SISTEMA RESPIRATORI (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Fisiologia Animal
Año del apunte 2014
Páginas 17
Fecha de subida 18/10/2014
Descargas 20

Descripción

Professor: Vicente Martínez

Vista previa del texto

5. SISTEMA RESPIRATORI 5.1.
MECÀNICA CONCEPTE DE REPIRACIÓ La respiració és la seqüència completa de passos que es donen perquè els animals realitzin l’intercanvi gasós d’O2 i CO2. La respiració apareix a causa de la necessitat d’oxigen que tenen els teixits per obtenir energia com a suport de les funcions cel·lulars. També per eliminar el diòxid de carboni, que es produeix en els mateixes reaccions cel·lulars.
La respiració mitocondrial és el conjunt de processos oxidatius que es donen al mitocondri amb la finalitat d’obtenir ATP, en els quals es gasta oxigen, i es produeix CO2.
En els organismes més evolucionats, la transpiració cutània no permet que l’oxigen arribi a tots els teixits, per la qual cosa hi ha sistemes específics que tenen superfícies respiratòries especialitzades. Aquests sistemes són els pulmons o les brànquies. Segons la font d’oxigen hi ha dos tipus d’espècies, les aèries (tenen pulmons) i les aquàtiques (tenen brànquies).
Alhora, també es necessita un sistema de transport d’aquests gasos, el sistema circulatori.
Aquest necessita unes proteïnes especialitzades en el transport de gasos. Són proteïnes que presenten ions metàl·lics en la seva estructura (metal·loproteïnes). Els metalls són la base de la unió reversible dels gasos a aquestes proteïnes. Els metalls, a més, tenen color, i fan que les proteïnes tinguin color (ex: el ferro és vermell, i fa que l’hemoglobina sigui vermella, els glòbuls vermells també, i en conjunt tota la sang).
Es necessiten metal·loproteïnes a la sang a causa de la baixa solubilitat del O2 en el plasma i per transportar aquest gas.
Els ions metàl·lics són diferents segons el grup d’animals: 1. Hemoglobina: és de color vermell, la tenen els mamífers.
2. Hemocianina: és de color blau.
3. Hemoeritrina: color violeta.
L’hemoglobina es diferencia segons si és fetal o adulta. Té una afinitat modulable per l’oxigen i el CO2.
A més de l’hemoglobina, que és la proteïna transportadora d’oxigen en sang, també hi ha proteïnes relacionades amb l’emmagatzematge d’aquest: la mioglobina i la neuroglobina.
FUNCIONS DEL SISTEMA REPIRATORI La respiració és el procés fisiològic pel qual l’aire entra ens els pulmons, on té lloc un procés d’intercanvi gasós. Així doncs, la funció més important del sistema respiratori és la de dur a terme l’intercanvi gasós, que proporciona oxigen als teixits i n’elimina el CO2.
També té funcions de: 4.
5.
6.
7.
Protecció: cilis, macròfags alveolars, mucosa...
Manteniment del medi àcid-base.
Fonació: producció de la veu.
Funcions metabòliques.
8. Reservori de sang: la sang es pot acumular als pulmons, i ser alliberada si el cos la necessita.
Per tant, la funció principal és la de l’intercanvi gasós: l’aire entra i surt dels pulmons i va fins els alvèols (mecànica de la respiració). Allà, intercanvia els fasos amb la sang. Llavors, la sang circula i porta els gasos per tot el cos. En els teixits pels que passa la sang també es dóna un intercanvi gasós, de manera que l’oxigen entra dins les cèl·lules, i dins aquestes, se’n va al mitocondri on participarà en la respiració mitocondrial.
El canvi d’aire es dóna per les vies respiratòries, és a dir, el que queda dels alvèols a l’exterior.
Diferenciem les vies entre: 9. Vies respiratòries altes: són la boca, les fosses nasals i la faringe (fins la nou del coll). La seva funció és acondicionar l’aire, afegir-li humitat, atemperar-lo i filtrar-lo. Per tant tenen una funció de defensa i de neteja de l’aire.
