Sistema res iratorio

El sistema respiratorio, que comprende los pulmones y la secuencia de conductos aéreos que llevan al ambiente externo, tiene como función proporcionar oxígeno (Oz) y eliminar el dióxido de carbono (COo) de las células del -cuerpo. Para llevar a cabo este objetivo son necesarios los cuatro fenómenos siguientes, que en conjunto se conocen

. . , como resplraClOn:

• Movimiento de aire hacia los pulmones y desde ellos (respiración o ventilación)

• Intercambio de O2 del aire inspirado por el dióxido de carbono de la sangre (respiración externa)

• Transporte de O2 y COz hacia las células y desde ellas (transporte de gases)

• Intercambio de CO2 por O2 en la cercanía de las células (respiración interna)

Los dos primeros sucesos, ventilación y respiración externa, ocurren dentro de los confines del sistema respiratorio. El aparato circulatorio lleva a cabo el transporte de gases. La respiración interna ocurre en los tejidos de todo el cuerpo.

El sistema respiratorio se subdivide en dos porciones mayores: conductora y respiratoria. La porción conduc­tora, situada afuera y dentro de los pulmones, lleva aire del medio externo a estos órganos. La porción respiratoria, localizada estrictamente dentro de los pulmones, tiene como función el intercambio real de oxígeno por dióxido de carbono (respiración externa). En el cuadro 15-1 se incluyen las características distintivas de estas dos porciones.

PORCION CONDUCTORA DEL SISTEMA RESPIRATORIO

La porción conductora del sistema respiratorio lleva aire a la porción respiratoria y de ésta hacia el exterior.

La porción conductora del sistema respiratorio está compuesta, desde el exterior hasta el interior de los pul­mones, por la cavidad nasal, boca, nasofaringe, faringe ,

• • •

laringe, tráquea, bronquios principales, bronquios secun­darios (bronquios lobares), bronquios terciarios (bronquios segmentarios ), bronquiolos y bronquiolos terminales. Estas estructuras no sólo transportan el aire inspirado sino que también lo filtran , humedecen y entibian antes que llegue a la porción respiratoria de los pulmones.

La permeabilidad de las vías respiratorias de conducción se conserva por una combinación de ele mentos óseos , cartilaginosos y fibrosos. A medida que el aire avanza a lo largo de las vías respiratorias durante la inspiración, encuentra sistemas de túbulos ramificados . Aunque el diámetro de la luz de cada túbulo sucesivo disminuye progresivamente, en cada nivel de ramificación aumenta el diámetro transversal total de las diversas ramas . Como resultado, a medida que el aire prosigue hacia la porción respiratoria, se atenúa la velocidad del flujo aéreo para un volumen determinado de aire inhalado.

Cavidad nasal

La cavidad nasal está dividida en las mitades derecha e izquierda por el tabique nasal cartilaginoso y óseo. Ca­da mitad de la cavidad nasal está limitada en la parte externa por una pared ósea y una parte cartilaginosa (ala) de la nariz; ambas se comunican con el exterior, en la parte anterior, a través de las narinas y con la nasofaringe por medio de las coanas. De la pared externa ósea se proyectan tres entrepaños óseos delgados , parecidos a conchas, situados uno arriba del otro: los cornetes nasales superior, medio e inferior.

Porción anterior de la cavidad nasal (vestíbulo)

La porción anterior de la cavidad nasal, cercana a las narinas , está dilatada y se conoce como vestíbulo. Esta región posee un recubrimiento de piel y tiene las vibrisas, pelos rígidos y cortos que impiden que penetren en la cavidad nasal partículas más grandes de polvo. La dermis del vestíbulo contiene múltiples glándulas sebáceas y

329

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División Región

Conducción Vestíbulo nasal extrapuhnonar

Cavidad nasal: respiratoria

Cavidad nasal: olEatoria

Conducción Nasofaringe extrapuhnonar

Conducción intra­pulmonar

.. Laringe

Tn'íquea y bron-. . .

qUlOS pnmanos

Bronquios secun­darios (intrapul­manares )

