Esta observación nos resulta muy familiar. A menudo asociamos la vida con la respiración; no decimos, por ejemplo: «un soplo de vida». Instintivamente reconocemos que la vida está asociada con el aire que respiramos y que la falta de él conduce inevitablemente a la muerte.
¿Cómo se traduce esta afirmación en términos biológicos?
Mantener la homeostasis implica una adecuada composición de la sangre lo que a su vez implica que esta última está en relación con el medio externo del organismo. Sin embargo, sabemos que el sistema cardiovascular no está en relación directa con el entorno externo. Además, algunos órganos como los pulmones, los riñones y los órganos del sistema digestivo lo son.
Entre las necesidades fisiológicas del organismo, encontramos la necesidad de oxígeno (O2) y la necesidad de eliminar residuos, en este caso, dióxido de carbono (CO2). La necesidad de oxígeno surge del hecho de que las células humanas obtienen su energía (ATP) de reacciones de combustión durante las cuales la máxima transformación de la energía química contenida en las moléculas de combustible (glucosa, ácidos grasos) tiene lugar solo en presencia de oxígeno.
Además, esta transformación conduce a la producción de un residuo gaseoso, dióxido de carbono. Esto significa que la transformación de energía por parte de las células depende, entre otras cosas, del mantenimiento de unas condiciones aeróbicas adecuadas en el medio intersticial y de la eliminación continua del CO2 producido por las células de este mismo medio extracelular.
El aire atmosférico es tanto la fuente de O2 como el lugar donde se elimina el CO2. Como la mayoría de las células están enterradas dentro del organismo y, por tanto, sin acceso directo al medio externo (aire atmosférico), podemos comprender la necesidad de la presencia de sistemas anatómicos particulares que permitan establecer el contacto entre las diferentes células y el aire atmosférico.
Estos sistemas son el sistema respiratorio y el sistema cardiovascular.
La respiración corresponde por tanto a la función fisiológica que involucra a los pulmones, los capilares sanguíneos y el corazón y que permite mantener la adecuada composición de la sangre en oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2).
Por tanto, la función respiratoria permite satisfacer las necesidades fisiológicas de oxígeno y la excreción de determinados desechos producidos por nuestras células. Además, el sistema respiratorio participa en el mantenimiento del pH sanguíneo. Sin corresponder a una de las seis necesidades fisiológicas, veremos que mantener la concentración de iones H + en la sangre corresponde a una variable importante que se debe mantener para asegurar el trabajo de las enzimas celulares.
De hecho, el sistema respiratorio constituye una entrada al organismo, para el oxígeno, y una salida del organismo, para el CO2, lo que permite que los capilares de los pulmones (el ambiente interno) se comuniquen con su ambiente externo. (aire de la atmósfera).
En este contexto, la organización anatómica y funcional del sistema respiratorio tiene como objetivo fundamentalmente permitir la entrada de aire fresco que contiene oxígeno a los pulmones, asegurar el intercambio de gases entre los pulmones y la sangre y permitir la salida de aire viciado que contiene dióxido de carbono; el sistema cardiovascular asegura el transporte de gases entre los pulmones y las células y viceversa, a través de la sangre.
Dependiendo de lo que se acaba de decir, podemos decir que:
- El proceso de respiración es un fenómeno biológico integrado que, a efectos de estudio, se puede dividir en varias etapas:
- El movimiento del aire que entra y sale del tracto respiratorio.
- Los intercambios de O2 y CO2 entre los pulmones y la sangre a nivel de los capilares pulmonares
- El transporte de O2 en la sangre a todas las células del cuerpo y el retorno de CO2 a los pulmones.
- Los intercambios de O2 y CO2 entre la sangre, el medio intersticial y las células y viceversa
- El uso de O2 y la producción de CO2 durante la producción de energía por parte de la célula.
Función respiratoria
La mayoría de la gente piensa que la función respiratoria solo implica la entrada de aire en el sistema respiratorio. Esta atribución se comprende fácilmente, pero no es del todo correcta. De hecho, la función respiratoria se puede dividir en 5 etapas.
