martes, 15 de enero de 2013

La respiración y el aparato respiratorio

El concepto de respiración en el marco del funcionamiento de los seres vivos tiene un doble significado, que puede complicar su comprensión: por una parte, cuando se refiere al nivel de organización del individuo completo, la respiración consiste en el intercambio de gases entre el organismo y su entorno, mediante el cual el oxígeno llega hasta el medio interno (la sangre) mientras que el dióxido de carbono resultado de los procesos metabólicos del organismo es expulsado al exterior.

Por otra parte, cuando se analiza desde el punto de vista del nivel de organización celular, la respiración, que en este caso suele recibir el nombre más preciso de respiración celular, se refiere a una serie de reacciones químicas que ocurren en la célula, concretamente en la mitocondria, y que sirven para producir energía a partir de los nutrientes. En la respiración celular el oxígeno se combina con algunos de los nutrientes procedentes de los alimentos, en un proceso de combustión en el que se obtiene energía. Los productos de esa combustión, además de la energía que la célula utiliza, son agua y dióxido de carbono.

Existe, por tanto, una relación estrecha entre el proceso que tiene lugar en los pulmones (la ventilación pulmonar) y la respiración celular que ocurre en todas las células del organismo: el oxígeno absorbido en los pulmones es transportado hasta todas y cada una de las células del cuerpo, donde es utilizado para obtener energía. Como residuo se produce dióxido de carbono, que es eliminado por las células, pasando a la sangre, que lo transporta hasta los pulmones para ser eliminado.

En los mamíferos la respiración es realizada por el aparato respiratorio pulmonar. Se trata de un conjunto de tubos huecos, llamados genéricamente vías respiratorias, que permiten la llegada del aire hasta un conjunto de cavidades de pequeño tamaño, llamadas alveolos, recubiertas por un epitelio muy fino a través del cual los gases difunden con facilidad. La mayor parte de este conjunto de tubos está dentro de un par de órganos que los protegen y evitann que colapsen, los pulmones, y el conjunto completo se encuentra dentro del tórax, protegido por las costillas.

Anatomía del aparato respiratorio

La entrada de aire al aparato respiratorio se produce a través de las fosas nasales, un par de orificios situados en la parte inferior de la nariz, que se abren a una cavidad (cavidad nasal) situada entre el paladar y la base del cráneo. La cavidad nasal se comunica con un sistema de huecos distribuidos por encima y por debajo de los ojos, llamados senos paranasales. Tanto la cavidad nasal como los senos están recubiertos por un epitelio que segrega moco, una glucoproteína que cumple una función protectora del aparato respiratorio.

En el interior de la cavidad se aprecian unos resaltes óseos, los cornetes nasales, que permiten aumentar su superficie interna.

La cavidad nasal no solo es un orificio de entrada, sino que también sirve para acondicionar el aire antes de que siga su recorrido por el resto del aparato respiratorio. El acondicionamiento consiste en calentar el aire, poniéndolo en contacto con la sangre que circula por debajo del epitelio. De este modo, se evita que el aire frío pueda dañar el epitelio de las vías respiratorias o de los alveolos.

Otra función que cumplen las fosas nasales es impedir la entrada al aparato respiratorio de elementos extraños, que pueden ser causantes de enfermedades. La primera estructura relacionada con esta función son los pelos que se encuentran en los orificios nasales, que impiden la entrada de cuerpos extraños y de pequeños animales. Elementos más pequeños, como bacterias o virus, quedan retenidos por el moco, una glucoproteína viscosa y adherente secretada por el epitelio nasal y por el de los senos paranasales. La inflamación de esta mucosa, provocada por microorganismos, da lugar a la sinusitis.

Las fosas nasales se abren por su parte posterior a la cavidad bucal, de la que quedan separadas por la úvula (campanilla). Las vías respiratorias y las digestivas tienen, a partir de este punto, un tramo común, la faringe, que desemboca por su parte dorsal en el esófago (aparato digestivo) y por su parte ventral en la laringe (aparato respiratorio). El tramo inferior de la faringe presenta un repliegue, la epíglotis, que evita el paso de los alimentos hacia las vías respiratorias, que provocaría el ahogamiento.

En la laringe se encuentran las cuerdas vocales, unos repliegues membranosos que pueden abrirse o cerrarse y que vibran al paso del aire, emitiendo los sonidos vocálicos.

A continuación de la laringe se encuentra la tráquea, un conducto tapizado interiormente por un epitelio ciliado, y protegido hacia el exterior por un cartílago. En su primer tramo, que externamente se aprecia en el cuello, el cartílago tiene forma de "C", porque la parte posterior de la tráquea está próxima a la columna vertebral, pero cuando se separan el cartílago rodea por completo al tubo. La función de la tráquea es  conducir el aire hacia los pulmones. Además, el epitelio que la recubre se ocupa también de eliminar partículas extrañas que hayan podido llegar hasta allí procedentes del exterior.

