Información

8.7: Modificaciones en las funciones respiratorias - Biología


Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá:

  • Definir los términos hiperpnea e hiperventilación.
  • Describir el efecto del ejercicio en el sistema respiratorio.
  • Describir el efecto de la gran altitud en el sistema respiratorio.
  • Discutir el proceso de aclimatación.

En reposo, el sistema respiratorio realiza sus funciones a un ritmo rítmico constante, regulado por los centros respiratorios del cerebro. A este ritmo, la ventilación proporciona suficiente oxígeno a todos los tejidos del cuerpo. Sin embargo, hay ocasiones en las que el sistema respiratorio debe alterar el ritmo de sus funciones para adaptarse a las demandas de oxígeno del cuerpo.

Hiperpnea

Hiperpnea es una mayor profundidad y velocidad de ventilación para satisfacer un aumento en la demanda de oxígeno, como se puede ver en el ejercicio o en las enfermedades, en particular las enfermedades que se dirigen al tracto respiratorio o digestivo. Esto no altera significativamente los niveles de oxígeno en sangre o dióxido de carbono, sino que simplemente aumenta la profundidad y la velocidad de ventilación para satisfacer la demanda de las células. A diferencia de, hiperventilación es una tasa de ventilación aumentada que es independiente de las necesidades de oxígeno celular y conduce a niveles anormalmente bajos de dióxido de carbono en sangre y pH sanguíneo alto (alcalino).

Curiosamente, el ejercicio no causa hiperpnea como podría pensarse. Los músculos que realizan trabajo durante el ejercicio aumentan su demanda de oxígeno, estimulando un aumento de la ventilación. Sin embargo, la hiperpnea durante el ejercicio parece ocurrir antes de que pueda ocurrir una caída en los niveles de oxígeno dentro de los músculos. Por lo tanto, la hiperpnea debe ser impulsada por otros mecanismos, ya sea en lugar o además de una caída en los niveles de oxígeno. Los mecanismos exactos detrás de la hiperpnea del ejercicio no se comprenden bien y algunas hipótesis son algo controvertidas. Sin embargo, además de niveles bajos de oxígeno, altos niveles de dióxido de carbono y bajos niveles de pH, parece haber una interacción compleja de factores relacionados con el sistema nervioso y los centros respiratorios del cerebro.

Primero, una decisión consciente de participar en el ejercicio, u otra forma de esfuerzo físico, resulta en un estímulo psicológico que puede hacer que los centros respiratorios del cerebro aumenten la ventilación. Además, los centros respiratorios del cerebro pueden estimularse mediante la activación de neuronas motoras que inervan grupos de músculos que participan en la actividad física. Finalmente, el esfuerzo físico estimula los propioceptores, que son receptores ubicados dentro de los músculos, articulaciones y tendones, que detectan el movimiento y el estiramiento; Los propioceptores crean así un estímulo que también puede desencadenar los centros respiratorios del cerebro. Estos factores neuronales son consistentes con el aumento repentino de la ventilación que se observa inmediatamente cuando comienza el ejercicio. Debido a que los centros respiratorios son estimulados por estímulos psicológicos, de neuronas motoras y propioceptores durante el ejercicio, el hecho de que también haya una disminución repentina de la ventilación inmediatamente después de que finaliza el ejercicio cuando cesan estos estímulos neurales, respalda aún más la idea de que están involucrados en la activación. los cambios de ventilación.

Efectos de gran altitud

Un aumento de altitud provoca una disminución de la presión atmosférica. Aunque la proporción de oxígeno en relación con los gases en la atmósfera permanece en 21 por ciento, su presión parcial disminuye (ver Tabla 1). Como resultado, es más difícil para un cuerpo alcanzar el mismo nivel de saturación de oxígeno a gran altitud que a baja altitud, debido a la menor presión atmosférica. De hecho, la saturación de hemoglobina es menor a grandes altitudes en comparación con la saturación de hemoglobina al nivel del mar. Por ejemplo, la saturación de hemoglobina es de alrededor del 67 por ciento a 19.000 pies sobre el nivel del mar, mientras que alcanza alrededor del 98 por ciento a nivel del mar.

