FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN(Regulación y Control)

Dr. Hermes De La Cruz

• Siglo XVIII Galeno sección medular alto cese de la respiración.• Lorry en que nivel del tallo encefálico se ubica los mecanismos nerviosos de

regulación de la respiración.• Siglo XIX resultados iniciales sobre ubicación bulbar de centro respiratorio,

técnica de estimulación eléctrica centro inspiratorio y espiratorio. • Inicios de siglo XX lumsden efectos de cortes del tallo encefalico a diferentes

niveles, propuso dos centros suprabulbares apneustico y pneumotaxico.• Breuer y hering observa que el incremento del volumen inspiratorio se produce

el cese de la respiracion deduciendo existencia de receptores pulmonares que envian informacion via vagal al centro respiratorio provocando su inhibicion.

• Hall teoria refleja de la regulacion respiratoria (quimica) y co2 durante el ejercicio.

• Henderson , hasselbach, lundsgaar estado acido basico ph principal estimulo de la respiracion.

• La cuestion se complica cuando la hipoxia causa alcalosis.

• Winsterstein Seria acidez de centros respiratorios y no de la sangre la que determinaria su actividad.

• Gesell diferencia de ph de lcr y sangre.

• De castro glomus caroticus.explica regulacion metabolica de la respiracion.

• El control del suministro de oxigeno y eliminacion del carbonico es resultado de complejos mecanismos nerviosos y quimicos

CONTROL DE VENTILACIÓN

CONTROL CENTRAL input output

SENSORES EFECTORESQuimioreceptores M.

Respiratorios:Recep. Pulmonares - diafragma

- intercostales - abdominales

PO2 y PCO2 constantes.

TRONCO ENCEFALICO

VOLUNTARIO

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 inspiraciónAmbos modifican la actividad del área rítmica.

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

Vías nerviosas

• Vías ascendentesDe los quimioreceptores, ramas para-simpáticas del nervio vago y glosofaringeo se dirigen al área rítmica.

• Vías descendentesAxones 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).

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

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 (+)

Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora.(vista parasagital en la rata)

zona ventrolateralmedular

- Premotoneunoras neuro-espinales hacia: motoneuronasfrénicas, intercostales y abdom. músculos de la respiración.

- PreBötC (y pre-I), zona rítmica y quimiosensora.

- Quimiorecep. central

FN, N. FastigialLC, locus ceruleusNTS, N. del tracto solitarioVII, N. facialrVRG, grupo ventral (rostral)NA, N. ambiguoLRN, N. lateral reticularRTN, N. retrotrapezoidalBötC, complejo Bötzinger

Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora.

(vista transversal a nivel caudal del N. facial –VII-)

Quimiorecep. central

NTS, sinapsis aferentes hacialos cuerpos carotídeosrVRG, recibe proyecciones de Los núcleos

NTS y RTN, receptores deGlutamato (NMDA).

Área Rítmica 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.

Área Neumotáxica 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.

El Área ApnéusicaEl 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.

QUIMIORECEPTORES

-Periféricos-Centrales

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.

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

*

Características fisiológicas de los cuerpos carotídeos

• Alto flujo sanguíneo por gramo de tejido.

• Alto consumo de oxígeno.

• Pequeña diferencia arterio - venosa.

SANGRE CAPILAR

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

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 PGlutamato

GABA

TRH

SPGABA

ACh

NA

Opioides

Neurotrasmisores principales de los quimioreceptores centrales

• En la médula ventral anterior:– neuronas serotoninérgicas– glutamato– Receptores muscarínicos– GABA

respuesta al CO2

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+)

Respuestas integradas de los

QUIMIORECETORES

RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL CO2

Controla la presión normalPACO2 = + 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

RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL O2

Para un valor dado de PAO2 < 100 mm Hg, Ventla 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

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)

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

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).

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.

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

Sistema GammaSistema 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.

Barorreceptores Arteriales.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.

Dolor y TemperaturaDolor 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.

CONTROL DE LA RESPIRACIÓN

VAGO

NEUMOTÁXICO(-) (-) APNÉUSTICO (-) (+)

CI

CE

(-) (+)t. potencial de acción

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.

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.