Respiración (ser humano)

La respiración es el proceso por el cual el organismo capta oxígeno y elimina dióxido de carbono. Es un proceso automático y rítmico, controlado por una red de estructuras nerviosas localizadas en el cerebro. El ritmo respiratorio puede modificarse en función de las necesidades del organismo y de las características del medio ambiente.

En el proceso respiratorio es fundamental la participación de distintos sistemas orgánicos: a través de los componentes del tracto respiratorio se recorre el camino necesario para que el oxígeno entre en el organismo y el dióxido de carbono pueda eliminarse. El sistema circulatorio se relaciona de una manera muy estrecha con el sistema respiratorio, ya que una vez tomado el oxígeno éste debe incorporarse a la sangre para que pueda ser conducido a todas las células del organismo. Del mismo modo la sangre irá recogiendo el dióxido de carbono procedente del metabolismo celular y lo entregará a los alveolos pulmonares para que éstos inicien su eliminación.

También existe una colaboración estrecha con estructuras musculares como el diafragma y los músculos intercostales, los cuales permiten que los pulmones actúen como verdaderas bombas inspirando y expulsado el aire de manera coordinada.

El sistema respiratorio

El sistema respiratorio está formado por un sistema de conductos que permiten que de modo regular entre y salga aire atmosférico desde el exterior hasta los pulmones. Estos conductos pueden dividirse en:

Órganos del sistema respiratorio.

Vías respiratorias altas:

Nariz.

Faringe.

Vías respiratorias bajas:

Laringe.

Tráquea.

Pulmones.

El órgano clave del sistema respiratorio, el lugar donde se produce el intercambio gaseoso, es el pulmón. Se encuentra localizado en el tórax, protegido por huesos (costillas y vértebras) y músculos (intercostales) y su interior está formado por el denominado árbol bronquial, un conjunto de numerosos conductos ramificados, bronquios y bronquiolos, que terminan en los llamados alveolos, lugar donde se produce el intercambio gaseoso.

Para que tenga lugar este proceso, el sistema respiratorio y el circulatorio deben trabajar conjuntamente. La sangre con un contenido bajo en oxígeno y alto en dióxido de carbono es transportada desde la parte derecha del corazón hasta los pulmones mediante las arterias pulmonares. Éstas entran en el pulmón y se dividen rápidamente. Después de múltiples divisiones, pequeñas arterias acompañan a los conductos alveolares para terminar formando la red de capilares en torno a los alveolos donde se produce el intercambio gaseoso. La sangre ya oxigenada procedente de los capilares es recogida por las vénulas y conducida hasta las venas pequeñas.

El control de la respiración

La respiración es un proceso automático y rítmico controlado por una red de neuronas localizadas en el cerebro. Esta red actúa directamente sobre los músculos que constituyen las paredes del tórax y del abdomen y produce cambios de presión que permiten que el aire circule por los pulmones.

Esquema de los músculos que intervienen en el proceso de la respiración.

El aire entra y sale de los pulmones como respuesta a los cambios de presión. Cuando la presión del aire en los alveolos es inferior a la presión atmosférica, la laringe se abre y el aire entra en los pulmones (inspiración); cuando la presión del aire en los alveolos supera la presión atmosférica, el aire sale de los pulmones (espiración). La presión en los alveolos viene determinada por los movimientos de los músculos del tórax y del abdomen, que permiten que los pulmones se dilaten o se contraigan. Durante la inspiración, los músculos del tórax y el diafragma se contraen lo que faculta que los pulmones se expandan. Durante la espiración, los músculos vuelven a su estado inicial lo que provoca que los pulmones se contraigan. Un bebé de menos de un año de edad puede respirar aproximadamente 33 veces por minuto con un volumen de aire saliendo y entrando de los pulmones en cada respiración de aproximadamente 15 ml. Un adulto respirará alrededor de 14 veces por minuto y en cada una de sus respiraciones moverá aproximadamente 500 ml de aire.

Una característica importante del sistema respiratorio humano es su capacidad para modificar la frecuencia e intensidad de la respiración de acuerdo con características internas y externas. De este modo se regula el ritmo y la duración de cada una de las fases respiratorias. El ritmo se incrementa o se disminuye de acuerdo con la producción de dióxido de carbono y con las necesidades de oxígeno del organismo.

Distintos receptores distribuidos a lo largo del organismo mandan señales a la red de neuronas cerebrales que controlan el proceso de la respiración. Por su parte, los receptores químicos detectan los cambios en la concentración de oxígeno y de dióxido de la sangre. Otros receptores mecánicos regulan la expansión de los pulmones, el diámetro de las vías aéreas y la fuerza de la contracción de los músculos respiratorios.

Son muchos los grupos musculares que intervienen en el proceso de la respiración. El más importante es el diafragma, aunque también participan los músculos intercostales (localizados en las costillas), los abdominales y otros como el escaleno o el esternocleidomastoideo. Asimismo, los músculos de la laringe y de la faringe regulan la resistencia al movimiento de los gases a través de las vías respiratorias altas durante la inspiración y la espiración. Todo ello permite cierto control voluntario del proceso respiratorio. Por ejemplo, un individuo puede dejar de respirar temporalmente con sólo desearlo.