10. Vies respiratòries baixes: van de la laringe fins els alvèols. Segueixen un procés de ramificació contínua, ja que hi ha uns 8 milions d’alvèols, per tant hi ha d’haver 8 milions de ramificacions. Es diferencien en dues zones:  Vies conductores: és un espai mort, perquè no fa cap altre funció a part de transportar l’aire i retenir les partícules (filtració). Laringe, tràquea (té divisió dicotòmica), bronquis principals fins a bronquíols terminals.
 Vies respiratòries: tenen ja intercanvi de gasos. Bronquíols respiratoris, conductes alveolars i alvèols.
CICLE RESPIRATORI La respiració és un cicle mecànic d’inspiració i espiració. La inspiració és un procés actiu amb contracció muscular de diafragma, abdominals i intercostals.
L’espiració és un procés passiu en el qual els músculs espiratoris alenteixen el procés (intercostals).
Quan hi ha un canvi de volum en la cavitat toràcica, hi ha un canvi de volum en els pulmons. Això és possible perquè els pulmons són òrgans elàstics. Depenent de la pressió a que els sotmetem, tenen un canvi de volum o un altre. Això ve determinat per la compliància.
La compliància o distensibilitat mesura el canvi de volum d’un òrgan per uniat de canvi de pressió. És un paràmetre físic característic d’estructures elàstiques.
Si la rigidesa del pulmó augmenta, les característiques elàstiques dels pulmons es veuen afectades, i disminueix la compliància. Llavors, s’ha de fer més esforç per distendre els pulmons i poder respirar.
La compliància depèn de: 11. Elasticitat del teixit pulmonar.
12. Tensió superficial dels alvèols (tendència que tenen a col·lapsar-se).
Els alvèols estan agrupats com grans de raïm. Cada alvèol té una paret formada per una sola capa de cèl·lules, i per fora estan rodejats de capil·lars sanguinis. L’interior d’aquesta capa de cèl·lules està rodejada d’aigua. La tensió superficial d’aquesta capa d’aigua és molt alta i per això la superfície alveolar tendeix a col·lapsar-se, a comprimir.se. Tampoc ajuden els canvis constants de pressió degut a l’entrada i la sortida d’aire.
Els alvèols es mantenen oberts reduint la tensió superficial. Per aconseguir això s’afegeix a la capa d’aigua una substància tenso-activa, un surfactant. Aquest dóna estabilitat a la tensió, la redueix i permet mantenir el volum de l’alvèol sense col·lapsar-se.
El surfactant és produït per pneumòcits (cèl·lules de la paret dels alvèols) de tipus II dels alvèols.
Els pneumòcits de tipus I són les cèl·lules principals de la paret de l’alvèol, i són les que fan l’intercanvi gasós. El surfactant està compost per fosfolípids i proteïnes, que es mesclen amb l’aigua i redueixen la seva tensió superficial.
VOLUMS PULMONARS Aquests volums es poden conèixer amb una espirometria: 1. Volum de Ventilació Pulmonar (volum corrent, volum tidal, VT): volum d’aire que entra als pulmons en cada inspiració, o que surt en cada espiració.
2. Volum Inspiratori de Reserva (VIR): volum inspirat amb un esforç inspiratori màxim que excedeix el VT.
3. Volum Espiratori de Reserva (VER): volum espirat amb un esforç espiratori màxim després d’una espiració passiva.
4. Volum Residual (VR): aire que queda en els pulmons després d’un esforç espiratori màxim.
Als espais que ocupen aquests volums se’ls anomena capacitats pulmonars. Els diferents volums es relacionen formant les capacitats: 1. Capacitat inspiratòria: quantitat màxima d’aire que es pot inspirar.
2. Capacitat vital: volum màxim d’aire que pot ser espirat després d’una inspiració forçada màxima.
3. Capacitat residual funcional: volum d’aire que roman en els pulmons després d’una espiració normal.
4. Capacitat total pulmonar: volum d’aire en els pulmons després d’una inspiració forçada màxima.
De manera pràctica, i en estats fisiològics, tot es pot reduir a dos espais: - Espai funcional: zona del pulmó on hi ha intercanvi gasós. És l’espai que ocupen els alvèols.
Espai afuncional o espai mort: espai ocupat pel gas que no fa intercanvi, és a dir, que no s’equilibra amb la sang. És l’espai que ocupen tot el sistema de conductes.
Ventilació Pulmonar: volum d’aire que entra o surt dels pulmons per minut. Es calcula en volum/minut.
