APARATO RESPIRATORIO

Volúmenes Respiratorios

En reposo, un adulto promedia 18 (mujer) y 16 (hombre) respiraciones por minuto, en los que entran y salen de los pulmones casi 500 mililitros de aire.
Se pueden distinguir 4 volúmenes pulmonares que sumados, son iguales al máximo volúmen al que es posible expandir los pulmones:
1- El volúmen corriente es el volúmen de aire inspirado o espirado en cada respiración normal, es de aproximadamente 500 mililitros.
2- El volúmen de reserva inspiratorio es el volúmen adicional de aire que se puede inspirar por encima del volúmen corriente normal, es de aproximadamente 3000 mililitros.
3- El volúmen de reserva espiratorio es la cantidad adicional de aire que se puede espirar por espiración forzada después de una espiración normal, es de aproximadamente 1100 mililitros.
4- El volúmen residual es el volúmen de aire que queda en los pulmones tras la espiración forzada, es de aproximadamente 1200 mililitros.
La suma del volúmen de reserva inspiratorio, más el volúmen corriente, más el volúmen de reserva espiratorio se conoce como capacidad vital y es la máxima cantidad de aire que puede expulsar una persona de los pulmones después de una inspiración máxima y espirando al máximo. Es de unos 4600 mililitros.

Todos los volúmenes pulmonares y la capacidad vital pulmonar son entre un 20 y 25% menores en la mujer que en el hombre, y son mayores en personas altas y atléticas que en personas pequeñas y que no realizan ejercicio.

Si durante la respiración tranquila se intercambian 500 mililitros de aire con el exterior, en un minuto ese volúmen llega a 7 u 8 litros. Si la frecuencia respiratoria aumenta, ese volúmen se hace mucho mayor, como ocurre durante el ejercicio físico, donde el volúmen de aire intercambiado llega a 100-120 litros por minuto.
Es decir que, para aumentar la ventilación pulmonar el organismo cuenta con tres mecanismos: 1- aumento de la amplitud de los movimientos respiratorios, 2- aumento de su frecuencia, 3- a largo plazo, un aumento del volúmen de la caja toráxica y de los pulmones.

Un método simple de estudiar la ventilación pulmonar es registrar la variación del volúmen de aire que entra y sale de los pulmones, un proceso denominado espirometría. El espirómetro, consiste en un tambor invertido sobre una cámara de agua, con el tambor contrapesado por un peso. En el tambor existe un gas respirable, aire u oxígeno; un tubo conecta la boca con la cámara del gas.
Cuando se respira a la cámara o se toma aire de ella, el tambor sube y baja y se hace un registro adecuado sobre una hoja de papel en movimiento.

La ventilación alveolar: lógicamente, la parte más importante de todo el proceso mecánico de la respiración, es la ventilación de los alvéolos pulmonares. Pero ¿todo el aire que el aparato respiratorio intercambia con el exterior llega a los alvéolos? La respuesta es negativa porque una parte del aire que ingresa debe, necesariamente, rellenar las fosas nasales, la faringe, la laringe, la tráquea, y los bronquios; en ninguno de esos órganos se cumple la función respiratoria propiamente dicha. El volúmen de aire que albergan esos órganos llega a unos 150 mililitros, por el motivo antes mencionado se le denomina espacio muerto anatómico. Todavía, el aire llega a muchos alvéolos en los que, en determinados momentos, no llega sangre para efectuar intercambio de gases. El aire que rellena esos alvéolos sumado al del espacio muerto anatómico constituye el espacio muerto fisiológico.

APARATO EXCRETOR

Riñón:

Nefrona:

ETAPAS DEL PROCESO DE ALIMENTACIÓN

Ingestión:
Se produce cuando se “come” un alimento, es decir, cuando el alimento es llevado a la boca.

Digestión:
---> Mecánica: se produce en la boca mediante la trituración del alimento con los dientes, y en el estómago como consecuencia de las contracciones del músculo liso que tapiza las paredes de dicho órgano.
---> Química: se produce en la boca a partir de las enzimas presentes en la saliva, en el estómago por la presencia de jugos gástricos, y en el intestino delgado por la presencia de jugos intestinales y pancreáticos. Estas sustancias químicas ayudan a que las grandes moléculas por ejemplo carbohidratos, lípidos, y proteínas de los alimentos que comemos se dividan en otras más pequeñas, por hidrólisis.

