1. Regulación de la respiración
PCO2 = 40 mmHg
PCO2 = 50 mmHg
La respiración
como mecanismo
de
retroalimentación
negativa
2. Los mecanismos de la generación y control respiratorio
deben cumplir tres tareas básicas:
1) Deben establecer un ritmo respiratorio básico
2) Estimular los músculos respiratorios
3) Responder a las demandas metabólicas y ajustar
el ritmo respiratorio.
Durmiendo a 4500 m en Cámara Hipobárica
Pedaleando a 5050 m en Chajnantor
4. LOCALIZACIÓN DE NEURONAS RELACIONADAS CON EL RITMO RESPIRATORIO
A cada lado del bulbo existe alta densidad de neuronas relacionadas con la respiración
distribuidas en dos grupos: dorsal y ventral que se activan durante el ciclo respiratorio
Grupo respiratorio dorsal (GRD): (y medial) contiene fundamentalmente neuronas
relacionadas con la inspiración; se extiende por 1/3 de la longitud del bulbo, bilateral, situado
alrededor del núcleo del tracto solitario (NTS)
El GRD en su relación con el NTS integra la información sensorial del sistema respiratorio y
genera output hacia músculos inspiratorios
El GRD recibe información del n. glosofaringeo (IX), n vago (X), quimiorreceptores periféricos,
mecano receptores de la vía área, mecano receptores articulares etc.
5. Grupo respiratorio ventral (GRV): contiene neuronas de ambos tipos; neuronas
relacionadas con la inspiración y neuronas relacionadas con la espiración,
bilateral, se extiende por todo la longitud del bulbo, consta de 3 partes:
1) Región rostral primariamente espiratoria , se conecta con la región caudal
2) Región intermedia principalmente inspiratoria, se activa en la inspiración y
genera output hacia músculos inspiratorios
3) Región caudal exclusivamente espiratoria y genera el output hacia los músculos
espiratorios en la espiración forzada
6. La respiración normal (eupneica) consta de 2
fases: durante la fase inspiratoria la actividad
de las neuronas inspiratorias se incrementa en
rampa, lo mismo que la actividad del nervio
frénico, lo que activa al diagrama (cuadro inferior )
en una actividad también en rampa, lo que permite
la entrada de aire en forma suave y controlada
En la fase espiratoria cesa la actividad de
las neuronas inspiratorias, del frénico y del
diafragma; en la respiración normal no hay
actividad de las neuronas espiratorias, ni en
los músculos espiratorios
La neuronas y músculos espiratorios solo se
activan en espiración forzada
Actividad diafragmática
7. Centro Neumotáxico/Centro Apnéustico: Clásicamente se ha descrito una red de
neuronas en el tronco del encéfalo que influyen sobre el área de ritmicidad bulbar
Centro neumotáxico: Inhibe al grupo respiratorio dorsal inhibiendo la respiración
profunda, acortando el ciclo respiratorio, por lo que su efecto es aumentar la frecuencia
respiratoria . (Si se lesiona ésta área la respiración se hace más lenta y
profunda,similar el efecto de seccionar los nervios vagos)
Centro apnéustico: Estimula al grupo respiratorio dorsal lo que provoca inspiraciones
profundas, por lo que su efecto es disminuir la frecuencia respiratoria e incluso puede
llegar a la apnea: (la lesión de ésta área aumenta la frecuencia respiratoria)
Sin embargo se ha encontrado otras áreas
en la región pontina que generan respuestas
similares a estos centros
Actualmente es controversial denominar
“centro apnéustico” y “centro neumotáxico”
solo a un área específica de la región pontina
Este grupo de neuronas actúan regulando
la frecuencia y la profundidad de la respiración
cuando se necesita aumentar la ventilación
pulmonar
8. CONTROL QUÍMICO DE LA RESPIRACIÓN
Quimiorreceptores periféricos: cuerpos carotideos, situados en la bifurcación
de la carótida, cuya aferencia es a través del N glosofaríngeo (IX) y los cuerpos aórticos
en la región lateral del arco aórtico y cuya aferencia es a través del N vago.
