Respiración

En fisioloxía, chámase respiración ao proceso mediante o cal os seres vivos intercambian gases co medio externo. Este proceso consiste na entrada de osíxeno ao corpo dun ser vivo e a saída de dióxido de carbono do mesmo​ e serve para soster a respiración celular, o proceso bioquímico que consome osíxeno e produce dióxido de carbono para xerar enerxía.
A respiración é o transporte de osíxeno desde o ambiente exterior ás células dentro dos tecidos e a eliminación de dióxido de carbono na dirección oposta ao ambiente mediante un sistema respiratorio.
Nos organismos complexos a respiración consiste de varios procesos de transporte de gases entrelazados en serie. No ser humano, os procesos que forman parte da respiración son: a ventilación pulmonar (que transporta gases entre a atmosfera e os pulmóns), a hematose (entre os pulmóns e o sangue), a circulación do sangue, e o intercambio gaseoso interno (entre o sangue e as células). A ventilación pulmonar e tamén a respiración celular adoitan chamarse simplemente "respiración" en moitos contextos.
A definición fisiolóxica de respiración difire da definición bioquímica, que se refire a un proceso metabólico polo cal un organismo obtén enerxía (en forma de ATP e NADPH) oxidando nutrientes e liberando produtos de refugallo. Aínda que a respiración fisiolóxica é necesaria para manter a respiración celular e, polo tanto, a vida nos animais, os procesos son distintos: a respiración celular ten lugar en células individuais do organismo, mentres que a respiración fisiolóxica se refire á difusión e transporte de metabolitos entre o organismo e o ambiente externo.
A intercambio de gases nos pulmóns prodúcese mediante ventilación e perfusión. A ventilación refírese ao movemento de entrada e saída do aire dos pulmóns e a perfusión é a circulación do sangue nos capilares pulmonares. Nos mamíferos, a respiración fisiolóxica implica ciclos respiratorios de inhalacións e exhalacións. A inhalación (inhalar) adoita ser un movemento activo que leva aire aos pulmóns, onde ten lugar o proceso de intercambio de gases entre o aire dos alvéolos e o sangue dos capilares pulmonares. A contracción do músculo diafragmático provoca unha variación da presión, que é igual ás presións causadas polos compoñentes elásticos, resistivos e inerciais do sistema respiratorio. Pola contra, a exhalación (exhalar) adoita ser un proceso pasivo, aínda que hai moitas excepcións: ao xerar unha sobrepresión funcional (falar, cantar, cantaruxar, rir, soprar, bufar, espirrar, toser, levantar pesas); ao exhalar baixo a auga (nadar, mergullarse); a altos niveis de esforzo fisiolóxico (correr, escalar, lanzar) onde se necesita un intercambio de gases máis rápido; ou nalgunhas formas de meditación controlada pola respiración. Falar e cantar nos humanos require un control sostido da respiración que moitos mamíferos non son capaces de realizar.
O proceso de respiración non enche os alvéolos con aire atmosférico durante cada inhalación (uns 350 ml por respiración), senón que o aire inhalado dilúese coidadosamente e mestúrase completamente cun gran volume de gas (uns 2, 5 litros en humanos adultos) coñecido como capacidade residual funcional que permanece nos pulmóns despois de cada exhalación e cuxa composición gasosa difire notablemente da do aire ambiente. A respiración fisiolóxica implica os mecanismos que garanten que a composición da capacidade residual funcional se manteña constante e se equilibre cos gases disoltos no sangue capilar pulmonar e, polo tanto, en todo o corpo. Así, no uso preciso, as palabras respiración e ventilación son hipónimos, non sinónimos, de respiración; pero esta prescrición non se segue de forma consistente, mesmo pola maioría dos profesionais sanitarios, porque o termo frecuencia respiratoria (FR) é un termo ben establecido na atención sanitaria, aínda que tería que ser substituído de forma consistente por taxa de ventilación se se seguise o uso preciso. Durante a respiración, os enlaces CH rómpense mediante unha reacción de oxidación-redución e, polo tanto, tamén se producen dióxido de carbono e auga. O proceso de produción de enerxía celular chámase respiración celular.
