Respiración, inspiración y espiración

En los seres humanos, y otros seres vivos, la respiración es el proceso mediante el cual se absorbe oxígeno del ambiente y se eliminan gases, particularmente dióxido de carbono. La principal característica de la respiración es dicho intercambio de gases.

La respiración puede presentarse como respiración externa (intercambio de gases entre la atmósfera y el organismo) o como respiración interna (intercambio de gases dentro del organismo).

La inspiración, es una de las fases de la respiración, específicamente en la que se inhala aire del ambiente exterior hacia el interior del organismo, con el fin de obtener el oxígeno necesario para llevar a cabo procesos metabólicos.

Por otro lado, durante la espiración, el organismo deshecha gases residuales, específicamente el dióxido de carbono.

Ambas, la inspiración y espiración, son fases que representan movimientos complementarios de la respiración y que permiten que el intercambio de gases se lleve a cabo en un ser vivo.

¿Qué es la respiración?

La respiración es el nombre que recibe el proceso físico mediante el cual un organismo realiza un intercambio de diferentes gases, llevando el oxígeno del aire a los pulmones, y estos a las células del organismo, y deshaciéndose del dióxido de carbono de los tejidos.

En particular, se trata de transferir el oxígeno a las células que lo utilizan para producir energía y liberarse de gases de deshecho al realizar los procesos metabólicos.

En los seres humanos y otros seres vivos, la respiración involucra el intercambio de gases, con la intención de dotar al organismo del oxígeno (O₂) necesario para sobrevivir, así como la liberación de dióxido de carbono (CO₂), el cual es un producto de este proceso.

La respiración se divide en dos partes o fases, estas son la inspiración y la espiración, constituyendo un ciclo respiratorio. Este ciclo es posible gracias a la mecánica respiratoria, o el proceso llevado a cabo por diferentes músculos.

Dos tipos de músculos principales participan en el proceso de respiración, los músculos del diafragma y los músculos intercostales. Estos permiten que el aire ingrese en el cuerpo.

La frecuencia respiratoria de una persona adulta se encuentra entre las 10-16 respiraciones por minuto, mientras que en las y los niños es de unas 15-20 respiraciones por minuto. Atletas y bebés recién nacidos tienen una frecuencia respiratoria mayor, que puede llegar a las 60 respiraciones por minuto.

Características de la respiración

• Consta de dos fases: la inspiración y la espiración.
• Participan diferentes grupos musculares, particularmente el diafragma y los músculos intercostales.
• La respiración externa involucra la ventilación pulmonar y el intercambio de gases desde el ambiente exterior al interior de un organismo y viceversa.
• La respiración interna consiste en el intercambio de gases dentro del organismo, de la sangre a los tejidos y viceversa.
• La presión atmosférica, intrapulmonar e intrapleural juegan un papel importante durante el proceso respiratorio.

Respiración externa

En los seres humanos, la respiración externa consiste en el intercambio de gases entre el cuerpo y el ambiente externo, particularmente el oxígeno y el dióxido de carbono. A este tipo de respiración se le conoce también como ventilación. Durante este proceso, los alvéolos pulmonares transfieren el oxígeno hacia los glóbulos rojos.

La respiración externa comprende otros procesos como la ventilación pulmonar, la difusión pulmonar de gases y el transporte de gases. En ella participan diferentes grupos musculares y ocurre gracias a la distensibilidad de los pulmones.

Músculos intercostales

En la región de la caja torácica, los músculos intercostales externos hacen un movimiento que expande la misma para permitir la inspiración. Durante la espiración, los intercostales internos son los encargados de permitir que la caja torácica se cierre.

Diafragma

El diafragma es el músculo se encuentra en posición horizontal bajo la caja torácica y realiza un movimiento de apertura durante la inspiración.

Distensibilidad pulmonar

También conocida como compliancia, es la capacidad que tienen los pulmones (además de la caja torácica) de estirarse y estrecharse durante la ventilación pulmonar. Gracias a que los pulmones son capaces de modificar su capacidad, aumentando su volumen, el proceso respiratorio puede llevarse a cabo.

Ventilación pulmonar

La ventilación pulmonar consiste en el proceso en el cual hay un flujo de gases hacia adentro y hacia afuera de los alvéolos pulmonares, permitiendo el intercambio entre el oxígeno y el dióxido de carbono.

Durante la ventilación pulmonar, el diafragma y los músculos intercostales son los principales mecanismos que participan activamente en el proceso que permite la inspiración y espiración.

En el caso de los pulmones, estos no participan activamente, pero son capaces de adaptarse al movimiento provocado por el diafragma y los músculos intercostales, gracias al fluido pleural y a que pueden distenderse.

Ventilación pulmonar, volumen y presión de los gases

La ventilación pulmonar funciona gracias a la presión de los gases y el volumen de un espacio.