Cuadro 15-1. Características distintivas del sistema respiratorio - -- --

Apoyo

Cartílago hialino

Cartílago hialino y hueso

Hueso

Músculo esquelético

Cartílagos hialino y elástico

Cartílago hialino y tejido conectivo denso irregular y colagenoso

Cartílago hialino y músculo liso

Glándulas

Glándulas sebá­ceas y sudorípa­ras

Gh'índulas seromucosas

Glándulas de Bowman (sero­sas)

Glándulas seromucosas

Glándulas muco­sas y seromuco­sas

Glándulas muco­sas y seromucosas

Glándulas seromucosas

- - -Epitelio

Escamoso estratifi­cado queratinizado

Respiratorio

Olfatorio

Respiratorio

Respiratorio y esca­moso estratificado no queratinizado

Respiratorio

Respiratorio

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Tipos celulares

Epidermis

Basales, caliciformes, ciliadas, en cepillo, serosas y SNED

Olfatorias, sustentacu­lares y basales

Basales, caliciformes, ciliadas , en cepillo, serosas y SNED

Basales, caliciformes, ciliadas, e n cepillo, serosas y SNED

Basales, caliciformes, ciliadas , en cepillo, serosas y SNED

Basales, caliciformes, ciliadas , en cepillo, serosas y SNED

•

Características adicionales

Vibrisas

Tejido tipo eréctil

Vesícu la olfatoria

Amígdalas faríngeas y trompas de Eustaquio

Epiglotis , pliegues (cuerdas ) vocales y pliegues vestibulares

Anillos en C y músculo traqueal (músculo liso) en la adventicia

Placas de cartílago hia­lino y dos listones de músculo liso orientado en sentido helicoidal

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Respiratoria

Bronquiolos (primarios )

Bronquiolos terminales

Bronquiolos respiratorios

Conductos alveolares

S acos alveolares

Alveolos

SNED , siste ma neuroendocrino difuso.

M úsculo liso

Músculo liso

Un poco de músculo liso y fibras de colágena

Fibras de colágena tipo nI (reticulares) y esfínteres de músculo liso de alveolos

Fibras de colágena tipo III y elásticas

Fibras de colágena tipo nI y elásticas

Sin glándulas

Sin glándulas

Sin glándulas

Sin glándulas

Sin glándulas

Sin glándulas

Cilíndrico simple a cuboidal simple

Cuboidal simple

Cuboidal simple y escamoso simple muy atenuado

Escamoso simple muy atenuado

Escamoso simple muy atenuado

Escamoso simple muy atenuado

Células ciliadas y células de Clara (y células caliciformes ocasiona­les en los bronquiolos más grandes )

Algunas células ciliadas y muchas células de Clara (sin células caliciformes)

Algunas células cuboides ciliadas , células de Clara y neumocitos tipos I y n

Neumocitos tipos I y n de alveolos

Neumocitos tipos I y n

Neumocitos tipos I y II

Menos de 1 mm de diámetro; proporcio­nan aire a los lobu­lillos; dos listones de músculo liso orienta­dos en sentido heli­coidal

Menos de 0.5 mm de diámetro; llevan aire a los ácinos pulmonares; un poco de músc.ulo liso

Alveolos en sus paredes; los alveolos tienen esfínteres de músculo liso en sus aberturas

Sin paredes propias , sólo una secuencia lineal de alveolos

Racimos de alveolos

200 f.Lm de diámetro; tien en macrófagos alveolares

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332 ••• Sistema respiratorio

sudoríparas y está unida por numerosos haces de colágena al pericondrio de los segmentos de cartílago hialino que forman el esqueleto de apoyo de las alas.

Región posterior de la cavidad nasal

Con excepción del vestíbulo y la región olfatoria, la cavidad nasal está recubierta por epitelio cilíndrico ciliado, seudoestratificado, que a menudo se denomina epitelio respiratorio (véase el comentario sobre la tráquea más adelante). La población de células caliciformes de este epitelio es considerable en las regiones más profundas de la cavidad nasal.

