Respiración (fisiología)

En fisiología, la respiración (del latín respiratione) se define como un conjunto de procesos que resultan en el consumo de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono por parte de los seres vivos. El sistema respiratorio junto con el cardiovascular es un elemento integral del trabajo armonioso e interrelacionado de todos los órganos y sistemas del organismo, manteniendo la constancia de la composición gaseosa del aire alveolar, la circulación de la sangre y el fluido tisular.

La definición fisiológica de la respiración difiere de la definición bioquímica, que se refiere a un proceso metabólico mediante el cual un organismo obtiene energía (en forma de ATP) oxidando los nutrientes y liberando productos de desecho. Aunque la respiración fisiológica es necesaria para mantener la respiración celular y, por lo tanto, la vida en los animales, los procesos son distintos: la respiración celular tiene lugar en las células individuales, mientras que la respiración fisiológica se refiere a la difusión y el transporte de metabolitos entre el organismo y el ambiente externo. 

En los animales con pulmones, la respiración fisiológica implica ciclos respiratorios de respiraciones inhaladas y exhaladas. La inhalación suele ser un movimiento activo. La contracción del diafragma provoca una variación de presión, que es igual a las presiones causadas por los componentes elásticos, resistivos e inerciales del sistema respiratorio. En contraste, la exhalación suele ser un proceso pasivo. Inhalar, lleva aire a los pulmones, donde se produce el proceso de intercambio gaseoso entre el aire en los alvéolos y la sangre en los capilares pulmonares.

El proceso de respiración no llena los alvéolos con aire atmosférico durante cada inhalación (aproximadamente 350 ml por respiración), pero el aire inhalado se diluye cuidadosamente y se mezcla completamente con un gran volumen de gas (aproximadamente 2,5 litros en humanos adultos) conocido como capacidad residual funcional que permanece en los pulmones después de cada exhalación, y cuya composición gaseosa difiere notablemente de la del aire ambiente. La respiración fisiológica implica los mecanismos que aseguran que la composición de la capacidad residual funcional se mantenga constante y se equilibre con los gases disueltos en la sangre capilar pulmonar, y por lo tanto en todo el cuerpo. Así, en un uso preciso, las palabras inspiración y ventilación son hipónimos, no sinónimos, de respiración; pero esta prescripción no se sigue constantemente, incluso por la mayoría de los proveedores de atención médica, porque el término frecuencia respiratoria (RR) es un término bien establecido en la atención médica, a pesar de que tendría que ser reemplazado constantemente por la tasa de ventilación si el uso preciso fuera adecuado.

Proceso 
El acto fisiológico de la respiración implica los pasos de:
 respiración externa (ventilación de los alvéolos, que es proporcionada directamente por el sistema respiratorio);
 intercambio gaseoso en los pulmones (entre el aire alveolar y la sangre de los capilares de la circulación pulmonar);
 Transporte de gases a la sangre (transporte de oxígeno desde el torrente sanguíneo a todos los órganos y tejidos periféricos, incluido el propio pulmón, así como la eliminación del dióxido de carbono producido por el sistema cardiovascular durante los procesos catabólicos);
 tejido (celular) respiración - un conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en las células de los organismos vivos en los que existe la oxidación de hidratos de carbono, lípidos y aminoácidos a dióxido de carbono y agua para liberar la energía necesaria para la biosíntesis de moléculas de adenosín trifosfato (ATP), que es una fuente versátil de energía en la célula.

Regulación 

La regulación de los movimientos respiratorios se lleva a cabo en el centro respiratorio, que está representado por un conjunto de células nerviosas ubicadas en diferentes partes del sistema nervioso central. La parte principal del centro respiratorio se encuentra en la médula oblonga. Su actividad depende de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la sangre y de los impulsos nerviosos que provienen de los receptores de diversos órganos internos y de la piel.

Entonces, en un bebé recién nacido después de la ligadura del cordón umbilical y la separación del cuerpo de la madre, el dióxido de carbono se acumula en la sangre y la cantidad de oxígeno disminuye. El exceso de CO2 humoral (neurohormonal  y la falta de O2 por reflejo a través de los receptores de los vasos sanguíneos excitan el centro respiratorio. Esto conduce a una reducción en los músculos respiratorios y a un aumento en el volumen del tórax, los pulmones se expanden, la primera respiración ocurre, más a menudo con un llanto.

La regulación nerviosa tiene un efecto reflejo sobre la respiración. Irritación por calor o frío ( sistema sensorial ) de la piel, dolor, miedo, enojo, alegría (y otras emociones y factores de estrés), la actividad física cambia rápidamente la naturaleza de los movimientos respiratorios.

Cabe señalar que los receptores del dolor en los pulmones están ausentes, por lo tanto, para prevenir enfermedades, se realizan exámenes periódicos de fluorografía.