A respiración é indispensable para a vida dos organismos aeróbicos. Dependendo do tipo de órgano encargado do proceso, a respiración pode ser pulmonar, como nos mamíferos; traqueal, nos artrópodos; branquial, nos peixes; ou cutánea, nos anélidos. O intercambio pode producirse co aire atmosférico, como ocorre nas aves e mamíferos, ou ter lugar no medio acuático que tamén contén osíxeno e dióxido de carbono disolto. O sistema respiratorio xunto co cardiovascular é un elemento integral do traballo armonioso e interrelacionado de todos os órganos e sistemas do organismo, mantendo a constancia da composición #gaseoso do aire alveolar, a circulación da sangue e o fluído tisular. Características
Segundo os distintos hábitats, os distintos seres vivos aerobios desenvolveron diferentes sistemas de intercambio de gases: cutáneo, traqueal, branquial, pulmonar. Consiste nun intercambio gasoso osmótico (ou por difusión) co seu ambiente no que se capta osíxeno, necesario para a respiración celular, e refúgase dióxido de carbono, como subproduto do metabolismo enerxético.
Plantas e animais, o mesmo que outros organismos de metabolismo equivalente, relaciónanse a nivel macroecolóxico pola dinámica que existe entre respiración e fotosíntese. Na respiración utilízanse o osíxeno do aire, que á súa vez é un produto da fotosíntese osixénica, e refúgase dióxido de carbono; na fotosíntese utilízase o dióxido de carbono e prodúcese o osíxeno, necesario logo para a respiración aeróbica.
A reacción química global da respiración é a seguinte: C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + enerxía (ATP) Na respiración dos mamíferos hai unha fase inicial de respiración pulmonar, na cal o aire entra e sae dos pulmóns e prodúcese o intercambio de gases co sangue dos alvéolos. Despois intervén o sistema circulatorio, que transporta por vía sanguínea os gases desde os pulmóns ao corpo (o osíxeno) e desde o corpo aos pulmóns (o dióxido de carbono). Prodúcese o intercambio de gases entre sangue e células, no que as células captan osíxeno e ceden o dióxido de carbono. Finalmente ten lugar a fase bioquímica nas mitocondrias, que é a chamada respiración celular aerobia, na que se produce a enerxía que necesita a célula e o osíxeno respirado funciona como aceptor de electróns da cadea de transporte de electróns mitocondrial. Nos insectos o aire chega directamente ás células mediante o seu sistema traqueal, polo que non intervén o sangue como transportador de gases. Fisioloxía xeral da respiración
A respiración é un proceso que ten lugar fundamentalmente a nivel celular. Os órganos e mecanismos respiratorios que capturan e transportan gases cara a ou desde as células son adaptacións á crecente complexidade dos organismos destinadas a manter a continuidade da comunicación co ambiente externo. Así, a ventilación pulmonar, que aparece nos humanos como a expresión inmediatamente visible da respiración, constitúe só a fase máis externa do fenómeno.
O proceso bioquímico consiste nunha sucesión de reaccións que resultan na síntese de adenosín trifosfato (ATP), xeralmente a través da descomposición completa da glicosa. A respiración aeróbica con absorción de osíxeno (O2) e liberación de dióxido de carbono CO2) é o modelo máis estendido na biosfera na actualidade, pero tamén existen respiracións anaeróbicas.
