Anatomía y fisiología del aparato respiratorio

El aparato respiratorio consiste en una serie de estructuras anatómicas que es preciso conocer para comprender la fisiología de la ventilación, debido a la gran frecuencia de emergencias médicas en las que están involucradas algunas o todas estas estructuras y que ponen en peligro inminente la vida del paciente. 

ANATOMIA DEL APARATO RESPIRATORIO

El esqueleto óseo está formado por 24 pares de costillas (cada arco costal conlleva en la parte inferointerna su paquete neurovascular), 12 vértebras dorsales, dos clavículas, dos escápulas y el esternón.

Desde el punto de vista muscular, se cuenta con músculos inspiratorios y espiratorios. Los principales músculos inspiratorios son el diafragma —que es el principal músculo respiratorio y divide anatómicamente la cavidad torácica de la abdominal—, los intercostales externos, los escalenos y los esternocleidomastoideos. Los principales músculos espiratorios son los rectos abdominales, los intercostales internos y los oblicuos mayores y menores. Los músculos accesorios son utilizados en caso de insuficiencia ventilatoria.

El aparato respiratorio propiamente dicho está conformado por las vías aéreas superiores (nariz, faringe y laringe); las vías aéreas inferiores (tráquea, bronquios principales, secundarios, terciarios y terminales, y sacos alveolares) y los pulmones, con su recubrimiento de pleura parietal y visceral, que conforman el espacio pleural.

NARIZ

Es el órgano especializado del olfato, que también implica el paso de aire desde el exterior hasta los pulmones. Sus funciones principales son filtrar, humedecer y calentar el aire, participando también en la fonación. Está conformado por un esqueleto triangular cubierto de piel y tapizado interiormente por mucosa. En la parte inferior tiene dos perforaciones, separadas por el tabique: las fosas nasales. En el interior de las fosas nasales existen estructuras, denominadas cornetes, que provocan turbulencia en el aire inspirado, lo que favorece su humectación, calentamiento y filtración.

FARINGE

La faringe es un tubo muscular que sirve de paso al aire y a los alimentos. Se divide en  dos porciones: la rinofaringe y la orofaringe. La parte posterior de las fosas nasales se comunica con la rinofaringe a través de las coanas. La orofaringe se une a la laringe.

LARINGE

La laringe está constituida por cartílagos y ligamentos movidos por músculos muy sensitivos; este órgano sirve como válvula, ya que en ella se encuentran dos estructuras muy importantes: la tráquea y el esófago. La epiglotis es la encargada de dirigir el paso correspondiente del aire hacia la tráquea y el alimento o agua al esófago. La laringe se encuentra limitada a los lados por los músculos esternocleidomastoideos y los grandes vasos del cuello, y es rodeada en su parte inferior por los lóbulos de la glándula tiroides.  Está suspendida del hueso hioides por los músculos y el ligamento tirohioideos, y la unen al cráneo los músculos estilofaríngeo, glosostafilino y salpingofaríngeo. Hacia la parte de abajo continúa con la tráquea, que se describirá posteriormente. La laringe está formada por varios cartílagos; tres de ellos son impares —el tiroides, el cricoides y la epiglotis— y tres son pares —la aritenoides, los corniculados y los cuneiformes. El cartílago tiroides semeja un escudo o la quilla de un barco, con una escotadura en su parte media en forma de V en el tercio superior, formando un ángulo saliente, que todos conocemos como la “manzana de Adán”. El cartílago epiglótico es el esqueleto elástico de la epiglotis; es una laminilla con la forma de una hoja que sobresale hacia arriba por detrás de la lengua y que forma con los repliegues aritenoepiglóticos, que son los límites del estrecho laríngeo. El cartílago cricoides se puede comparar con un anillo de sello —llamado lámina—, que asciende hacia atrás entre las alas del tiroides; la porción anterior del anillo —denominada arco— se palpa fácilmente en las personas delgadas, inmediatamente debajo del cartílago tiroides; es más grueso y saliente que los anillos traqueales; es importante saber distinguir esta estructura, ya que en el ligamento cricotiroideo que une al cartílago tiroides con el cricoides se realiza la cricotomía, maniobra que puede salvar la vida de un paciente si se realiza con habilidad. Los cartílagos aritenoides son pares, pequeños y en forma de pirámide, con base hueca, que se deslizan sobre las carillas articulares de la lámina del cricoides. La cavidad de la laringe es dividida por las cuerdas vocales superiores e inferiores en tres partes: vestíbulo, ventrículo y una zona subglótica. La relevancia clínica  de estas estructuras consiste en saber identificarlas, ya que se requiere su conocimiento para cuando se realiza la intubación endotraqueal. La laringe tiene tres funciones: formar un esfínter al deglutir, mantener abiertas las vías aéreas y emitir la voz.

