Fases de la respiración en el ser humano
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La estructura de cualquier superficie respiratoria (pulmones, branquias, tráqueas), maximiza su superficie para aumentar la difusión de los gases. Debido al enorme número de alvéolos (aproximadamente 300 millones en cada pulmón humano), la superficie del pulmón es muy grande (75 m2). Al tener una superficie tan grande, aumenta la cantidad de gas que puede difundirse dentro y fuera de los pulmones. Las superficies respiratorias también son extremadamente finas (normalmente sólo una célula de grosor), lo que minimiza la distancia que el gas debe difundir a través de la superficie.
El intercambio de gases durante la respiración se produce principalmente a través de la difusión. La difusión es un proceso en el que el transporte es impulsado por un gradiente de concentración. Las moléculas de gas se mueven de una región de alta concentración a una región de baja concentración. La sangre con baja concentración de oxígeno y alta concentración de dióxido de carbono sufre un intercambio de gases con el aire de los pulmones. El aire de los pulmones tiene una mayor concentración de oxígeno que la de la sangre sin oxígeno y una menor concentración de dióxido de carbono. Este gradiente de concentración permite el intercambio de gases durante la respiración.
Respiración externa
La respiración externa es el término formal para el intercambio de gases. Describe tanto el flujo masivo de aire que entra y sale de los pulmones como la transferencia de oxígeno y dióxido de carbono al torrente sanguíneo a través de la difusión. Mientras que el flujo de aire procedente del entorno externo se produce debido a los cambios de presión en los pulmones, los mecanismos de intercambio de gases alveolares son más complicados. Los tres componentes principales de la respiración externa son la superficie de la membrana alveolar, los gradientes de presión parcial de los gases y la adecuación de la perfusión y la ventilación.
Las paredes de la membrana alveolar son delgadas y están cubiertas por una matriz extracelular fluida que proporciona una superficie para que las moléculas de gas del aire de los pulmones se difundan hacia ella, desde la cual pueden difundirse hacia los capilares.
Los gradientes de presión parcial (diferencias de presión parcial) permiten la carga de oxígeno en el torrente sanguíneo y la descarga de dióxido de carbono fuera del mismo. Estos dos procesos ocurren al mismo tiempo.
4 fases de la respiración
Durante el intercambio gaseoso pulmonar, el oxígeno del aire inhalado se difunde hacia los alvéolos de los pulmones y el dióxido de carbono, producto de desecho del cuerpo, se difunde a través de los alvéolos para ser exhalado de nuevo al aire. Con la ayuda del sistema cardiovascular, la sangre rica en O2 recién inhalada se transporta a los tejidos del cuerpo. En este punto se produce la etapa final de la respiración, ya que el O2 tan necesario es absorbido por los tejidos y el CO2 de desecho que han creado los tejidos se difunde de nuevo en la sangre y se transporta de nuevo a los pulmones para ser exhalado.
El intercambio gaseoso periférico también se conoce como “respiración interna”, ya que implica los procesos respiratorios que se producen dentro de los tejidos del cuerpo en lugar de los pulmones. Esto puede verse en la imagen adyacente.
Este ciclo de respiración funciona continuamente para garantizar que el suministro de O2 a los tejidos del cuerpo y la eliminación de CO2 sean suficientes. Los aumentos y disminuciones de la frecuencia respiratoria se producen de forma automática para satisfacer las demandas cambiantes que planteamos al cuerpo.
Relación ventilación-perfusión
La función principal del sistema respiratorio es suministrar oxígeno a las células de los tejidos del cuerpo y eliminar el dióxido de carbono, un producto de desecho celular. Las principales estructuras del sistema respiratorio humano son la cavidad nasal, la tráquea y los pulmones.
Todos los organismos aeróbicos necesitan oxígeno para llevar a cabo sus funciones metabólicas. A lo largo del árbol evolutivo, los distintos organismos han ideado diferentes medios para obtener oxígeno de la atmósfera circundante. El entorno en el que vive el animal determina en gran medida la forma de respirar. La complejidad del sistema respiratorio está relacionada con el tamaño del organismo. A medida que aumenta el tamaño del animal, aumentan las distancias de difusión y disminuye la relación entre la superficie y el volumen. En los organismos unicelulares, la difusión a través de la membrana celular es suficiente para suministrar oxígeno a la célula (Figura 20.2). La difusión es un proceso de transporte lento y pasivo. Para que la difusión sea un medio factible de suministrar oxígeno a la célula, la tasa de absorción de oxígeno debe coincidir con la tasa de difusión a través de la membrana. En otras palabras, si la célula fuera muy grande o gruesa, la difusión no podría proporcionar oxígeno con la suficiente rapidez al interior de la célula. Por lo tanto, la dependencia de la difusión como medio para obtener oxígeno y eliminar el dióxido de carbono sólo es factible para los organismos pequeños o con cuerpos muy aplanados, como muchos platelmintos. Los organismos más grandes tuvieron que desarrollar tejidos respiratorios especializados, como branquias, pulmones y conductos respiratorios acompañados de un complejo sistema circulatorio, para transportar el oxígeno por todo su cuerpo.
