Infermera virtual.com

La respiració externa és el procés d’intercanvi d’oxigen (O2) i diòxid de carboni (CO2) entre la sang i l’atmosfera. Es pot dividir en quatre etapes principals:

La ventilació pulmonar o intercanvi de l’aire entre l’atmosfera i els alvèols pulmonars mitjançant la inspiració (entrada d’aire a les vies respiratòries) i l’expiració (sortida d’aire).

La difusió de gasos o pas de l’oxigen i del diòxid de carboni des dels alvèols a la sang i a l’inrevés, des de la sang als alvèols.

El transport de gasos per la sang i els líquids corporals fins a arribar a les cèl·lules i a l’inrevés.

I, finalment, la regulació del procés respiratori.

La respiració interna és el procés d’intercanvi de gasos entre la sang dels capil·lars i les cèl·lules dels teixits on es localitzen aquests capil·lars. 

Veure imatge: Intercanvi de gasos

És la primera etapa del procés de la respiració i consisteix en el flux d’aire cap a endins i cap a enfora dels pulmons, és a dir, en la inspiració la contracció del diafragma i dels músculs inspiratoris dóna lloc a un increment de la capacitat de la cavitat toràcica, per una diferència de pressió, la qual cosa fa que l’aire entri en les vies respiratòries. Durant l’expiració, els músculs respiratoris es relaxen i tornen a les seves posicions de repòs i l’aire surt dels pulmons. 

Veure imatge: Mecànica de la respiració  

El flux d’aire cap a endins i cap a enfora dels pulmons depèn de la diferència de pressió produïda per una bomba. Els músculs respiratoris constitueixen aquesta bomba i quan es contreuen i es relaxen creen gradients de pressió.

En la respiració normal tranquil·la, la contracció dels músculs respiratoris sol ocórrer durant la inspiració, mentre que l’expiració és un procés passiu, ja que es deu a la relaxació muscular. En conseqüència, els músculs respiratoris normalment només treballen per causar la inspiració i no l’expiració. Els dos factors que tenen la major influència en la quantitat de treball necessari per respirar són:

• l’expansibilitat o compliança dels pulmons, 
• la resistència de les vies aèries al flux de l’aire.

L'expansibilitat o compliança és l’habilitat dels pulmons per ser estirats o expandits. Les forces que s’oposen a la compliança o expansió pulmonar són dues:

• l’elasticitat o elastància dels pulmons, que és la tendència a recuperar la seva forma i dimensions originals; 
• la tensió superficial, produïda per una capa de líquid prima que revesteix interiorment els alvèols, que incrementa la resistència del pulmó a ser estirat i que, per tant, augmenta el treball respiratori per expandir els alvèols en cada inspiració.

 
Per poder fer la inspiració amb facilitat, aquestes dues forces són contrarestades per:

• la pressió intrapleural negativa, que hi ha a l’interior de les cavitats pleurals i que obliga els pulmons a seguir la paret toràcica en la seva expansió (vegeu l’apartat de ventilació pulmonar); 
• l'agent tensioactiu o surfactant, que és una mescla segregada per unes cèl·lules especials que formen part de l’epiteli alveolar.

 
Quant a la resistència de les vies respiratòries aèries al flux de l’aire, els factors que hi contribueixen són:

• la longitud de les vies, constant en condicions normals; 
• la viscositat de l’aire que flueix a través de les vies, constant; 
• el radi de les vies.

 
La longitud de les vies respiratòries és constant i la viscositat de l’aire també és constant en condicions normals, de manera que el radi de les vies respiratòries és el factor més important en la resistència al flux de l’aire.

Un mètode simple per estudiar la ventilació pulmonar consisteix a registrar el volum d’aire que entra i surt dels pulmons. És el que s’anomena fer una espirometria, que mesura els volum, la capacitat i la velocitat de flux pulmonar. Els resultats es basen en el grau de desviació de la normalitat, i es té en compte l’edat, l’altura, el pes i el sexe de la persona. S’utilitza per al diagnòstic de la malaltia pulmonar. Es valoren 4 volums diferents i 4 capacitats diferents.