La tráquea se divide en dos conductos, también protegidos por cartílago, llamados bronquios. Tras un corto recorrido los bronquios penetran en los pulmones y se dividen a su vez en bronquiolos, ya sin cartílago: tres en el lado derecho y dos en el izquierdo, ya que este lado del pulmón es algo más pequeño debido a la posición que ocupa el corazón. Cada bronquiolo penetra en una división pulmonar, que puede observarse desde el exterior, llamada lóbulo pulmonar. Dicho de otra forma, el pulmón izquierdo tiene dos lóbulos mientras que el derecho tiene tres.

Los pulmones son órganos huecos rodeados de una doble membrana llamada pleura. Las dos hojas de la pleura dejan entre sí una cavidad estrecha y llena de líquido, la cavidad pleural, que tiene gran importancia en el funcionamiento del aparato respiratorio.

Los bronquiolos se ramifican rápidamente, formando una estructura con forma de árbol con ramas cada vez más estrechas también llamadas bronquiolos. Para distinguirlos unos de otros se tiene en cuenta el número de ramificaciones que se han producido hasta llegar a cada uno, y así se habla de bronquiolos de primer orden, de segundo orden, etc. Los bronquiolos más pequeños reciben el nombre de bronquiolos terminales, y desembocan en los sacos alveolares.

Los sacos alveolares están formadas por la unión de un conjunto de cavidades más o menos esféricas, los alveolos, de modo que externamente tienen aproximadamente el aspecto de un racimo de uva. Hacia el exterior, cada saco alveolar está rodeado por un conjunto de capilares sanguíneos. La pared de los alveolos está formada por una fina capa de epitelio monoestratificado plano, que se mantiene siempre húmeda. El pequeño grosor de las células de esta capa permite el paso a su través de los gases que se intercambian durante la ventilación pulmonar. Gracias a la estructura pulmonar, la superficie total de intercambio gaseoso se acerca a los 100 m2.

El intercambio de gases entre la cavidad alveolar y los capilares sanguíneos se produce por difusión, gracias a la diferencia de concentración que existe entre el aire y la sangre. Los gases son capaces de pasar a través de las estrechas células del alveolo y del capilar. Su movimiento neto se produce desde la zona en la que están más concentrados a la de menor concentración. La sangre que llega a los pulmones tiene una concentración de dióxido de carbono mayor que el aire exterior, de modo que el CO2 pasa desde el capilar hasta el alveolo. Por el contrario, la concentración de oxígeno en la sangre que llega al alveolo es más baja que la del aire, de modo que el oxígeno pasa del alveolo al capilar.

Para que pueda producirse el intercambio de gases en los alveolos, es necesario que el aire penetre en los pulmones, recorriendo todas las vías respiratorias. El flujo de aire a lo largo de los conductos respiratorios se produce gracias a la diferencia de presiones que existe entre el exterior del cuerpo y el espacio interpleural.

Los gases pueden moverse libremente desde las zonas en las que se encuentran a una presión elevada a las zonas en las que la presión que soportan es menor. Un mecanismo posible para cambiar la presión de un recipiente es cambiar su volumen: si aumenta el volumen del recipiente, disminuye la presión interna en él. Eso es lo que ocurre durante los movimientos respiratorios con la cavidad pleural. Al inspirar, se contrae el diafragma y los músculos intercostales separan las costillas. Estos dos movimientos, especialmente el primero, hacen que aumente el volumen de la cavidad pleural.

Al tratarse de una cavidad cerrada, el aumento de su tamaño hace que disminuya su presión interna. Como la presión del aire atmosférico es ahora mayor, el aire penetra en los pulmones. Durante la espiración ocurre el fenómeno opuesto.

Nuestros pulmones tienen una capacidad total aproximada de unos 6 litros. Sin embargo, no todo ese aire entra y sale de los pulmones cuando respiramos. En realidad, en cada movimiento respiratorio se intercambia aproximadamente medio litro. Este volumen de aire que se intercambia en una respiración habitual se denomina volumen normal. Si en lugar de respirar normalmente se realiza una inspiración forzada, la cantidad de aire que entra y sale de los pulmones aumenta hasta llegar aproximadamente a los 4,8 litros. Esos 4,3 litros más que pueden entrar y salir gracias a la respiración profunda se denominan capacidad vital. En todo caso, siempre queda una parte del aire, algo más de un litro, que no puede entrar ni salir de los pulmones, por mucho que se fuerce la respiración. Esta porción de aire se denomina volumen residual.