El tejido conectivo subepitelial (lámina propia) está vascularizado con profusión, en especial en la región de los cornetes y la superficie anterior del tabique nasal, y contiene grandes plexos arteriales y senos venosos. La lámina propia posee muchas glándulas seromucosas y elementos linfoides en abundancia, incluyendo nódulos linfoides y células cebadas y plasmáticas ocasionales. Los anticuerpos elaborados por las células plasmáticas (inmu­noglobulinas IgA, IgE e IgG) protegen la mucosa nasal de los antígenos inhalados y también de una invasión microbiana.

CORRELACIONES CLlNICAS

La hemorragia nasal suele ocurrir en el área de Kiesselbach, la región anteroinferior del tabique nasal, que es el punto de anastomosis del riego arterial de la mucosa nasal. La hemorragia puede suspenderse aplicando presión en la región o tapo­nando la cavidad nasal con algodón.

Región olfatoria de la cavidad nasal

La región olfatoria comprende el epitelio olfatorio y la lámina subyacente que contiene glándulas de Bowman y un plexo vascular abundante.

El techo de la cavidad nasal, la región superior del tabique nasal y el cornete superior están recubiertos por un epitelio olfatorio de 60 m de grosor. La lámin a propia subyacente contiene las glándulas de Bowman que secretan un líquido seroso, un plexo vascular abundante y conjuntos de axones que provienen de las células olfatorias del epi­telio olfatorio, que es de color amarillo en personas vivas , y contiene tres tipos de células: olfatorias , sustentacula­res y basales (fig. 15-1 ).

CELULAS OLFATORIAS

Las células olfatorias son neuronas bipolares cuya superficie apical está modificada para formar la vesícula olfatoria y cilios olfatorios.

Fig. 15-1. Fotomicrografía de la mucosa olfatoria humana (X540).

Las células olfatorias son neuronas bipolares cuya superficie apical, el extremo distal de su dendrita delgada, está modificada para formar un bulbo, la vesícula olfa­toria, que se proyecta sobre la superficie de las células sus tentaculares (figs. 15-2 y 15-3). El núcleo de la célula es esférico y está más cerca de la lámina basal que la vesícula olfatoria. Casi todos los organelos de la célula se encuentran cerca del núcleo.

Las micrografías de barrido demuestran que de la vesícula olfatoria se extienden seis a ocho cilios olfatorios, inmovibles y largos , que están situados en la superficie libre del epitelio. Las foto micrografías de transmisión de estos cilios revelan un patrón de axonema poco común que se inicia como un anillo periférico caracte rístico de nueve microtúbulos dobles, en derredor de dos sencillos centrales (configuración 9 + 2), aunque a nivel distal cambia de tal manera que se compone de nueve singletes que rodean los dos sencillos centrales.

La región basal de la célula olfatoria es su axón, que penetra en la lámina basal y se une con axones similares para formar haces de fibras nerviosas. Cada axón, aunque no está mielinizado, tiene una vaina compuesta de células de Schwann. Las fibras nerviosas pasan a través de la placa cribifonne en el techo de la cavidad nasal para hacer sinapsis con neuronas secundarias en el bulbo olfatorio.

CELULAS SUSTENTACULARES y BASALES. Las célu­las sustentaculares son células cilíndricas de 50 a 60 Jlm de altura, cuyas superficies apicales tienen un borde estriado compuesto de microvellosidades. Su núcleo oval se encuentra en el te rcio apical de la célula, un poco superficial a la localización de los núcleos de las células olfatorias. El citoplasma apical de estas células posee

.

Célula de Schwann o

Dendrita - ____ -!