- Enzimas: catalizan las reacciones de hidrólisis.
- Jugos digestivos:
. Jugo gástrico: líquido segregado por el estómago que provoca la desintegración de los alimentos para que se sigan digiriendo. Formado por agua, ácido clorhídrico, y enzimas.
. Jugo pancreático: líquido segregado por el páncreas que actúa a nivel del intestino delgado. Formado por agua, sales minerales, bicarbonato de sodio, y enzimas.
. Jugo intestinal: sustancia producida por la mucosa del intestino delgado, con su acción termina el proceso de degradación, para pasar a la absorción de nutrientes.

Absorción:
Se produce en el intestino delgado. Los nutrientes obtenidos de los alimentos ingresan a las células epiteliales que tapizan la luz del intestino delgado por transporte activo o difusión.

Finalmente:
Los nutrientes se transportan por la sangre a todos los tejidos y llegan a las células para cumplir determinados fines.

POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO, EXCITABILIDAD, CONDUCTIBILIDAD

Potencial de membrana en reposo:

Se han hecho experimentos en axones de calamar gigante, en los cuales se coloca un electrodo dentro del axón y otro electrodo fuera del axón (en el espacio extracelular), se miden los voltajes a ambos lados de la membrana celular y se halla la diferencia de ambos voltajes obteniendo como resultado que el valor del potencial de membrana en reposo (neurona que no está siendo excitada) es de -90mV.
El potencial de membrana es, entonces, la diferencia del potencial eléctrico a ambos lados de la membrana y es característica de las neuronas (células polarizadas) poseerlo.
Tanto dentro de la célula como en el espacio extracelular encontramos Na+, K+, Cl-, y otros iones, lo que difiere es la concentración de cada uno de estos iones a cada lado de la membrana celular.
El Na+, al igual que el Cl-, están más concentrados fuera de la célula, por eso entran pasivamente a la célula a través de los canales iónicos. A diferencia de éstos, el K+ por estar más concentrado dentro de la célula tiende a salir de ella, también, por la misma forma de transporte.
La membrana del axón es dos veces más permeable al K+ y al Cl- que de lo que es para el Na+. A pesar de que entra poco Na+ a la célula en relación con la cantidad de K+ que sale, hay otra proteína de transporte que funciona con gasto de energía porque transporta iones en contra de su gradiente de concentración, es la bomba de Na+K+, que es quien provoca la electronegatividad dentro de la célula cuando está en reposo. Esta bomba impulsa 3 iones de Na+ hacia fuera de la célula y 2 iones de K+ hacia adentro de la célula.
En conclusión, si todo éste transporte de iones no ocurriera, el potencial de membrana en reposo se vería afectado, de éste modo podríamos decir que si la diferencia de cargas a ambos lados de la membrana disminuye, el potencial de membrana en reposo disminuye también, y si el primero aumenta, el segundo aumenta también.

Excitabilidad: Potencial de Acción:

La célula nerviosa recibe un estímulo: excitabilidad (condición del ambiente capaz de alterar el potencial de reposo) y lo convierte en impulso nervioso.
Un estímulo umbral produce en primer lugar la despolarización, en la cual hay un aumento en la permeabilidad para el Na+, que entra por difusión a la célula (es atraído al interior por cargas negativas) con una cantidad de cargas positivas capaces de alterar el potencial de reposo y generar un estado positivo dentro del axón (se invierte la polarización), el potencial de membrana ahora es de +30 mV.
En un segundo lugar se produce la repolarización de la membrana, esto lleva a que aumente la permeabilidad para el K+ y disminuya la permeabilidad para el Na+, que vuelve a la normal. El K+ con cargas positivas, en grandes cantidades sale de la célula. El potencial se vuelve a -70 mV (de reposo). Disminuye a lo normal la permeabilidad de K+. Luego se produce un transporte de Na+, que vuelve a salir al exterior de la célula y simultáneamente un transporte y difusión de iones K+ que vuelven a entrar a la célula, restableciendo su estado original.
Las células nerviosas son excitables, o sea capaces de trasmitir impulsos eléctricos a lo largo de su membrana, pero hay dos períodos que tienen que ver con ésta característica: 1- Período refractario absoluto: período de tiempo en el cual la neurona no puede generar otro potencial de acción, incluso con un estímulo fuerte; coincide con la activación e inactivación de los canales de Na+ (no se pueden reabrir antes del estado de reposo). 2- Período refractario relativo: un segundo potencial de acción puede iniciarse, pero solo si se aplica un estímulo supraumbral; coincide con la apertura de los canales de K+, después de que los canales de Na+ inactivados han regresado a su estado de reposo.