La primera etapa es la ventilación pulmonar o la entrada de aire en los conductos pulmonares y los alvéolos. La ventilación pulmonar es un flujo de gas, es decir, el volumen de gas que ingresa a los pulmones por unidad de tiempo. Este caudal se ajusta de acuerdo con el suministro de oxígeno y las necesidades de excreción de CO2 de las células en relación con las diferentes situaciones. Esta definición de flujo corresponde a la misma definición que dimos de gasto cardíaco, excepto que se aplica al movimiento del aire en lugar del movimiento de la sangre. Como el gasto cardíaco, el gasto respiratorio depende del control nervioso.
El segundo paso es la respiración externa. Este paso corresponde a los intercambios de O2 y CO2 entre los alvéolos pulmonares y la sangre de los capilares pulmonares. La sangre que llega del ventrículo derecho pasa por los capilares alveolares para liberar el CO2 y tomar el O2. Después de estos intercambios, la sangre pasa por las venas pulmonares para unirse al ventrículo izquierdo. La contracción de este ventrículo permite entonces que la sangre oxigenada sea expulsada hacia la aorta y, en consecuencia, hacia los capilares sistémicos.
El transporte de gas es el tercer paso en la función respiratoria y depende solo de la función cardiovascular. Por lo tanto, involucra al corazón, que genera la presión arterial, la hemoglobina de los glóbulos rojos que fija y transporta el oxígeno y los vasos que llevan la sangre a los capilares sistémicos donde tienen lugar los intercambios con el compartimento intersticial. Volveremos al transporte de CO2 que es asumido principalmente por el plasma sanguíneo y no por la hemoglobina de los glóbulos rojos.
El cuarto paso, la respiración interna, también implica el intercambio capilar de O2 y CO2. Por otro lado, se diferencia de la respiración externa en el sentido de que implica cambios en el medio interno, es decir, del compartimento vascular al intersticial. Sabemos que estos intercambios de gases entre el compartimento vascular y el intersticial se producen por simple difusión porque el oxígeno y el CO2 son solubles en fosfolípidos. Esta etapa depende del flujo sanguíneo en los verdaderos capilares de los órganos y, en consecuencia, de la presión arterial sistólica así como de la vasomotricidad de las arteriolas.
El último paso se refiere a la respiración celular. La función celular depende de la presencia de ATP. Además, la energía potencial, liberada por la degradación de los combustibles, se utiliza para la síntesis de ATP en la mitocondria y estas reacciones requieren la presencia de oxígeno en esta última. El conjunto de reacciones bioquímicas mitocondriales que son responsables de la formación de ATP se denominan «reacciones en cadena respiratoria mitocondrial». Las reacciones de degradación catabólica también son responsables de la formación de CO2 porque estas reacciones enzimáticas degradan los combustibles orgánicos (compuestos principalmente por carbono) hasta que se obtiene este gas.
Por tanto, la respiración y la función respiratoria no son sinónimos. La respiración, como la entiende la mayoría de las personas, es la primera etapa de la función respiratoria, es decir, la ventilación pulmonar. La función respiratoria incluye todos los procesos fisiológicos involucrados en el mantenimiento de la composición adecuada de sangre, líquido intersticial, citoplasma celular en oxígeno y CO2, así como los procesos bioquímicos que involucran el uso de oxígeno por parte de las mitocondrias y el fabricación de moléculas de ATP.
El propósito de la función respiratoria es, por tanto, asegurar la adecuada composición del citoplasma celular en oxígeno y CO2 para que las células produzcan los ATP necesarios para su participación en el mantenimiento de la homeostasis.
Organización anatómica del sistema respiratorio.
Por analogía, podemos pensar en el aspecto general del sistema respiratorio como un árbol cuyo tronco se ramifica en ramas cada vez más pequeñas que terminan en hojas. El árbol bronquial consiste en un conducto recto que se ramifica gradualmente a medida que se desciende a los pulmones.
Por tanto, la organización anatómica del sistema respiratorio es relativamente sencilla. Desde un punto de vista funcional, las vías respiratorias, compuestas fundamentalmente por tubos rectos, varios de los cuales se mantienen abiertos por anillos de cartílago, ofrecen poca resistencia al flujo de aire y permiten la libre circulación del aire. Al igual que los vasos capilares, las múltiples ramificaciones que terminan en los alvéolos respiratorios aumentan la superficie de intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre en los capilares.
En humanos, se estima que la superficie total de los alvéolos pulmonares en contacto con los capilares pulmonares sería equivalente a la superficie de una cancha de tenis. Esta es una organización muy eficiente para el intercambio entre el aire y la sangre con el fin de mantener la composición correcta de la sangre.