Según la ley de Boyle, desarrollada por el químico y filósofo natural Rober Boyle (1627-1691), existe una relación entre el volumen del espacio que ocupa un gas y la presión ejercida por este. Básicamente, un gas tiene menos presión cuando se encuentra en un espacio de mayor volumen. De la misma forma, la presión aumenta con la reducción del volumen del espacio.

Esto acontece porque cuando hay un volumen mayor en un espacio, las moléculas de un gas tienen mayor libertad de movimiento. Cuando el volumen del espacio se reduce, las moléculas del gas tienen menos espacio de maniobra, encontrándose “apretadas” y sin la misma capacidad de moverse.

Cuando la presión un gas aumenta dentro de un recipiente, y la presión fuera de este es más baja, al liberarse este gas se llega a un punto de equilibrio entre el espacio exterior y el interior.

Un ejemplo de lo anterior se puede observar cuando un balón de fútbol se encuentra totalmente “inflado”. La presión interior se puede sentir, ya que el aire dentro del mismo ocupa un volumen de espacio reducido, creando mayor presión, por lo que el balón se siente sólido.

Si este balón de fútbol sufriera una pinchadura, la presión interior, que es superior a la atmosférica, provocaría que el aire saliera del balón, hasta alcanzar un punto de equilibrio. Cuando la presión se reduce, el balón se desinfla, haciéndose más “suave” y maleable.

Presión atmosférica

La presión atmosférica es la presión que se encuentra en la atmósfera y representa la fuerza que los gases (aire) ejercen sobre la superficie terrestre y objetos que se encuentran en ella. Esta presión desciende con la altitud, por lo que la mayor presión atmosférica se encuentra al nivel del mar.

La presión atmosférica tiene un valor de 760 mm Hg (milímetros de mercurio), equivalentes a una atmósfera, sobre el nivel del mar. Se habla de una presión atmosférica negativa cuando esta se encuentra por debajo de los 760 mm Hg, y de una presión atmosférica positiva, cuando esta está por encima de esta cifra.

Presión intrapulmonar

También conocida como intra-alveolar, la presión intrapulmonar es la presión de aire en los alvéolos. Esta alcanza un nivel de equilibrio con la presión atmosférica durante el proceso de ventilación pulmonar. Gracias a los músculos del cuerpo, la presión intrapulmonar varía, siendo negativa o positiva. Este cambio en la presión permite que los gases puedan fluir desde fuera hacia adentro del cuerpo y viceversa.

Esta presión posee el mismo valor que la presión atmosférica.

Presión intrapleural

La presión intrapleural se refiere a la presión de aire existente en la cavidad pleural. Las pleuras son sacos o membranas que envuelven a los pulmones y los protegen del contacto con otros órganos, manteniendo su adecuado funcionamiento. Es presión es negativa, relativamente a la presión intrapulmonar y a la atmosférica, puesto que los pulmones se contraen cuando la caja torácica se expande.

Su valor es variable, manteniéndose a unos -4 mm Hg respecto de la presión intrapulmonar y la atmosférica.

Presión transpulmonar

La presión transpulmonar es la diferencia que existe entre la presión intrapulmonar y la intrapleural, siendo que a mayor presión transpulmonar, mayor es el volumen del pulmón.

Difusión pulmonar o intercambio de gases

La difusión o intercambio de gases se produce cuando los alvéolos absorben el oxígeno que ha llegado hasta los pulmones. Los vasos capilares liberan el dióxido de carbono que se encuentra en la sangre y recibe el oxígeno.

Este intercambio se da a través de la membrana alveolo-capilar o membrana respiratoria.

Importancia de la difusión pulmonar

• Cuando ocurre la difusión pulmonar, la sangre se enriquece de oxígeno. Esto permite el buen funcionamiento del metabolismo aeróbico.
• Elimina el dióxido de carbono que se encuentra en la sangre.

Transporte de gases

El transporte de gases ocurre cuando la difusión o intercambio de gases se ha dado dentro de los pulmones. Cuando la sangre obtiene el oxígeno, este debe ser transportado con el fin de permitir que sea absorbido por las células.

El encargado de realizar esta tarea es el sistema cardiovascular, ya que es el que bombea la sangre a través del organismo. La sangre que ha recibido el oxígeno se dirige al corazón y este la bombea al resto del cuerpo.

El oxígeno es transportado en su mayoría junto con la hemoglobina (Hb) por vía sanguínea. Esta última determina la capacidad de transporte del oxígeno de la sangre.

El dióxido de carbono, en cambio, sigue el camino inverso del oxígeno, y hay varias formas en las que es eliminado. Puede ser transportado junto con la hemoglobina (20% del dióxido de carbono presente); disuelto con el plasma (7%); o se transforma en iones de bicarbonato (70%).

