FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN (Regulación y Control)

1. FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN(Regulación y Control) Fabiola León-Velarde Dpto. De Ciencias Biológicas y Fisiológicas

2. CONTROL DE VENTILACIÓN CONTROL CENTRAL inputoutput SENSORESEFECTORES Quimioreceptores M. Respiratorios: Recep. Pulmonares - diafragma - intercostales - abdominales PO2 y PCO2 constantes. VOLUNTARIO TRONCO ENCEFALICO

3. CONTROLADORES DEL TRONCO ENCEFALICO • Centro Medular (área rítmica): - Grupo Dorsal  inspiración - Grupo Ventral  inspiración y espiración (ejercicio) • Centro Neumotáxico: - Inhibe la inspiración • Centro Apnéustico: - Estimula la inspiración Ambos modifican la actividad del área rítmica.

4. CONTROLADORES DEL TRONCO ENCEFALICO (hacia los efectores) • Centro Medular (área rítmica): - Grupo Dorsal  núcleo del fascículo solitario (NFS) - Grupo Ventral  núcleo ambiguo y retroambiguo • Centro Neumotáxico: núcleo parabraquial medio

5. Vías nerviosas • Vías ascendentes De los quimioreceptores, ramas para-simpáticas del nervio vago y glosofaringeo se dirigen al área rítmica. • Vías descendentes Axones de las neuronas del núcleo del fascículo solitario (se dirigen a las motoneuronas del nervio frénico) y las del núcleo ambiguo y retroambigüo (a las neuronas motoras de los músculos resp. y accesorios de la respiración).

6. Controlador del Tronco Encefálico NEUMOT P (-) APNE (-) (+) (-) - Quimioreceptores B GD CI GV CI CE - Diafragma - Músculos intercostales M - músculos accesorios de la resp. - R. de estiramiento pulmonar - Propioceptores de la pared toráxica

7. Neuronas respiratorias: Grupo dorsal (inspiración) (aferentes: vago y glosofarg.) Grupo ventral Centro neumotáxico (-) Cerebelo Centro apnéustico (+) Núcleo ambiguo NTS : núcleo del tracto solitario Núcleo retroambiguo

8. Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora. (vista parasagital en la rata) • - Premotoneunoras neuro- • espinales hacia: motoneuronas • frénicas, intercostales y abdom. •  músculos de la respiración. • PreBötC (y pre-I), zona rítmica y • quimiosensora. • Quimiorecep. central • FN, N. Fastigial • LC, locus ceruleus • NTS, N. del tracto solitario • VII, N. facial • rVRG, grupo ventral (rostral) • NA, N. ambiguo • LRN, N. lateral reticular • RTN, N. retrotrapezoidal • BötC, complejo Bötzinger zona ventrolateral medular

9. Quimioreceptores centrales, zona rítmica y premotora. (vista transversal a nivel caudal del N. facial –VII-) Quimiorecep. central NTS, sinapsis aferentes hacia los cuerpos carotídeos rVRG, recibe proyecciones de Los núcleos NTS y RTN, receptores de Glutamato (NMDA).

10. Área Rítmica • Controla el ritmo básico de la respiración. • Existen neuronas espiratorias e inspiratorias. • Impulsos inspiratorios (2seg) alcanzan al diafragma por medio de los nervios frénicos y los intercostales externos. • Los impulsos espiratorios (3seg) provocan la contracción de los músculos intercostales internos y de los abdominales, disminuyendo la cavidad torácica, y dando lugar a una espiración forzada.

11. Área Neumotáxica • Se ubica en la parte superior de la protuberancia. • Su función es limitar la inspiración, transmitiendo impulsos inhibidores continuos al área inspiratoria. • Desconecta el área inspiratoria antes que entre demasiado aire en los pulmones. • Cuando el área neumotáxica es más activa, la velocidad respiratoria es mayor.

12. El Área Apnéusica • Ubicada en la parte inferior de la protuberancia. • Coordina la transición entre inspiración y espiración. • Su función es inhibir la espiración y estimular la inspiración. Prolonga la inspiración y por lo tanto la FR.

13. QUIMIORECEPTORES • Periféricos • Centrales

14. QUIMIORECEPTORES PERIFERICOS • En cuerpos carotídeos = bifurcación de arterias carótidas. Responden a cambios de PO2y en menor grado a cambios PCO2 y pH. • En cuerpos aórticos = encima y debajo del arco aórtico. Responden a cambios de PO2. CENTRALES • En la superficie ventral del tronco encefálico. Responden a cambios de PCO2 y de la [H+] arterial.

16. PO2 • Los cuerpos carotídeos contienen (*): • ACh • Dopamina • Adrenalina • Noradrenalina • 5HT (serotonina) • Sustancia P Transducción sensorial en elcuerpo carotídeo Célula Tipo I * Nervio del CCarotídeo/vago K+ Ca2+ Aumento de la descarga de las fibras aferentes Ca2+ ? Shirahata & Sham 1999

17. Características fisiológicas de los cuerpos carotídeos • Alto flujo sanguíneo por gramo de tejido. • Alto consumo de oxígeno. • Pequeña diferencia arterio - venosa.