Al final del registre espiromètric, la persona fa un esforç inspiratori màxim i, a continuació, expira tan ràpidament i completament com pugui. El volum d'aire exhalat en un segon, en aquestes condicions, es diu volum expiratori forçat en un segon (FEV₁, sigles en anglès). En els adults sans el FEV₁ és de prop del 80% de la capacitat vital, és a dir, que el 80% de la capacitat vital es pot expirar forçadament en un segon. El FEV1 constitueix una mesura molt important per examinar l'evolució d'una sèrie de malalties pulmonars. En les malalties pulmonars obstructives, per exemple, el FEV₁ disminueix.

La importància final de la ventilació pulmonar rau en la renovació contínua de l’aire en les unitats respiratòries, que és on l’aire és en estreta proximitat amb la sang.

La ventilació pulmonar total representa el moviment físic de l’aire dins i fora del tracte respiratori, però no és necessàriament un bon indicador de la quantitat d’aire fresc que assoleix la superfície d’intercanvi alveolar, perquè part de l’aire que respira una persona mai no arriba a les regions d’intercanvi de gasos, sinó que roman en les vies respiratòries com la tràquea i els bronquis.

Com a conseqüència, un indicador més adequat de l’eficiència de la ventilació és la ventilació alveolar o la quantitat d’aire que assoleix els alvèols en un minut. S’observa que la ventilació alveolar pot ser afectada dràsticament per canvis tant en la freqüència respiratòria com en la profunditat de la respiració.

Una vegada que els alvèols s’han ventilat amb aire nou, el pas següent en el procés respiratori és la difusió de l’oxigen (O2) des dels alvèols cap a la sang i del diòxid de carboni (CO2) en direcció oposada.

Les parets alveolars són molt primes i a sobre hi ha una xarxa gairebé sòlida de capil·lars interconnectats entre si. El recanvi gasós entre l’aire alveolar i la sang pulmonar es produeix a través d’una sèrie de membranes i capes que es denominen, en conjunt, membrana respiratòria o membrana alveolocapil·lar.

Per tal que la ventilació alveolar i la difusió de gasos siguin correctes, és necessari que tots els alvèols es ventilin de la mateixa manera i que el flux de sang pels capil·lars pulmonars sigui el mateix per a cada alvèol. La perfusió pulmonar és el flux sanguini pulmonar (Q).

Per representar possibles variacions, s’ha desenvolupat el concepte de relació ventilació alveolar-perfusió (VA/Q) o relació entre la ventilació alveolar i el flux sanguini pulmonar. El valor normal del quocient VA/Q és 0,8.

Una vegada que l’oxigen (O2) ha travessat la membrana respiratòria i arriba a la sang pulmonar, ha de ser transportat fins als capil·lars dels teixits perquè es pugui difondre a l’interior de les cèl·lules. El transport d’O2 per la sang es fa principalment en combinació amb l’hemoglobina (Hb), tot i que una petita part d’oxigen es transporta també dissolt en el plasma.

L’hemoglobina (Hb) és una proteïna unida a un pigment responsable del color vermell de la sang, i situada a l’interior de les hematies. Cada molècula d’hemoglobina està formada per 4 subunitats proteiques consistents, cadascuna, en un grup hem (pigment) unit a una globina (cadena polipeptídica), i té 4 àtoms de ferro (Fe), cada un dels quals està localitzat en un grup hem. Com que cada àtom de ferro pot fixar una molècula d’oxigen (O2), en total 4 molècules d’oxigen poden ser transportades a cada molècula d’hemoglobina. La unió entre el ferro i l’oxigen és feble, la qual cosa significa que es poden separar ràpidament en cas necessari. La combinació de l’hemoglobina amb l’oxigen constitueix l’oxihemoglobina.

Veure imatge: Hemoglobina 

El percentatge de saturació de l'hemoglobina es refereix als llocs d’unió disponibles en l’hemoglobina que estan units a l’oxigen. Si tots els llocs d’unió de totes les molècules d’ hemoglobina estan units a l’oxigen es diu que la sang està oxigenada al 100%, és a dir, l’hemoglobina està 100% saturada amb oxigen. 

