Regulacin de la Respiracin

REGULACION DE LA RESPIRACIONLos requerimientos del organismo en cuanto al aporte de O2 y a la eliminacin de CO2, varan de manera considerable durante la vida diaria. Por ejemplo, durante el sueo, el consumo de O2, basal es mnimo y puede aumentar ms de 20 veces en caso de un ejercicio mximo. Sin embargo, la PO2, y la PCO2, arteriales exhiben una notable constancia y sus variaciones no van ms all de unos pocos mmHg. Esto refleja que los mecanismos de control respiratorio que regulan la ventilacin de acuerdo con los requerimientos metablicos y en proporcin a los aumentos de gasto cardaco son extremadamente finos y complejos.

Control respiratorio

El sistema. respiratorio se regula mediante mecanismos de retroalimentacin negativa, que se pueden analizar considerando tres componentes fundamentales: un sistema de sensores. que detecta la desviacin de los parmetros regulados (PO2, y PCO2 arteriales) de sus valores normales; un centro controlador. que integra la informacin aferente que proviene de los sensores y de diferentes receptores: y un sistema de efectores perifricos, que responde a las rdenes eferentes emanadas del controlador, modificando la ventilacin pulmonar.

Sensores

Quimiorreceptores perifricos.

Los quimiorreceptores perifricos estn ubicados en los cuerpos (glomus) carotdeos, localizados a cada lado de la bifurcacin de las arterias cartidas primitivas y en los cuerpos articos que se ubican en el cayado de la arteria aorta. Ambas estructuras son muy vascularizadas y tienen el flujo sanguneo ms alto por unidad de peso de todo el organismo; un flujo sanguneo muy alto con una masa de clulas muy pequea, determina que las PO2 y PCO2 de la sangre arterial de las clulas quimiorreceptores, de la sangre capilar y de las vnulas sean prcticamente idnticas, ya que el consumo de O2 del tejido es muy bajo.

Debido a este hecho, la composicin qumica del lquido intersticial que baa las clulas receptoras cambia en forma abrupta con cualquier cambio en la composicin de la sangre, lo cual significa que son receptores diseados para responder a cambios agudos en la composicin de la sangre. Por otra parte, son clulas receptoras cuya adaptacin es extraordinariamente lenta, si es que existe. Esto determina que sean las responsables de la hiperventilacin que se observa en la anoxia crnica (exposicin a grandes alturas), ya que al no adaptarse, continan estimulando la ventilacin mientras persista el estmulo hipxico. Los terminales nerviosos de los axones sensitivos del nervio del seno carotdeo que se hallan en contacto con las clulas del glomus llevan la informacin aferente al sistema nervioso central incorporndose al IX par craneano, el nervio glosofarngeo. En el hombre, el efecto de la actividad quimiorreceptora de los cuerpos articos parece ser muy escaso y los impulsos aferentes llegan al sistema nervioso central por va del X par craneano, el nervio vago o neumogstrico.

El estmulo fundamental para las clulas quimiorreceptoras es la disminucin de la PO2 arterial. El trfico de impulsos (frecuencia de descargas) por el nervio del seno carotdeo aumenta en forma progresiva a medida que la PO2 a rterial disminuye por debajo de 500 mmHg. En el caso que sta descienda por debajo de 100 mmHg, la actividad quimiorreceptora sufre un incremento agudo que declina gradualmente con PO: arteriales menores de 30 mmHg. Hay que recalcar que la reduccin del contenido de O2 arterial o de la saturacin porcentual de la Hb no constituyen estmulos para los quimiorreceptores perifricos. Esto se pone de manifiesto en los pacientes con anemia, los cuales no presentan estimulacin respiratoria a menos que su nivel de Hb se reduzca por debajo de 7 g/100 mL de sangre. Un paciente que tenga 7,5 g Hb/100 mL de sangre presenta una disminucin apreciable en el contenido de O, arterial ( 10 mL/100 mL de sangre), con saturacin porcentual de Hb normal (98,5%) y una PO2 arterial de 100 mmHg que no produce estimulacin de los quimiorreceptores perifricos. Por otra parte, en los pacientes con intoxicacin por CO o con metahemoglobinemias no se estimula la respiracin, a pesar de que la saturacin porcentual de O2 de la Hb y el contenido arterial de O2, estn muy reducidos, porque la PO, arterial se encuentra normal.