TRÁQUEA

La tráquea es un tubo fibromuscular flexible y dilatable de 10 cm de longitud y 2.5 cm de diámetro, reforzado por 16 a 20 cartílagos traqueales, que reciben también el nombre de anillos, aunque tienen la forma de una herradura abierta hacia atrás; está adosada al esófago y se extiende desde el borde inferior del cartílago cricoides, bifurcándose en los bronquios principales derecho e izquierdo en la región llamada carina. La porción cervical está por detrás de los músculos esternocleidomastoideo y esternotiroideo; está envuelta por la aponeurosis pretraqueal y está abrazada por la glándula tiroides; la porción torácica está en el mediastino superior, por detrás de los restos del timo, del tronco venoso braquiocefálico izquierdo. Los bronquios principales derecho e izquierdo tienen aproximadamente la mitad del calibre de la tráquea —1.25 cm de diámetro— y están reforzados por cartílagos semejantes a los de la tráquea.

LOS PULMONES

Los pulmones derecho e izquierdo son dos sacos aéreos cónicos, semejantes a una esponja, que ocupan su hemitórax correspondiente y están fijados por el pedículo al mediastino y sostenidos hacia abajo por el diafragma; están formados por muchas cavidades aéreas llamadas alveolos, en cuyas paredes se oxigena la sangre. Los pulmones están cubiertos por una membrana delgada y adherente llamada pleura, que es lisa, húmeda y brillante, y se refleja en el interior de la caja torácica; son consideradas como la pleura parietal, la adosada al tórax y la visceral adosada a los pulmones hasta los hilios, que disminuye la fricción durante los movimientos respiratorios; las pleuras están irrigadas por ramas de la arterias bronquiales, mamarias y diafragmáticas superiores. Las pleuras y el mediastino están inervados por el nervio frénico, que proviene de los nervios cervicales tercero y cuarto. Los pulmones son de color rosado en etapas tempranas de la vida, pero después presentan un moteado gris  pizarra por la inhalación de partículas de carbón y polvo. Al entrar aire en la cavidad virtual pleural por una herida de tórax los pulmones experimentan un colapso, mas conservan una porción de aire para crepitar y flotan en el agua; contrario a lo que ocurre en los mortinatos que no respiraron, estos pulmones se hunden en el agua. Cada pulmón presenta un vértice, o cara diafragmática, una cara externa o costal y una cara interna con dos partes: la vertebral y la mediastínica. El corazón ejerce una compresión en ambos pulmones dejando un hundimiento, llamado fosita cardiaca o lecho del corazón. Otras estructuras que marcan su trayecto en los pulmones son la aorta, el cayado aórtico, el tronco braquiocefálico, las carótidas primitivas y la subclavia izquierda, pues dejan un hundimiento en el pulmón izquierdo.

BRONQUIOS

Los bronquios, acompañados de ramas de las arterias pulmonares, se ramifican repetidamente al introducirse en el parénquima pulmonar; las primeras divisiones son los bronquios segmentarios para los nueve segmentos del pulmón izquierdo y para los 10 segmentos del pulmón derecho; los segmentos son unidades autónomas que se pueden extirpar sin sacrificar todo el pulmón. Después de dividirse muchas veces los tubos bronquiales, cuyo diámetro ha disminuido a menos de 1 mm, pierden los cartílagos y reciben el nombre de bronquiolos. Su división ulterior constituye los alveolos, que es donde se realiza el intercambio de gases sanguíneos; estas estructuras son muy delicadas, ya que pueden presentar edema por diversas causas y desencadenar complicaciones fatales para el paciente, como edema pulmonar agudo.  

Las arterias pulmonares son las únicas arterias del cuerpo humano que transportan sangre desoxigenada; se ramifican siguiendo a los bronquios en los lóbulos, los segmentos y los lobulillos sin que ocurra anastomosis entre las ramas adyacentes; las ramas finales acompañan a los bronquiolos hasta la porción media de los lobulillos y forman la red capilar en las paredes alveolares, donde ocurre el intercambio respiratorio. La red capilar drena en la periferia de cada lobulillo, de manera que las venas comienzan en el tejido conjuntivo interlobulillar y permanecen netamente separadas de los bronquios y las arterias; las venas de mayor calibre están entre los segmentos adyacentes a los cuales drenan. Por último, los vasos de mayor calibre se adosan a los bronquios y las arterias para formar las venas pulmonares (el hilio); estas venas son las únicas que transportan sangre oxigenada de retorno al corazón. Las arterias bronquiales, en número variable para cada lado y que nacen de la aorta descendente, acompañan y nutren a las ramas del árbol bronquial hasta los bronquiolos respiratorios. Una parte del drenaje venoso de los bronquios es llevada por las venas bronquiales al sistema ácigos y el resto a la vena pulmonar.

