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Cómo funcionan los pulmones


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Los seres humanos respiran en promedio entre 15 y 25 veces por minuto sin ni siquera pensar al respecto. Cuando realizan ejercicios físicos, como correr, la frecuencia de respiraciones por minuto aumenta también inconscientemente, o sea sin necesidad de tener que pensarlo o controlarlo voluntariamente. De hecho normalmente se piensa muy poco en la respiración e incluso no se puede parar de respirar aunque se intentare hacerlo voluntariamente.

Los pulmones son órganos muy complejos, cuya función principal es tomar el dióxido de carbono (fórmula química: CO2) que el cuerpo debe desechar e intercambiarlo por el oxígeno (fórmula química: O2) que necesita para seguir funcionando.

A continuación estudiaremos cómo funcionan los pulmones y cómo suministran con oxígeno a todas las células del cuerpo y cómo retiran el dióxido de carbono fuera del cuerpo. También se explicarán algunas de las afecciones y enfermedades que dificultan el proceso de respiración llevando a los pulmones a funcionar mal. También se explicarán qué son la tos y el hipo.
 

Cómo respiramos los seres humanos

Los pulmones están ubicados en la cavidad torácica (también llamada cavidad del pecho) de la caja torácica. Están hechos de tejidos esponjosos y elásticos que se estiran y contraen durante el proceso de respiración. Las vías que conducen el aire a los pulmones se denominan tráquea y bronquios, están compuestos por músculos y cartílago que permiten a dichas vías respiratorias contraerse y expandirse. Las vías respiratorias y pulmones toman el aire rico en oxígeno (O2) y se deshacen del dióxido de carbono (CO2) que producen todas las células del cuerpo. También ayudan a regular el nivel de concentración de iones hidrógeno que hay en la sangre (pH).

Sistema respiratorio
Sistema respiratorio

Cuando se inhala aire, el diafragma y los músculos intercostales (los músculos que se encuentran entre las costillas) se contraen, provocando la expansión de la cavidad torácica. Esta expansión disminuye la presión ejercida por la cavidad torácica por debajo de la presión ejercida por la atmósfera, haciendo que se rompa el equlibrio entre la presión del interior del cuerpo y la del ambiente exterior y así el aire fluya por las vías respiratorias hacia los pulmones. El aire viaja por las vías respiratorias pasando del exterior de mayor presión al interior de menor presión (provocado por la expansión de la cavidad torácica), inflando así a los pulmones. Cuando se exhala aire, el diafragma y los músculos intercostales se relajan y la cavidad torácica se achica. La disminución del volumen de esta cavidad aumenta su presión interna por encima de la presión del medio exterior circundante, empujando así afuera del cuerpo al aire lleno de dióxido de carbono (CO2) producido por las células como resultado de la combustión del oxígeno que es utilizado por las células del cuerpo como combustible para la generación de energía que les permite seguir funcionando. El aire de mayor presión, proveniente de los pulmones, fluye por las vías respiratorias hacia el exterior de menor presión. Este ciclo se repite una y otra vez con cada respiración.

Como entra el aire a los pulmones
Cómo se contrae el músculo diafragma para reducir la presión interna de la cavidad torácica y permitir así entrar al aire

Presion interna vs presion externa
Experimento que explica cómo entra el aire a un globo colocado dentro de un recipiente y lo infla cuando se reduce la presión interna del recipiente

Cuando aspiramos aire a través de la nariz o la boca, el aire pasa a través de la epiglotis a la tráquea. La epiglotis es una estructura cartilaginosa que pertenece a la laringe y que se comporta como una especie de tapa protectora que evita que al momento de la deglución el bolo alimenticio o los líquidos bebidos se dirijan hacia el sistema respiratorio en lugar del esófago (perteneciente al sistema digestivo). Una vez en la tráquea, el aire se dirige hasta los bronquios. De los bronquios el aire pasa a cada uno de los pulmones. Desde ahí el aire continúa su camino por vías cada vez más angostas denominadas bronquiolos, hasta llegar a los alvéolos.

