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22.2: La Respiración
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TRANSCRIPCIÓN

22.2: Breathing

22.2: La Respiración

The process of breathing, inhaling and exhaling, involves the coordinated movement of the chest wall, the lungs, and the muscles that move them. Two muscle groups with important roles in breathing are the diaphragm, located directly below the lungs, and the intercostal muscles, which lie between the ribs. When the diaphragm contracts, it moves downward, increasing the volume of the thoracic cavity and creating more room for the lungs to expand. When the intercostal muscles contract, the ribs move upward and the rib cage expands, similarly expanding the thoracic cavity.

Each lung is surrounded by two membranes called plurae, which are separated by fluid. This fluid creates an adhesive force that causes the lungs to stretch as the thoracic cavity expands. The increased volume in the lungs reduces the pressure. When the pressure drops below atmospheric pressure, this produces a pressure gradient that moves air from the higher-pressure atmosphere into the lower-pressure lungs.

When the diaphragm and intercostal muscles relax, the volume of the lungs decreases, increasing the pressure in the lungs. As pressure increases beyond atmospheric pressure, the resulting pressure gradient pushes air out of the body. In this way, the cycle of inhaling and exhaling is maintained.

Pressure-Volume Relationship

Boyle’s law states that, at a given temperature in a closed space, the pressure of a gas increases as the volume of its container decreases. Stated differently, pressure is inversely proportional to the volume. This law, combined with the movement of gas from higher-pressure to lower-pressure areas, explains why air is brought into the lungs when the diaphragm contracts.

How Do Lungs Increase in Volume?

The diaphragm contracts, moving downward and increasing the thoracic volume, but how does this increase the volume of the lungs? While bronchi and bronchioles are stiff and do not expand (although they can become blocked or inflamed), alveoli, tiny air sacs in the lungs, allow the lungs to increase in volume.

Restrictive vs. Obstructive Diseases

Pulmonary diseases decrease the flow of gas to and from the lungs and can be divided into two categories: restrictive and obstructive. Restrictive diseases, such as pulmonary fibrosis (scarring of the lung), restrict the expansion of the lungs. Obstructive diseases, like asthma, emphysema, and chronic bronchitis, obstruct the airway, limiting gas exchange.

Surfactant

The inner surfaces of alveoli are lined with fluid that contains surfactant, a mixture of phospholipids and lipoproteins. Surfactant reduces the surface tension of the alveolar fluid, preventing alveoli from collapsing and making it easier for alveoli to inflate with air.

Premature babies sometimes do not produce enough surfactant in their lungs, causing respiratory distress syndrome (RDS). Without sufficient surfactant, it takes a lot of energy to keep the alveoli open and filling repeatedly with air, making it difficult for babies with RDS to breath.

El proceso de respiración, inhalación y exhalación, implica el movimiento coordinado de la pared torácica, los pulmones y los músculos que los mueven. Dos grupos musculares con funciones importantes en la respiración son el diafragma, situado directamente debajo de los pulmones, y los músculos intercostales, que se encuentran entre las costillas. Cuando el diafragma se contrae, se mueve hacia abajo, aumentando el volumen de la cavidad torácica y creando más espacio para que los pulmones se expandan. Cuando los músculos intercostales se contraen, las costillas se mueven hacia arriba y la caja torácica se expande, expandiendo de manera similar la cavidad torácica.

Cada pulmón está rodeado por dos membranas llamadas plurae, que están separadas por líquido. Este líquido crea una fuerza adhesiva que hace que los pulmones se estiren a medida que la cavidad torácica se expande. El aumento del volumen en los pulmones reduce la presión. Cuando la presión cae por debajo de la presión atmosférica, esto produce un gradiente de presión que mueve el aire de la atmósfera de mayor presión a los pulmones de baja presión.

Cuando el diafragma y los músculos intercostales se relajan, el volumen de los pulmones disminuye, aumentando la presión en los pulmones. A medida que la presión aumenta más allá de la presión atmosférica, el gradiente de presión resultante empuja el aire fuera del cuerpo. De esta manera, se mantiene el ciclo de inhalación y exhalación.

Relación presión-volumen

La ley de Boyle establece que, a una temperatura determinada en un espacio cerrado, la presión de un gas aumenta a medida que disminuye el volumen de su contenedor. Dicho de manera diferente, la presión es inversamente proporcional al volumen. Esta ley, combinada con el movimiento de gas de zonas de mayor presión a zonas de menor presión, explica por qué el aire se introduce en los pulmones cuando el diafragma se contrae.

¿Cómo aumentan los pulmones en volumen?

El diafragma se contrae, moviéndose hacia abajo y aumentando el volumen torácico, pero ¿cómo aumenta esto el volumen de los pulmones? Mientras que los bronquios y bronquiolos son rígidos y no se expanden (aunque pueden bloquearse o inflamarse), los alvéolos, los pequeños sacos de aire en los pulmones, permiten que los pulmones aumenten de volumen.

Enfermedades restrictivas frente a enfermedades obstructivas

Las enfermedades pulmonares disminuyen el flujo de gas hacia y desde los pulmones y se pueden dividir en dos categorías: restrictiva y obstructiva. Las enfermedades restrictivas, como la fibrosis pulmonar (cicatrización del pulmón), restringen la expansión de los pulmones. Enfermedades obstructivas, como asma, enfisema y bronquitis crónica, obstruyen las vías respiratorias, limitando el intercambio de gas.

Surfactante

Las superficies internas de los alvéolos están forradas con líquido que contiene tensioactivo, una mezcla de fosfolípidos y lipoproteínas. El surfactante reduce la tensión superficial del líquido alveolar, evitando que los alvéolos se derrumbe y facilitando la inflación de los alvéolos con aire.

Los bebés prematuros a veces no producen suficiente surfactante en sus pulmones, causando el síndrome de dificultad respiratoria (RDS). Sin suficiente tensioactivo, se necesita mucha energía para mantener los alvéolos abiertos y llenos repetidamente de aire, lo que dificulta la respiración de los bebés con RDS.


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