Este documento describe la fisiología de la regulación y el control de la respiración. Explica que la ventilación está controlada por centros en el tronco encefálico que reciben input de quimioreceptores y envían señales a los músculos respiratorios. También describe los diferentes quimioreceptores, las vías nerviosas involucradas, y los neurotransmisores implicados en la regulación respiratoria central. Finalmente, resume algunos desórdenes del control respiratorio como el síndrome de Cheyne-Stokes.

1. FISIOLOGÍA DE LA
RESPIRACIÓN
(Regulación y Control)
Fabiola León-Velarde
Dpto. De Ciencias Biológicas y Fisiológicas

2. CONTROL DE VENTILACIÓN
CONTROL CENTRAL
input output
SENSORES EFECTORES
Quimioreceptores M. Respiratorios:
Recep. Pulmonares - diafragma
- intercostales
- abdominales
PO2 y PCO2 constantes.
TRONCO ENCEFALICO
VOLUNTARIO

3. CONTROLADORES DEL TRONCO
ENCEFALICO
⇒Centro Medular (área rítmica):
- Grupo Dorsal  inspiración
- Grupo Ventral  inspiración y espiración
(ejercicio)
⇒Centro Neumotáxico:
- Inhibe la inspiración
⇒Centro Apnéustico:
- Estimula la inspiración
Ambos modifican la actividad del área rítmica.

4. CONTROLADORES DEL TRONCO
ENCEFALICO (hacia los efectores)
⇒Centro Medular (área rítmica):
- Grupo Dorsal 
núcleo del fascículo solitario (NFS)
- Grupo Ventral 
núcleo ambiguo y retroambiguo
⇒Centro Neumotáxico:
núcleo parabraquial medio

5. Vías nerviosas
• Vías ascendentes
De los quimioreceptores, ramas para-
simpáticas del nervio vago y glosofaringeo se
dirigen al área rítmica.
• Vías descendentes
Axones de las neuronas del núcleo del fascículo
solitario (se dirigen a las motoneuronas del
nervio frénico) y las del núcleo ambiguo y
retroambigüo (a las neuronas motoras de los
músculos resp. y accesorios de la respiración).

6. GV
CI
CE- R. de estiramiento pulmonar
- Propioceptores de la pared toráxica
Controlador del Tronco Encefálico
GD
CI
NEUMOT
APNE
P
B
M
(-)
(-)
(-)
(+)
- músculos accesorios de
la resp.
- Quimioreceptores
- Diafragma
- Músculos intercostales

7. Neuronas respiratorias:
Cerebelo
NTS :
núcleo del
tracto
solitario
Núcleo
ambiguo
Núcleo
retroambiguo
Grupo dorsal (inspiración)
(aferentes: vago y glosofarg.)
Grupo ventral
Centro neumotáxico (-)
Centro apnéustico (+)

8. Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora.
(vista parasagital en la rata)
zona ventrolateral
medular
- Premotoneunoras neuro-
espinales hacia: motoneuronas
frénicas, intercostales y abdom.
 músculos de la respiración.
- PreBötC (y pre-I), zona rítmica y
quimiosensora.
- Quimiorecep. central
FN, N. Fastigial
LC, locus ceruleus
NTS, N. del tracto solitario
VII, N. facial
rVRG, grupo ventral (rostral)
NA, N. ambiguo
LRN, N. lateral reticular
RTN, N. retrotrapezoidal
BötC, complejo Bötzinger

9. Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora.
(vista transversal a nivel caudal del N. facial –VII-)
Quimiorecep. central
NTS, sinapsis aferentes hacia
los cuerpos carotídeos
rVRG, recibe proyecciones de
Los núcleos
NTS y RTN, receptores de
Glutamato (NMDA).

10. Área Rítmica
• Controla el ritmo básico de la respiración.
• Existen neuronas espiratorias e inspiratorias.
• Impulsos inspiratorios (2seg) alcanzan al
diafragma por medio de los nervios frénicos y los
intercostales externos.
• Los impulsos espiratorios (3seg) provocan la
contracción de los músculos intercostales internos
y de los abdominales, disminuyendo la cavidad
torácica, y dando lugar a una espiración forzada.