Tabla 1. Presión parcial de oxígeno a diferentes altitudes
Ubicación de ejemploAltitud (pies sobre el nivel del mar)Presión atmosférica (mm Hg)Presión parcial de oxígeno (mm Hg)
Nueva York, Nueva York0760159
Boulder, Colorado5000632133
Aspen, Colorado8000565118
Pike's Peak, Colorado14,00044794
Denali (monte McKinley), Alaska20,00035073
Monte Everest, Tibet29,00026054

Como recordará, la presión parcial es extremadamente importante para determinar la cantidad de gas que puede atravesar la membrana respiratoria y entrar en la sangre de los capilares pulmonares. Una presión parcial de oxígeno más baja significa que hay una diferencia menor en las presiones parciales entre los alvéolos y la sangre, por lo que menos oxígeno atraviesa la membrana respiratoria. Como resultado, la hemoglobina une menos moléculas de oxígeno. A pesar de esto, los tejidos del cuerpo todavía reciben una cantidad suficiente de oxígeno durante el descanso a gran altura. Esto se debe a dos mecanismos principales. Primero, la cantidad de moléculas de oxígeno que ingresan al tejido desde la sangre es casi igual entre el nivel del mar y las grandes altitudes. A nivel del mar, la saturación de hemoglobina es más alta, pero solo una cuarta parte de las moléculas de oxígeno se liberan en el tejido. A grandes altitudes, se libera una mayor proporción de moléculas de oxígeno en los tejidos. En segundo lugar, a grandes altitudes, los eritrocitos producen una mayor cantidad de BPG, lo que mejora la disociación del oxígeno de la hemoglobina. El esfuerzo físico, como esquiar o hacer senderismo, puede provocar el mal de altura debido a la baja cantidad de reservas de oxígeno en la sangre a gran altura. A nivel del mar, hay una gran cantidad de reserva de oxígeno en la sangre venosa (aunque la sangre venosa se considera "desoxigenada") de la que los músculos pueden extraer durante el esfuerzo físico. Debido a que la saturación de oxígeno es mucho más baja a mayor altitud, esta reserva venosa es pequeña, lo que da lugar a síntomas patológicos de niveles bajos de oxígeno en sangre. Es posible que haya escuchado que es importante beber más agua cuando viaja a altitudes más altas de lo que está acostumbrado. Esto se debe a que su cuerpo aumentará la micción (micción) a grandes altitudes para contrarrestar los efectos de niveles más bajos de oxígeno. Al eliminar los líquidos, los niveles de plasma sanguíneo disminuyen, pero no el número total de eritrocitos. De esta manera, aumenta la concentración general de eritrocitos en la sangre, lo que ayuda a los tejidos a obtener el oxígeno que necesitan.

Mal agudo de montaña (AMS), o mal de altura, es una condición que resulta de una exposición aguda a grandes altitudes debido a una baja presión parcial de oxígeno en altitudes elevadas. El AMS normalmente puede ocurrir a 2400 metros (8000 pies) sobre el nivel del mar. El AMS es el resultado de niveles bajos de oxígeno en sangre, ya que el cuerpo tiene una gran dificultad para adaptarse a la baja presión parcial de oxígeno. En casos graves, el AMS puede causar edema pulmonar o cerebral. Los síntomas de AMS incluyen náuseas, vómitos, fatiga, aturdimiento, somnolencia, sensación de desorientación, aumento del pulso y hemorragias nasales. El único tratamiento para AMS es descender a una altitud más baja; sin embargo, los tratamientos farmacológicos y el oxígeno suplementario pueden mejorar los síntomas. El AMS se puede prevenir ascendiendo lentamente a la altitud deseada, permitiendo que el cuerpo se aclimate y manteniendo una hidratación adecuada.

