El ciclo respiratorio y regulación

La respiración, también conocida como ventilación, es el proceso por el cual el aire entra y sale de los pulmones. Consiste en ciclos repetitivos de inspiración, cuando el aire entra en los pulmones; espiración, cuando el aire sale de los pulmones; y una breve pausa, llamada periodo de descanso, entre ambos.

Ahora bien, la dirección del flujo de aire a lo largo del ciclo respiratorio depende de la diferencia entre la presión atmosférica, que es la presión del aire en el ambiente, y la presión alveolar, o la presión dentro de los alvéolos, que son los diminutos sacos de aire donde se produce el intercambio gaseoso en los pulmones.

Un parámetro adicional es la presión intrapleural, también llamada presión intratorácica, que es la presión del líquido dentro de la cavidad pleural que rodea los pulmones.

La presión intrapleural suele ser negativa en comparación con la presión alveolar o atmosférica, y esto es importante, porque la presión alveolar menos la presión intrapleural da como resultado la presión transmural.

Mientras la presión transmural se mantenga positiva, las vías respiratorias permanecerán abiertas durante todas las fases del ciclo respiratorio.

La respiración normal y tranquila implica la inspiración y espiración de un volumen corriente, o VC para abreviar, de unos 500 mL, que incluye el volumen de aire que llena los alvéolos más el volumen de aire que llena las vías respiratorias.

Ahora bien, según lo que se conoce como ley de Boyle, a temperatura constante, la presión y el volumen están inversamente relacionados entre sí, por lo que, cuando la presión alveolar disminuye, entrará más aire en los pulmones y aumentará el volumen de aire.

Teniendo esto en cuenta, establezcamos el punto de partida de estas variables observando los pulmones durante la fase de reposo del ciclo respiratorio.

Durante el reposo, el diafragma se encuentra en su posición de equilibrio. La presión alveolar es igual a la presión atmosférica a un valor de cero centímetros de H2O, por lo que no hay gradiente de presión y no entra ni sale aire de los pulmones.

La presión intrapleural es negativa, aproximadamente -5 cm H2O, porque los pulmones y la pared torácica actúan como fuerzas opuestas, lo que significa que los pulmones tienen tendencia a colapsarse durante el reposo, mientras que la pared torácica tiene tendencia a expandirse.

Dado que la presión alveolar, que es de 0 cm H2O, menos la presión intrapleural, que es de -5 cm H2O, es igual a una presión transmural de +5 cm H2O, eso significa que las vías respiratorias están abiertas durante el reposo.

Ahora bien, la inspiración, y un nuevo ciclo respiratorio, comienzan cuando se produce una variación de la presión arterial de oxígeno, o PaO2, que normalmente es de unos 100 mmHg; de la presión arterial de dióxido de carbono, o PaCO2, normalmente de unos 40 mmHg; y del pH arterial, que normalmente es de 7,4.

Los cambios relacionados con estos marcadores activan una serie de receptores, llamados quimiorreceptores, que son células sensoriales especializadas que convierten la concentración de una sustancia química en la sangre, como el dióxido de carbono o el oxígeno, en una señal biológica para el centro respiratorio, situado en el tronco del encéfalo.

El centro respiratorio consta de tres grandes grupos de neuronas respiratorias. El grupo respiratorio dorsal y el grupo respiratorio ventral se encuentran en la medulla oblongata, mientras que el grupo respiratorio pontino se encuentra en la protuberancia y consta de dos zonas, conocidas como centro neumotáxico y centro apneúsico.

De ellos, el grupo respiratorio dorsal, o GRD, es el que inicia la respiración, y también determina el ritmo básico de la respiración ajustando la frecuencia de la inspiración para mantener la PaO2, la PaCO2 y el PH arterial en el rango normal.

Cuando el GRD recibe información sobre el aumento de la PaCO2, envía una orden a través del nervio frénico al diafragma, que se contrae para aumentar la longitud vertical de la cavidad torácica, y a través de los nervios intercostales a los músculos intercostales externos, que se contraen y hacen que las costillas se muevan hacia arriba y hacia fuera, aumentando el tamaño lateral de la cavidad torácica.

Según la ley de Boyle, a medida que aumenta el volumen pulmonar, disminuye la presión alveolar, concretamente a -1 cm H2O. Esta es inferior a la presión atmosférica, por lo que ahora hay un gradiente de presión, que hace que el aire se precipite hacia los pulmones como un vacío.

Con el tiempo, todo este aire hace que la presión alveolar vuelva a subir y, una vez que se iguala a la presión atmosférica, el flujo de aire hacia el pulmón se detiene.

Al mismo tiempo, al aumentar el volumen pulmonar, se comprime la cavidad intrapleural, pero la presión intrapleural permanece siempre inferior a la presión alveolar, y alcanza el valor de -8 cm H2O al final de una inspiración normal.