Las clulas de glomus carotdeo responden tambin a las variaciones de PCO2 arterial y de pH sanguneo. A diferencia de la respuesta a la PO2 arterial, que es en extremo no lineal, la respuesta a PCO2 arteriales que varan entre 20 y 60 mmHg y a pH sanguneos que fluctan entre 7,20 y 7,60 es casi lineal. Los efectos de la estimulacin simultnea de los quimiorreceptores perifricos por reduccin de PO2 aumentos de PCO2 y disminucin de pH son sinrgicos, es decir, el incremento de la frecuencia de impulsos nerviosos que se obtienen es mayor que la suma de cada respuesta por separado. Los quimiorreceptores perifricos responden tambin en circunstancias en las cuales se reduce el flujo sanguneo en relacin con sus requerimientos metablicos o cuando se presenta vasoconstriccin en el glomus por incremento de la actividad adrenrgica, como en el caso del shock hipovolmico.

La estimulacin del glomus carotdeo cuando disminuye la PO2, arterial produce una respuesta autonmica integrada, con aumento de la ventilacin pulmonar (aumento de VC y de FR), del gasto cardaco (aumento de inotropismo miocrdico) y de la presin arterial sistmica (vasoconstriccin perifrica) . La respuesta de la ventilacin pulmonar es hiperblica y se observa un aumento significativo de ventilacin slo a partir de PO2, arteriales menores de 60 mmHg. La sensibilidad de los quimiorreceptores perifricos se puede evaluar mediante las pruebas de respuesta a la hipoxia. reduciendo la concentracin de O2 en el aire inspirado v cuantificando el cambio ventilatorio obtenido.

Quimiorreceptores centrales.

La degeneracin de los quimiorreceptores perifricos eliminan la respuesta ventilatoria producida por la hipoxemia aguda, pero slo reduce ligeramente la respuesta a los aumentos de PCO2 arterial. Esto denota la existencia de quimiorreceptores en el sistema nervioso cantral, que han sido localizads en la superticie ventrolateral del bulbo raqudeo. Las clulas de los quimioreceptores tienen un nivel de perfusin mucho menor que las clulas de los quimiorreceptores perifricos en relacin con su tasa metablica, ya que estn baadas por el lquido cefalorraqudeo (LCR), lo cual sugiere que su actividad se afecta por cambios en la composicin del lquido extracelular que rodea las reas cenerales ms que por variaciones en la composicn de la sangre arcerial. Se ha demostrado que el estmulo especfico para estas clulas es la concentracin d [H*] del LCR, lo cual significa que un aumento de [H*] (pH sanguneo disminuido) estimula la ventilacin, mientras que una disminucin de [H*j (pH sanguneo aumentado) la deprime. En condiciones fisiolgicas, los quimiorreceptores perifricos no tienen un rol muy importante en el control de la respiracin, mientras que los impulsos derivados d los quimiorreceptores centrales parecen ser esenciales.

Cuando se produce un aumento o una disminucin de PCO2 arterial por una alteracin respiratoria, los cambios qu se observan en el pH del LCR ocurren en la misma direccin que los cambios en el pH arterial; pero debido a que el LCR carece de Hb, puede amortiguar menos H* y el cambio de pH en el LCR es algo mayor que en la sangre. En otras palabras. una acidosis respiratoria aguda por aumento de PCO2 arterial reduce tanto el pH arterial como el pH del LCR y, por lo tanto, estimula los quimiorreceptores centrales. Por el contrario, cuando la reduccin del pH arterial se debe al aumento de la concentracin de cidos no voltiles (acidosis metablica), el pH del LCR vara en sentido contrario, es decir, se observa una reduccin del pH en la sangre y un aumento del pH en el LCR. La respuesta ventilatoria que se obtiene en estos casos, no puede ser mediada por los quimiorteceptores centrales y, por lo tanto, dbe atribuirse a la estimulacin de las clulas de los quimiorreceptores perifricos. Lo mismo ocurre con los aumentos de [HCO3-] arterial (alcalosis metablica), donde el pH sanguneo aumenta y el pH del LCR disminuye, en contraposcin con la alcalosis respiratoria por reduccin del PCO2, arterial, en el cual el pH del LCR se eleva al igual que el de la sangre. Esta aparente paradoja se explica en base a la diferente facilidad con que difunden los iones H* y HCO3- y el OZ a travs de las membranas biolgicas. El CO2, difunde con facilidad a travs de todas las membranas biolgicas y, por consiguiente, un cambio de PCO2, arterial induce con rapidez un cambio del pH intracelular en todo el organismo. Por el contrario los iones H* y HCO3- difunden con lentitud y el cambio de pH intracelular es retardado y poco acentuado. El LCR, a pesar de ser un lquido extracelular, est separado de la sangre por una importante membrana biolgica, la barrera hematoenceflica. que permite la difusin rpida de CO2, produciendo un cambio casi inmediato de pH en el LCR. La difusin de H* y de HCO3- es lenta y difcil y el pH del LCR no vara de manera apreciable.