Aclimatación

Especialmente en situaciones en las que el ascenso ocurre demasiado rápido, viajar a áreas de gran altitud puede causar AMS. Aclimatación es el proceso de ajuste que realiza el sistema respiratorio debido a la exposición crónica a una gran altura. Durante un período de tiempo, el cuerpo se adapta para adaptarse a la presión parcial más baja de oxígeno. La baja presión parcial de oxígeno a grandes altitudes da como resultado un nivel de saturación de oxígeno más bajo de hemoglobina en la sangre. A su vez, los niveles de oxígeno en los tejidos también son más bajos. Como resultado, los riñones son estimulados para producir la hormona eritropoyetina (EPO), que estimula la producción de eritrocitos, lo que resulta en un mayor número de eritrocitos circulantes en un individuo a gran altura durante un período prolongado. Con más glóbulos rojos, hay más hemoglobina para ayudar a transportar el oxígeno disponible. Aunque haya una baja saturación de cada molécula de hemoglobina, habrá más hemoglobina presente y, por lo tanto, más oxígeno en la sangre. Con el tiempo, esto le permite a la persona realizar un esfuerzo físico sin desarrollar AMS.

Revisión del capítulo

Normalmente, los centros respiratorios del cerebro mantienen un ciclo de respiración rítmico y constante. Sin embargo, en ciertos casos, el sistema respiratorio debe adaptarse a los cambios de situación para suministrar al cuerpo suficiente oxígeno. Por ejemplo, el ejercicio da como resultado una mayor ventilación y la exposición crónica a una gran altitud da como resultado un mayor número de eritrocitos circulantes. La hiperpnea, un aumento en la frecuencia y profundidad de la ventilación, parece ser una función de tres mecanismos neuronales que incluyen un estímulo psicológico, la activación de las neuronas motoras de los músculos esqueléticos y la activación de los propioceptores en los músculos, articulaciones y tendones. Como resultado, la hiperpnea relacionada con el ejercicio se inicia cuando comienza el ejercicio, a diferencia de cuando aumenta la demanda de oxígeno de los tejidos.

En contraste, la exposición aguda a una gran altitud, particularmente durante momentos de esfuerzo físico, da como resultado niveles bajos de oxígeno en la sangre y los tejidos. Este cambio es causado por una baja presión parcial de oxígeno en el aire, porque la presión atmosférica a grandes altitudes es menor que la presión atmosférica al nivel del mar. Esto puede provocar una afección llamada mal de montaña agudo (AMS, por sus siglas en inglés) con síntomas que incluyen dolores de cabeza, desorientación, fatiga, náuseas y aturdimiento. Durante un largo período de tiempo, el cuerpo de una persona se adaptará a la gran altitud, un proceso llamado aclimatación. Durante la aclimatación, los bajos niveles de oxígeno en los tejidos harán que los riñones produzcan mayores cantidades de la hormona eritropoyetina, que estimula la producción de eritrocitos. Los niveles elevados de eritrocitos circulantes proporcionan una mayor cantidad de hemoglobina que ayuda a suministrar al individuo más oxígeno, previniendo los síntomas del AMS.

Autocomprobación

Responda la (s) pregunta (s) a continuación para ver qué tan bien comprende los temas tratados en la sección anterior.

Preguntas de pensamiento crítico

  1. Describe los factores neurales que intervienen en el aumento de la ventilación durante el ejercicio.
  2. ¿Cuál es el mecanismo principal que resulta en la aclimatación?

[revel-answer q = ”326823 ″] Mostrar respuestas [/ revel-answer]
[respuesta oculta a = ”326823 ″]

  1. Hay tres factores neuronales que influyen en el aumento de la ventilación que se observa durante el ejercicio. Debido a que este aumento de la ventilación ocurre al comienzo del ejercicio, es poco probable que solo estén involucrados los niveles de oxígeno en sangre y dióxido de carbono. El primer factor neuronal es el estímulo psicológico de tomar una decisión consciente de hacer ejercicio. El segundo factor neuronal es el estímulo de la activación de las neuronas motoras por parte de los músculos esqueléticos, que participan en el ejercicio. El tercer factor neural es la activación de los propioceptores ubicados en los músculos, articulaciones y tendones que estimulan la actividad en los centros respiratorios.
  2. Un mecanismo importante involucrado en la aclimatación es el aumento de la producción de eritrocitos. Una caída en los niveles de oxígeno en los tejidos estimula a los riñones a producir la hormona eritropoyetina, que le indica a la médula ósea que produzca eritrocitos. Como resultado, los individuos expuestos a grandes altitudes durante largos períodos de tiempo tienen un mayor número de eritrocitos circulantes que los individuos que se encuentran en altitudes más bajas.