La ventilació pulmonar és un paràmetre modulable a voluntat, ja que podem provocar canvis en el volum tidal i en la freqüència de respiració. La mecànica és la única part del procés de respiració que podem controlar voluntàriament.
Com tot l’aire que entra en els pulmons no s’intercanvia amb la sang, també hi ha el concepte de Ventilació Alveolar: volum d’aire que arriba als alvèols i participa en l’intercanvi gasós per minut.
VD  Volum d’espai mort.
La ventilació alveolar és el paràmetre que realment mesura l’eficàcia de la mecànica pulmonar.
L’aire que participa en l’intercanvi és aproximadament un 70% del total que entra en els pulmons.
Aquest paràmetre també és modulable, en el volum tidal i la freqüència respiratòria. El volum d’espai mort, però, no es pot modificar.
PROPIETATS DELS GASOS Els gasos fan difusió i s’intercanvien per gradient, des d’on hi ha més concentració a on hi ha menys. En gasos, però, no parlem de concentracions, sinó de pressions parcials. Hem de conèixer la composició de l’aire i la pressió parcial de cada gas per entendre com funciona l’intercanvi gasós: - Hi ha molt de nitrogen.
L’aire és relativament ric en oxigen.
Té una pressió parcial molt baixa de CO2.
També pot ser que hi hagi vapor d’aigua, que fa desplaçar aquesta composició i que hi hagi menys pressió parcial de tots els gasos. Un aire més humitat indica que té menys gasos respirables. El % d’humitat és el % de saturació del vapor d’aigua en l’aire (el 100% és quan plou).
Com hem dit, els gasos es mouen per gradient de pressió, i la velocitat d’aquesta difusió ve determinada per: la naturalesa de la barrera de difusió i el gradient de pressions parcials dels gasos.
INTERCANVI GASÓS A nosaltres ens interessa la quantitat d’O2 que arriba als teixits, i això depèn de: - La quantitat que n’arriba als pulmons.
L’intercanvi gasós que es dóna en els alvèols.
La capacitat de la sang per transportar O2, tant dissolt, com amb hemoglobina, i en aquest últim cas, l’afinitat de l’hemoglobina per l’oxigen.
Quantitat de sang que arriba en un punt determinat (situació de la irrigació tissular).
Estructura dels alvèols: L’intercanvi gasós depèn de la capacitat de difusió pulmonar. Es defineix com la quantitat d’un gas que travessa la membrana alveolar per minut i per mm Hg de diferència a ambdós costats d’aquesta. Els factors determinants són: - Gradient de pressió entre aire alveolar i corrent sanguini.
Facilitat del gas per difondre (propietats fisico-químiques).
Àrea d’intercanvi.
Espessor de la membrana alveolar.
Sistema de transport del gas en plasma.
La composició de l’aire inspirat arriba a un equilibri amb la composició venosa en els alvèols.
Dels alvèols del pulmó a les artèries, varia una mica la composició d’oxigen perquè hi ha un consum de les cèl·lules del pulmó.
La composició de les artèries entra en equilibri amb la composició dels teixits en els capil·lars sanguinis. La sang venosa encara és rica en O2.
L’aire alveolar s’equilibra amb el que s’havia quedat en l’espai mort del pulmó en la inspiració, de manera que s’empobreix de CO2 i s’enriqueix en O2. De la mateixa manera, quan espirem, l’aire s’equilibra amb l’aire de l’espiració anterior que havia quedat a l’espai mort.
La sang és sempre rica en oxigen. L’aire espirat pot ser respirable un altre cop, ja que encara té una concentració d’oxigen superior a la de la sang. Al cap de respirar-lo molt, però, els nivells ja són massa baixos.
TRANSPORT DE GASOS CO2 Per la sang té tres formes diferents de transport: - Pot estar en forma lliure en solució.
Hidratació del CO2, que està catalitzada per l’andhidrasa carbònica. Així es crea àcid carbònic, que fàcilment és ionitzat a ions carbonat. Així és més fàcil de transportar en sang. A més, també controla el pH del medi orgànic, que es torna més àcid.7 - Per transportar-se més fàcilment, també forma compostos carbamínics. Aquests es formen per la reacció del CO2 amb grups aminoterminals de proteïnes (hemoglobina i proteïnes plasmàtiques).