11. Área Neumotáxica
• Se ubica en la parte superior de la
protuberancia.
• Su función es limitar la inspiración,
transmitiendo impulsos inhibidores
continuos al área inspiratoria.
• Desconecta el área inspiratoria antes que
entre demasiado aire en los pulmones.
• Cuando el área neumotáxica es más activa,
la velocidad respiratoria es mayor.

12. El Área Apnéusica
• Ubicada en la parte inferior de la protuberancia.
• Coordina la transición entre inspiración y
espiración.
• Su función es inhibir la espiración y estimular
la inspiración.
Prolonga la inspiración y por lo tanto la FR.

13. QUIMIORECEPTORES
-Periféricos
-Centrales

14. QUIMIORECEPTORES
PERIFERICOS
⇒En cuerpos carotídeos = bifurcación de
arterias carótidas. Responden a cambios de
PO2 y en menor grado a cambios PCO2 y pH.
⇒En cuerpos aórticos = encima y debajo del
arco aórtico. Responden a cambios de PO2.
CENTRALES
⇒En la superficie ventral del tronco encefálico.
Responden a cambios de PCO2 y de la [H+
]
arterial.

16. Transducción sensorial en el cuerpo
carotídeo
Shirahata & Sham 1999
Los cuerpos carotídeos contienen (*):
• ACh
• Dopamina
• Adrenalina
• Noradrenalina
• 5HT (serotonina)
• Sustancia P
?
PO2
Ca2+
Ca2+K+ Nervio del CCarotídeo/vago
Célula Tipo I
Aumento de la descarga
de las fibras aferentes
*

17. Características fisiológicas de los
cuerpos carotídeos
• Alto flujo sanguíneo por gramo de tejido.
• Alto consumo de oxígeno.
• Pequeña diferencia arterio - venosa.

18. SANGRE CAPILAR

19. Resumen de los reflejos regulatorios de la ventilación
PCO2 plasma
PCO2 LCR PCO2 arterial
CO2  H+ + HCO3-
CO2  H+ + HCO3-
Estímulo QR Estímulo QR
centrales periféricos
Ventilación
PO2 plasma
PCO2 plasma
PO2 plasma
< 60 mmHg

20. GVentral
Glut GABA
Glyc
(+) (-)
GDorsal Glut (+)
GABA (-)
QR
periféricos
ACh Dopamina
(+) (-)
QR centrales
(Ach)
Vías
aferentes
pulmonares Raphe
Centro
pneumotaxic
(puente)
Glutamato
5-HT
Glutamato
Sustancia P
Glutamato Sustancia P
Glutamato GABA
TRH
SP
GABA
ACh
NA
Opioides

21. Neurotrasmisores principales de los
quimioreceptores centrales
• En la médula ventral anterior:
– neuronas serotoninérgicas
– glutamato
– Receptores muscarínicos
– GABA
respuesta al CO2

22. Mecanismos de quimiomotransducción:
proteinas sensibles a cambios de pH
• Uniones celulares de baja resistencia
• Canales TASK (poros selectivos abiertos al K+
)
• Canales de inK+
(inward rectifier)
• Proteinas de membrana transportadoras de
iones (i.e., intercambiador Na+
/H+
)

23. Respuestas
integradas de los
QUIMIORECETORE
S

24. RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS
SENSORES AL CO2
⇒Controla la presión normal
PACO2 = + 3 mm Hg
Vent
⇒Para un valor dado de PAO2 mm Hg
PACO2 , la ventilación 37
aumenta cuando la 40 47
PACO2 disminuye. 110 ó más
20
20 30 40 50 PACO2

25. RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS
SENSORES AL O2
⇒Para un valor dado de
PAO2 < 100 mm Hg, Vent
la ventilación aumenta
sólo cuando el PACO2 50 PACO2 mm Hg
es mayor que lo normal
⇒El efecto combinado de 30
de ambos estímulos es 48
mayor que cada uno por 43
separado. 10 36
40 60 80 100 120 PAO2