Cada minuto se producen entre 12 y 15 ciclos respiratorios, por lo que se intercambian con el exterior entre 6 y 7,5 litros de aire. Este ritmo puede variarse voluntariamente, pero en condiciones normales se controla involuntariamente desde el hipotálamo y, sobre todo, el bulbo raquídeo.

El factor más importante en el control del ritmo respiratorio es la concentración de dióxido de carbono que circula por la sangre, a través de su influencia en el pH (grado de acidez) sanguíneo. Cuando aumenta la cantidad de dióxido de carbono en a circulación, generalmente debido a un consumo excesivo de oxígeno, hace que disminuya el pH de la sangre, lo que puede ser detectado por elementos sensoriales situados en los vasos sanguíneos.  Este cambio es comunicado al bulbo raquídeo, que desencadena un aumento del ritmo y la profundidad de la respiración, con lo que vuelve a aumentar la cantidad de oxígeno en la sangre.

Enfermedades del aparato respiratorio

El aparato respiratorio está expuesto directamente al exterior del cuerpo, por lo que es una de las zonas del organismo más sensible a las infecciones. Son muy habituales las infecciones por diferentes tipos de virus, que dan lugar a catarros o gripes, y que afectan a las vías respiratorias altas (fosas nasales, garganta), o las infecciones víricas o bacterianas que afectan a la faringe y a la laringe, y que pueden también dar lugar a las amigdalitis si se produce una respuesta inmunitaria contra los agentes infecciosos.

También son habituales, aunque menos frecuentes, las enfermedades de las vías respiratorias bajas, como la bronquitis o la neumonía (también llamada pulmonía).

Otra causa frecuente de enfermedades del aparato respiratorio es la alergia. La mucosa respiratoria está expuesta a las sustancias que pueden producir reacciones inmunitarias, por lo que son muy frecuentes las manifestaciones locales en forma de alergias. Entre estas enfermedades se encuentran la rinitis alérgica, la fiebre del heno o la mayor parte de los tipos de asma.

Infecciones de las vías respiratorias altas Resfriado común, rinitis, sinusitis, faringitis, amigdalitis, laringitis, traqueítis
Infecciones de las vías respiratorias bajas Bronquitis, gripe, neumonía, bronconeumonía
Otras enfermedades de las vías aéreas superiores Fiebre del heno
Enfermedades crónicas Enfisema, EPOC, asma
Enfermedades pulmonares por agentes externos Enfermedades profesionales relacionadas con la inspiración de sustancias tóxicas
Otras enfermedades intersticiales Edema pulmonar
Enfermedades supurativas y necróticas Absceso pulmonar, derrame pleural
Otras enfermedades Neumotórax, insuficiencia respiratoria
La bronquitis es la inflamación de la capa mucosa de los bronquios, debida a diferentes causas. Puede ser aguda, es decir, tener una duración más o menos corta pero con síntomas intensos, en cuyo caso puede deberse a una infección o a un daño producido por algún producto tóxico, o crónica, generalmente de menor intensidad pero persistente en el tiempo, Las bronquitis crónicas pueden tener como causa la alergia o el tabaquismo, ya que el tabaco irrita y daña permanentemente la mucosa bronquial.

El enfisema es la destrucción del tejido alveolar o su pérdida de elasticidad producida por la inhalación continuada de alguna sustancia tóxica. En la actualidad la causa más frecuente del enfisema pulmonar es el tabaquismo. Las personas con enfisema pulmonar pueden tomar aire con facilidad, pero no pueden expulsarlo fácilmente.

El asma consiste en un estrechamiento de los bronquios que se produce como respuesta excesiva ante sustancias o situaciones que, normalmente, no deberían producir ningún efecto. El efecto es la dificultad al respirar.

La neumonía es la infección de los alveolos pulmonares, generalmente provocada por bacterias, que provoca fiebre alta y dificultades al respirar.



Efectos del tabaquismo

El tabaco es una planta de la familia de las solanáceas (como las patatas), que es consumida de diferentes formas (como cigarrillos o cigarros, tabaco para pipa, rapé -inhalado, sin quemar- o tabaco de mascar) por los efectos psicológicos que produce: relajación y sensación de poder conseguir una mayor concentración. La forma más habitual de consumo es fumado, es decir, quemándolo e inhalando el humo producido en la combustión. De este modo, los compuestos resultantes de la combustión del tabaco se introducen directa y profundamente en el aparato respiratorio y, en menor medida, en el digestivo, desde donde algunos de sus componentes pueden pasar a la sangre.

