveolars de tipus 1. En pulmó de mamífer fa un gruix de 0,5 micres.
→ inspiració/aspiració La inspiració és un procés actiu. Es dóna per la contracció dels músculs respiratoris, principalment el diafragma, i quan ho fa baixa cap avall. En la inspiració també hi participen els intercostals externs, que apugen les costelles. Si volem fer una inspiració forçada necessitem contraure a més els músculs accessoris.
Baixar diafragma + baixar costelles → Augment V caixa toràcica → Disminució pressió interna → entrada d’aire.
La aspiració és passiva, es produeix per la relaxació dels músculs que s’han contret durant la inspiració. Si volem forçar-la hauran d’intervenir els costals externs i els abdominals.
Pujar diafragma + pujar costelles → Disminució V caixa toràcica → Augment pressió interna → sortida d’aire.
Mecànica respiratòria.
1 En repòs tenim el diafragma relaxat. En aquesta situació la P intrapulmonar és igual a la P atm, que sempre és constant. Durant el procés de ventilació variarem la P intrapulmonar. Quan estan en equilibri no hi ha entrada ni sortida d’aire. 2 Amb la inspiració es produeix una baixada de la pressió intrapulmonar i per això entra aire a dins de la caixa toràcica. S’omplirà fins que les pressions s’igualin 3 Aspiració, augmenta la pressió intrapulmonar i sortirà aire a l’exterior. I es tornarà a iniciar el cicle. La pressió intrapleural sempre és més baixa que la intrapulmonar, i fa possible que els pulmons estiguin extesos i no col·lapsin.
El volum d’aire que es mou en un individu normal durant aquest procés és de mig litre d’aire.
→Volums i capacitats pulmonars.
Primer cal definir un seguit de volums pulmonars importants: Volum corrent o VC. És el volum d’aire que desplacem amb la respiració.
Volum de reserva inspiratori o VRI. És el volum d’aire que captem després d’una inspiració forçada. El seu valor és de 3000 ml.
Volum de reserva espiratori o VRE. És el volum d’aire que expulsem després de fer una aspiració. Són 1000 mL.
Volum residual o VR correspon a 1200mL d’aire que no podem expulsar dels pulmons.
Seguidament les capacitats pulmonars corresponents: Capacitat inspiratòria o CI. És la suma de volum corrent i volum de reserva inspiratori.
Capacitat residual funcional o CRF. És la suma del volum residual i el volum de reserva espiratori.
Capacitat vital o CV. És la suma del volum de reserva inspiratori, el volum corrent i el volum de reserva espiratori. Aquest paràmetre s’utilitza en medicina per determinar obstruccions en vies respiratòries. Aquest paràmetre varia segons l’edat i el sexe: bàsicament depèn de l’anatomia. També varia si es fa exercici físic (pot augmentar). Les dones en general tenen una CV inferior a la dels homes.
La CPT és la capacitat pulmonar total i és la suma de tots els volums. Un altre paràmetre important a determinar és el volum d’aire per minut. Si la freqüència de respiració és de 12 cicles per minut, i aquest valor el multipliquem pel volum d’aire que movem amb la respiració (mig litre) ens dóna que el valor és de 6L/minut.
El volum mort anatòmic (VMA) és el volum d’aire retingut a les vies aèries superiors, que no participa en l’intercanvi de gasos perquè no arriben als alveols. És aproximadament un 30% del volum corrent (VC). El volum mort fisiològic (VMF), en canvi, té en compte aquell volum d’aire que entra als alveols però no realitza l’intercanvi gasós perquè aquells alveols amb els quals contacta estan massa poc irrigats. Aquest últim valor és la suma del volum mort anatòmic i el volum mort alveolar. En un individu sa, el volum mort alveolar ha de tendir a 0.
→Circulació pulmonar.
Comença al ventricle dret, que aboca la sang a les artèries pulmonars. D’aquí passa als pulmons, després va fins els alveols on fa l’intercanvi gasós; després passa a les venes pulmonars i finalment arriba a l’aurícula esquerra.
Cal tenir en compte que la irrigació de l’arbre bronquial es fa a través de la circulació sistèmica: no pot irrigarse amb sang pulmonar perquè aquesta no té oxigen.
La circulació pulmonar és un sistema de baixes pressions.
Les parets del ventricle dret són més primes que les del ventricle esquerre, de manera que el primer no pot fer tanta força com el segon. En la circulació pulmonar la pressió sistòlica màxima és de 25 i la mínima de 10 mmHg, són uns valors força inferiors als de la circulació sistèmica. Però, de la mateixa manera que és un sistema de baixa pressió, també és un sistema de baixa resistència: les arterioles de la circulació pulmonar tenen menys musculatura llisa que les de la circulació sistèmica i en general sempre estan dilatades, per la qual cosa la sang flueix més lliurement.
D’aquesta manera es garanteix el flux de sang des dels vasos cap als pulmons, per poder realitzar en últim terme l’intercanvi gasós.
Una altra característica de la circulació pulmonar és que la xarxa capil·lar està molt desenvolupada: cada alveol té 1000 capil·lars. És una manera de maximitzar l’àrea d’intercanvi gasós.
En la circulació pulmonar hi ha molt poca filtració, perquè com hem dit tenim una pressió general del sistema molt baixa. A més, cèl·lules alveolars estan unides per unions estretes que impedeixen la filtració a nivell capil·lar. Per si això fos poc, tenim el sistema limfàtic molt desenvolupat en aquesta zona amb la qual cosa si hi hagués filtració excessiva aquesta seria drenada molt ràpidament. Quan es produeix l’acumulació de líquids en els bronquis es té una patologia que anomenem edema pulmonar, que afecta l’intercanvi de gasos i pot ser molt dolorós i perjudicial per l’organisme. Una última estratègia per minimitzar la filtració és que hi hagi la mínima distància possible entre l’alveol i el líquid intersticial.
La última diferència entre la circulació sistèmica i la pulmonar és la resposta dels vasos sanguinis el relació a la pressió d’oxigen. En circulació sistèmica quan hi havia una baixada en la pressió (i per tant en la concentració) d’oxigen els vasos es dilataven. En la circulació pulmonar és al revés: a baixes pressions d’oxigen les arterioles de circulació pulmonar es contrauen. Això redueix el flux sanguini cap als alveols mal ventilats per reconduïr-lo cap a altres alveols millor ventilats i poder afavorir l’intercanvi gasós.
...