Respiración
Se llama respiración al proceso mediante el cual los seres vivos intercambian gases con el medio externo. Consiste en la entrada de oxígeno al cuerpo de un ser vivo y la salida de dióxido de carbono de este mismo. Es indispensable para la vida de los organismos aeróbicos. Dependiendo del tipo de órgano encargado del proceso, la respiración puede ser pulmonar, como en los mamíferos; traqueal, en los artrópodos; branquial, en los peces; o cutánea, en los anélidos. El intercambio puede producirse con el aire atmosférico, como ocurre en las aves y mamíferos, o tener lugar en el medio acuático que también contiene oxígeno y dióxido de carbono disuelto.
El concepto de respiración celular o respiración interna es diferente. Se llama así al conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados completamente en el interior de la célula, por oxidación. Este proceso metabólico necesita oxígeno y proporciona energía aprovechable por la célula (principalmente en forma de ATP). La reacción química global de la respiración celular es la siguiente:
Por lo tanto en el proceso de respiración celular una molécula de glucosa más 6 moléculas de oxígeno se transforman en 6 moléculas de dióxido de carbono y seis moléculas de agua liberando energía utilizable por la célula en forma de ATP.
Los seres vivos aeróbicos han desarrollado varios sistemas de intercambio gaseoso con el medio en el que viven: cutáneo, traqueal, branquial y pulmonar. Mediante cualquiera de estos sistemas incorporan oxígeno procedente del medio exterior y desechan dióxido de carbono y vapor de agua, como producto del proceso del metabolismo energético. El ser humano y los mamíferos presentan únicamente respiración pulmonar, pero algunos organismos como los anfibios utilizan varios sistemas simultáneamente y tienen respiración cutánea y pulmonar.
La respiración humana es de tipo pulmonar y consta básicamente de los siguientes procesos:
Resulta evidente la conexión entre el aparato respiratorio y el sistema circulatorio, ambos trabajan conjuntamente con el mismo fin, garantizar el suministro constante de oxígeno a todas las células que forman el cuerpo.
La inspiración o inhalación es el proceso por el cual entra aire rico en oxígeno desde el medio exterior hacia el interior de los pulmones. La comunicación de los pulmones con el exterior se realiza por medio de las vías aéreas superiores (cavidades nasal y bucal, faringe, laringe y tráquea). La inspiración es la fase activa de la respiración, para que se produzca es necesario que se contraigan diferentes músculos con la finalidad de aumentar el tamaño del tórax, lo cual hace que el pulmón se expande y el aire atmosférico tienda a entrar para igualar la presión. Los músculos principales que intervienen son el diafragma y los músculos intercostales externos e internos, otros músculos accesorios son el músculo escaleno que eleva la primera y segunda costilla y el músculo esternocleidomastoideo que eleva el esternón. Durante la inspiración aumenta el diámetro vertical del tórax por el descenso del diafragma, pero también aumenta el diámetro transversal y el anteroposterior por la acción de los restantes músculos citados que elevan las costillas.
La exhalación o espiración es el fenómeno por el cual el aire pobre en oxígeno y rico en dióxido de carbono sale de los pulmones, es por tanto el proceso inverso a la inspiración. Es una fase pasiva de la respiración, porque el tórax se retrae y disminuyen todos sus diámetros por su propiedad física de elasticidad, sin intervención de la contracción muscular, volviendo a recobrar el tórax su forma primitiva. Los músculos puestos en movimiento, al dilatarse el tórax, se relajan en esta fase; las costillas vuelven a su posición inicial así como el diafragma. A medida que esto sucede, la capacidad de la cavidad torácica disminuye lo que hace que la presión intrapulmonar aumente en relación a la presión atmosférica y el aire sale de los pulmones. Para que el flujo de aire se produzca debe de existir una diferencia de presión. Se llama presión intrapulmonar a la presión del aire en los espacios aéreos del pulmón y puede ser más alta o más baja que la presión atmosférica. Cuando la presión intrapulmonar es mayor que la atmosférica el aire sale de los pulmones (espiración), en cambio cuando la presión atmosférica es mayor que la presión intrapulmonar el aire entra en los pulmones (inspiración).
Cuando se realiza una espiración forzada intervienen de forma activa algunos músculos de la pared abdominal, principalmente el músculo recto abdominal que al contraerse propulsa las vísceras abdominales hacia arriba y aumenta la subida del diafragma. Este proceso no tiene lugar durante una espiración normal.
Aunque los movimientos de inspiración y expiración pueden controlarse voluntariamente, la mayor parte del tiempo se regulan de manera automática gracias al centro respiratorio que está ubicado en el bulbo raquídeo del cerebro. El centro respiratorio recibe información procedente de quimiorreceptores situados en diferentes lugares del organismo que son capaces de detectar la concentración de dióxido de carbono y oxígeno. Cuando aumenta la concentración de dióxido de carbono, el centro respiratorio emite órdenes a través del nervio frénico para aumentar la frecuencia de los movimientos respiratorios hasta que se llega a una situación de equilibrio. Cuando se realiza un esfuerzo físico importante, la frecuencia respiratoria aumenta inmediatamente de manera automática en respuesta al déficit de oxígeno. En reposo, en un adulto medio, tienen lugar alrededor de 15 respiraciones por minuto, mientras que situaciones de ejercicio intenso pueden llegar a 60 respiraciones por minuto.
El intercambio externo es el movimiento de los gases entre el alvéolo del pulmón a los capilares pulmonares. Tanto el oxígeno como el dióxido de carbono se trasladan por difusión libre desde el lugar en el que están a más concentración hacia donde la concentración es más baja. Para ello los gases deben atravesar dos barreras: la pared del alvéolo y la pared del capilar sanguíneo. El aire inspirado procedente de la atmósfera tiene 21% de oxígeno y solo 0.04% de dióxido de carbono, por el contrario el aire que se elimina durante la espiración tiene 16% de oxígeno y 3.5% de dióxido de carbono.
Una pequeña cantidad de oxígeno es transportado disuelto directamente en la sangre, pero la mayor parte lo hace ligado a la hemoglobina. La hemoglobina es una molécula proteica que se encuentra en el interior de los glóbulos rojos y tiene la función de transportar el oxígeno que libera con facilidad cuando alcanza los tejidos. La sangre que sale del corazón izquierdo por la arteria aorta está saturada al 97% de oxígeno, en cambio después de liberarlo en los capilares, la saturación baja hasta el 70%. La diferencia del 27% corresponde al oxígeno que ha sido captado por las células para sus funciones metabólicas.
El dióxido de carbono se transporta por la sangre de forma diferente al oxígeno. El 15 % se combina con la hemoglobina para formar desoxihemoglobina, el 10% se disuelve directamente en el plasma, el 75% se traslada en forma de ion bicarbonato, el ion bicarbonato se forma con dióxido de carbono y agua según la siguiente reacción CO
2 + H
2O H
2CO
3 HCO−
3 + (H+
).
Es el intercambio de gases que se produce entre la sangre y los diferentes tejidos del cuerpo. La sangre oxigenada en los pulmones llega a las células de los distintos tejidos transportada por los capilares. En ese punto se produce el proceso de intercambio:
La sangre carboxigenada es transportada de regreso por los capilares venosos hasta las venas cavas que desembocan en el corazón, para ser enviada nuevamente a los pulmones.