Traquea bronquios bronquiolos y alveolos
Tráquea, bronquios, bronquiolos y alvéolos

Los sacos alveolares están compuestos por alvéolos en los que la concentración de oxígeno es tan alta que el oxígeno atraviesa la membrana alveolar y penetra en los capilares sanguíneos pulmonares. En los capilares pulmonares la hemoglobina que forma parte de los glóbulos rojos de la sangre tienen amarradas moléculas de dióxido de carbono y muy pocas de oxígeno (los glóbulos rojos son células que transportan el oxígeno y dióxido de carbono hacia y desde las células del cuerpo respectivamente a través de la sangre). En esa parte de los capilares pulmonares que rodean a los sacos alveolares y sus alvéolos se realiza el intercambio de oxígeno por dióxido de carbono (intercambio gaseoso o hematosis), ya que la hemoglobina suelta a la molécula de dióxido de carbono enlazada a ella y toma la de oxígeno. También hay dióxido de carbono largado por el bicarbonato disuelto en la sangre de los capilares pulmonares.

Que son los alveolos
Cómo pasa el oxígeno de los alvéolos a los capilares sanguíneos y el dióxido de carbono del sistema circulatorio a los alvéolos

 
La concentración de dióxido de carbono es alta en los capilares pulmonares, por lo que atraviesa la membrana alveolar penetrando en los alvéolos. Este intercambio de gases (oxígeno por dióxido de carbono) ocurre rápidamente en fracciones de segundo. El dióxido de carbono luego abandona los alvéolos siendo exhalado por las vías respiratorias hasta la boca y nariz, mientras que la sangre enriquecida con el oxígeno obtenido regresa por la venas pulmonares hasta el corazón para que este último la bombee al resto del cuerpo nutriendo con oxígeno a todas las celulas corporales.

Recordemos que todas las células del cuerpo (unas 100 billones de células de 200 tipos de formas diferentes) utilizan este oxígeno para realizar la combustión de glucosa (azúcar) que genera la energía necesaria para que cada una de ellas siga funcionando; en otras palabras, sin oxígeno las células no tendrían energía y morirían entre unos segundos y unos pocos minutos en el caso de las más resistentes y por lo tanto la persona también moriría; por eso el oxígeno es tan vital para la vida. En una analogía la glucosa (de fórmula química C6H12O6) vendría a ser lo que el combustible de hidrocarburos es a un automóvil; mientras que la presencia de oxígeno es necesaria para realizar la combustión tanto del hidrocarburo (gasolina) en un automóvil como de la glucosa en un ser humano para generar energía (sin la presencia de oxígeno no puede haber combustiones). Dicha combustión ocurre en un orgánulo de las células llamado mitocondria y produce como subproducto dióxido de carbono (CO2) que regresa por las venas hasta el corazón y de ahí es bombeado a través de la arteria pulmonar hacia los capilares sanguíneos que rodean a los alvéolos para ser desechado por los pulmones y el sistema respiratorio hacia fuera del cuerpo.

Por lo tanto el combustible principal para la generación de energía en las células es la glucosa, y la principal fuente de glucosa proviene de los hidratos de carbono (también conocidos como carbohidratos) que ingerimos en nuestra alimentación (alimentos ricos en hidratos de carbono son las pastas, el pan, las patatas, entre otros). Los carbohidratos no son otra cosa más que cadenas de glucosa, que el sistema digestivo se encarga de separar en sus moléculas de glucosa constitutivas. Luego esas moléculas de glugosa pasan de los intestinos del sistema digestivo a la sangre y son enviados a las células del cuerpo donde se oxidan (reaccionan con oxígeno, reacción también conocida como combustión lenta, ya que a diferencia de la combustión que ocurre en el motor de un automóvil no es violenta) generando moléculas de dióxido de carbono, agua y energía, siendo esta última la razón principal de esta reacción ya que esa energía es utilizada por la célula para seguir funcionando.

