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“Honestamente podría decir que Kenhub disminuyó mi tiempo de estudio a la mitad” – Leer más. Kim Bengochea Kim Bengochea, Universidad Regis, Denver

Respiración pulmonar

Muy probablemente, más de una vez en tu vida te has sentido con ansiedad, nervios, emoción, o simplemente con mucha energía y has intentado relajarte. Probablemente hayas hecho ejercicio físico, estés en medio de la entrevista más importante de tu vida o vayas a presentar un examen de anatomía. No importa el caso, las primeras palabras que normalmente vas a escuchar de las personas a tu alrededor serán algo como “¡respira! Solo respira y relájate”. Pero, ¿qué significa exactamente respirar?

En el mundo de la medicina, la respiración o ventilación pulmonar se describe como el movimiento de aire entre la atmósfera y los alvéolos de los pulmones. El proceso de respiración implica dos fases: la inspiración, cuando el aire se mueve hacia dentro de los pulmones; y la espiración, en la que el aire sale de los pulmones. La respiración pulmonar es solo uno de los cuatro componentes de la respiración celular, siendo los otros tres la difusión, el transporte y la regulación de gases. El acceso a los pulmones está dado por las vías aéreas, que en conjunto forman el sistema respiratorio, cuya mayor parte está localizado dentro del pecho o cavidad torácica.

Las paredes de la caja torácica delimitan esta cavidad y sus estructuras, y tienen un papel esencial en la ventilación pulmonar. El diafragma y una gran variedad de músculos están implicados en el proceso de respiración. La acción de respirar está controlada de manera muy precisa por el centro respiratorio, ubicado dentro del tronco encefálico.

En este artículo discutiremos la anatomía de la respiración y describiremos cuáles son estos importantes componentes anatómicos que se mueven cada 5 segundos para mantenerte con vida.

Puntos clave sobre el proceso de respiración
Componentes mecánicos Caja torácica: esternón, 12 costillas, 12 vértebras torácicas
Músculos inspiratorios (respiración tranquila): diafragma, músculos intercostales
Músculos inspiratorios accesorios (utilizados en la respiración forzada o bajo estrés): músculos esternocleidomastoideo, escalenos, serrato anterior, pectoral mayor, pectoral menor, trapecio, dorsal ancho, erector de la columna, iliocostal lumbar, cuadrado lumbar
Músculos espiratorios (utilizados en la espiración forzada): músculos recto abdominal, transverso del abdomen, oblicuo externo del abdomen, oblicuo interno del abdomen
Vías aéreas Vías aéreas de conducción: nariz, nasofaringe, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos, bronquiolos terminales
Zona respiratoria: bronquiolos respiratorios, alvéolos
Ciclo de la respiración Inspiración pulmonar - el diafragma se contrae y se aplana, los músculos intercostales se contraen y expanden la caja torácica -> el aire entra a los pulmones
Espiración pulmonar - el diafragma se relaja y vuelve a su forma, los músculos intercostales se relajan y la caja torácica se colapsa -> el aire sale de los pulmones
Centro respiratorio Grupos neuronales del bulbo raquídeo y el puente del tronco encefálico
Grupo respiratorio dorsal:
centro inspiratorio
Grupo respiratorio ventral:
espiración forzada
Centro neumotáxico:
controla el ritmo y profundidad de la respiración
Correlaciones clínicas Taquipnea, bradipnea, hiperventilación, hipoventilación, síndrome de dificultad respiratoria aguda, neumotórax, enfisema, atelectasia
Contenidos
  1. Caja torácica
    1. Componentes
    2. Costillas
  2. Músculos respiratorios
    1. Músculos torácicos
    2. Músculos del cuello
    3. Músculos de la cintura escapular
    4. Músculos abdominales
  3. Vías aéreas y pulmones
  4. Mecanismo de la respiración
    1. Inspiración pulmonar
    2. Espiración pulmonar
  5. Regulación de la respiración
  6. Correlaciones clínicas 
    1. Tórax inestable (volet costal)
  7. Bibliografía
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Caja torácica