Al tratarse de un producto biológico, su composición incluye un gran número de sustancias, algunas de las cuales se queman rápidamente mientras que otras no pueden quemarse y son aspiradas directamente. Por otra parte, la combustión que se produce en el cigarrillo es muy rápida, por lo que es incompleta y da lugar a una mezcla aún más compleja que se inhala al fumar. El resultado es que al fumar se aspira un gran número de compuestos orgánicos distintos, entre los que se han encontrado más de trescientos potencialmente cancerígenos o toxicos. Los más importantes de estos compuestos son:
  • La nicotina: es una sustancia que tiene capacidad de actuar sobre el sistema nervioso, estimulándolo y provocando los efectos psicológicos que provocan su uso. Pero además la nicotina es una sustancia cancerígena, ya que puede provocar cambios en el material genético de las células a las que llega. La nicotina pasa fácilmente desde los alveolos a la sangre, y desde allí llega al sistema nervioso, pero también es absorbida por la mucosa digestiva.
  • Los alquitranes son sustancias que se forman como resultado de la combustión incompleta de muchos compuestos orgánicos. Son potentes cancerígenos, pero también actúan impermeabilizando los alveolos, por lo que son un agente importante en el desarrollo del enfisema.
  • Muchos agentes irritantes y tóxicos que producen daños en la mucosa del aparato respiratorio.
  • El monóxido de carbono, que se produce también como resultado de la combustión incompleta de cualquier sustancia. Es una sustancia tóxica, que atraviesa la membrana alveolar y pasa a la sangre, donde se une a la hemoglobina, impidiendo que esta se una al oxígeno y destruyéndola.
 El consumo del tabaco provoca efectos tanto psicológicos como físicos sobre el organismo. Desde el punto de vista psicológico produce dependencia, que desemboca en ansiedad y depresión cuando se trata de abandonar su uso. Desde el punto de vista físico, produce alteraciones que no pueden llegar a considerarse enfermedades, pero que reducen la calidad de vida, y diferentes enfermedades tanto agudas como crónicas.

Algunas de las alteraciones fisiológicas producidas por el tabaco son la reducción de los sentidos del gusto y el olfato, mal aliento, envejecimiento prematuro de la piel, amarilleamiento de los dedos y dientes, fatiga excesiva debida a la pérdida de capacidad pulmonar y tos, especialmente por la mañana.

Entre las enfermedades causadas por el consumo del tabaco pueden citarse las relacionadas con la irritación del aparato respiratorio: faringitis, laringitis o bronquitis que dan lugar a tos y expectoraciones repetidas; disminución de la capacidad pulmonar y dificultades respiratorias, incluso enfisema.

El tabaco también afecta a otros aparatos y sistemas, facilitando la aparición de úlceras de estómago y dificultades en la circulación sanguínea que pueden dar lugar a enfermedades cardiacas, incluyendo infartos de miocardio.

En todo caso, el efecto más conocido del tabaquismo es que puede incrementar el riesgo de padecer cáncer, fundamentalmente de pulmón, pero también de otros órganos como la boca, laringe, esófago, riñón y vejiga.

El cáncer es una enfermedad que se debe a mutaciones producidas en algunas células, y la mutación es un proceso accidental al que todo el mundo está expuesto, de modo que todo el mundo tiene una cierta probabilidad de contraer un cáncer a lo largo de su vida. Lo que ocurre con el consumo del tabaco, o con la exposición a otros agentes cancerígenos, es que aumentan la probabilidad de que ocurran mutaciones, por lo que los fumadores, o las personas expuestas a mutágenos, tienen muchas más posibilidades de contraer cáncer que las personas no expuestas. Muchas veces se habla de personas que no han sufrido cáncer a pesar de haber fumado durante toda su vida, mientras que otras que no han fumado nunca sí lo padecen. Eso es cierto, pero cuando se observa toda la población, hay muchos más casos "habituales": hay más fumadores que sufren cáncer que no fumadores que lo padecen.

Hay otra forma más de valorar el riesgo de padecer un cáncer: el 80% de todos los cánceres de pulmón se dan en fumadores. Esto viene a querer decir que, si nadie fumara, el número de cánceres de pulmón se reduciría a una quinta parte de los casos actuales, lo que es muy importante si se tiene en cuenta que el cáncer de pulmón es la causa más frecuente de muerte prematura entre varones, y la segunda más frecuente entre mujeres (después del cáncer de mama), entre quienes está aumentando rápidamente. En este mismo sentido, se sabe que el 95% de los cánceres de boca se producen entre fumadores en pipa.

En las mujeres embarazadas los efectos del consumo del tabaco se extienden al feto, que puede nacer con un peso excesivamente bajo o incluso con efectos fisiológicos, incluido el "síndrome de abstinencia" que provoca dejar de fumar.

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