Respiración autónoma: cómo se regula la ventilación

Regulación de la ventilación

El proceso de ventilación

¿Cuánto tiempo puede aguantar la respiración? Recuerdo competir con mis amigos para ver quién podía permanecer más tiempo bajo el agua. Creo que lo máximo que pude lograr fue aproximadamente un minuto antes de tener que salir a tomar aire. Gracias a Dios no tenemos que pensar en respirar. En última instancia, nuestro sistema nervioso anula cualquier esfuerzo que hacemos para contener la respiración. Además, el sistema nervioso regula nuestra respiración incluso si no estamos tratando de contener la respiración.

La respiración se conoce formalmente como ventilación , el proceso de mover aire hacia adentro y hacia afuera de nuestros pulmones. Como saben, respiramos con el propósito de tomar oxígeno y eliminar el dióxido de carbono. Nuestras células usan oxígeno para producir ATP, mientras que el dióxido de carbono se produce mediante el mismo proceso. En otras palabras, se necesita oxígeno para la respiración celular y, como resultado, se produce dióxido de carbono. A medida que nuestras necesidades metabólicas cambian de un momento a otro, también debe hacerlo la ventilación. En esta lección, analizaremos cómo el sistema nervioso regula la ventilación para satisfacer nuestras necesidades metabólicas.

Homeostasis

La homeostasis es el mantenimiento de un entorno interno relativamente constante. Al igual que la temperatura en nuestros hogares está regulada por un horno, la ventilación está regulada por nuestro sistema nervioso. Es decir, la ventilación aumenta o disminuye para mantener un equilibrio constante entre el suministro de oxígeno y la demanda metabólica. Todo sistema homeostático tiene los mismos elementos básicos. Consideremos estos elementos antes de discutir cómo se aplican específicamente a la ventilación.

Los elementos básicos de la homeostasis son un estímulo , un receptor , un centro de integración y un efector (o más de un efector). Todos estos elementos son necesarios para que funcione la homeostasis. Hay diferentes tipos de receptores que detectan diferentes estímulos , es decir, cambios en el entorno. Un centro de integración determina qué hacer con el cambio, con el estímulo. Finalmente, el centro de integración envía señales a los efectores , que luego actúan para restaurar el equilibrio homeostático. Entonces, así es como funciona un sistema homeostático básico.

Homeostasis y Ventilación

Ahora, identifiquemos los componentes básicos del sistema homeostático responsables de mantener el equilibrio entre el suministro de oxígeno y la demanda metabólica. Primero, debemos identificar el estímulo, en otras palabras, qué cambia. El estímulo más importante para la regulación de la ventilación en personas sanas es el aumento de los niveles de dióxido de carbono, lo que se conoce como hipercapnia . La hipoxia , o niveles disminuidos de oxígeno, puede convertirse en un poderoso estímulo para la ventilación en personas enfermas.

Vamos a darle sentido a esto. Los niveles de dióxido de carbono aumentan cuando aumenta el metabolismo; por tanto, la hipercapnia es una buena medida de la actividad metabólica. Los niveles de oxígeno, por otro lado, no cambian mucho con los cambios diarios en el metabolismo de las personas sanas. Esto se debe a la gran cantidad de oxígeno que se une a la hemoglobina en nuestros glóbulos rojos. Por lo tanto, los niveles de dióxido de carbono reflejan con mayor precisión nuestro metabolismo de forma regular. Sin embargo, el aumento del metabolismo debido a una enfermedad puede disminuir los niveles de oxígeno, es decir, causar hipoxia. En estos casos, la hipoxia puede convertirse en un poderoso estimulante de la ventilación.

Los quimiorreceptores centrales se encuentran dentro del tronco encefálico.

¿Alguna vez has escuchado la expresión ‘si un árbol cae en el bosque y nadie está allí para escucharlo caer, hizo ruido?’ Apliquemos esta expresión a la regulación homeostática de la ventilación. Si nada detecta un cambio en los niveles de dióxido de carbono u oxígeno, ¿pasará desapercibido el estímulo? ¡La respuesta es sí! Por lo tanto, tenemos lo que llamamos quimiorreceptores , que sirven para detectar cambios en los niveles de dióxido de carbono y oxígeno en nuestro cuerpo. Estos quimiorreceptores se encuentran en nuestro cerebro y en algunas arterias grandes que llevan sangre al cerebro. Los quimiorreceptores centrales se encuentran en el bulbo raquídeo y son sensibles a los cambios en los niveles de dióxido de carbono. Los quimiorreceptores periféricosse encuentran en la aorta y las arterias carótidas y llevan sangre al cerebro. Estos receptores son sensibles a los cambios de dióxido de carbono y oxígeno.

Los quimiorreceptores periféricos se encuentran en las arterias carótidas y la aorta.

El bulbo raquídeo se encuentra en el tronco encefálico. Esta área del cerebro se conoce como el centro de integración de la ventilación o, más simplemente, el centro respiratorio. En respuesta a la hipercapnia o hipoxia, la médula envía señales neurales a los músculos de ventilación , específicamente el diafragma y los músculos intercostales, estimulando la contracción. A medida que se contraen y se relajan más rápidamente, inspiramos más oxígeno y expiramos más dióxido de carbono, restaurando así el equilibrio homeostático del suministro de oxígeno y la demanda metabólica.

La ventilación salió mal

A veces, el centro respiratorio falla temporalmente, lo que resulta en una ventilación anormal. Por ejemplo, el hipo es el resultado de una activación anormal del centro respiratorio. Curiosamente, los bebés por nacer pueden tener hipo aunque no respiren. Esto se debe a que su centro respiratorio está funcionando igual que en un adulto, aunque no necesitan respirar. Las complicaciones más graves pueden provocar problemas de ventilación. Por ejemplo, la compresión del tronco encefálico causada por hinchazón da como resultado apnea o pausas anormales en la ventilación. El traumatismo del tronco encefálico puede provocar un paro respiratorio , en el que la ventilación se detiene durante un período prolongado.

Resumen de la lección

En resumen, el sistema nervioso es responsable del equilibrio homeostático del suministro de oxígeno y la demanda metabólica. La hipercapnia , o niveles altos de dióxido de carbono, es el principal estimulante de la ventilación en personas sanas, mientras que la hipoxia , o niveles bajos de oxígeno, pueden convertirse en un poderoso estimulante en personas enfermas. Los quimiorreceptores centrales ubicados en el cerebro detectan cambios en el dióxido de carbono, mientras que los quimiorreceptores periféricos ubicados en las arterias que llevan sangre al cerebro detectan cambios tanto en el dióxido de carbono como en el oxígeno. El bulbo raquídeosirve como centro de integración para la ventilación y envía señales neurales a los músculos respiratorios, aumentando así la ventilación. El aumento de la ventilación disminuye el dióxido de carbono y aumenta el oxígeno en el cuerpo, restaurando así la homeostasis.

Los resultados del aprendizaje

Después de este video, debería poder:

• Explicar cómo el sistema nervioso regula la ventilación homeostática.
• Definir hipercapnia e hipoxia.
• Describir la importancia de los quimiorreceptores centrales y periféricos.