Componentes

La caja torácica es un componente de la pared torácica que rodea a la mayoría de las estructuras del sistema respiratorio. Proporciona el marco óseo para la respiración. La caja torácica y su forma de domo otorgan la rigidez necesaria para la protección de órganos, el soporte del peso de las extremidades superiores y los puntos de inserción para muchos músculos. A pesar de su resistencia, la caja torácica es dinámica, permitiendo que se lleve a cabo la ventilación pulmonar. El potencial para realizar estos movimientos respiratorios se relaciona con la flexibilidad que brindan las costillas y sus articulaciones. La caja torácica está compuesta por el esqueleto torácico, que incluye al esternón, 12 pares de costillas y 12 vértebras torácicas asociadas con los cartílagos costales y los discos intervertebrales, respectivamente.

Costillas

Las costillas son ligeras y resilientes. Constan de tres tipos: verdaderas, falsas y flotantes. Estas forman la mayor parte de la caja torácica, extendiéndose desde la pared torácica posterior hasta la anterior. Las costillas poseen cartílagos costales unidos a sus extremos anteriores, los cuales las unen directa o indirectamente al esternón. Algunas costillas conocidas como costillas flotantes poseen cartílagos articulares pequeños que no permiten uniones anteriores. Estos flexibles cartílagos costales le brindan a la pared torácica su elasticidad necesaria.

El esternón forma la porción media de la caja torácica anterior y consta de tres partes: el manubrio, el cuerpo y el proceso xifoides. A lo largo de sus bordes laterales, el esternón cuenta con incisuras costales para articularse con los cartílagos costales. Las vértebras torácicas, numeradas de T1 a T12, forman parte de la caja torácica posterior y contienen fositas costales bilaterales en sus cuerpos vertebrales con las cuales articulan las cabezas de las costillas. Las cabezas también se articulan parcialmente en los discos intervertebrales. Con la excepción de las últimas dos o tres vértebras torácicas, estas también contienen fositas costales en sus procesos transversos para articularse con los tubérculos de las costillas.

Todos estos componentes esqueléticos completan la caja torácica de anterior a posterior, brindando tanto protección como flexibilidad para la ventilación. Sin embargo, la caja torácica se encuentra abierta superior e inferiormente en sus aberturas torácicas superior e inferior. La abertura torácica superior permite el paso de la tráquea, facilitando el movimiento del aire durante la respiración. La abertura torácica inferior, que es más grande, se encuentra completamente cubierta por el diafragma.

Puedes descubrir más detalles acerca del tórax con los siguientes recursos de aprendizaje:

Músculos respiratorios

Músculos torácicos

Aunque la caja torácica forma una estructura resistente pero flexible, nos sería imposible respirar sin la acción de los músculos torácicos. Daremos más detalles adelante, pero por ahora es importante mencionar que la ventilación se lleva a cabo mediante la expansión y contracción de los pulmones. Una manera de hacer esto es cambiando el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica a través de la elevación y la depresión de las costillas. Los músculos más importantes encargados de elevar la caja torácica son los músculos intercostales externos. Estos forman parte del grupo de músculos intercostales que se localizan en los espacios intercostales entre las costillas. Los intercostales externos son la capa más superficial de este grupo, mientras que las otras dos capas más profundas son los músculos intercostales internos y los músculos intercostales íntimos. Hay 11 pares de músculos intercostales externos, que se extienden entre los tubérculos de las costillas y las articulaciones costocondrales. Sus fibras se disponen en dirección anterior e inferior entre los bordes de dos costillas adyacentes.

Los músculos intercostales internos también son importantes en la modificación del diámetro anteroposterior de la cavidad torácica. También consisten en 11 pares y recorren junto con los cuerpos y cartílagos costales de las costillas, entre el esternón y los ángulos de las costillas. Estos músculos se insertan entre las incisuras costales y los bordes superiores de dos diferentes costillas, dentro de los espacios intercostales.