Quan la sang arterial arriba als capil·lars dels teixits, l’ hemoglobina allibera part de l’oxigen que transporta, és a dir es produeix la dissociació de part de l’oxihemoglobina, cosa que es representa en la corba de dissociació de l’Hb.

Qualsevol factor que canviï la configuració de l’hemoglobina pot afectar la seva habilitat per unir oxigen. Per exemple, un increment de la temperatura corporal, de la pressió parcial del diòxid de carboni (PCO2) o de la concentració d'hidrogenions (H+), és a dir, una disminució del pH, disminueix l'afinitat de les molècules d'hemoglobina (Hb) per l'oxigen. És a dir, que l'Hb allibera oxigen amb més facilitat als teixits, i el seu nivell de saturació i de capacitat de reserva disminueix.

La producció de diòxid de carboni (CO2) es realitza en els teixits, d’on és recollit per la sang i portat fins als pulmons; es pot transportar dissolt en el plasma. Les cèl·lules produeixen més CO2 del que es pot transportar dissolt en el plasma. De manera que la sang venosa transporta el CO2 de tres maneres:

1. combinat amb l'hemoglobina (Hb) (20%), 
2. en forma de bicarbonat (73%), 
3. en solució simple (7%).

La respiració es duu a terme a conseqüència de la descàrrega rítmica de neurones motrius situades a la medul·la espinal que s’encarreguen d’innervar els músculs inspiratoris. Al seu torn, aquestes motoneurones espinals són controlades per dos mecanismes nerviosos separats però interdependents:

1. Un sistema voluntari, localitzat a l’escorça cerebral, pel qual l’ésser humà controla la seva freqüència i la seva profunditat respiratòria voluntàriament; per exemple, en tocar un instrument o en cantar. 
2. Un sistema automàtic o involuntari, localitzat en el tronc de l’encèfal, que ajusta la respiració a les necessitats metabòliques de l’organisme; és el centre respiratori (CR), l’activitat global del qual és regulada per dos mecanismes: un control químic i un control no químic a causa de senyals provinents d’altres zones de l’organisme.

L’activitat respiratòria cíclica està controlada per les neurones especialitzades que constitueixen el centre respiratori (CR). Tanmateix, l’activitat d’aquestes neurones està subjecta a una modulació continuada que depèn dels nivells de gasos a la sang arterial.

1. Efecte de la concentració d’oxigen (O2) a la sang arterial. A l’organisme hi ha uns receptors químics especials anomenats quimioreceptors perifèrics que s’encarreguen de percebre canvis en la composició química de la sang arterial. En condicions normals, el mecanisme de control de la respiració per la pressió parcial d'oxigen (PO2) no és el més important, perquè, com que l'oxigen (O2) és vital per al nostre organisme, el sistema respiratori conserva sempre una pressió d'O2 alveolar més elevada que la necessària per saturar gairebé completament l'hemoglobina. D'aquesta manera, la ventilació alveolar pot variar enormement sense afectar excessivament el transport d'O2 als teixits.
2. Efecte de les concentracions de diòxid de carboni (CO2) i hidrogenions (H+) a la sang arterial. El controlador químic més important de la ventilació pulmonar és el diòxid de carboni, a través de la concentració d’hidrogenions al líquid cefaloraquidi. Els ions H+ sí que tenen una acció estimulant directa potent sobre el CR.

1. Per receptors especials de sensibilitat profunda o propioceptors: 
   • Receptors d’estirament als pulmons que són estimulats quan els pulmons s’estiren en excés, i envien impulsos al centre respiratori (CR) per disminuir la ventilació. Es tracta d’un mecanisme protector pulmonar. 
   • Receptors en les articulacions que són estimulats durant l’exercici, i envien impulsos al CR per augmentar la freqüència respiratòria; fins i tot els moviments passius de les extremitats incrementen diverses vegades la ventilació pulmonar. 
2. Per activitat del centre vasomotor (CVM), que controla la vasoconstricció perifèrica i l’activitat cardíaca, com succeeix en el cas d’una hipotensió. 
3. Per augment de la temperatura corporal (Tª), que també provoca un augment de la ventilació alveolar.