Conductibilidad:

Los impulsos nerviosos deben viajar desde el cono de arranque del axón hasta las terminales axónicas, este proceso se conoce como “conducción” del impulso nervioso.
Hay dos tipos de axones, los amielínicos que no poseen mielina (lipoproteína formada por las células de Schwann), y los mielínicos que se encuentran alternadamente rodeados de mielina (vainas de mielina). Hay también dos tipos de conducción de los impulsos nerviosos: conducción continua y conducción saltatoria.
La conducción continua se da en axones amielínicos, cuando la neurona recibe un estímulo se producen potenciales de acción, cuando esto pasa los canales de Na+ se abren permitiendo la entrada de este ión + a la célula haciendo que se despolarice la membrana en esta zona, y continúan abriéndose los canales de Na+ adyacentes y despolarizándose la membrana en ese lugar adyacente y así sucesivamente a lo largo de todo el axón (recordemos que cuando la membrana se despolariza invierte su polaridad).
La conducción saltatoria se da en axones mielínicos, el proceso es diferente al anterior, en las zonas de la membrana donde la vaina de mielina cubre al axón hay pocos canales iónicos. Sin embargo, en los nódulos de Ranvier (lugares donde se interrumpe la vaina de mielina) la membrana posee muchos canales iónicos.
Ocurre la despolarización de la membrana en los nódulos de Ranvier. Cuando un impulso nervioso se propaga en un axón mielínico, las corrientes que producen los iones fluyen en el líquido extracelular que rodea la vaina de mielina y en el citosol, a un nódulo siguiente.
El impulso nervioso en el primer nódulo genera un flujo de iones en el citosol y en el líquido extracelular que provocan la apertura de los canales de Na+ de voltaje en el segundo nódulo. En éste, el flujo de iones conduce el impulso nervioso que luego genera un flujo iónico que abre los canales de Na+ en el tercer nódulo, y así sucesivamente.
La velocidad de propagación del impulso nervioso en la conducción saltatoria es mayor que en la continua, quien define esta diferencia de velocidad es la presencia de vainas de mielina que aceran el proceso los impulsos nerviosos “saltan” intervalos para seguir su conducción, mientras que en el otro tipo debe ir propagándose por toda la membrana del axón.

POTENCIAL DE ACCIÓN

Conducción del impulso nervioso: despolarización y repolarización de la membrana:

A) En reposo: el Na+ es bombeado hacia el exterior y el K+ es impulsado hacia adentro. Sale mucho más Na+, que el K+ que entra. La mayoría de los iones negativos que están dentro de la fibra no difunden a través de la membrana, las cargas negativas persisten dentro de la fibra de manera que esta se vuelve electronegativa, mientras que el exterior es electropositivo.
A medida que se bombean hacia fuera de la célula más iones Na+ (por la bomba de Na+K+) comienzan a entrar a la célula nuevamente por 2 motivos:
· Se genera un gradiente de concentración de Na+ de afuera hacia adentro.
· Se desarrolla un potencial de membrana dentro de la fibra que atrae hacia adentro los iones Na+ cargados positivamente.
Al mismo tiempo que la bomba de Na+K+ saca al exterior de la célula 3 iones de Na+, simultáneamente ingresa 2 iones de K+ al interior de la fibra. En reposo la membrana es 100 veces más permeable para el K+ que al Na+, lo que significa que mientras la bomba introduce K+, este tiende a difundir inmediatamente hacia fuera. A pesar de esto los iones de K+ alcanzan una elevada concentración en la fibra, debido a la gran negatividad creada por la bomba de sodio. La electronegatividad que hay dentro de la célula atrae los iones positivos de K+ del exterior al interior.
El potencial de reposo se mantiene en los -70 mv. Cualquier factor que aumente la permeabilidad de la membrana para el Na+, es capaz de desencadenar una serie de cambios rápidos en el potencial de membrana. Esta serie de cambios rápidos se conoce como potencial de acción.