A intercambio de gases asegúrase por varios mecanismos. Nos animais pulmonares, prodúcese por inspiracións e expiracións alternadas: ventilación pulmonar, e despois por transporte de gases no sangue Tamén pode levarse a cabo a través de branquias (como nos peixes), traqueas (como nos insectos), estomas ou lenticelas (nas plantas terrestres), a través da pel ou directamente a través das membranas celulares. Os gases poden atoparse en estado libre ou disoltos na auga. Tipos de respiración
Os seres vivos aeróbicos desenvolveron varios sistemas de intercambio #gaseoso co medio no que viven: cutáneo, traqueal, branquial e pulmonar. Mediante calquera destes sistemas incorporan osíxeno procedente do medio exterior e refugan dióxido de carbono e vapor de auga, como produto do proceso do metabolismo enerxético. O ser humano e os mamíferos presentan unicamente respiración pulmonar, pero algúns organismos como os anfibios utilizan varios sistemas simultaneamente e teñen respiración cutánea e pulmonar. Respiración pulmonar
Ten lugar na maior parte dos vertebrados terrestres: anfibios, réptiles, aves e mamíferos incluíndo o home. O aparello respiratorio de tipo pulmonar está formado por uns orificios respiratorios situados na cabeza que comunican cun conduto que se chama larinxe o cal desemboca a través da traquea nos pulmóns. Os pulmóns constan dun conxunto de alvéolos rodeados de capilares sanguíneos. Nos alvéolos é onde se produce o intercambio de gases co sangue. A sangue oxigenada é distribuída por todo o organismo mediante o aparello circulatorio. Respiración traqueal
A respiración traqueal ten lugar en moitos invertebrados, incluíndo os insectos, miriápodos e algúns arácnidos. Estes animais dispoñen dunha serie de orificios ao longo do seu corpo chamados estigmas polos cales se introduce o aire da atmosfera. Os estigmas dan lugar a uns condutos que reciben o nome de traqueas que se ramifican no interior do seu organismo para permitir o intercambio gaseoso. Respiración branquial
Os animais acuáticos deben obter o osíxeno para os seus funcións vitais da auga, onde a súa concentración adoita ser bastante baixa. Na auga debaixo da superficie, a súa concentración típica é de aproximadamente 5 ml/l, ou 0, 0005%, en comparación con 20% na atmosfera. Os animais de maior tamaño, como os peixes, desenvolveron estruturas especiais chamadas branquias ou agallas, e formas de aumentar o fluxo de auga a través deste tipo de estruturas. As branquias están formadas por un conxunto de láminas moi finas rodeadas de vasos sanguíneos. Cando a auga cargada de osíxeno pasa entre as branquias, prodúcese o intercambio gaseoso co sangue. Respiración cutánea
Nalgúns animais a respiración prodúcese directamente a través da pel. Para que iso sexa posible, a pel debe ser moi fina e non estar recuberta por estruturas córneas como as escamas. Entre os animais que posúen respiración cutánea atópanse os anélidos. A respiración cutánea pode ser responsable de até o 20 % do intercambio de gases nalgúns réptiles e unha porcentaxe maior nos anfibios. Ademais dos animais pequenos, os fungos, as plantas non vasculares, e os microorganismos tamén respiran por difusión superficial. Respiración animal
Invertebrados
Os organismos de pequenas dimensións, como o plancto, reciben suficiente osíxeno por difusión a través dos seus delgados tegumentos. Así respiran as esponxas, as medusas, e os platelmintos sen aparato circulatorio nin respiratorio.
Os artrópodos terrestres, como a maioría de insectos e arácnidos, respiran por un sistema de traqueas, tubos delgados con quitina e abertura ao exterior por poros na cutícula, que levan o aire á hemolinfa, que baña os diversos órganos. Algunhas arañas teñen un corpo formado da traquea chamado pénfigo pulmonar. Os artrópodos acuáticos (especialmente larvas de insectos) desenvolven unha especie de agallas formadas por traqueas.
Os moluscos, en xeral, dispoñen dun sistema respiratorio, nalgúns aspectos, similar ao dos peixes, teñen branquias que permiten o intercambio de osíxeno nunha contorna acuática, incorporando osíxeno ao sistema circulatorio. Nos moluscos terrestres, como o caracol dos xardíns, hai un pulmón coa mesma función que o pulmón vertebrado, pero cunha orixe e estrutura moi diferente.
Vertebrados
Os peixes óseos polo xeral teñen branquias aloxadas nunha cavidade que ten unha abertura ao exterior pechada por unha tapa, unha placa de óso que se move para controlar o fluxo de auga; os seláceos, como os quenllas, que non teñen os selos de membrana, senón fendiduras branquiais, aumentan o fluxo de auga mediante a natación a alta velocidade coa boca aberta, causando así a entrada de auga á cavidade branquial.