La función esencial , (pero no la única )de los quimiorreceptores periféricos es sensar los
cambios en la presión parcial del O2 arterial (PaO2), responder ante una caída de la PaO2
(hipoxia) y señalizar a la región respiratoria (vía IX y X) para aumentar la ventilación
pulmonar . Los quimiorreceptores periféricos también responden a un aumento en la PaCO2
y disminución del pH
9. Mecanismo para sensar O2 del cuerpo carotídeo
Cuerpo carotideo: es un tejido pequeño (2 gr.,) que
tiene el más alto flujo sanguíneo del organismo (40 veces
más alto que el cerebro), lo que le permite sensar mínimas
variaciones en la PaCO2
La célula quimiosensible es la célula tipo I (“glomus” )
que tiene características “tipo neurona” del SN periférico.
En contacto con las células tipo I hay terminaciones sensitivas
del nervio del seno carotideo (rama del IX par, N. glosofaríngeo)
Frente a la hipoxia, la célula tipo I libera neurotransmisores
(dopamina, acetilcolina y otros) que son captados por receptores
post sinápticos del nervio del seno carotideo gatillando
potenciales de acción a través del IX hasta el GRD;
principalmente como respuesta a la hipoxia, aunque también
puede generar una respuesta ventilatoria rápida frente a un
aumento agudo en la PaCO2 o a un aumento en la [H+] (↓pH)
10. Respuesta quimiosensible del cuerpo carotideo
La anoxia produce despolarización y potenciales
de acción en una célula tipo I aislada (glomus)
En condiciones normales de pH y PCO2 (curva azul) a
medida que disminuye la PO2 aumenta la respuesta del
quimiorreceptor carotideo (aumento del nº de impulsos por segundo)
La acidosis respiratoria (aumento de la PCO2 y disminución del
pH) aumenta la sensibilidad del quimiorreceptor carotideo
(curva naranja)
Mientras la alcalosis respiratoria (disminución de la PCO2) y una
disminución del pH atenúa la sensibilidad del quimiorreceptor
carotideo (curva roja)
11. Quimiorreceptores centrales: En condiciones normales los quimiorreceptores
centrales que ejercen el más potente control sobre la respiración
“Aunque siempre ha estado claro que los quimiorreceptores centrales
existen , solo recientemente se ha identificado neuronas candidatas a
serlo”
Se han identificado dos área qumiosensibles principales:
a) Región ventrolateral bulbar (área rostral, intermedia
y caudal)
b) Región del rafe
Las neuronas de éstas regiones tienen una alta irrigación
local lo que les hace apropiadas para ser neuronas
quimiosensibles, son estimuladas por acidosis y contienen
serotonina como neurotransmisor excitador
La lesión de éstas áreas enlentece la respuesta ventilatoria
a la acidosis
(La gráfica inferior muestra la respuesta de un cultivo de
células del rafe a un incremento en la PCO2 )
12. Así como los quimiorreceptores periféricos son sensibles primariamente
a hipoxia los quimiorreceptores centrales son sensibles primariamente
a hipercapnia (↑PCO2 )aunque el parámetro directo sensado por ellos
es un aumento de los H+ (que derivan del aumento de la PCO2 )
Las neuronas quimiosensibles están separadas
de la sangre capilar por la barrera hemato
encefálica (HE) y están bañadas por el líquido
intersticial cerebral
La barrera HE tiene una baja permeabilidad a
H+ y alta permeabilidad a moléculas neutras
como el O2 y el CO2
Las moléculas de CO2 difunden rápido en la
barrera H-E, y se hidratan según la ecuación:
CO2 + H2O H2CO3
- H+ + HCO3
-
El aumento de la [H+ ] estimulan a los
quimiorreceptores centrales por la doble
vía de aumento del CO2 y H+
13. La gr{afica muestra el aumento de la ventilación pulmonar
al respirar una concentración de CO2 al 5,3%. Cuando aumenta
la PCO2 lo primero que ocurre es un aumento de la profundidad
de la respiración y posteriormente la frecuencia, que da como
resultado el incremento de la ventilación total
La gráfica muestra el aumento en la ventilación alveolar
a medida que disminuye el pH (aumento de los H+) en el
flujo sanguíneo cerebral