26. Regulación de la ventilación:
Controlador central - ESTíMULO
– O2 y pH
• Quimioreceptores periféricos (carotídeos, aórticos)
– Neuronas sensoriales aferentes
– CO2
• Quimioreceptores centrales
– Emociones y control voluntario
• Centros respiratorios superiores
• Sistema límbico
Grupo Dorsal (inspiración)
Grupo Ventral (espiración)

27. Regulación de la ventilación:
Controlador central - RESPUESTA
• Grupo Dorsal (inspiración)
– Neuronas somatico motoras
• Escaleno y esternomastoideo
• Intercostales externos
• diafragma
• Grupo Ventral (espiración)
– Neuronas somatico motoras
• Intercostales internos
• Músculos abdominales

28. Tiempo de la respiración
• La respiración es un evento cinético. La
duración de cada respiración (Ttot) depende
de la frecuencia respiratoria. La fuerza de
contracción del músculo inspiratorio y la
duración de la inspiración (TI) controlan el
volumen tidal (VT). La espiración
normalmente es pasiva durante el tiempo
disponible (TE).

29. RECEPTORES PULMONARES
RECEPTORES DE ESTIRAMIENTO PULMONAR
⇒Responden a la distención pulmonar, aumenta
el tiempo espiratorio y disminuye la frecuencia.
⇒Lentos (SAR) = En músculo liso.  tiempo
espiratorio (se detiene la resp).  FR. Reflejo
Hering-Breuer (INSP. OFF) Mecanoreceptores,
quimioreceptores.
⇒Rápidos (RAR) = En células epiteliales.  FR.
Reflejo de deflación (INSP. ON).
Mecanoreceptores, quimioreceptores.

30. RECEPTORES DEL SISTEMA RESP.
⇒YUXTACAPILARES ó YUXTALVEOLARES (J)
- Responden a la congestión pulmonar.
- En paredes capilares y alveolares.
- Taquipnea, Disnea.
⇒IRRITANTES
- Responden a poluantes y a temperatura.
- En células epiteliales de vías superiores.
- Hiperpnea, Broncoconstricción.
⇒SUPERIORES
- Responden a estímulos mecánicos y químicos.
- En células epiteliales de vías superiores.
- Tos, Broncoespasmo, estornudo

31. Sistema Gamma
• Son receptores que miden la elongación
muscular.
• Forman parte de muchos músculos
(intercostales, diafragma)
• Esta información se usa para controlar la
potencia de la contracción muscular.
• Participan en la sensación de disnea (“sed de
aire”) en los esfuerzos respiratorios.

32. Barorreceptores
Arteriales.
• La estimulación de los barorreceptores de la
aorta y de los senos carotídeos por el
aumento de la presión arterial puede causar
hipoventilación o apnea refleja.
• Una disminución de la presión arterial
puede causar una hiperventilación.
• Duración muy breve.

33. Dolor y Temperatura
• La estimulación de los nervios aferentes
causan un cambio en la respiración.
• El dolor causa apnea e hiperventilación
• El calentamiento de la piel produce
hiperventilación.
• El descenso de la temperatura corporal produce
una disminución de la FR
La hiperventilación en la fiebre se debería
a la estimulación de termorreceptores
hipotalámicos.

34. CONTROL DE LA RESPIRACIÓN
VAGO
NEUMOTÁXICO
(-) (-)
APNÉUSTICO
(-) (+)
CI
CE
(-) (+)
t. potencial de acción

35. Desórdenes del control de la
respiración
• CHEYNES-STOKES: Vt y FR irregular con
periodos de apneas. Causas: hipoxia, sobredosis
de drogas, insuficiencia cardiaca.
• BIOT:  Vt  FR con periodos de apnea.
Causa: daño cerebral (Ej. meningitis).
• KUSSMAUL:  Vt  FR . Causa: acidosis
metabólica.
• ONDINA: se pierde el control autónomo. Sólo
queda el voluntario o el respirador.

36. Desórdenes del control de la
respiración
• APNEAS DE SUEñO
– Obstructivas: la insp. se encuentra limitada
por obstrucción de vías respiratorias
(orofaringe - tejidos de la base de la lengua).
Síndrome de Pickwick (apnea de sueño
asociada a la obesidad).
– Central: disfunción de los centros de control
resp. o  de la sensibilidad de los QR.