Músculos del cuello

Los músculos intercostales externos e internos no trabajan de forma individual durante la respiración, sino que son ayudados por los músculos esternocleidomastoideos y escalenos en el cuello.

Los dos músculos esternocleidomastoideos se originan del proceso mastoides del hueso temporal y de la línea nucal superior del hueso occipital. Al insertarse en el manubrio del esternón a través de sus cabezas esternales, y en la clavícula mediante sus cabezas claviculares, estos músculos pueden elevar los huesos y, subsecuentemente, las porciones anteriores de las costillas. Por esto, son considerados como músculos accesorios de la respiración pulmonar.

Los músculos escalenos también tienen un rol en la inspiración pulmonar. Estos consisten en el escaleno anterior, escaleno medio y escaleno posterior. Los tres están involucrados en la respiración pulmonar. El músculo escaleno anterior se extiende desde los tubérculos anteriores de los procesos transversos de las vértebras C3 a C6 hasta la primera costilla, contribuyendo a su elevación. El escaleno medio recorre desde el proceso transverso del axis hasta los procesos transversos de C3 a C7 hasta llegar a la primera costilla, también elevándola. El escaleno medio es el músculo más importante para la respiración de este grupo muscular. El escaleno posterior pasa desde los tubérculos posteriores de los procesos transversos de C4 a C6 hasta la segunda costilla, por lo que ayuda a elevarla.

Músculos de la cintura escapular

El músculo de esta región que es importante para la respiración pulmonar es el serrato anterior. Este se encuentra por encima de la porción lateral del tórax, formando la pared lateral de la axila. Se origina en las costillas 1.ª-8.ª y se inserta en el borde medial de la escápula. Al mantener fija a la escápula en su posición, este músculo tiene un rol importante cuando hay dificultad para respirar y necesitamos apoyarnos en algo o permanecemos en la llamada posición de trípode.

Músculos abdominales

Músculo serrato anterior (vista ventral)

Como puedes ver, la acción de respirar, la cual todos damos por hecho y de la que ni siquiera nos damos cuenta la mayor parte del tiempo, es bastante compleja y requiere del trabajo de muchos músculos. Entonces, no es de sorprender que los músculos de la región abdominal también estén involucrados en el proceso. Específicamente, el músculo recto abdominal se encarga de llevar las costillas hacia abajo durante la espiración activa. Su punto de origen es la sínfisis del pubis y la cresta del pubis, y se inserta en el proceso xifoides y los cartílagos costales de las costillas 5-7. Este par de músculos está separado por la línea alba.

El diafragma es otra estructura crucial que hace posible la respiración. Mientras que los demás músculos se encargan principalmente de alterar el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica, el diafragma alarga y acorta la cavidad al moverse hacia arriba y hacia abajo. Esta acción también expande y contrae a los pulmones. El diafragma tiene forma de domo y separa la cavidad torácica de la cavidad abdominal. Durante la respiración, es el principal músculo encargado de la inspiración pulmonar. Su origen, fijo y circular, se extiende alrededor del borde inferior de la caja torácica y las vértebras lumbares superiores. Por esto, solo la porción central del diafragma es capaz de moverse durante la respiración. El diafragma está dividido en un hemidiafragma derecho (cúpula derecha) y un hemidiafragma izquierdo (cúpula izquierda) que se elevan hasta el nivel del 4° espacio intercostal.

Vías aéreas y pulmones

Hasta ahora, has visto cómo la caja torácica rodea al sistema respiratorio y permite que se lleve a cabo la respiración. Diversos músculos que abarcan varias regiones del cuerpo tales como la pared torácica, cuello, cintura escapular y abdomen, actúan sobre esta estructura. Al modificar la forma de la caja torácica, el aire se puede transportar entre el medio ambiente externo y los pulmones a través de las vías aéreas, cuyos detalles discutiremos a continuación.