14. Respuesta aguda (integrada) y la
dependencia de la PACO2
Cuando se integra la respuesta de ambos
quimiorreceptores (centrales y periféricos) frente a
una acidosis respiratoria (aumento de la PaCO2 )
entre un 80 a 90% de la respuesta se debe a los
quimiorreceptores centrales
Sin embargo esta respuesta es lenta (varios
minutos) y la respuesta inmediata es generada a
nivel de quimiorreceptores periféricos
La curva inferior muestra la respuesta lineal de la
ventilación frente a un aumento de la PACO2 (con
PaO2 fija = 110 mmHg)
Las dos curvas siguientes muestran los efectos
de la hipoxia progresiva (PaO2: 47 y 37 mmHg
respectivamente). Hay un aumento de la pendiente
por la respuesta de los quimiorreceptores
periféricos a la caída de la PaO2 generando una
mayor ventilación pulmonar a una PCO2 dada
15. Respuesta a la hipoxia (↓PAO2 ) de los
quimiorreceptores periféricos
Los quimiorreceptores periféricos comienzan a
activarse con PaO2 por debajo de 60 mmHg; juegan
un rol clave en defender la ventilación pulmonar en
condiciones de hipoxia severa (insuficiencia
respiratoria, altura). Esta respuesta es influenciada
por la PaCO2
Cuando la PaCO2 disminuye (36 mmHg = hipocapnia)
se enlentece la respuesta a la hipoxia
Si a la hipoxia se agrega hipercapnia (PAO2 : 44
mmHg y PAO2: 49 mmHg ) la ventilación total se
incrementa debido al efecto de la PCO2 tanto a nivel
periférico como central
16. Respuesta Ventilatoria durante el ejercicio
Ventilación pulmonar y ejercicio
El aumento anticipado de la
ventilación pulmonar antes de iniciar
el ejercicio ocurre por activación
desde la corteza.
En los primeros segundos de iniciado
el ejercicio, el aumento de la ventilación
se debe a la activación desde mecano
receptores de las articulaciones
(cápsula, ligamentos)
Posteriormente se agrega la activación de
quimiorreceptores periféricos y centrales
en la medida que se prolonga el ejercicio
17. Modulación de la respuesta ventilatoria
Reflejo de insuflación pulmonar: En el árbol respiratorio
hay mecano receptores que detectan cambios en el
volumen pulmonar , un tipo de respuesta generada por
receptores de adaptación lenta es el reflejo de Hering-
Breuer
Este reflejo se activa a medida que el pulmón se infla
e inhibe la insuflación pulmonar; como resultado disminuye
el volumen inspirado y aumenta la frecuencia respiratoria
Juega un rol importante cuando se necesita aumentar la
ventilación alveolar y optimizar el trabajo respiratorio
balanceando la relación frecuencia respiratoria / volumen
corriente
Receptores de sustancias irritantes: Son receptores de
adaptación rápida, están en las vías de conducción; responden a
irritación de las vías por sustancias irritantes y a sustancias de la
respuesta a alergia e inflamación (prostaglandinas, histamina,).
Están casi inactivos durante la respiración normal. Su función es la
protección frente a procesos patológicos: su efecto es prolongación
del tiempo inspiratorio previo a la tos
Fibras C pulmonares o receptores J:
se encuentran a nivel alveolar.
Son estimulados por daño pulmonar:
congestión vascular, edema intersticial
Estimulan una respiración rápida , secreción
de mucus , bronconstricción, aumentando
la turbulencia del flujo espiratorio
y facilitando el barrido de cuerpos extraños
18. REGULACIÓN DEL CALIBRE DE VÍA AÉREA x SNA
Simpático; a través de agonistas β2
AMPc como 2° mensajero y
provoca dilatación del músculo liso
de la vía aérea (broncodilatación) al
provocar apertura de canales de K+;
la salida de K+ hiperpolariza la
célula; lo que lleva a un retardo de
la activación de la célula muscular
lisa de la vía aérea; además
disminuye la liberación de Ca++ por
el RS lo que se expresa en menor
actividad contráctil del músculo
liso y finalmente
broncodilatación
Parasimpático; Actúa vía receptor
muscarínico e IP3 como 2º
mensajero aumenta la
liberación de Ca++ por el RS y
aumenta la contracción de la
célula muscular lisa de la vía
aérea (broncoconstricción)
