Respiración Humana: Proceso y Estructuras del Intercambio de Gases

El Sistema Respiratorio: Fundamentos y Mecanismos de Intercambio Gaseoso

Requisitos Esenciales para la Difusión Gaseosa

Para facilitar la difusión de gases, los sistemas respiratorios de los animales cumplen con tres requisitos fundamentales:

• Superficies respiratorias húmedas: Las membranas celulares son húmedas, y los gases deben disolverse en agua para poder difundirse eficazmente al entrar y salir de las células.
• Superficies celulares muy delgadas: Una delgadez extrema de las superficies celulares es crucial para optimizar la velocidad de difusión de los gases a través de ellas.
• Área de superficie extensa en contacto con el ambiente: Una gran superficie de contacto con el entorno es indispensable para permitir un intercambio adecuado y eficiente de gases.

El Proceso de Intercambio Gaseoso: Flujo Masivo y Difusión

El intercambio de gases se produce en etapas que alternan entre el flujo masivo y la difusión. Es importante diferenciar estos dos conceptos:

• Flujo masivo: Se refiere al movimiento en volumen de líquidos o gases a través de espacios relativamente extensos, desde áreas de mayor presión hacia áreas de menor presión.
• Difusión: A diferencia del flujo masivo, en la difusión cada molécula individualmente se desplaza desde lugares de mayor concentración a lugares de menor concentración.

El intercambio de gases en el organismo ocurre en las siguientes etapas:

1. El aire o el agua, con altas concentraciones de O₂ y bajas de CO₂, pasan por una superficie respiratoria mediante flujo masivo. Generalmente, movimientos musculares como la respiración facilitan este proceso.
2. El O₂ y el CO₂ se intercambian a través de la superficie respiratoria por difusión. El O₂ es transportado a los capilares del sistema circulatorio, y el CO₂ se difunde hacia afuera.
3. Los gases se transportan entre el sistema respiratorio y los tejidos por medio del flujo masivo de la sangre, que es bombeada por el corazón a todo el cuerpo.
4. Los gases se intercambian entre los tejidos y el sistema circulatorio mediante difusión. En los tejidos, el O₂ se difunde de los capilares a las células cercanas, y el CO₂ entra en los capilares proveniente de los tejidos.

El Sistema Respiratorio Humano: Vías Conductoras y Zona de Intercambio

El sistema respiratorio humano se divide funcionalmente en dos partes principales: la parte conductora y la parte de intercambio de gases.

1. La Parte Conductora

Esta sección consiste en una serie de pasadizos que transportan el aire hacia dentro y fuera de la zona donde se realiza el intercambio de gases. El recorrido del aire es el siguiente:

• El aire entra por la nariz o la boca, pasando por la cavidad nasal o bucal hacia la faringe, una estructura compartida con el tubo digestivo.
• Luego, el aire pasa a la laringe, también conocida como caja de voz. Entre la faringe y la laringe se encuentra la epiglotis, una estructura cartilaginosa que separa el sistema respiratorio del digestivo. Si se intenta respirar y tragar al mismo tiempo, este sistema puede fallar, y el alimento o líquido podría obstruir la laringe.
• Desde la laringe, el aire se dirige a la tráquea, un tubo flexible cuyas paredes están reforzadas con bandas semicirculares de cartílago duro.
• La tráquea se divide posteriormente en dos ramas principales, llamadas bronquios, cada una de las cuales se dirige a un pulmón diferente.
• Dentro de los pulmones, los bronquios se ramifican progresivamente en conductos cada vez más pequeños, hasta llegar a los bronquiolos, que miden aproximadamente un milímetro de diámetro.
• Finalmente, los bronquiolos terminan en los alvéolos, donde ocurre el intercambio gaseoso.

Durante este trayecto por las vías conductoras, el aire se calienta y se humedece. La mayor parte del polvo y las bacterias presentes en el aire quedan atrapados en el moco secretado por las células que revisten las entradas respiratorias. Este moco es luego empujado hacia la faringe para ser tosido o tragado.

2. La Parte de Intercambio de Gases

Esta zona es donde se produce el intercambio efectivo de oxígeno y dióxido de carbono. En un adulto promedio, se estima que existen aproximadamente 300 millones de alvéolos, lo que proporciona un área superficial total de alrededor de 145 m² para la difusión de gases.

• Una densa red capilar cubre la mayor parte de la superficie alveolar, facilitando el contacto cercano entre el aire y la sangre.
• Las paredes de los alvéolos son extremadamente delgadas, compuestas por una sola capa de células (tejido epitelial simple).
• La membrana respiratoria, donde ocurre el intercambio, está formada por las células epiteliales alveolares y las células endoteliales capilares, unidas por fibras proteicas secretadas por estas células. Esto asegura que los gases deban recorrer una distancia mínima para moverse entre el aire alveolar y la sangre.
• Los alvéolos están revestidos internamente por un líquido llamado surfactante. Esta sustancia es crucial para reducir la tensión superficial y evitar que los alvéolos se peguen entre sí y colapsen completamente durante la exhalación.