Las vías aéreas se subdividen en la zona de conducción (vías aéreas) y la zona de respiración. Las vías aéreas de conducción transportan el aire hacia y desde los pulmones, mientras que la zona de respiración, formada por los alvéolos, es el sitio de intercambio de gases. Las vías de conducción son las siguientes:

Además de transportar el aire, estas vías también lo filtran, humidifican y calientan. Estas funciones son realizadas por los cilios y las células secretoras de moco que revisten las paredes de las vías aéreas. En la laringe, las vías aéreas están reforzadas por anillos de cartílago hialino en forma de C. Todo lo que se encuentra por debajo de la laringe se conoce anatómicamente como el árbol traqueobronquial. La tráquea, que se encuentra dentro del mediastino superior, sirve como el tronco de este árbol. A nivel del ángulo esternal, se divide en dos bronquios principales, cada uno de los cuales ingresa a su respectivo pulmón por el hilio pulmonar. Dentro de los pulmones, los bronquios principales se ramifican en bronquios cada vez más pequeños, formando las ramas del árbol traqueobronquial.

Los bronquios principales se dividen en bronquios lobares (secundarios), que suministran diferentes lóbulos de los pulmones. Estos bronquios lobares se subdividen en bronquios segmentarios (terciarios), cada uno para un segmento broncopulmonar específico. Estos se continúan dividiendo y ramificando, hasta llegar a los bronquiolos terminales y finalmente a los bronquiolos respiratorios, que llevan el aire hacia los alvéolos.

El aire transportado por las vías aéreas durante la respiración eventualmente alcanza los pulmones. Estos órganos vitales de la respiración que están dentro del tórax son los responsables del intercambio de oxígeno y dióxido de carbono. Son estructuras suaves y esponjosas muy elásticas localizadas a cada lado del corazón, separadas una de otra por el mediastino. Cada pulmón tiene un extremo superior llamado vértice pulmonar, que se extiende hasta el nivel correspondiente al cuello de la primera costilla, aproximadamente 2.5 cm por encima del nivel de la clavícula. La base de los pulmones es la superficie cóncava inferior que descansa sobre el diafragma. El pulmón derecho cuenta con tres lóbulos, mientras que el pulmón izquierdo tiene dos. Los bronquios principales que transportan el aire entran a cada pulmón por medio de su hilio, que se sitúa en su cara mediastínica.

Otras estructuras críticas para el mecanismo de la respiración son los sacos pleurales que envuelven a los pulmones. Cada saco está compuesto por dos membranas continuas: la pleura visceral y la pleura parietal. La pleura visceral está directamente en contacto con los pulmones, mientras que la pleura parietal reviste la superficie interna de la pared torácica. Entre estas dos capas se encuentra la cavidad pleural, un espacio potencial que contiene una muy pequeña cantidad de fluido importante para la lubricación y cohesión de las capas pleurales. Este fluido también contribuye a la presión negativa creada dentro de la cavidad pleural, indispensable para la ventilación.

Mecanismo de la respiración

Ahora ya tienes toda la información necesaria para comprender el proceso y las características de la respiración. También conoces dónde se localizan los componentes del sistema respiratorio dentro de la flexible estructura ósea conocida como la caja torácica, sobre la cual actúan diversos músculos que modifican su diámetro, permitiendo que el aire entre y salga de los pulmones a través de las vías aéreas de conducción.

Durante el ciclo de la respiración, los pulmones pueden expandirse y contraerse de dos maneras. La primera es mediante el alargamiento y acortamiento de la cavidad torácica, y la segunda es con el aumento y disminución de su diámetro anteroposterior. El primer método se realiza principalmente gracias al diafragma, mientras que el segundo es llevado a cabo mediante la elevación y la depresión de las costillas. Las dos fases de la respiración pulmonar son la inspiración y la espiración.