Vesícula ollatoria __ -I

Sistema respiratorio • 333

>.-----_- Glándula de Bowman

~\"'_ Tejido conectivo

Célula basal

v.--~ Célula ollatoria receptora

-++----+- Cél u la sustentacular

Cilios ollatorios Microvellosidades

Conducto de la glándula de Bowman

Fig. 15-2. Esquema del epitelio olfato rio que muestra células basales, olfatorias y sustentaculares.

gránulos secretorios que contienen un pigmento amarillo característico del color de la mucosa olfatoria. Las fotomi­crografías de las células sustentaculares demuestran que forman complejos de unión con las regiones de la vesícula

Fig. 15-3. Fotomicrografía de transmisión de la región apical del epitelio olfatorio de la rata . Obsérvese las vesícLllas olfatorias y los cilios que se proyectan a partir de ellas (X8 260). (Tomado de Mendoza AS , Kühnel W: Postnatal changes in the ultrastructure of the rat olfactory epithelium : The supran uclear regio n of supporting cell . Cell Tissue Res 265:193-196, 1991. Copyright by Springer-Ve rlag. )

•

olfatoria de las células olfatorias y también con células sustentaculares contiguas. La morfología de estas últimas no es muy notable, aunque muestran una red terminal prominente de microfilamentos de actina. Se piensa que

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334 ••• Sistema respiratorio

tales células proporcionan apoyo físico, nutrición y aisla­miento eléctrico a las células olfatorias.

Las células basales son cortas, basófilas y de forma piramidal, cuyas regiones apicales no llegan a la superficie epitelial. Su núcleo está localizado en el centro, pero debido a que son células cortas, ocupan el tercio basal del epitelio. Las células basales tienen una capacidad de proliferación considerable y pueden reemplazar tanto a células sustentaculares como a olfatorias. En una persona saludable, estas dos últimas tienen un periodo de vida menor de un año.

LAMINA PROPIA. La lámina propia de la mucosa olfa­toria se integra con un tej ido conectivo laxo a denso , colagenoso y con vascularización abundante, que se une firmemente al periostio subyacente. Contiene múltiples elementos linfoides y también el conjunto de axones de las células olfatorias, que forman fascículos de fibras nerviosas no mielinizadas. Las glándulas de Bowman, que elaboran un produCto secretorio seroso, también son indicativas de la mucosa olfatoria.

Histopatología de la cavidad nasal

La mucosa nasal filtra, entibia y humedece el aire inhalado y también se encarga de percibir los olores.

La mucosa nasal húmeda filtra el aire inhalado. El material particulado, como el polvo, es atrapado por el moco elaborado por las células caliciformes del epitelio y las glándulas seromucosas de la lámina propia. El líquido seroso, que secretan estas últimas, se localiza entre el moco y el plasmalema apica! de las células epiteliales respiratorias. Debido a que los cilios de las células cilíndricas ciliadas no llegan a la capa mucosa, su movimiento se restringe a la capa de líquido seroso. A medida que se mueven los cilios dentro del líquido acuoso, arrastran el moco ("hidroplaneado") en la interfaz de los dos líquidos. Se transporta así el material particulado atrapado en el moco, por la acción ciliar, a la h1ringe para deglutirse o expecto­rarse.

Además de filtrarse , el aire también se entibia y hume­dece a su paso por la mucosa, que se conserva tibia y húmeda en virtud de su abundante riego. El calentamiento del aire inspirado se facilita por la presencia de una extensa red de hileras de vasos arqueados agrupados en una dis­posición anteroposterior. Los lechos capilares que surgen de estos vasos se encuentran justo abajo del epitelio. La sangre fluye a la red vascular de la parte posterior a la anterior, antiparalela al flujo de aire; en consecuencia, se transfiere continuamente calor al aire inspirado por un mecanismo de contracorriente.

Los antígenos y alergenos que lleva el aire los con­trarrestan elementos linfoides de la lámina propia. La inmunoglobulina secretoria (IgA), elaborada por células plasmáticas, se desplaza a través del epitelio hacia la cavidad nasal por células cilíndricas ciliadas y las células acinares de las glándulas seromucosas. La IgE, que también produ­cen las células plasmáticas, se une a receptores de IgE de células cebadas y plasmalema de basófilos. La unión

subsecuente de un antígeno o un alergeno específico a la IgE unida induce la liberación por las células cebadas (y basófilos) de diversos mediadores de la inflamación que, a su vez, actúan en la mucosa nasal para generar los síntomas relacionados con el resfriado y la fiebre del heno.