La molécula de glucosa está compuesta por 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno; su fórmula es C6H12O6; la molécula de oxígeno presente en el aire que ingresa por los alvéolos a la sangre está compuesta por 2 átomos de oxígeno; su fórmula es O2.

Al ocurrir la combustión lenta u oxidación de la glucosa; cada molécula de glucosa (C6H12O6) reacciona con 6 moléculas de oxígeno (O2), dando como resultado: 6 moléculas de dióxido de carbono (CO2), 6 moléculas de agua (H2O) y energía liberada por el proceso de rotura de la molécula de glucosa y formación de dióxido de carbono y agua.

La fórmula es: (C6H12O6) + 6(O2) ----> 6(CO2) + 6(H2O) + energía

Respiracion celular
Respiración celular - Cliquear para ampliar

La energía liberada proviene de la energía química que mantenía unidos o enlazados a los átomos que formaban la molécula de glucosa.

Esta reacción de oxidación o combustión lenta de la glucosa, se llama respiración celular.

La glucosa es la principal fuente de combustible para las células, pero en menor medida también se obtiene de la combustión de ácidos grasos y glicerol obtenido por la degradación de grasas en el sistema digestivo así como de aminoácidos que constituyen las proteínas (las proteínas son cadenas de aminoácidos).
 

Intercambio gaseoso en los alvéolos

En los sacos pulmonares que componen los alvéolos ocurre el intercambio gaseoso entre el oxígeno (O2) del aire respirado que entra al sistema sanguíneo y el dióxido de carbono (CO2) que es desechado y exhalado por el sistema respiratorio al exterior del cuerpo (este proceso también se conoce como hematosis).

Los alvéolos están rodeados por capilares sanguíneos por donde circula la sangre (formada por un líquido llamado plasma, glóbulos rojos, glóbulos blancos, y plaquetas).

Difusion de oxigeno de los alveolos a la sangre
Intercambio gaseoso en un alvéolo rodeado por capilares sanguíneos - Cliquear para ampliar

Los glóbulos rojos (también llamados eritrocitos - del griego eritró que significa rojo y cito que significa casco o carcasa), son células encargadas de transportar el oxígeno de los alvéolos pulmonares hacia las células del cuerpo y de transportar al dióxido de carbono desechado por las células hacia los alvéolos. Por cada milímetro cúbico de sangre en los hombres hay aproximadamente unos 5.400.000 eritrocitos o glóbulos rojos, mientras que en las mujeres hay en promedio unos 4.500.000. Los glóbulos rojos tienen un color rojo que es además el responsable de darle ese mismo color a la sangre.

Intecambio gaseoso en los alveolos
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Los glóbulos rojos contienen una proteína denominada hemoglobina (Hb), la cual a su vez tiene cuatro átomos de hierro (Fe) a los que se unen las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono transportadas de los pulmones a las células y de las células a los pulmones respectivamente. La hemoglobina el la responsable de darle ese tinte rojo a los glóbulos rojos y por consiguiente a la sangre. La hemoglobina representa el 35% del peso de los eritrocitos.

Cuando la hemoglobina (Hb) transporta dióxido de carbono (CO2) enlazado a los átomos de Hierro (Fe) de la hemoglobina se la denomina carbaminohemoglobina (HbCO2). Al llegar a los alvéolos el CO2 traspasa la membrana celular del eritrocito que la transporta y la pared alveolar para luego ser expulsado por los pulmones y las vías respiratorias al exterior del cuerpo. Mientras tanto las moléculas de oxígeno (O2) del aire aspirado traspasan las paredes alveolares y la membrana celular del glóbulo rojo (eritrocito) y se enlazan a los átomos de hierro (Fe) de la hemoglobina (Hb) formando así oxihemoglobina (HbO2), para ser transportadas hasta las células donde serán utilizadas para la oxidación de glucosa y la generación de energía.