Inspiración pulmonar

La inspiración implica la entrada de aire desde el ambiente externo hacia los pulmones. La inspiración normal y silenciosa es llevada a cabo por el diafragma, que se encarga de alargar y acortar la cavidad torácica. El diafragma contrae y lleva las caras inferiores de los pulmones hacia abajo. Simultáneamente, los músculos de la inspiración elevan la caja torácica. Estos músculos son principalmente los intercostales externos. Al levantar las costillas y empujar los órganos abdominales hacia abajo, se incrementa el volumen intratorácico. Debido a la inserción de la pleura parietal en la pared torácica y la tendencia de los pulmones a colapsar hacia el hilio, existe una constante presión negativa creada en la cavidad pleural, un fenómeno similar a cuando un vaso o taza húmedos se adhieren al plato o posavasos por la tensión superficial del agua. Por lo tanto, los pulmones están adheridos a la pleura visceral, que se mantiene en contacto con la pleura parietal a través del fluido, el cual a su vez está en contacto con la pared torácica. Como resultado, cuando los músculos de la inspiración expanden la pared torácica, los pulmones se expanden también. Esta acción, a su vez, disminuye la presión intrapulmonar comparada con la presión externa. Como el aire se mueve desde sitios de presión más alta hacia sitios de presión más baja, esto hace que el aire ingrese a los pulmones. Debido a que los músculos necesitan contraerse durante la inspiración, esta fase se considera un proceso activo.

Hay momentos en los que puedes necesitar respirar de manera más profunda o forzada, Como por ejemplo durante el ejercicio. En estos casos, los músculos accesorios intervienen aumentando todavía más el tamaño de la cavidad torácica al jalar al esternón y las primeras dos costillas. Estos músculos son el esternocleidomastoideo, el escaleno y el serrato anterior.

Espiración pulmonar

Mientras que la inspiración pulmonar es un proceso activo, la espiración se considera como un proceso pasivo ya que utiliza el retroceso elástico de los músculos y pulmones. Durante la espiración normal, los músculos intercostales externos se relajan junto con el diafragma. Todo sucede de forma contraria a la inspiración. El volumen intratorácico disminuye, la presión intrapulmonar aumenta y el aire es expulsado de los pulmones. La expulsión de aire continúa hasta que la presión dentro de los pulmones se hace igual a la presión externa, lo cual ocasiona que el proceso de inspiración pulmonar vuelva a comenzar.

De manera similar a la inspiración, la espiración puede volverse activa en ciertas situaciones, como cuando hacemos ejercicio o estamos tocando algún instrumento. Los músculos recto abdominal e intercostales internos están implicados. El músculo recto abdominal aumenta la presión intra-abdominal, empujando el diafragma aún más hacia arriba. Los músculos intercostales internos jalan las costillas hacia abajo y hacia adentro, reduciendo todavía más el tamaño de la cavidad torácica.

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Regulación de la respiración

El ciclo de la respiración está controlado por el centro respiratorio que se localiza dentro del bulbo raquídeo y el puente en el tronco encefálico. Tres principales grupos de neuronas conforman este centro. El grupo respiratorio dorsal, dentro de la porción dorsal del bulbo, es el responsable de la mayor parte del ciclo de la respiración. El grupo respiratorio ventral, en la porción ventrolateral del bulbo, participa en la espiración forzada. El centro neumotáxico, localizado dorsalmente en la porción superior del puente, controla el ritmo y la profundidad de la respiración.

Para iniciar la respiración pulmonar, el grupo respiratorio dorsal envía impulsos neuronales a través del nervio frénico hacia el diafragma, y a través de los nervios intercostales hacia los músculos intercostales externos. Para que ocurra la espiración, el grupo respiratorio dorsal deja de mandar impulsos, permitiendo que los músculos se relajen. Cuando se necesita la espiración forzada, los impulsos del grupo respiratorio llegan al grupo ventral y lo activan. Este grupo respiratorio envía impulsos al músculo recto abdominal a través de los nervios toracoabdominales, y a los músculos intercostales internos mediante los nervios intercostales.

Para más información acerca de la anatomía de los pulmones y el mecanismo de la respiración, echa un vistazo a los siguientes recursos de aprendizaje:

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