Control de la ventilación Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada.

Control de la ventilación

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Guía de estudio

• Objetivo terminal: Integrar la generación del ritmo respiratorio con los mecanismos nerviosos (voluntarios o reflejos) y los mecanismos químicos (locales o sistémicos) que intervienen en la regulación de la función respiratoria.

• Boron: capítulo 32• ATPs


Control de la respiración

• El control de la respiración es una de las funciones más importantes del sistema nervioso.

• El sistema nervioso tiene 2 tareas:1. Generar un ritmo respiratorio para la contracción

de los músculos respiratorios.2. Ajustar el ritmo respiratorio a las demandas

metabólicas cambiantes; a los cambios de postura; a comportamientos episódicos no respiratorios como hablar, oler y deglutir, vomitar.


Control de la ventilaciónSe regula por 2 sistemas distintos:1. Metabólico o automático

(retrocontrol negativo)2. Conductual o voluntario

Eupnea: el patrón normal de respiración observado durante reposo, sueño (no REM) y ejercicio leve.

Apnea: ausencia de ventilación


Sistema automático (involuntario)• El más antiguo evolutivamente • Homeostasis: Regido por necesidades metabólicas,

equilibrio ácido base. • Genera ritmo respiratorio (generador central del ritmo:

CPG).• Funciona durante el sueño.• Se encuentra en tallo cerebral: puente y bulbo raquídeo.• Quimioreceptores: centrales y periféricos. Estimulan en

forma tónica al CPG• Mecanoreceptores: en vías aéreas y parénquima

pulmonar. Envían info por nervio vago.• Otros núcleos del tallo cerebral pueden influir sobre

actividad el CPG: sistema reticular activadorDra. Adriana Suárez MSc. Profesora

Asociada

Control voluntario• Ventilación se controla para

ejercer funciones no respiratorias: hablar, cantar, tocar instrumento de viento entre otras.

• La corteza cerebral controla la respiración: ejerce control sobre centros bulbares ó directamente sobre motoneuronas espinales (sistema corticoespinal).

• Se sobrepone al sistema automático (por tiempo limitado).


Neuronas relacionadas con el control de la respiración se encuentran en el bulbo raquídeo (médula oblongada)

apnea


Neuronas relacionadas con la respiración (NRR) pueden ser: interneuronas, neuronas premotoras, motoneuronas


Centros pontinos: Centro apneústico (puente caudal, no es un núcleo específico) y pneumotáxico (puente rostral, localizado en el núcleo parabraquialis medialis junto al núcleo de Kolliker-Fuse). Centros pontinos modulan pero no son esenciales para generar el patrón respiratorio.

Grupo respiratorio dorsal (GRD)

Grupo respiratorio ventral (GRV)

Núcleo neumotáxico no es necesario para la eupnea


Propiedades del GRD y GRVPropiedad GRD GRV

rostralGRV intermedio

GRV caudal

Localización Bulbo dorsal Entre las superficies dorsales y ventrales del bulbo

Principal componente

Núcleo tracto solitario

Núcleo retrofacialis (NRF) ó complejo de Botzinger

Complejo pre Botzinger, Núcleo ambiguo (NA), núcleo para ambiguo (NPA)

Núcleo retroambiguo (NRA)

Actividad dominante

inspiración Espiración Inspiración Espiración

Fuente: Boron, 2da ed. Cuadro 32-2


Actividad neuronal durante el ciclo respiratorio: durante la inspiración hay aumento en frecuencia de disparo del nervio frénico.

Las neuronas relacionadas con la respiración tienen diferentes patrones de disparo.


Grupo A tiene actividad tónica sobre músculo inspiratorios.

Grupo C: inhibe en forma intermitente al grupo A.


Determinantes de los patrones de disparo de las neuronas relacionadas

con la respiración

• Propiedades intrínsecas de la membrana: tipo y número de canales iónicos determinan patrones de disparo. Actividad marcapaso se observa en el complejo de pre Botzinger.

• Interacciones sinápticas: Redes neuronales que interactúan. Se generan PPSE y PPSI.


Cómo genera el ritmo respiratorio el generador central del ritmo?

1. Actividad marcapaso: Hay células con propiedades de marcapaso. Marcapaso único: Complejo de pre-Botzinger: su actividad genera eferencias motoras rítmicas al frénico e hipogloso.Marcapasos múltiples: GRD. Hay uno dominante. Modelo semejante a corazón.

2. Ritmo como propiedad emergente de redes neuronales. Interacciones sinápticas.Sistema redundante y robusto


A dónde está el Generador central del patrón respiratorio?

1 Modelo del sitio restringido: núcleo de pre-Botzinger. Cuando se destruye desaparece el ritmo respiratorio en ratas.


2. Modelo de osciladores distribuidos: hay más de un generador del patrón respiratorio que se pueden activar dependiendo de la situación.

3. Modelo de propiedades emergentes: para generar el patrón se requiere de un circuito neuronal.


Receptores que contribuyen a modular la actividad ventilatoria

1. Receptores de estiramiento o adaptación lenta: Ubicación: en el músculo liso del árbol traqueobronquial. Son mecanorreceptores.

Estímulo: alargamiento del músculo (aumento del volumen pulmonar).

Vía aferente: X par (mielinizadas).Vía eferente: nervio frénico

Respuesta: inhibición inspiración: reflejo de Hering-Breuer (más importante en niños), aumenta la frecuencia respiratoria. Controla el volumen corriente. Ajusta la frecuencia respiratoria con el volumen corriente.