El dióxido de carbono (CO2) desechado, además de ser transportado por la hemoglobina (Hb) de los glóbulos rojos hasta los alvéolos pulmonares en forma de cabaminohemoglobina (HbCO2); en su mayor parte es transportado en forma disuelta en el plasma sanguíneo (el plasma es la parte líquida de la sangre) así como de bicarbonato (HCO3) disuelto también en el plasma. El CO2 disuelto en el plasma, al llegar a los alvéolos traspasa directamente las paredes alveolares; mientras que el que es transportado en forma de bicarbonato (HCO3) primero debe ser convertido a dióxido de carbono (CO2).

El proceso que convierte al bicarbonato (HCO3) en dióxido de carbono (CO2) para ser expulsado por los pulmones es el siguiente:

Una vez alcanzados los capilares sanguíneos alveolares, el oxígeno (O2) se une a la hemoglobina (Hb), formando oxihemoglobina (HbO2) y liberando un átomo de hidrógeno (H); el cual se une al bicarbonato (HCO3) formando ácido carbónico (H2CO3). Inmediatamente después, con la ayuda de una enzima o sustancia catalizadora presente en los glóbulos rojos, llamada anhidrasa carbónica; que ayuda a acelerar la reacción química; el ácido carbónico (H2CO3) es descompuesto en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). A continuación el dióxido de carbono (CO2), traspasa las membranas celulares de los glóbulos rojos y las paredes alveolares para ser expulsado por los pulmones y las vías respiratorias al exterior del cuerpo.

Para que el intercambio ocurra satisfactoriamente siempre debe haber mayor concentración de oxígeno que de dióxido de carbono en los alvéolos para que las moléculas de O2 traspasen con mayor facilidad las paredes alveolares por difusión molecular hacia los capilares sanguíneos y las de CO2 de los capilares sanguíneos a los alvéolos. La difusión molecular es un proceso físico en el que las moléculas de cierto tipo pasan de un medio físico donde la proporción de estas moléculas es alta a un medio donde su proporción es baja, traspasando una membrana permeable fina que separa a ambos medios, hasta que la concentración del soluto se equilibre, o sea que se logre la misma concentración de ambos lados. Entonces si la concentración de dióxido de carbono en los alvéolos es baja y en los capilares sanguíneos alta, el CO2 pasará con facilidad de la sangre a los alvéolos; mientras que si la concentración de O2 es alta en los alvéolos y baja en los capilares sanguíneos, pasará con facilidad de los alvéolos a la sangre.

Difusion molecular
Cómo funciona el fenómeno físico de la difusión molecular - Cliquear para ampliar imagen

Por lo tanto el propósito de la respiración es mantener en los alvéolos la concentración de oxígeno (O2) alta y la de dióxido de carbono (CO2) baja, para que se pueda realizar el intercambio de estos gases satisfactoriamente.
 

Anatomía del sistema respiratorio

  Fosa nasal, epiglotis y laringe
Fosa nasal, epiglotis y laringe

Fosa nasal: cavidades separadas por un tabique que se encuentran en la cabeza por encima de la cavidad bucal; por aquí entra el aire al cuerpo y también es el lugar donde es calentado y humedecido para no irritar a los pulmones con aire frío y seco.

Laringe: es un órgano tubular, muscular y cartilaginoso ubicado en la parte anterior del cuello, y que comunica a la faringe con la tráquea. En la laringe se encuentran las cuerdas vocales.

Epiglotis: se trata de una estructura cartilaginosa que forma parte de la laringe. Su función es la de tapar la tráquea cada vez que se degluten (tragan) alimentos o bebidas evitando así su ingreso al sistema respiratorio y haciendo que se dirijan hacia el esófago en el sistema digestivo del cuerpo.

Laringe y traquea
Laringe y tráquea

Tráquea: es un tubo rígido, cartilaginoso y membranoso, que conecta a la laringe con los bronquios y sirve de vía para el aire inhalado y exhalado hacia y desde los pulmones.