ALVEOLOS

Son las estructuras terminales de cada bronquiolo y las unidades funcionales del aparato respiratorio. Tienen la función primordial de permitir el intercambio de oxígeno por bióxido de carbono: la hematosis. Este proceso se lleva a cabo porque cada alveolo está envuelto en una red capilar fina que facilita el proceso a través de la membrana alveolocapilar.

MEDIASTINO

El mediastino es un tabique grueso que se extiende desde el esternón hasta el raquis y desde la base del cuello hasta el diafragma. De manera arbitraria se divide en superior, medio, anterior y posterior. Las estructuras que guarda el mediastino son los grandes vasos, como la arteria aorta, la vena cava superior, el tronco braquiocefálico, la tráquea, la carina, los bronquios principales, las cadenas ganglionares y el esófago.

FISIOLOGÍA DE LA VENTILACIÓN

La ventilación permite el ingreso de aire desde el exterior hasta el interior del organismo  para garantizar la oxigenación celular y permitir la eliminación del bióxido de carbono. La ventilación comprende el movimiento activo —la inspiración— y el movimiento pasivo —la espiración. 

La inspiración activa resulta de la contracción de los músculos inspiratorios que ensanchan la cavidad torácica, generando presión negativa que lleva el aire al interior. Durante la espiración la cavidad torácica vuelve a su estado inicial, expulsando el aire previamente introducido.

CONTROL DE LA VENTILACIÓN

Los centros de control de la ventilación están situados en el bulbo raquídeo, dependiendo de quimiorreceptores y barorreceptores. En el centro medular (área rítmica) existen neuronas espiratorias e inspiratorias que controlan el ritmo básico de la respiración. El centro neumotáxico, cuya función es limitar la inspiración transmitiendo impulsos inhibidores continuos al área inspiratoria, desconecta el área inspiratoria antes de que entre demasiado aire en los pulmones; cuando el área neumotáxica es más activa la velocidad respiratoria es mayor. El centro apnéusico coordina la transición entre inspiración y espiración, con la función de inhibir la espiración y estimular la inspiración; prolonga la inspiración y, por lo tanto, la frecuencia respiratoria.

CONTROL NEUROQUÍMICO

Las concentraciones y presiones parciales de O2 y CO2 y las variaciones del pH estimulan receptores químicos que regulan la ventilación a través de los centros respiratorios. 

Los quimiorreceptores centrales están ubicados en la superficie ventral del tronco encefálico y responden a cambios del pCO2 y del pH arterial. Los quimiorreceptores periféricos se localizan en los cuerpos carotídeos, ubicados en la bifurcación de las arterias carótidas, y responden a cambios  de pO2 y en menor grado a cambios pCO2 y pH. Los ubicados en los cuerpos aórticos se encuentran encima y debajo del arco aórtico, y responden a cambios de pO2. Los quimiorreceptores captan el aumento en la concentración de bióxido de carbono e informan la situación al centro respiratorio, que de inmediato incrementa la frecuencia y la profundidad de la ventilación. El estímulo de CO2 puede ser efectivo para incrementar la frecuencia ventilatoria lo suficiente para que los alveolos reciban hasta 10 veces el volumen de aire de una ventilación normal. En situaciones de retención crónica de CO2 el control de la ventilación se vuelve predominantemente dependiente de la presión arterial de oxígeno (PaO2). 

Los barorreceptores son sensibles a la presión arterial de oxígeno PaO2 y a la presión arterial de bióxido de carbono PaCO2; permiten el incremento del volumen minuto. La estimulación de los barorreceptores aórticos y de los senos carotídeos por aumento de la tensión arterial puede causar hipoventilación o apnea refleja; una disminución de la tensión arterial puede causar hiperventilación de muy breve duración. 

Para calcular el volumen minuto se multiplica la frecuencia ventilatoria por el volumen tidal. El volumen de aire que un individuo intercambia en cada ventilación se denomina volumen tidal o corriente, siendo de aproximadamente 500 mL en el adulto a razón de 7 mL/kg de peso ideal. En el niño se calcula a razón de 10 mL/kg de peso ideal.