Respiración interna o intercambio periférico de gases

La respiración externa acontece en el momento en que los glóbulos rojos transfieren el oxígeno inspirado a las células, y estas ceden el dióxido de carbono a los glóbulos rojos. Por otro lado, la respiración interna es el proceso en el que hay un intercambio de gases dentro del organismo, específicamente en las células de los tejidos, luego de que se ha dado la respiración externa.

Durante la respiración interna, la presión permite que se desencadene un proceso de difusión u osmosis. Ya que la presión del oxígeno varía dependiendo del medio, siendo esta mayor en la sangre que en el tejido. Es por ello que se transfiere de un medio a otro, de la sangre a los tejidos.

Etapas de la respiración interna

1. Luego de la respiración externa, el oxígeno viaja con la hemoglobina hacia los tejidos del organismo.
2. La hemoglobina pierde al oxígeno debido a la mayor presión que este tiene en la sangre, y este es absorbido por los tejidos a través de los capilares.
3. El dióxido de carbono presente en el tejido tiene una presión más alta que en la sangre, por lo que escapa de este y es absorbido por la sangre (viaja con la hemoglobina, o como bicarbonato o disuelto).
4. La sangre llega al corazón y es bombeada de vuelta para adquirir más oxígeno y liberarse del dióxido de carbono, repitiendo el proceso nuevamente.

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¿Qué es la inspiración?

Durante la inspiración, el aire que se encuentra en la atmósfera ingresa al cuerpo, para llevar oxígeno al organismo, a través de los pulmones. Junto con la espiración, es uno de los dos pasos de la respiración.

La inspiración es un proceso activo y se produce cuando hay una contracción de los músculos intercostales (externos) y un descenso del diafragma. En ese momento, el aire entra en los pulmones, permitiendo que la sangre se enriquezca de oxígeno.

Características de la inspiración

• La inspiración es un proceso activo.
• Durante la inspiración, el diafragma se contrae y la caja torácica se expande.
• Se inhala aire para obtener oxígeno.
• La presión intrapulmonar es negativa respecto de la atmosférica.
• Los pulmones se expanden o distienden.

Etapas de la inspiración

1. El diafragma se contrae y se mueve hacia abajo, al inferior del abdomen.
2. Los músculos intercostales externos se expanden, abriendo el espacio entre las costillas (intercostal).
3. Ambos movimientos provocan un aumento en el volumen de la caja torácica.
4. Los pulmones se distienden, guiados por las pleuras y el líquido pleural que los sujeta para cubrir el volumen de la caja torácica.
5. Como resultado de la apertura de la caja torácica y la expansión de los pulmones, la presión intrapulmonar desciende por debajo del nivel de la presión atmosférica.
6. Así, para equilibrar ambas presiones, los pulmones se llenan del aire proveniente del exterior.

Principales músculos involucrados en la inspiración

• Diafragma.
• Serrato anterior.
• Intercostales externos.
• Escalenos.
• Dorsales.
• Supracostal.
• Esternocleidomastoideo.
• Pectorales.

¿Qué es la espiración?

La espiración es el proceso en el cual se presenta una corriente respiratoria en la que se elimina el dióxido de carbono del organismo. Es una de las dos fases de la respiración, junto a la inspiración.

Se produce cuando el diafragma asciende y los músculos intercostales internos se relajan, aumentando la presión interior. La espiración que también se le conoce como exhalación y es un proceso pasivo. Una vez que el diafragma asciende, y se contrae la caja torácica, el dióxido de carbono se elimina del organismo.

Características de la espiración

• Es un proceso pasivo.
• Durante este proceso, el diafragma se relaja y se reduce la cavidad torácica.
• Se eliminan gases de deshecho, principalmente el dióxido de carbono.
• Sigue básicamente el camino contrario a la inspiración.
• Puede ser voluntaria o involuntaria
• La presión intrapulmonar es superior a la atmosférica.
• Los pulmones se contraen.

Etapas de la espiración

1. Luego de la inspiración, los músculos del diafragma e intercostales se relajan, contrayéndose hacia adentro.
2. La caja torácica reduce su volumen, así como los pulmones.
3. La presión intrapulmonar aumenta de forma tal que supera la presión atmosférica.
4. Esto resulta en la liberación de los gases que se encuentran en los pulmones hacia el exterior.

Tipos de espiración

La espiración puede ser controlada/voluntaria, o puede ser involuntaria/pasiva.

Cuando la espiración es controlada, los gases que se encuentran en los pulmones son retenidos voluntariamente. Esta se produce con diversos objetivos, y entra en funcionamiento cuando se realizan actividades el habla, cuando se canta o se hace algún tipo específico de deporte, entre otras.

En el caso de la espiración involuntaria, esta suele ser totalmente pasiva. Obedece a las funciones metabólicas del organismo. Este tipo de espiración se puede presentar, por ejemplo, durante el sueño.

Principales músculos involucrados en la espiración

• Intercostales internos.
• Oblicuos.
• Transverso.
• Abdominales.
• Pectoral mayor.