Ramificaciones de los bronquios
Bronquios de los pulmones - Cliquear para ampliar imagen

Bronquios: son dos ramas tubulares en las que se bifurca la tráquea, entrando a los pulmones y que conduce el aire de la tráquea a los bronquiolos que se encuentran en los pulmones. La pared de los bronquis está compuesta por cartílagos, capas elásticas, musculares y de mucosa. Dentro de los pulmones los bronquios se van ramificando progresivamente hasta dar 25 ramificaciones que van disminuyendo en diámetro con cada división. Con la disminución del diámetro de los bronquios van desapareciendo los cartílagos y las capas elástica y muscular se van haciendo más finas. El bronquio derecho se subdivide en tres ramas principales (rama superior, media, e inferior) mientras que el izquerdo en dos ramas (superior e inferior). La superficie interna de los bronquios tiene un epitelio (capas de células que recubren una superficie) ciliado (con cilios. Los cilios son unos orgánulos con aspecto de pelo). Estos cilios tienen una longitud aproximada de entre 5 a 7 micrómetros (millonésimas de metro o milésimas de milímetro), contienen las sustancias invasoras que ingresan con el aire y las van moviendo hacia afuera.

Como son los bronquiolos
El aire pasa por los bronquios, luego llega a los bronquiolos, hasta un bronquiolo terminal y de ahí a los sacos alveolares compuestos por alvéolos

Bronquiolos: son pequeños tubos que se ramifican a partir de los bronquios y que van disminuyendo en diámetro progresivamente y con cada subdivisión. En cada pulmón hay aproximadamente 30.000 bronquiolos (60.000 entre los dos pulmones) que llegan hasta los alvéolos. Su paredes están compuestas únicamente por músculos lisos y carecen de cartílagos.

Como son los alveolos
Cómo son los sacos alveolares, los alvéolos que los componen y los capilares sanquíneos que los rodean - Cliquear para ampliar

Alvéolos: es donde termina el árbol bronquial de los bronquios y los bronquiolos ya descritos. Los sacos alveolares están compuestos por una serie de alvéolos los cuales están rodeados por finos capilares sanguíneos que se dirigen hacia las arterias y venas pulmonares (las primeras que traen sangre con dióxido de carbono y las segundas que llevan sangre con oxígeno hacia el corazón para que éste la bombee a todas las células del cuerpo). En los alvéolos ocurre el intercambio gaseoso (dióxido de carbono por oxígeno) entre la sangre y el aire inspirado. En cada pulmón de un adulto hay aproximadamente unos 150 millones de alvéolos (unos 300 millones entre ambos pulmones) y cada alvéolo puede medir hasta poco más de 1 milímetro de diámetro. En los alvéolos las moléculas de oxígeno del aire traspasan las finas paredes penetrando los capilares sanguíneos que los rodean, donde se unen a la molécula de hemoglobina de los glóbulos rojos sanguíneos mediante los cuales llegan a las venas pulmonares y de ahí al corazón; simultáneamente los glóbulos rojos con dióxido de carbono sueltan a este último de su molécula de hemoglobina para que traspasen las paredes de los alvéolos y de ahí sean exhaladas hacia los broquiolos, los bronquios, la tráquea, la laringe, las fosas nasales y la boca saliendo finalmente al exterior.

Capilares pulmonares: son los finos capilares sanguíneos (ya descritos en el punto anterior de los alvéolos) que rodean a los alvéolos y donde se realiza el intercambio gaseoso de dióxido de carbono por oxígeno en la sangre.

Diafragma y musculos intercostales
Músculos intercostales y diafragma

Músculos intercostales: son músculos que se encuentran en la parte anterior (delantera) y lateral del tórax entre las costillas y que son fundamentales en el proceso de la respiración ya que al contraerse el diafragma (músculo que se explica a continuación) empujan a las costillas hacia afuera provocando la expansión de la caja torácica y por ende de los pulmones que se encuentran allí.

