Músculos intercostales externos
La ventilación pulmonar es el acto de respirar, que puede describirse como el movimiento de entrada y salida de aire de los pulmones. Los principales mecanismos que impulsan la ventilación pulmonar son la presión atmosférica (Patm); la presión del aire dentro de los alvéolos, denominada presión alveolar (Palv); y la presión dentro de la cavidad pleural, denominada presión intrapleural (Pip).
Las presiones alveolar e intrapleural dependen de ciertas características físicas del pulmón. Sin embargo, la capacidad de respirar -que el aire entre en los pulmones durante la inspiración y salga de ellos durante la espiración- depende de la presión atmosférica y de la presión del aire dentro de los pulmones.
La inspiración (o inhalación) y la espiración (o exhalación) dependen de las diferencias de presión entre la atmósfera y los pulmones. En un gas, la presión es una fuerza creada por el movimiento de las moléculas de gas que están confinadas. Por ejemplo, un cierto número de moléculas de gas en un recipiente de dos litros tiene más espacio que el mismo número de moléculas de gas en un recipiente de un litro. En este caso, la fuerza ejercida por el movimiento de las moléculas de gas contra las paredes del recipiente de dos litros es menor que la fuerza ejercida por las moléculas de gas en el recipiente de un litro. Por tanto, la presión es menor en el recipiente de dos litros y mayor en el de uno. A una temperatura constante, el cambio del volumen ocupado por el gas modifica la presión, al igual que el cambio del número de moléculas de gas. La ley de Boyle describe la relación entre el volumen y la presión de un gas a temperatura constante. Boyle descubrió que la presión de un gas es inversamente proporcional a su volumen: Si el volumen aumenta, la presión disminuye. Del mismo modo, si el volumen disminuye, la presión aumenta. La presión y el volumen están inversamente relacionados [latex]|left(P=\frac{k}{V}\right)[/latex]. Por lo tanto, la presión en el recipiente de un litro (la mitad del volumen del recipiente de dos litros) sería el doble de la presión en el recipiente de dos litros. La ley de Boyle se expresa con la siguiente fórmula:
Músculo de la inspiración
El aire entra en el sistema respiratorio a través de la boca y la cavidad nasal, pasando por la faringe, luego por la laringe (donde se producen los sonidos para el habla) y finalmente por la tráquea, que entra en la cavidad torácica.
Estos conductos (la cavidad nasal en particular) están revestidos de cilios (estructuras diminutas parecidas a pelos) que actúan como filtro, impidiendo que los gérmenes entren en el sistema respiratorio, además de calentar y humedecer el aire.
En la parte superior del esófago hay una placa de cartílago elástico y flexible llamada epiglotis, que se cierra sobre la laringe cuando tragamos los alimentos para garantizar que éstos lleguen al estómago y no a los pulmones.
Cuando inspiramos, el aire entra en los pulmones por lo que se conoce como “gradiente de presión”, desde una zona de alta presión hasta una zona de baja presión. El gradiente de presión dentro de los pulmones está controlado por un músculo llamado diafragma.
Cuando se contrae, el diafragma se aplana y empuja hacia abajo, lo que da lugar a una ampliación de la cavidad torácica (zona en la que se encuentran los pulmones) y a una disminución de la presión en los pulmones. Esta reducción de la presión hace que el aire sea aspirado hacia los pulmones y que respiremos, como se ve en la siguiente imagen.
Músculos del escaleno
El “trabajo respiratorio” describe la potencia necesaria para superar tanto el retroceso elástico del sistema respiratorio como la resistencia no elástica al flujo de gases, y normalmente es generado por los músculos respiratorios utilizados para la inspiración.
La respiración consiste en cambios rítmicos del volumen pulmonar provocados por las neuronas respiratorias medulares descritas en el capítulo 5. Varios grupos musculares intervienen en la modificación del volumen pulmonar. En primer lugar, los músculos de la faringe y la laringe controlan la resistencia de las vías respiratorias superiores; en segundo lugar, el diafragma, la caja torácica, la columna vertebral y los músculos del cuello provocan la inspiración; y, por último, los músculos de la pared abdominal, la caja torácica y la columna vertebral se utilizan cuando se requiere una espiración activa. Muchos de estos grupos musculares tienen orígenes y conexiones comunes, por lo que su actividad es compleja y depende tanto de los demás como de muchos factores no respiratorios, como la postura, la locomoción y la actividad voluntaria.
Durante la inspiración a través de la nariz, la presión en la faringe debe descender por debajo de la atmosférica en una cantidad igual al producto del flujo de gas inspiratorio y la resistencia al flujo que ofrece la nariz (véase la figura 4.1). Este desarrollo de sólo unos pocos kilopascales de presión subatmosférica en la faringe tiende a provocar su colapso.
Músculos torácicos
Los músculos respiratorios son esenciales para la ventilación alveolar. Estos músculos trabajan contra el aumento de las cargas mecánicas debido a la limitación del flujo de aire y a los cambios geométricos del tórax derivados de la hiperinflación pulmonar. Las fibras musculares respiratorias presentan varios grados de deterioro de las estructuras celulares y subcelulares que, en muchos casos, son proporcionales a la gravedad de la enfermedad y a las condiciones que la acompañan (envejecimiento, desacondicionamiento, inanición, comorbilidad). Este deterioro estructural se traduce, desde el punto de vista funcional, en una pérdida de fuerza (capacidad de generar tensión) y en una mayor susceptibilidad al fallo ante una determinada carga (aparición temprana de la fatiga).
Por otro lado, cada vez hay más pruebas de que el diafragma y otros músculos respiratorios también son capaces de expresar cambios adaptativos en respuesta a la carga mecánica crónica impuesta por la enfermedad. En la mayoría de los casos, el deterioro y la adaptación de los músculos respiratorios alcanzan un equilibrio que permite una ventilación suficiente para la supervivencia de los pacientes. Sin embargo, este equilibrio puede verse alterado por incrementos adicionales de la carga mecánica o metabólica sobre los músculos (por ejemplo, cirugías abdominales o torácicas, neumonía, embolia pulmonar, etc.). Además, la pérdida de equilibrio no siempre está asociada a situaciones extremas. Muchos pacientes desarrollan una insuficiencia ventilatoria y requieren un ingreso hospitalario aunque la causa de la exacerbación sea menos dramática (infecciones bronquiales, dolores de cualquier naturaleza, alteraciones electrolíticas, etc.).