18. SANGRE CAPILAR

19. Resumen de los reflejos regulatorios de la ventilación PCO2 plasma PCO2 LCR PCO2 arterial CO2 H+ + HCO3-CO2 H+ + HCO3- PO2 plasma < 60 mmHg Estímulo QR Estímulo QR centrales periféricos Ventilación PO2 plasma PCO2 plasma

20. Vías aferentes pulmonares Centro pneumotaxic (puente) Glutamato Raphe Glutamato Sustancia P Glutamato GABA 5-HT TRH SP GDorsalGlut (+) GABA(-) GVentral GlutGABA Glyc (+)(-) GABA ACh NA Opioides Glutamato Sustancia P QR periféricos ACh Dopamina (+) (-) QR centrales (Ach)

21. Neurotrasmisores principales de los quimioreceptores centrales • En la médula ventral anterior: • neuronas serotoninérgicas • glutamato • Receptores muscarínicos • GABA respuesta al CO2

22. Mecanismos de quimiomotransducción: proteinassensibles a cambios de pH • Uniones celulares de baja resistencia • Canales TASK (poros selectivos abiertos al K+) • Canales de inK+ (inward rectifier) • Proteinas de membrana transportadoras de iones (i.e., intercambiador Na+/H+)

23. Respuestas integradas de los QUIMIORECETORES

24. RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL CO2 • Controla la presión normal PACO2 = + 3 mm Hg Vent • Para un valor dado de PAO2 mm Hg PACO2 , la ventilación 37 aumenta cuando la 40 47 PACO2 disminuye. 110 ómás 20 20 30 40 50 PACO2

25. RESPUESTAS INTEGRADAS DE LOS SENSORES AL O2 • Para un valor dado de PAO2 < 100 mm Hg, Vent la ventilación aumenta sólo cuando el PACO2 50PACO2 mm Hg es mayor que lo normal • El efecto combinado de 30 de ambos estímulos es 48 mayor que cada uno por 43 separado. 1036 40 60 80 100 120 PAO2

26. Regulación de la ventilación:Controlador central - ESTíMULO • O2 y pH • Quimioreceptores periféricos (carotídeos, aórticos) • Neuronas sensoriales aferentes • CO2 • Quimioreceptores centrales • Emociones y control voluntario • Centros respiratorios superiores • Sistema límbico Grupo Dorsal (inspiración) Grupo Ventral (espiración)

27. Regulación de la ventilación:Controlador central - RESPUESTA • Grupo Dorsal (inspiración) • Neuronas somatico motoras • Escaleno y esternomastoideo • Intercostales externos • diafragma • Grupo Ventral (espiración) • Neuronas somatico motoras • Intercostales internos • Músculos abdominales

28. Tiempo de la respiración • La respiración es un evento cinético. La duración de cada respiración (Ttot) depende de la frecuencia respiratoria. La fuerza de contracción del músculo inspiratorio y la duración de la inspiración (TI) controlan el volumen tidal (VT). La espiración normalmente es pasiva durante el tiempo disponible (TE).

29. RECEPTORES PULMONARES RECEPTORES DE ESTIRAMIENTO PULMONAR • Responden a la distención pulmonar, aumenta el tiempo espiratorio y disminuye la frecuencia. • Lentos (SAR) = En músculo liso.  tiempo espiratorio (se detiene la resp).  FR. Reflejo Hering-Breuer (INSP. OFF)Mecanoreceptores, quimioreceptores. • Rápidos (RAR) = En células epiteliales.  FR. Reflejo de deflación (INSP. ON). Mecanoreceptores, quimioreceptores.

30. RECEPTORES DEL SISTEMA RESP. • YUXTACAPILARES ó YUXTALVEOLARES (J) - Responden a la congestión pulmonar. - En paredes capilares y alveolares. - Taquipnea, Disnea. • IRRITANTES - Responden a poluantes y a temperatura. - En células epiteliales de vías superiores. - Hiperpnea, Broncoconstricción. • SUPERIORES - Responden a estímulos mecánicos y químicos. - En células epiteliales de vías superiores. - Tos, Broncoespasmo, estornudo

31. Sistema Gamma • Son receptores que miden la elongación muscular. • Forman parte de muchos músculos (intercostales, diafragma) • Esta información se usa para controlar la potencia de la contracción muscular. • Participan en la sensación de disnea (“sed de aire”) en los esfuerzos respiratorios.

32. Barorreceptores Arteriales. • La estimulación de los barorreceptores de la aorta y de los senos carotídeos por el aumento de la presión arterial puede causar hipoventilación o apnea refleja. • Una disminución de la presión arterial puede causar una hiperventilación. • Duración muy breve.

33. Dolor y Temperatura • La estimulación de los nervios aferentes causan un cambio en la respiración. • El dolor causa apnea e hiperventilación • El calentamiento de la piel produce hiperventilación. • El descenso de la temperatura corporal produce una disminución de la FR La hiperventilación en la fiebre se debería a la estimulación de termorreceptores hipotalámicos.

34. CONTROL DE LA RESPIRACIÓN NEUMOTÁXICO (-)(-) APNÉUSTICO (-)(+) CI CE VAGO (-) (+) t. potencial de acción

35. Desórdenes del control de la respiración • CHEYNES-STOKES: Vt y FR irregular con periodos de apneas. Causas: hipoxia, sobredosis de drogas, insuficiencia cardiaca. • BIOT:  Vt  FR con periodos de apnea. Causa: daño cerebral (Ej. meningitis). • KUSSMAUL:  Vt  FR . Causa: acidosis metabólica. • ONDINA: se pierde el control autónomo. Sólo queda el voluntario o el respirador.

36. Desórdenes del control de la respiración • APNEAS DE SUEñO • Obstructivas: la insp. se encuentra limitada por obstrucción de vías respiratorias (orofaringe - tejidos de la base de la lengua). Síndrome de Pickwick (apnea de sueño asociada a la obesidad). • Central: disfunción de los centros de control resp. o  de la sensibilidad de los QR.