Diafragma: es un músculo ubicado en la base de la cavidad torácica, y que la divide de la cavidad abdominal. Cuando el diafragma se contrae, los músculos intercostales y pectorales menores presionan a las costillas hacia afuera, haciendo que la cavidad torácica se expanda. Esto reduce la presión interna de los pulmones y provoca que la presión externa al cuerpo empuje el aire con oxígeno hacia adentro por la tráquea hasta llenar los pulmones. Cuando el diafragma se relaja recupera su forma original (convexa hacia arriba) haciendo que la cavidad torácica se achique y por lo tanto los pulmones; aumentando la presión interna de estos últimos y despidiendo el aire con dióxido de carbono fuera del cuerpo.

Que es la pleura
Qué es la pleura

Pleura: es una membrana fina que recubre a los pulmones y los separa de otros órganos. Está compuesta por la pleura parietal en la parte externa y la pleura visceral en la parte interna, mientras que entre las dos pleuras hay un líquido denominado líquido pleural. La pleura parietal se encuentra en contacto con la caja torácica y la parte superior del diafragma mientras que la pleura visceral está en contacto con los pulmones.
 

El sistema nervioso autónomo y la respiración

Centros respiratorios del sistema nervioso
Centros respiratorios del sistema nervioso

Cuando se respira no hace falta pensar al respecto ni realizar cada respiración voluntariamente ya que la controla el sistema nervioso autónomo (la parte del sistema nervioso que controla las actividades involuntarias del cuerpo como la digestión, la frecuencia cardíaca, el sudor, la salivación, entre otras). Si una persona intenta contener su respiración, llegado un momento el sistema nervioso autónomo del cuerpo hará caso omiso a su acción forzándola a respirar nuevamente. Los centros respiratorios que controlan la frecuencia de respiración se encuentran en el tronco del encéfalo. Las neuronas (también conocidas como células nerviosas) que se localizan en estos centros, envían automáticamente señales al diafragma y a los músculos intercostales para que se contraigan y relajen a intervalos regulares. Sin embargo la actividad de los centros nerviosos puede también estar influenciada por las siguientes circunstancias:

Concentración de oxígeno en la sangre: Determinadas células nerviosas especializadas que se encuentran en la arteria aorta y en las arterias carótidas que se denominan quimiorreceptores periféricos, monitorean la concentración de oxígeno en la sangre, enviando señales de reacción a los centros nerviosos. Si la concentración de oxígeno en la sangre disminuye le envían señales a los centros nerviosos para que incrementen la frecuencia respiratoria así como la profundidad de cada respiración. Los quimiorreceptore de las arterias carótidas forman el glomus carotídeo que se sitúa en la bifurcación de las arterias carótidas que están a ambos lados de la región cervical anterior, en el cuello; mientras que los quimiorreceptores de la arteria aorta se sitúan en el cayado aórtico, o sea justo en el arco que forma la aorta.

Concentración de dióxido de carbono en la sangre: Los quimiorreceptores periféricos también monitorean la concentración de dióxido de carbono en la sangre. Además un quimiorreceptor central en el tronco del encéfalo chequea el nivel de concentración de dióxido de carbono en el líquido cefalorraquídeo (que rodea al cerebro y a la espina dorsal para protegerlos), ya que este gas pasa y se dispersa con facilidad de la sangre al líquido cefalorraquídeo. Si los niveles de concentración de dióxido de carbono se vuelven muy altos, entonces ambos tipos de quimiorreceptores (los periféricos y el central) envían una señal a los centros respiratorios para que estos aumenten la frecuencia respiratoria y la profundidad de cada respiración. El incremento de la frecuencia respiratoria devuelve la concentración del dióxido de carbono a niveles normales y luego la frecuencia respiratoria disminuye automáticamente.