La Figura ilustra la relacin prcticamente lineal entre la ventilacin.pulmonar y la PCO2 arterial donde la respuesta de los quimioreceptores centrales muestra una sensibilidad muy alta a los cambios de PCO2 arterial. En efecto, el incremento de ventilacin pulmonar es de alrededor de 2 a 5 L/ min por cada mmHg de aumento en la PCO2. Esto constituye la base de las pruebas de respuesta al CO2 utilizadas para evaluar la sensibilidad de los quimiorreceptores centrales.

Centros integradores (controlador)

En el sistema nervioso central existe una divisin funcional de los centros controladores debido a que la regulacin automtica de la respiracin est a cargo de neuronas ubicadas en el tronco enceflico, mientras que el control voluntario depende de neuronas corticales. Aunque se acostumbra hablar de centros respiratorios, es importante recalcar que estas neuronas no fornan un solo ncleo definido, sino que se encuentran dispersas con amplitud en las estructuras del tronco cerebral. Aparte de los impulsos provenientes de los quimiorreceptores, los centros integradores reciben aferencias provenientes de diferentes receptores, tanto pulmonares como extrapulmonares, que pueden inducir respuestas ventilatorias reflejas.

En el bulbo raqudeo existen dos grupos bilaterales de neuronas respiratorias: el grupo respiratorio dorsal que contiene principalmente neuronas inspiratorias; y el grupo respiratorio ventral, con neuronas inspiratorias y espiratorias. Ambos grupos neuronales cumplen funciones integradoras. La localizacin del grupo respiratorio dorsal en el fascculo solitario sugiere que en l se procesan las aferencias de los pares craneanos IX y X, que producen respuestas motoras respiratorias, ya que sus axones se proyectan hacia motoneuronas inspiratorias de la mdula espinal. Los axones del grupo respiratorio dorsal se proyectan tambin al grupo ventral, ubicado en parte en el ncleo ambiguo donde se encuentran las motoneuronas respiratorias vagales y en parte, en el ncleo retroambiguo que se proyecta hacin motoneuronas espiratorias espinales.

Las aferencias de estos grupos neuronales incluyen adems impulsos provenientes de varios receptores y sus proyeciones eferentes alcanzan tambin a los centros protuberanciales, a zonas de hipotlamo y de la corteza y al sistema de activacin reticular.

En l protubrancia se han identificado dos centros reguladores: el centro apnustico y el centro neumotxico. En el centro apnustico parece residir el mecanismo inhibitorio normal de la inspiracin,. que cuando no se controla de forma adecuada tiene como resultado espasmos inspiratorios prolongados (respiracin apnustica). El centro neumotxico acta principalmente como un fino modulador del ritmo respiratorio, inhibiendo de manera peridica la facilitacin inspiratoria y el centro apnustico.

El control voluntario de la respiracin reside. en la corteza cerebral y tiene una gran importancia, ya que puede sobreponerse con facilidad a tos controles automticos inferiores cuando se desea modificar a voluntad la respiracin o durante maniobras que requieren movimientos respiratorios coordinados, tales como hablar. cantar, llorar, toser, vomitar. etctera.

Efectores

Los efectores del sistema de control respiratorio son los msculos de la respiracin. Los impulsos eferentes derivados de los centros controladores e integradores se propagan hacia las motoneuronas respiratorias de la mdula espinal y hacia las motoneuronas del ncleo ambiguo que forman parte del nervio vago modificando la fuerza de contraccin de los msculos respiratorios.

Otros reflejos respiratorios

Existen diversos reflejos de origen pulmonar que pueden influenciar la ventilacin a travs de los centros integradores. El ms conocido es el reflejo de insuflacin o distensin, llamado reflejo inhibitinspiratorio de Hering-Breuer, que se origina en receptores de estiramiento de adaptacin lenta, probablemente localizados en el msculo liso de los bronquolos. Los impulsos aferentes llegan al sistema nervioso central por va de fibras vagales termosensibles y tienen un efecto inhibitorio sobre la ventilacin, ya que la inflacin de los pulmones determina un aumento de impulsos vagales aferentes, y en forma simultnea, una disminucin de la actividad elctrica de los msculos inspiratoris. Este reflejo. bien desarrollado en animales y en nios recin nacidos, parece no ser muy activo en adultos, ya que el bloque del vago tiene muy poco efecto sobre el patrn de la respiracin y el reflejo se puede demostrar slo con grandes distensiones, insuflando ms de 800 mL de aire en los pulmones.