Nos vertebrados terrestres e pulmonados, a respiración teñen lugar en órganos chamados pulmóns, máis particularmente nos alvéolos pulmonares, cuxas paredes están altamente irrigadas por vasos sanguíneos. É entre a sangue e o aire nos pulmóns que ten lugar o intercambio de gases nun proceso chamado hematose pulmonar. A entrada e saída de aire - con composición diferente debido ao intercambio - é causada por movementos (tipicamente involuntarios) dos músculos do tórax. Tamén os peixes pulmonados teñen un ou dous pulmóns. Nos anfibios a pel é outro órgano respiratorio; está moi vascularizada e constantemente húmida, coa humidade mantida a través da secreción de moco por parte de células especializadas.
A estrutura anatómica dos pulmóns é menos complexa nos réptiles que nos mamíferos. Tamén o sistema respiratorio das aves difire significativamente do que se atopa nos mamíferos, con características anatómicas únicas, por exemplo bolsas de aire; debido á alta taxa metabólica requirida para o voo, as aves teñen unha alta demanda de osíxeno.
Todos os mamíferos, incluídos os acuáticos, teñen respiración pulmonar. Caracterízanse por ter dous pulmóns moi desenvolvidos e divididos en lóbulos; os pulmóns alóxanse na cavidade pleural, e queda delimitada polo diafragma, que é un músculo que coa súa distensión e contracción, realiza a entrada e saída de gases. As vías respiratorias son a traquea que se bifurca en dous bronquios cada un cara a un pulmón. Estes continúanse bifurcando en bronquíolos e acaba nos alvéolos, no resto de animais chámanse favéolos. O intercambio de gases (hematose) realízase nos alvéolos. Os alvéolos son sacos cegos que están rodeados de capilar sanguíneos. A emisión de sons é posible pola presenza de cordas vocais á larinxe. Entre un mamífero e un anfibio da mesma medida o primeiro ten 10 veces máis superficie pulmonar. Respiración humana
A respiración humana é de tipo pulmonar e consta basicamente dos seguintes procesos: Ventilación que, á súa vez, componse de inspiración ou entrada de aire aos pulmóns, e expiración ou saída de aire dos pulmóns.
Intercambio gaseoso nos alvéolos pulmonares ou hematose. O osíxeno pasa dos alvéolos ao sangue por difusión.
Transporte de osíxeno a través da sangue e o sistema circulatorio até todos os tecidos.
Intercambio gaseoso interno. Consiste no intercambio de gases entre os tecidos e o sangue, de tal forma que o osíxeno pasa do sangue ás células de todo o organismo e o dióxido de carbono realiza o camiño inverso, desde as células ao sangue.
Resulta indispensable a conexión entre o aparello respiratorio e o sistema circulatorio, ambos traballan conxuntamente co mesmo fin, garantir a subministración constante de osíxeno a todas as células que forman o corpo.
Chámase respiración celular a un conxunto de reaccións bioquímicas que ocorren nas células dos organismos vivos nas que se produce a oxidación de hidratos de carbono, lípidos e aminoácidos a dióxido de carbono e auga para liberar a enerxía necesaria para a biosíntese de moléculas de adenosín trifosfato (ATP), que é unha fonte versátil de enerxía na célula.
Inspiración ou inhalación
A inspiración ou inhalación é o proceso polo cal entra aire rico en osíxeno desde o medio exterior cara ao interior dos pulmóns. A comunicación dos pulmóns co exterior realízase por medio das vías aéreas superiores (cavidades nasal e bucal, farinxe, larinxe e traquea). A inspiración é a fase activa da respiración, para que se produza é necesario que se contraian diferentes músculos coa finalidade de aumentar o tamaño do tórax mobilizando as articulacións costovertebrais, o cal fai que o pulmón se expande e o aire atmosférico tenda a entrar para igualar a presión. Os músculos principais que interveñen son o diafragma e os músculos intercostais externos e internos, outros músculos accesorios son o músculo escaleno que eleva a primeira e segunda costela e o músculo esternocleidomastoideo que eleva o esterno. Durante a inspiración aumenta o diámetro vertical do tórax polo descenso do diafragma, pero tamén aumenta o diámetro transversal e o anteroposterior pola acción dos restantes músculos citados que elevan as costelas.