Concentración de iones hidrógeno en la sangre (pH): Los quimiorreceptores periféricos y central también son sensibles al nivel de pH en la sangre y líquido cefalorraquídeo (el pH determina si una sustancia es ácida o alcalina, a mayor concentración de iones hidrógeno es más ácida y a menor concentración más alcalina; la medida varía de 0 a 14, siendo el valor 7 equivalente a una concentración neutra mientras que los valores menores a 7 indican que una sustancia es más ácida y los valores mayores a 7 más alcalinos). Si la concentración de iones hidrógeno aumenta (o sea si la sangre o líquido cefalorraquídeo se vuelven más ácidos), los quimiorreceptores le indican a los centros respiratorios que deben aumentar la frecuencia de respiración; ya que la concentración de iones hidrógeno está muy vinculada a la concentración de moléculas de dióxido de carbono y bicarbonato en la sangre y líquido cefalorraquídeo, por lo que mayor cantidad de oxígeno reduce los niveles de hidrógeno.

Niveles de estiramiento de los pulmones: Determinados receptores situados en los pulmones y pared torácica monitorean el nivel de estiramiento de estos órganos. Si los pulmones se expanden demasiado o más de lo normal, estos receptores le envían señales a los centros respiratorios indicándoles que deben detener la inhalación y comenzar el proceso de exhalación. Este mecanismo previene el daño a los pulmones provocado por la sobreexpansión.

Señales de centros cerebrales superiores: Determinadas neuronas en el hipotálamo y la corteza cerebral también influyen en la actividad de los centros respiratorios. Durante momentos de dolor o emociones fuertes, el hipotálamo le indicará a los centros respiratorios que deben incrementar la frecuencia de respiración. Los centros nerviosos ubicados en la corteza cerebral pueden hacer que voluntariamente la persona incremente, reduzca o incluso detenga (contenga) la respiración. Sin embargo la influencia de estos últimos puede ser ignorada por factores químicos como los niveles de oxígeno, dióxido de carbono y pH (iones hidrógeno) en sangre; por ejemplo uno puede contener la respiración voluntariamente tras enviar señales de la corteza cerebral a los centros respiratorios, hasta que dichos centros detecten que los niveles de concentración de oxígeno en sangre son muy bajos y los de dióxido de carbono son muy altos, haciendo que estos hagan caso omiso a las señales provenientes de la corteza y ordenen comenzar a inspirar de manera automática.

Irritantes químicos: Ciertas células nerviosas en las vías respiratorias (por ejemplo tráquea) detectan la presencia de sustancias indeseadas como polen, polvo, partículas de humo o agua dentro de ellas. Estas células nerviosas envían señales a los centros respiratorios para que comiencen a contraer rápidamente los músculos respiratorios, causando tos o estornudo para expulsar a las sustancias indeseadas de las vías respiratorias. Al toser o estornudas el aire es exhalado de manera rápida y violenta de los pulmones y vías respiratorias, expulsando así a las sustancias irritantes.

De estos factores, el de mayor influencia en los centros respiratorios es el de nivel de concentración de dióxido de carbono en la sangre y líquido cefalorraquídeo seguido por el de concentración de oxígeno.

A veces los centros respiratorios pueden funcionar temporalmente de manera incorrecta, enviando impulsos o señales de más al diafragma; causando contracciones musculares indeseadas del diafragma, esto es conocido comúnmente como hipo. Lo mismo ocurre en fetos durante el embarazo, en los que la madre puede sentir el hipo del feto en desarrollo, ya que los centros respiratorios del mismo ya funcionan como los de una persona adulta aunque todavía no esté respirando aire.
 

Anatomía de los pulmones

 

Los seres humanos tienen dos pulmones que están recubiertos por una membrana protectora elástica llamada pleura, la cual a su vez está compuesta por dos capas, una externa (pleura parietal) y una interna (pleura visceral) que están separados por un líquido lubricante conocido como líquido pleural.