2. Receptores de irritación o de adaptación rápida:

Ubicación: epitelio de vías aéreas superiores

Estímulo: llenado y vaciado rápidos de los pulmones, polvo, gases irritantes, humo de cigarrillos, cambios de temperatura, humedad, histamina, serotonina, prostaglandinas, bradicinina, eter, cambios en la complianza pulmonar.

Vía aferente: X par (mielinizadas)

Respuesta: broncoconstricción, apnea refleja, tos, aumento de tiempo inspiratorio, secreción de moco, hiperpnea.


3. Receptores J (juxtacapilares) ó receptores de fibras C:

Ubicación: en paredes alveolares: receptores de capilares yuxtapulmonares: accesibles desde circ pulm

en bronquios: accesibles desde circ bronquial

Estímulo: sust. químicas que circulan por sangre en capilares pulmonares, ante una lesión pulmonar, llenado excesivo, congestión vascular, distorsión de paredes alveolares

Vía aferente: X par (no mielinizadas), Fibras C.

Respuesta: función nociceptiva, hiperpnea (se estimulan en edema pulmonar), respiración poco profunda y rápida, broncoconstricción, aumentan secreciones en vías aéreas.

.


4. Receptores somáticos de la pared torácica:Ubicación: en tendones de músculos intercostales, uniones osteocondrales de costillas, husos musculares.

Estímulo: diferencia entre la tensión de las fibras intrafusales y extrafusales. Detectan el volumen pulmonar.

Vía aferente: nervios intercostales

Respuesta: inhiben la inspiración, permiten percepción del esfuerzo y provocan una mayor estimulación motora cuando hay cierta resistencia al movimiento.


Quimiorreceptores periféricos y centrales estimulan al generador del ritmo central

Quimiorreceptores: estimulados por cambios en la composición del medio que los rodea. Principal estímulo para el generador central del ritmo.

Quimiorreceptores periféricos:Ubicación: en cuerpos carotídeos y cuerpos aórticos, los primeros son más importantes en seres

humanos.Estímulo: sensibles principalmente a la disminución de la PaO2. Al aumentar Pa CO2 y disminuir pHa

se aumenta su sensibilidad a la hipoxia. Sensan hipercapnia aún sin hipoxia y sin acidosis. Vía aferente: IX par ( cuerpos carotídeos) y X par (cuerpos aórticos).Respuesta: aumentan e intensifican la descarga de las neuronas inspiratorias.

Quimiorreceptores centrales: Ubicación: Superficie ventrolateral del bulbo raquídeo. No son neuronas del GRD ni del GRV. Están

dentro de la BHE.Estímulo: disminución del pH del líquido intersticial. Responden rápidamente a cambios en la

PaCO2. Responden lentamente a disminuciones en pH arterial (BHE no permite el paso de H+). No son sensibles a cambios en la PaO2.

Respuesta: aumentan e intensifican la descarga de las neuronas inspiratorias.


PaO2, PaCO2, pH son las principales influencias sobre la ventilación.Un retrocontrol negativo muy preciso regula estas variables.


Cuerpos carotídeos: muy pequeños (2mg), tienen gran perfusión y alta tasa metabólica. Inervados por SS y SP.1. Células glómicas tipo I: Son los quimiorreceptores. Liberan acetilcolina, dopamina, norepinefrina, sustancia P y met-encefalina. Pueden generar potenciales de acción. Tienen canales voltaje dependientes. Acopladas eléctricamente2. Células glómicas tipo II: sostén.3. Capilares fenestrados. Inervados por SS y SP.


Cuerpos carotídeos


Quimiorreceptores centrales

LCR: pH: 7.33PCO2: 44 mmHgHCO3

-: 22 mEq/LDra. Adriana Suárez MSc. Profesora

Asociada

La respuesta integrada ventilatoria al CO2

65-80% de la respuesta a la acidosis respiratoria con normoxia es mediada por quimiorreceptores centrales.

Respuesta de quimiorreceptores periféricos es más rápida.

A una PaCO2 dada, la hipoxia aumenta la ventilación. Esto se debe a estimulación de quimior. periféricos

Hipoxia aumenta sensibilidad del sistema (pendientes aumentan).

Quimiorreceptores periféricos se vuelven más sensibles a la acidosis respiratoria si hay hipoxia.Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora

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Curva de respuesta CO2-ventilación durante el sueño

Pendiente indica sensibiliadad al CO2


Estimulación de la ventilación por el CO2.

El principal estímulo es por medio de los quimioreceptores centrales.

PaCO2 > 70-80 mmHg directamente deprime los centros respiratorios y a los quimiorreceptores centrales.Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora

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Respuestas integradas a cambios en la PaO2

La hipoxia deprime la ventilación en animales con denervación de quimiorreceptores periféricos. Deprime directamente a los quimiorreceptores centrales y a los centros respiratorios.

Respuesta se da por quimiorreceptores periféricos.

Si además hay acidosis respiratoria, a una determinada PO2 se ve una ventilación aumentada. Sensibilidad de quimiorreceptores periféricos aumenta (mayor pendiente).


Pérdida de sensibilidad a la PaCO2 en enfermedad pulmonar crónica

• Por hipoventilación hay PaCO2 elevada en forma crónica junto con hipoxia.

• Quimiorreceptores periféricos y centrales se encuentran estimulados.

• pH del LCR aumenta por aumento en secreción de HCO3

- . Cesa el estímulo sobre quimiorreceptores centrales.

• Estímulo ventilatorio es la hipoxia sobre quimiorreceptores periféricos.


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