Expiración ou exhalación
A exhalación ou expiración é o fenómeno polo cal o aire pobre en osíxeno e rico en dióxido de carbono sae dos pulmóns, é por tanto o proceso inverso á inspiración. É unha fase pasiva da respiración, porque o tórax pola súa propiedade física de elasticidade, se retrae e todos os seus diámetros diminúen sen intervención da contracción muscular, volvendo á súa forma primitiva (de repouso). Os músculos que se contraen ao dilatarse o tórax, reláxanse nesta fase; as costelas volven á súa posición inicial así como o diafragma. A medida que isto sucede, a capacidade da cavidade torácica diminúe o que fai que a presión intrapulmonar aumente en relación coa presión atmosférica e o aire sae dos pulmóns. Para que o fluxo de aire prodúzase debe de existir unha diferenza de presión. Chámase presión intrapulmonar á presión do aire nos espazos aéreos do pulmón e pode ser máis alta ou máis baixa que a presión atmosférica. Cando a presión intrapulmonar é maior que a atmosférica o aire sae dos pulmóns (expiración), en cambio cando a presión atmosférica é maior que a presión intrapulmonar o aire entra nos pulmóns (inspiración).
Cando se realiza unha expiración forzada interveñen de forma activa algúns músculos da parede abdominal, principalmente o músculo recto abdominal que ao contraerse propulsa as vísceras abdominais cara arriba e aumenta a subida do diafragma. Este proceso non ten lugar durante unha expiración normal.
Mecánica
Os pulmóns non son capaces de inflarse por si mesmos, e só se expanden cando se produce un aumento do volume da cavidade torácica. Nos seres humanos, do mesmo xeito que nos demais mamíferos, isto conséguese principalmente mediante a contracción do diafragma, pero tamén mediante a contracción dos músculos intercostais que tiran da caixa torácica cara arriba e cara a fóra, como se mostra nos diagramas da dereita. Durante a inhalación forzada (Figura da dereita) os músculos accesorios da inhalación, que conectan as costelas e o esterno ás vértebras cervicais e á base do cranio, en moitos casos a través dunha unión intermedia coas clavículas, esaxeran os movementos de panca da bomba e asa de cubo, provocando un maior cambio de volume da cavidade torácica. Durante a exhalación (expiración) todos os músculos respiratorios reláxanse, devolvendo o tórax e o abdome a unha posición denominada "posición de repouso", que vén determinada pola súa elasticidade anatómica. Neste momento os pulmóns conteñen unha pequena cantidade de aire que se chama capacidade residual funcional. No humano adulto, ten un volume duns 2, 5-3, 0 litros.
Durante unha respiración intensa (hiperpnea) como, por exemplo, durante o exercicio, a exhalación prodúcese pola relaxación de todos os músculos da inhalación, (da mesma maneira que en repouso), pero, ademais, os músculos abdominais, en lugar de ser pasivos, agora contráense fortemente provocando que a caixa torácica sexa empuxada cara abaixo (frontal e lateralmente). Isto non só diminúe o tamaño da caixa torácica, senón que tamén empuxa os órganos abdominais cara arriba contra o diafragma que, en consecuencia, sobresae profundamente no tórax. O volume pulmonar ao final da expiración é agora menor que a "capacidade residual funcional" en repouso. Con todo, nos mamíferos os pulmóns non poden baleirarse completamente. Nun humano adulto, sempre queda polo menos un litro de aire residual nos pulmóns despois da máxima exhalación.
A respiración diafragmática fai que o abdome se avulte e retroceda rítmicamente. Por iso, a miúdo denomínase "respiración abdominal". Estes termos adoitan utilizarse indistintamente porque describen a mesma acción.
Cando se activan os músculos accesorios da inhalación, especialmente durante a respiración dificultosa, as clavículas son empuxadas cara arriba, como se explicou anteriormente. Esta manifestación externa do uso dos músculos accesorios da inhalación denomínase ás veces respiración clavicular, e obsérvase especialmente durante os ataques de asma e en persoas con doenza pulmonar obstrutiva crónica (DPOC).