B) La célula nerviosa recibe un estímulo: excitabilidad (condición del ambiente capaz de alterar el potencial de reposo) y lo convierte en impulso nervioso.
Un estímulo umbral (de intensidad suficiente) produce:
o Un aumento en la permeabilidad para el Na+.
o Entra Na+, por difusión (es atraído al interior por cargas negativas), con una cantidad de cargas positivas capaces de alterar el potencial normal de reposo y generar un estado positivo dentro de la fibra (potencial invertido, que es de aproximadamente + 30 mV).
o Cambia el potencial de reposo, de negativo en el interior, se vuelve positivo: los iones positivos en el exterior disminuyen a cero y el potencial de membrana todo se hace cero (DESPOLARIZACIÓN).

C) Aumenta la permeabilidad para el K+ y disminuye la permeabilidad para el Na+, que vuelve a la normal. El K+ con cargas positivas, en grandes cantidades sale de la fibra. Ocurre una REPOLARIZACIÓN:
o El potencial se vuelve a los -70 mV (de reposo).
o Se recupera nuevamente el potencial de reposo.
o Disminuye a lo normal la permeabilidad de K+.
o Se produce un transporte de Na+, que vuelve a salir al exterior de la célula y simultáneamente un transporte y difusión de iones K+ que vuelven a entrar a la célula, restableciendo su estado original.

Las células nerviosas son excitables, o sea capaces de trasmitir impulsos eléctricos a lo largo de su membrana.
Período refractario absoluto: período de tiempo en el cual la neurona no puede generar otro potencial de acción, incluso con un estímulo fuerte; coincide con la activación e inactivación de los canales de Na+ (no se pueden reabrir antes del estado de reposo).
Período refractario relativo: un segundo potencial de acción puede iniciarse, pero solo si se aplica un estímulo supraumbral; coincide con la apertura de los canales de K+, después de que los canales de Na+ inactivados han regresado a su estado de reposo.

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NEURONAS

POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO

Se han hecho experimentos en axones de calamar gigante, en los cuales se coloca un electrodo dentro del axón y otro electrodo fuera del axón (en el espacio extracelular), se miden los voltajes a ambos lados de la membrana celular y se halla la diferencia de ambos voltajes obteniendo como resultado que el valor del potencial de membrana en reposo (neurona que no está siendo excitada) es de -90mV.
El potencial de membrana es, entonces, la diferencia del potencial eléctrico a ambos lados de la membrana y es característica de las neuronas (células polarizadas) poseerlo.
Tanto dentro de la célula como en el espacio extracelular encontramos Na+, K+, Cl-, y otros iones, lo que difiere es la concentración de cada uno de estos iones a cada lado de la membrana celular.
El Na+, al igual que el Cl-, están más concentrados fuera de la célula, por eso entran pasivamente a la célula a través de los canales iónicos. A diferencia de éstos, el K+ por estar más concentrado dentro de la célula tiende a salir de ella, también, por la misma forma de transporte.
La membrana del axón es dos veces más permeable al K+ y al Cl- que de lo que es para el Na+. A pesar de que entra poco Na+ a la célula en relación con la cantidad de K+ que sale, hay otra proteína de transporte que funciona con gasto de energía porque transporta iones en contra de su gradiente de concentración, es la bomba de Na+K+, que es quien provoca la electronegatividad dentro de la célula cuando está en reposo. Esta bomba impulsa 3 iones de Na+ hacia fuera de la célula y 2 iónes de K+ hacia adentro de la célula.
En conclusión, si todo éste transporte de iones no ocurriera, el potencial de membrana en reposo se vería afectado, de éste modo podríamos decir que si la diferencia de cargas a ambos lados de la membrana disminuye, el potencial de membrana en reposo disminuye también, y si el primero aumenta, el segundo aumenta también.