[/ respuesta-oculta]

Glosario

mal agudo de montaña (AMS): condición que ocurre como resultado de una exposición aguda a gran altitud debido a una baja presión parcial de oxígeno

aclimatación: Proceso de ajuste que realiza el sistema respiratorio debido a la exposición crónica a grandes altitudes.

hiperpnea: aumento de la frecuencia y profundidad de la ventilación debido a un aumento en la demanda de oxígeno que no altera significativamente los niveles de oxígeno en sangre o dióxido de carbono

hiperventilación: aumento de la tasa de ventilación que conduce a niveles anormalmente bajos de dióxido de carbono en sangre y pH sanguíneo alto (alcalino)


¿Por qué puedes "ver tu aliento" en un día frío? El aire que exhala por la nariz y la boca es cálido como el interior de su cuerpo. El aire exhalado también contiene mucho vapor de agua, porque pasa sobre superficies húmedas desde los pulmones hasta la nariz o la boca. El vapor de agua en su aliento se enfría repentinamente cuando alcanza el aire exterior mucho más frío. Esto hace que el vapor de agua se condense en una niebla de pequeñas gotas de agua líquida. Liberas vapor de agua y otros gases de tu cuerpo a través del proceso de respiración.

Respiración es el proceso de mantenimiento de la vida en el que se intercambian gases entre el cuerpo y la atmósfera exterior. Específicamente, el oxígeno se mueve desde el aire exterior hacia el cuerpo y el vapor de agua, el dióxido de carbono y otros gases residuales se mueven desde el interior del cuerpo hacia el aire exterior. La respiración se lleva a cabo principalmente por sistema respiratorio . Es importante señalar que la respiración por el sistema respiratorio no es el mismo proceso que la respiración celular, que ocurre dentro de las células, aunque los dos procesos están estrechamente relacionados. La respiración celular es el proceso metabólico en el que las células obtienen energía, generalmente “quemando” glucosa en presencia de oxígeno. Cuando la respiración celular es aeróbica, utiliza oxígeno y libera dióxido de carbono como producto de desecho. La respiración del sistema respiratorio suministra el oxígeno que necesitan las células para la respiración celular aeróbica y elimina el dióxido de carbono producido por las células durante la respiración celular.

La respiración por el sistema respiratorio en realidad involucra dos procesos subsidiarios. Un proceso es ventilación o respirar. La ventilación es el proceso físico de conducir aire hacia y desde los pulmones. El otro proceso es el intercambio de gases . Este es el proceso bioquímico en el que el oxígeno se difunde desde el aire hacia la sangre, mientras que el dióxido de carbono y otros gases de desecho se difunden desde la sangre hacia el aire. Todos los órganos del sistema respiratorio participan en la respiración, pero solo los pulmones participan en el intercambio de gases.


Opciones de acceso

Obtenga acceso completo a la revista durante 1 año

Todos los precios son precios NETOS.
El IVA se agregará más adelante en el proceso de pago.
El cálculo de impuestos se finalizará durante el pago.

Obtenga acceso a artículos por tiempo limitado o completo en ReadCube.

Todos los precios son precios NETOS.


CONTRIBUCIONES DE AUTOR

M. Fiorenza, AK Lemminger, J. Bangsbo y M. Hostrup diseñaron el estudio M. Fiorenza, AK Lemminger y K. Eibye realizaron los experimentos M. Marker llevó a cabo la capacitación y recopilaron datos M. Fiorenza y AK Lemminger analizaron los datos M .Fiorenza, AK Lemminger, J. Bangsbo y M. Hostrup redactaron el borrador del manuscrito Todos los autores contribuyeron a la interpretación de los datos, revisaron críticamente el manuscrito en busca de contenido intelectual importante y aprobaron la versión final del manuscrito y todos los autores aceptan ser responsables de todos aspectos del manuscrito para garantizar que las cuestiones relacionadas con la precisión o integridad de cualquier parte del manuscrito se investiguen y resuelvan de manera adecuada.

Tenga en cuenta: El editor no es responsable del contenido o la funcionalidad de la información de apoyo proporcionada por los autores. Cualquier consulta (que no sea contenido faltante) debe dirigirse al autor correspondiente del artículo.


Ver el vídeo: Fisiología III - Sistema Respiratorio Generalidades 1 (Enero 2022).