Respiración en los animales 

Hay dos tipos principales de la respiración entre los animales:

 Respiración aérea y
 Respiración acuática

Respiración aérea 
En los vertebrados terrestres y pulmonados, la respiración tienen lugar en órganos llamados pulmones, más particularmente en los alvéolos pulmonares, cuyas paredes están altamente irrigadas por vasos sanguíneos. Es entre la sangre y el aire en los pulmones que tiene lugar el intercambio de gases en un proceso llamado hematosis pulmonar. La entrada y salida de aire - con composición diferente debido al intercambio - es causada por movimientos (típicamente involuntarios) de los músculos del tórax.

En los moluscos terrestres, como el caracol de los jardines, también hay un órgano con la misma función llamada "pulmón", pero con un origen y estructura muy diferente de los vertebrados.

Los artrópodos terrestres, como la mayoría de insectos y arácnidos, respiran por un sistema de respiración o tráquea, tubos delgados con quitina y abertura al exterior por poros en la cutícula y llevan el aire a la hemolinfa, que baña los diversos órganos. Algunas arañas tienen un cuerpo formado de la tráquea llamado pénfigo pulmonar.

Respiración acuática 
Los animales acuáticos deben obtener el oxígeno para sus funciones vitales del agua, donde su concentración suele ser bastante baja. En el agua debajo de la superficie, su concentración típica es de aproximadamente 5 ml/l, o 0,0005%, en comparación con 20% en el ambiente.

Los organismos de pequeñas dimensiones, como el plancton, reciben suficiente oxígeno por difusión a través de la cutícula, pero de mayor tamaño, como los peces desarrollado estructuras especiales - agallas - y formas de aumentar el flujo de agua a través de este tipo de estructuras. Los peces óseos por lo general tienen branquias alojadas en una cavidad que tiene una abertura al exterior cerrada por una tapa, una placa de hueso que se mueve para controlar el flujo de agua; los seláceos, como los tiburones, que no tienen los sellos de membrana, sino hendiduras branquiales, aumentan el flujo de agua mediante la natación a alta velocidad con la boca abierta, causando así la entrada de agua a la cavidad branquial.

Los artrópodos acuáticos (especialmente larvas de insectos ) desarrollan una especie de "agallas" formadas por tráqueas.

Respiración vegetal 
Entre las "plantas" (según la taxonomía Linnaeus, incluyendo algas y hongos), sólo las plantas vasculares tienen  verdaderas "vías respiratorias", formadas por los estomas, pequeños agujeros en la piel que permite que el aire atraviese los tejidos donde se mantiene la respiración celular y la fotosíntesis. Los grupos restantes de plantas respiran por difusión gaseosa - ya sea atmosférica o disuelto en el agua - por difusión superficial.

Las plantas autótrofas (que llevan a cabo la fotosíntesis) respiran para conseguir  el dióxido de carbono necesario para esta función durante el día, así como el oxígeno necesario para la respiración celular; por la noche, las plantas verdes consumen oxígeno y expelen el dióxido de carbono.

Los hongos que son heterótrofos únicamente utilizan oxígeno en la respiración celular y expulsan dióxido de carbono.

Descubrimientos científicos 

En 1779, basándose en los trabajos anteriores pero incompletos de Joseph Priestley, Jan Ingenhousz descubrió la respiración de las plantas al mismo tiempo que la fotosíntesis.

Al mismo tiempo, Antoine Lavoisier, con la ayuda de Marie-Anne Paulze y Armand Seguin, demostró mediante experimentos con animales (un gorrión en 1777 y una cobaya en 1780) y luego con seres humanos que la respiración consume la "parte eminentemente respirable del aire" (oxígeno) y produce "gas carbónico" (dióxido de carbono) y agua. Estos trabajos experimentales fueron confirmados empíricamente por médicos enfrentados a poblaciones de individuos que vivían en gran número en lugares mal ventilados, como Thomas Trotter (en) que estudiaba a los esclavos encerrados en las bodegas de los barcos negreros.

En 1937, Hans Adolf Krebs aclaró el papel del trifosfato de adenosina (ATP) en el metabolismo respiratorio.

En 1961, Peter Mitchell localizó la transferencia de energía en las membranas de las mitocondrias. Ambos fueron galardonados con el Premio Nobel (medicina y química).

En 1967, Lynn Margulis publicó su teoría del origen endosimbiótico de los orgánulos y el papel clave de la endosimbiosis en la evolución de los organismos vivos Así pues, las mitocondrias son antiguas bacterias que han conferido a los eucariotas numerosas propiedades biológicas, entre ellas la respiración.

Aspectos referentes a la respiración

Véase también 
Capacidad difusora
Sonidos respiratorios
 Monitorización respiratoria

Referencias

Enlaces externos 

 Descripción general en la Universidad Johns Hopkins 
 Ciencias clínicas - Respiratoria Una aplicación para iPhone que cubre la ciencia y la anatomía respiratorias detalladas

Otras lecturas 

  
         biología humana 146149 
 C.Michael Hogan. 2011.  La respiracion  Enciclopedia de la Tierra.  Eds.  Mark McGinley y CJCleveland.  Consejo Nacional de Ciencia y Medio Ambiente.  Washington DC 

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