Existen receptores de adaptacin rpida que responden a la irritacin, localizados en el epitelio de las vas areas. que pueden producir hiperpnea refleja.

En el parnquima pulmonar, especficamente en la proximidad de los capilares en los tabiques interalveolares, se han descrito los receptores yuxtacapilares o receptores J que pueden ser activados por diversos estmulos qumicos y mecnicos y que pueden tener importancia en algunas condiciones patolgicas.

Alteraciones del control respiratorio

Considerando la complejidad del sistema de control respiratorio, es obvio que en muchas enfermedades neurolgicas y pulmonares pueden aparecer diversas alteraciones debidas a trastornos de regulacin. La mayor parte de estas alteraciones se refleja en la prdida de la regularidad del ritmo respiratorio (respiraciones peridicas) y/o en sensacin de dficultad para respirar (disnea).

Respiraciones peridicas

La respiracin puede hacerse irregular cuando existen cambios rpidos en las aferencias neurognicas o cuando se producen interferencias con la retroalimentacin de la informacin hacia los centros integradores.

La forma clnica ms frecuente de respiracin peridica es la llamada respiracin de CheyneStokes. Consiste en ciclos peridicos, durante los cuales la ventilacin aumenta en forma progresiva, hasta un mximo. disminuyendo luego paulatinamente, hasta que despus de un perodo de apnea de longitud variable, se repite el ciclo. Esta inestabilidad del sistema de control de la ventilacin puede ser el resultado de causas muy diversas, tales como la prolongacin del tiempo de circulacin de la sangre, que determina un retardo en la llegada de las seales retroalimentadas a los centros; o el aumento en la sensibilidad del sistema de control dependiente de CO2 como consecuencia de dao en los centros superiores; o paradjicamente, la depresin de la respuesta ventilatoria al CO2 debida a enfermedades del tallo cerebral, que permite que el sistema de control dependiente de O2 ms inestable domine la regulacin. Clnicamente, se observa con cierta frecuencia en pacientes con insuficiencia cardaca congestiva. con dao cerebral debido a traumas o enfermedades del sistema nervioso central y en casos de aumento de la presion del lquido cefaloraqudeo. El mecanismo fisiopatolgico en los casos de insuficiencia cardaca congestiva parece estar relacionado con el aumento del volumen sanguneo pulmonar (congestin pulmonar) y del tiempo de circulacin de la sangre hacia el cerebro. Bajo estas condiciones, los cambios en la PCO2, arterial son detectados.por los quimiorreceptores centrales despus de una latencia variable y, como resultado de esto, la respesta ventilatoria aparece retrasada con respecto al cambio de PCO2 arterial. En otras palabras, cualquier tendencia de aumento del CO2 no es detectada de inmediato y la PCO2, se incrementa hasta niveles altos. Esto determina un aumento de ventilacin que disminuye la PCO2_. Debido a la latencia de las respuestas, esta PCO2 reducida no se detecta a tiempo y la PCO2 contina descendiendo hasta que se produce un perodo de apnea cuando la sangre con PCO2 muy reducida llega a los quimiorreceptores centrales. La apnea permite que se acumule CO2 con lo cual el ciclo vuelve a comenzar. En el caso de pacientes con daos en el sistema nervioso central, la sensibilidad de los quimiorreceptores centrales al CO2 puede disminuir acentuadamente, alterando el ritmo respiratorio, ya que las respuestas ventilatorias pasan a ser controladas por el sistema de control dependiente de O2 que es mucho ms inestable.

En pacientes con meningitis o con dao cerebral de otra etiologa puede aparecer un tipo de respiracin peridica conocida como respiracin de Biot. En este caso, surgen varos esfuerzos inspiratorios de profundidad variable. separados por perodos apneicos irregulares, probablemente relacionados con cambios irritativos en la sensibilidad de los quimiorreceptores centrales.

En pacientes que presentan sndrome de Pickwick (sndrome de obesidad-hipoventilacin) se suele presentar un tipo de respiracin peridica, en especial cuando los pacientes estn en posicin recumbente, que consiste en una inspiracin profunda que declina en forma paulatina hasta un perodo de apnea algo protongado. Este tipo de respiracin, llamado respiracin "suspirante", determina hipoventilacin alveolar global y retencin d CO2.