Mecanismo de la inspiración
Bajo la acción de los impulsos del centro respiratorio, se contraen los principales músculos inspiratorios. Los músculos intercostales externos, cuyas fibras tienen una disposición oblicua, elevan las costillas (el momento de fuerza en la costilla superior es menor que en la inferior). Al mismo tiempo, el diafragma se contrae y se aplana.
Como resultado de estas contracciones musculares, la geometría de la caja torácica cambia:
- Aumentan los diámetros transversal y anteroposterior.
- La caja torácica se expande en dirección inferior.
La energía de los músculos respiratorios se consume en vencer cuatro tipos de resistencia: la resistencia elástica de los propios pulmones y de la caja torácica, la resistencia viscosa de los tejidos desplazados y la resistencia aerodinámica al flujo de aire.
Dinámica de presiones e intercambio gaseoso
El movimiento del aire se basa en la ley de Boyle-Mariotte: la presión y el volumen se encuentran en relación inversamente proporcional ($P \times V = \text{const}$). El aumento del volumen de la cavidad torácica conduce a la expansión de los pulmones y a la caída de la presión en su interior.
Presión alveolar ($P_{al}$) Es la presión dentro de los alvéolos en relación con la atmosférica.
- En la inspiración (0–2 s): la presión cae por debajo de la atmosférica, alcanzando un pico de presión negativa de -1 mmHg a mitad de la inspiración. El aire es succionado pasivamente hacia los alvéolos según el gradiente.
- En la espiración (2–4 s): la presión se vuelve positiva (hasta +1 mmHg), expulsando el aire hacia el exterior.
- En los momentos de cambio de fase (0, 2, 4 s): el flujo de aire está ausente y la $P_{al}$ es igual a 0.
Presión pleural ($P_{pl}$) La presión en el espacio pleural es siempre subatmosférica (negativa). Se forma como la diferencia entre la presión atmosférica y la retracción elástica de los pulmones ($P_{atm} - P_{retr.elástica} = P_{neg}$).
- En reposo (fin de la espiración) es de aproximadamente -5 mmHg.
- Durante la inspiración, la caja torácica se expande, la retracción elástica de los pulmones aumenta y la presión cae hasta -8...-9 mmHg.
- En la espiración, la caja torácica se colapsa y los valores retornan a los iniciales (alrededor de -6 mmHg).
Mecanismo de la espiración
La espiración puede ser pasiva o activa, dependiendo de las necesidades del organismo.
- La espiración tranquila se produce de forma totalmente pasiva. La caja torácica desciende por su propio peso. Le ayudan la retracción elástica del tejido pulmonar, la presión de los órganos abdominales que desplazan el diafragma hacia arriba y la retracción elástica de los cartílagos que fueron estirados durante la inspiración.
- La espiración activa (forzada) se pone en marcha durante el ejercicio físico o al espirar bajo el agua. A las fuerzas pasivas se suma el trabajo muscular: se contraen los músculos intercostales internos y los músculos de la pared abdominal.
Un factor importante para la estabilidad estructural de los pulmones durante la espiración es la interdependencia alveolar: la compresión de los alvéolos grandes provoca el estiramiento de los alvéolos pequeños conectados a ellos, lo que evita el colapso de la luz de los bronquios pequeños.
Aerodinámica de las vías respiratorias
La velocidad del flujo de aire ($Q$) se calcula mediante la fórmula: $Q = \Delta P / R$, donde $\Delta P$ es la diferencia entre la presión atmosférica y la alveolar, y $R$ es la resistencia aerodinámica.
Es interesante destacar que la resistencia principal al flujo de aire se genera en las vías respiratorias superiores. A pesar de que las vías respiratorias inferiores son más estrechas, con cada nuevo nivel de ramificación bronquial su número aumenta exponencialmente. Como resultado, la sección transversal total de las regiones inferiores se vuelve tan grande que la resistencia en ellas disminuye significativamente.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué papel desempeña el surfactante en la biomecánica respiratoria?
El surfactante estabiliza el estado de los alvéolos y participa en la mecánica de su estiramiento, evitando que se adhieran entre sí.
El mecanismo de acción depende de la fase respiratoria:
- Durante la inspiración: las moléculas se alejan unas de otras, la tensión superficial aumenta, lo que garantiza la protección de los alvéolos frente a la sobredensión.
- Durante la espiración: las moléculas se sitúan muy cerca unas de otras, la tensión superficial disminuye, lo que garantiza la protección de los alvéolos frente al colapso.
Además, esta sustancia tensoactiva facilita la difusión de oxígeno hacia la sangre.
La presión pleural siempre es negativa (trata de tirar de los pulmones hacia la pared torácica), mientras que la alveolar cambia de signo: negativa en la inspiración (succiona) y positiva en la espiración (expulsa).
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué la presión en la cavidad pleural es negativa?
Esto se debe a las características de la ontogenia. Durante el crecimiento, la caja torácica se expande con mayor rapidez que el tejido pulmonar. Debido a esta diferencia, los pulmones se encuentran permanentemente en estado de distensión (la retracción elástica tiende a comprimirlos), lo cual genera la presión subatmosférica entre las hojas pleurales.
¿Qué ocurre con la presión alveolar durante las pausas entre la inspiración y la espiración?
En los momentos de cambio de fase respiratoria (en los segundos 0, 2 y 4 del ciclo), cuando el flujo de aire está completamente ausente, la presión alveolar se iguala con la atmosférica y se vuelve cero.
¿Dónde se encuentra la mayor resistencia aerodinámica en el sistema respiratorio?
La principal resistencia aerodinámica se localiza en las vías respiratorias superiores. En las regiones inferiores, debido al enorme número de bronquios ramificados, la sección transversal total aumenta drásticamente y la resistencia cae.
Qué más repasar sobre el tema
- Maniobra de Müller y valores extremos de la presión pleural
- Gráficos de la dinámica de los volúmenes respiratorios y flujos de aire
- Interdependencia alveolar y mantenimiento de la luz bronquial
- Tipos de resistencia respiratoria (elástica, viscosa y aerodinámica)
- Características relacionadas con la edad en el desarrollo de la presión intrapleural
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