INTERCANVI ERITROCITARI EN ELS TEIXITS I ALVÈOLS 5.2.
CONTROL DE LA RESPIRACIÓ TERMINOLOGIA Eupnea: respiració normal.
Disnea: respiració anormal. Alteració del ritme (amplitud i/o freqüència) respiratori.
Hiperapnea: augment del ritme (amplitud i/o freqüència) de respiració.
Hipoapnea: reducció del ritme (amplitud i/o freqüència) de respiració.
Apnea: parada de la funció respiratòria.
Apneusis: allargament de la inspiració. Inspiració permanent.
REGULACIÓ DE LA RESPIRACIÓ Com es regula la respiració? Des d’un punt de vista fisiològic, és un procés autonòmic, rítmic i continu que implica una descàrrega nerviosa seqüencial sobre els músculs inspiradors i espiradors.
La funció respiratòria es controla controlant la profunditat i la freqüència respiratòria. Aquests són els dos únics paràmetres que es poden controlar voluntàriament. Controlant aquests, es pot arribar a modificar la ventilació alveolar, ja que: La funció respiratòria ha de ser regulable i respondre a mecanismes de control. Els sistemes de control són de: - Base química.
Base nerviosa.
Aquests controls són involuntaris. El cos sap què és el que ha de regular i com per l’arribada d’informació dels receptors sensorials nerviosos i químics.
Aquesta informació s’integra en les neurones del pont, a la base del cervell. Llavors s’envia una resposta a través de vies eferents, que afectarà als músculs respiratoris, fent que es variï la freqüència respiratòria o la profunditat de la respiració.
A més, es pot controlar des del còrtex, és a dir, un component voluntari. La respiració també permet una mica de control voluntari.
CENTRES RESPIRATORIS Són grups de neurones implicades en el control de la respiració, que es situen en el pont i el principi de la medul·la. Formen part del sistema autonòmic de control de la respiració.
S’organitzen en tres centres funcionals.
- Centre respiratori principal.
Centre apneústic.
Centre neumotàxic.
CENTRE RESPIRATORI PRINCIPAL Està a la medul·la i està format per dos grups de neurones: - - Grup dorsal: està format per neurones inspiratòries (tipus I). Actuen sobre els músculs inspiradors, i generen la inspiració.
Grup ventral: està format per neurones de tipus E, neurones espiratòries. Generen la espiració actuant sobre els músculs espiradors.
CENTRE APNEÚSTIC Regula la profunditat respiratòria i impedeix la apneusis (la inspiració prolongada, la inspiració permanent). No permet que s’estigui inspirant sempre, la qual cosa seria mortal.
CENTRE NEUMOTÀXIC Centre que també controla la terminació de la inspiració. Regula el volum de ventilació pulmonar i la freqüència respiratòria.
Si s’eliminessin els dos últims centres, la respiració continuaria, però la seria anormal, seria difícil mantenir el ritme i regularitat que es té en una respiració normal.
MECANISMES DE CONTROL DE BASE NERVIOSA Es genera per estímuls que es produeixen en la perifèria d’un organisme, i poden estar generats dins o fora del sistema respiratori.
Generats dins el sistema respiratori: - - Mecanoreceptors pulmonars: en el parènquima pulmonar hi ha receptors que informen als centres integradors de com s’obre el pulmó en la respiració. Eviten que el pulmó es distengui en excés i es danyi.
Receptors en les vies respiratòries: també eviten que s’inflin massa. N’hi ha de mecànics i també de químics.
- Receptors pulmonars juxtacapil·lars: estan al costat dels capil·lars sanguinis i responen a substàncies químiques que hi ha en sang. Depenent del producte que arribi en la sang al pulmó, canvien la informació que envien.
Estímuls generats fora del sistema respiratori: - Receptors de músculs, tendons i articulacions: informen, per exemple, de si estem fent exercici i es necessari augmentar la freqüència respiratòria.
Baroreceptors: receptors de pressió arterial. Modifiquen la freqüència respiratòria.
Nociceptors: informen del dolor generat en els músculs del tòrax, que són els que ajuden a respirar. Quan hi ha algun dany en aquests músculs, la respiració sol ser anormal.