EXCITABILIDAD: POTENCIAL DE ACCIÓN

La célula nerviosa recibe un estímulo: excitabilidad (condición del ambiente capaz de alterar el potencial de reposo) y lo convierte en impulso nervioso.
Un estímulo umbral produce en primer lugar la despolarización, en la cual hay un aumento en la permeabilidad para el Na+, que entra por difusión a la célula (es atraído al interior por cargas negativas) con una cantidad de cargas positivas capaces de alterar el potencial de reposo y generar un estado positivo dentro del axón (se invierte la polarización), el potencial de membrana ahora es de +30 mV.
En un segundo lugar se produce la repolarización de la membrana, esto lleva a que aumente la permeabilidad para el K+ y disminuya la permeabilidad para el Na+, que vuelve a la normal. El K+ con cargas positivas, en grandes cantidades sale de la célula. El potencial se vuelve a -70 mV (de reposo). Disminuye a lo normal la permeabilidad de K+. Luego se produce un transporte de Na+, que vuelve a salir al exterior de la célula y simultáneamente un transporte y difusión de iones K+ que vuelven a entrar a la célula, restableciendo su estado original.
Las células nerviosas son excitables, o sea capaces de trasmitir impulsos eléctricos a lo largo de su membrana, pero hay dos períodos que tienen que ver con ésta característica: 1- Período refractario absoluto: período de tiempo en el cual la neurona no puede generar otro potencial de acción, incluso con un estímulo fuerte; coincide con la activación e inactivación de los canales de Na+ (no se pueden reabrir antes del estado de reposo). 2- Período refractario relativo: un segundo potencial de acción puede iniciarse, pero solo si se aplica un estímulo supraumbral; coincide con la apertura de los canales de K+, después de que los canales de Na+ inactivados han regresado a su estado de reposo.


CONDUCTIBILIDAD

Los impulsos nerviosos deben viajar desde el cono de arranque del axón hasta las terminales axónicas, este proceso se conoce como “conducción” del impulso nervioso.
Hay dos tipos de axones, los amielínicos que no poseen mielina (lipoproteína formada por las células de Schwann), y los mielínicos que se encuentran alternadamente rodeados de mielina (vainas de mielina). Hay también dos tipos de conducción de los impulsos nerviosos: conducción continua y conducción saltatoria.
La conducción continua se da en axones amielínicos, cuando la neurona recibe un estímulo se producen potenciales de acción, cuando esto pasa los canales de Na+ se abren permitiendo la entrada de este ión + a la célula haciendo que se despolarice la membrana en esta zona, y continúan abriéndose los canales de Na+ adyacentes y despolarizándose la membrana en ese lugar adyacente y así sucesivamente a lo largo de todo el axón (recordemos que cuando la membrana se despolariza invierte su polaridad).
La conducción saltatoria se da en axones mielínicos, el proceso es diferente al anterior, en las zonas de la membrana donde la vaina de mielina cubre al axón hay pocos canales iónicos. Sin embargo, en los nódulos de Ranvier (lugares donde se interrumpe la vaina de mielina) la membrana posee muchos canales iónicos.
Ocurre la despolarización de la membrana en los nódulos de Ranvier. Cuando un impulso nervioso se propaga en un axón mielínico, las corrientes que producen los iones fluyen en el líquido extracelular que rodea la vaina de mielina y en el citosol, a un nódulo siguiente.
El impulso nervioso en el primer nódulo genera un flujo de iones en el citosol y en el líquido extracelular que provocan la apertura de los canales de Na+ de voltaje en el segundo nódulo. En éste, el flujo de iones conduce el impulso nervioso que luego genera un flujo iónico que abre los canales de Na+ en el tercer nódulo, y así sucesivamente.
La velocidad de propagación del impulso nervioso en la conducción saltatoria es mayor que en la continua, quien define esta diferencia de velocidad es la presencia de vainas de mielina que aceran el proceso los impulsos nerviosos “saltan” intervalos para seguir su conducción, mientras que en el otro tipo debe ir propagándose por toda la membrana del axón.

CICLO CARDÍACO

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