Los pulmones están divididos por las llamadas cisuras que separan distintas partes conocidas como lóbulos. El pulmón derecho tiene dos cisuras, la horizontal y oblicua; dando por resultado tres lóbulos, el superior, el medio y el inferior. El pulmón izquierdo cuenta con una cisura (la oblicua) y dos lólulos (superior e inferior). En la parte superior los dos cuentan con un vértice que sobrepasa la altura de las clavículas y están apoyados sobre el diafragma, músculo que permite expandir el tamaño de la cavidad torácica y por ende de los pulmones al llenarse de aire.

Para que el corazón tenga más espacio, el pulmón izquiero es un poco más pequeño que el derecho. Si por alguna razón alguno de los lóbulos de un pulmón es dañado y debe ser removido, la persona puede seguir respirando bien con los lóbulos restantes.
 
El pulmón derecho pesa unos 600 gramos mientras que el izquierdo unos 500 gramos, su superficie es de color rosado en niños y personas que han vivido toda su vida en ambientes libres de humo, pero por lo general en adultos (especialmente aquellos que viven en ciudades), presentan manchas o zonas oscuras, este fenómeno es conocido como antracosis (del griego ántracas que significa carbón), y es resultado de una vida respirando aire contaminado en mayor o menor medida (según la ciudad o entorno) con carbón y otras sustancias flotantes en el aire; en los fumadores esto se presenta con mayor intensidad.

La capacidad pulmonar máxima depende de la persona, sexo, edad, pero oscila entre los 4000 cm3 y los 6000 cm3 (o sea entre 4 y 6 litros); aunque normalmente si no se está realizando una actividad de alta intensidad en cada inspiración se inhalan entre 400 y 500 cm3 de aire (0,4-0,5 litros).
 

Cuánto respira una persona por día

El adulto promedio en estado de reposo (o realizando actividades de baja intensidad) inhala y exhala unos 7 u 8 litros de aire por minuto y respira unas 15 veces por minuto. Eso da un total de aproximadamente 11.000 litros de aire por día; unos 4 millones de litros de aire por año.

El aire que se inhala contiene aproximadamente un 20% de oxígeno, y el aire que se exhala un 15% de oxígeno; por lo que apenas un 5% del volumen del aire que se respira es consumido y luego convertido a dióxido de carbono en las células del cuerpo. Por lo tanto un ser humano consume aproximadamente 550 litros de oxígeno puro por día.

Obviamente una persona que se está ejercitando (por ejemplo corriendo, jugando algún deporte, haciendo ejercicios en el gimnasio, etc) utiliza mucho más oxígeno que el indicado anteriormente que es para el estado de reposo (sentado, haciendo actividades de bajas exigencias corporales, etc). Se puede determinar cuánto aire pasa por los pulmones de una persona, exhalando en cada respiración en una bolsa de plástico cuyo volumen (lleno o de máxima expansión) se conoce y midiendo cuánto tiempo tardó en llenarse.

La fórmula para conocer el volumen de aire exhalado en una bolsa de volumen conocido es la siguiente:

(Volumen de la bolsa llena / tiempo que tarda en llenarse de aire) x tiempo que dura el proceso de exhalación = Volumen de aire exhalado

Por ejemplo, supongamos que se tiene una bolsa de 400 cm3 (0,4 litros) al estar expandida o inflada; y que se llena (logra su máxima expansión) de aire exhalado en 2 segundos pero el proceso de exhalación dura 4 segundos.

Apicando la fórmula tenemos:

(400cm2 / 2 segundos) x 4 segundos = 800 cm2
 
 
Continúa en Cómo funciona el sistema respiratorio - Parte II >>


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Comments

 Interesante aporte sobre

 Interesante aporte sobre el funcionamiento de este órgano vital. Por otra parte no podemos olvidar que la salud del organismo tiene sus raíces (aunque muchos no lo sepan) en detalles tan mínimos como una boquilla fitosaniraria que purifica los alimentos que serán el máximo aporte nutricional para el cuerpo. 

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