Termoreceptors: informen de la temperatura del cos, ja que una de les funcions dels tractes respiratoris era la termoregulació.
MECANISMES DE CONTROL DE BASE QUÍMICA El control químic de la respiració està basat en paràmetres químics sanguinis associats a la funció respiratòria: la PCO2 (pressió parcial de CO2), PO2 i pH. Si augmenta el CO2, el pH baixarà (formació d’àcid carbònic). La pressió parcial d’O2 també s’ha de controlar perquè és la que fa entri o surti l’oxigen.
Per detectar aquests paràmetres, s’han d’utilitzar uns quimioreceptors centrals i altres perifèrics.
QUIMIORECEPTORS CENTRALS Es troben a la medul·la i base del cervell, les zones quimioreceptores del cervell. Hi ha neurones sensibles a canvis de pH, i llavors fan descàrregues sobre els centres respiratoris.
Hiperapnea: més respiració. Es ventilarà més i s’intercanviarà més CO2, i baixarà la seva pressió parcial.
Si el CO2 està alt o baix, produirà una hiperapnea o una hipoapnea.
Exemple d’augment de pressió parcial de CO2, i hiperapnea per contrarestar-ho.
QUIMIORECEPTORS PERIFÈRICS Són quimioreceptors del cos aòrtic i del sinus carotídic. Estan associats als baroreceptors. Són cèl·lules anomenades glòmiques que són quimiosensibles, i generen un potencial d’acció en nervis sensorials. Aquestes cèl·lules tenen cèl·lules de suport. També hi ha terminacions aferents sensitives (el nervi vague i el nervi glasofaríngic). Les cèl·lules glòmiques són sensibles a: - PCO2.
PO2.
pH.
Aorta  ramificacions són les caròtides.
Les cèl·lules glòmiques estan en l’endoteli. Si augmenta la PCO2, la de PO2 disminueix, i el pH baixarà. Això és detectat per les cèl·lules glòmiques, que descarreguen als nervis, van als centres respiratoris principals i aquests produeixen una hiperapnea  augmentarà PO2 i el pH, i disminuirà el PCO2.
CONTROL VOLUNTARI DE LA RESPIRACIÓ Aquest depèn de les influències corticals sobre els centres respiratoris. Es fa per vies corticoespinals. Les àrees corticals fan un efecte directe sobre els grups dorsal i ventral del centre respiratori.
El control voluntari, però, està dins un rang molt limitat. Un pot controlar molt poc la seva respiració. Aquest control només està demostrat en els humans.
Els temps que un pot interrompre voluntàriament la respiració fins tornar a respirar s’anomena nivell de ruptura.
CONTROL INTEGRAT DE LA RESPIRACIÓ ALTRES PROCESSOS RESPIRATORIS RONRONEIG És un fenomen propi dels felins. Les cordes vocals vibren pel pas de l’aire. Aquesta vibració està associada a contraccions musculars i al tancament de la glotis. Es produeix tant en la inspiració com la espiració.
No se sap que tingui cap avantatge fisiològic clar (potser una millor ventilació?), i no té connexió amb els estats psicosomàtics (o sigui que no ronronegen perquè estiguin còmodes).
PANTEIX Modificació de l’activitat del centre respiratori associada a canvis de la temperatura corporal. És un moviment ràpid d’aire per les vies respiratòries per augmentar l’evaporació d’aigua i la pèrdua de calor (respiració superficial).
Es realitza a expenses d’augmentar la freqüència respiratòria mantenint el volum de ventilació alveolar el més constant possible. S’augmenta la ventilació en l’espai mort. És característic d’espècies que no suen, i aquesta és la seva manera de regular les altes temperatures.
PATRONS RESPIRATORIS EN ANIMALS RESPIRACIÓ COSTAL Moviments respiratoris deguts a l’activitat de músculs intercostals i diafragma. No hi ha participació significativa de músculs abdominals, que són els que participen en inspiracions profundes. Aquesta respiració és la típica de l’espècie humana.
RESPIRACIÓ ABDOMINAL En aquesta sí que hi ha participació significativa dels músculs abdominals (premsa abdominal).
Aquesta respiració es veu inhibida en patologies que afectin als abdominals. Predomina en espècies animals, com el cavall i el gos, que tenen una espiració activa abdominal predominant.
...