El proceso de la respiración está diseñado para que el gasto energético sea mínimo. En reposo, un individuo adulto consume tan sólo el 1% de la energía total necesaria para respirar. Sin embargo, en situaciones de enfermedad o de ejercicio este gasto energético puede incrementarse de modo importante.

Situaciones especiales que afectan a la respiración

Existen situaciones especiales que requieren una determinada adaptación del proceso respiratorio. Principalmente se relacionan con el ejercicio, el sueño, la altitud y la respiración en un medio hostil como el agua.

La respiración durante el ejercicio

Uno de los aspectos más importantes del control de la respiración es que el proceso de ventilación debe incrementarse de manera suficiente para mantener constantes las concentraciones de dióxido de carbono en sangre arterial a pesar de que existan incrementos importantes en el ritmo metabólico (por ejemplo, durante una actividad intensa). Existen distintas señales durante el ejercicio que pueden aumentar la ventilación. Estas señales proceden de receptores mecánicos localizados en las extremidades, de receptores químicos situados en las arterias y de receptores térmicos (pues la temperatura corporal aumenta a medida que se incrementa el metabolismo).

La respiración durante el sueño

Durante el sueño el metabolismo corporal se reduce, pero incluso se reduce más el ritmo respiratorio, con lo que aumenta la concentración de dióxido de carbono y disminuye la de oxígeno. Durante la fase de sueño superficial, la respiración se hace más lenta pero se mantiene regular. Cuando el sueño es más profundo, es mucho más irregular. En ocasiones puede ocurrir que debido a la disminución en la frecuencia de la respiración la concentración de oxígeno de la sangre sea demasiado baja o la concentración de dióxido de carbono sea demasiado alta. En ese caso el individuo se despertará.

Durante el sueño existen periodos en los cuales la frecuencia de la respiración es alta y otros en los que el ritmo disminuye de manera importante, e incluso puede llegar a situaciones de ausencia de respiración (apnea). Un patrón de respiración similar puede ocurrir en pacientes que sufran insuficiencia cardiaca o enfermedades del sistema nervioso. En ocasiones, durante el sueño el ritmo respiratorio disminuye de modo importante o incluso puede interrumpirse debido a la obstrucción total o parcial de las vías respiratorias superiores. Quienes padecen este problema no descansan bien porque se despiertan con mucha frecuencia. A veces la causa es un estrechamiento de la laringe y de la faringe por depósitos de grasa o por una mala coordinación entre las vías respiratorias y los músculos del tórax.

El proceso respiratorio y la altitud

A medida que se asciende, la cantidad de oxígeno presente en el aire y en los pulmones disminuye, lo que supone un reto para el proceso respiratorio. Las personas que viven en altitud deben adaptarse a estos cambios mediante un proceso que se denomina aclimatación. Se trata de un proceso no hereditario y reversible (en animales como las llamas, las vicuñas o las alpacas este proceso más que de aclimatación se denomina de adaptación y parece transmitirse a lo largo de las generaciones). El organismo pone en marcha una serie de mecanismos para aumentar el aporte de oxígeno tanto a los pulmones como a cada una de las células individuales. Las respiraciones se hacen más profundas para permitir la llegada de más oxígeno. Se ha comprobado también que las paredes de los alveolos son más finas en personas que viven constantemente en altitud, lo que favorece el paso de oxígeno.

Por otro lado, la escasez de oxígeno estimula el aumento de hemoglobina en los glóbulos rojos, lo que incrementa su capacidad de transporte hasta los tejidos. A medida que se prolonga la estancia en altitud los tejidos desarrollan más vasos sanguíneos y también se incrementa la red de capilares, todo lo cual ayuda al intercambio gaseoso.

En ocasiones, las personas que llevan años viviendo en altitud pierden su aclimatación y desarrollan mareos crónicos. Este proceso se caracteriza por concentraciones muy altas de hemoglobina.

La respiración durante la natación y el buceo

El agua no es un medio natural para la vida de las personas, pues éstas necesitan el aire para respirar. Sin embargo, todos los vertebrados −entre ellos los seres humanos− tienen unos mecanismos de respuesta (que incluyen el sistema cardiovascular y adaptaciones metabólicas) para conservar oxígeno durante la inmersión en agua durante cortos periodos de tiempo.

La hiperventilación, un incremento de la frecuencia respiratoria, es una forma de aumentar la cantidad de aire que llega a los alveolos pulmonares, y que en ocasiones utilizan los nadadores para prolongar el tiempo que pueden permanecer bajo el agua.

Los buceadores también utilizan aparatos externos que liberan oxígeno; de ese modo no necesitan subir a la superficie a respirar y pueden permanecer sumergidos durante periodos prolongados. Sin embargo, existen inconvenientes debidos al aumento de presión a causa de la profundidad. El factor que más limita el movimiento debajo del agua es la mayor dificultad para respirar. Y esta dificultad se ve aumentada si se emplean aparatos de respiración externos que utilizan aire comprimido.