CORRELACIONES CLlNICAS

La mucosa nasal se protege de la deshidratación al alternar el flujo sanguíneo a los senos venosos de la lámina propia que recubren los cornetes de las cavidades nasales derecha e izquierda. La región semejante a tejido eréctil (cuerpos tumefactos) de un lado se expande cuando se llenan con sangre sus senos venosos y reducen el flujo de aire a través de ese lado. La filtración de plasma a partir de los senos y secreciones seromucosas de las glándulas rehidrata la mucosa aproximadamente cada media hora.

Los irritantes químicos y el materia! particulado se eliminan de la cavidad nasal por el reflejo de estornudo. La expulsión súbita explosiva de aire elimina el irritante del conducto nasal.

El epitelio olfatorio tiene a su cargo la percepción de olores, que también contribuye de manera considerable a la diferenciación gustativa. Aún no se comprende bien el mecanismo de discernimiento de olores, aunque se sabe que el plasmalema de los cilios olfatorios de una célula olfatoria particular tiene múltiples copias de una molécula receptora de olor particular. Las moléculas de una sustancia olorosa disueltas en el líquido seroso se unen a su receptor específico. Cuando se ocupa un número umbral de receptores del olor, se estimula la célula olfatoria, se genera un potencial de acción y transmite información a través de su axón al bulbo olfatorio, una proyección del sistema nervioso central, para su procesamiento. Los axones de las células olfatorias hacen sinapsis con las dendri­tas de una .de 30 células mitrales dentro de regiones esfé ricas pequeñas del bulbo olfatorio conocidas como glómerulos. Cuando un nivel umbral de impulsos llega a la célula mitral, se despolariza y libera la señal a la corteza olfatoria para su procesamiento adicional.

Cada glomérulo recibe impulsos (información) de 2 000 neuronas olfatorias aproximadamente, cada una de ellas específica para la misma sustancia odorífera. Al igual que los antígenos, que pueden tener varios epitopos, cada uno de los cuales une un anticuerpo específico, las sustancias odoríferas poseen varias regiones pequeñas, cada una de ellas unida a una molécula receptora de olor específica. Por consiguiente, una sustancia odorífera particular puede unirse a varias moléculas receptoras de olor, activar un núm ero de neuronas olfatorias y suministrar información a varios glomérulos. Aunque sólo existen alrededor de 1 000 glomérulos, y cada uno recibe información sobre una molécula receptora de olor, la corteza olfatoria puede distinguir alrededor de 10 000 esencias diferentes. Esto es así mediante el reconocimiento de la información que

proviene de una combinación particular de glomérulos como una esencia aislada. Por lo tanto , un glomérulo par­ticular puede ser activo para reconocer varias esencias.

A fin de asegurar que un es tímulo aislado no pro­duzca respuestas repetidas , el flujo continuo de líquido seroso proveniente de las glándulas de Bowman refresca de manera constante los cilios olfatorios.

Senos paranasales

Los huesos etmoides , esfenoides, frontal y maxilares del cráneo contienen espacios grandes y recubiertos por mucoperiostio, los senos paranasales (denominados en relación con su localización ), que se comunican con la cavidad nasal. La mucosa de cada seno comprende una lámina propia de tejido conectivo vascular fusionada con el periostio. La lámina propia delgada semeja la de la cavidad nasal porque contiene glándulas seromucosas y también elementos linfoides . Del mismo modo que en la cavidad nasal, el epitelio respiratorio que recubre los senos para­nasales tiene múltiples células cilíndricas ciliadas cuyos cilios arrastran la capa de moco hacia la cavidad nasal.

Nasofaringe

La faringe se inicia en las coanas y se extiende hasta la abertura de la laringe . Esta cavidad continua se subdivide en tres regiones : a) nasofaringe superior, b ) bucofaringe media y c) laringofaringe inferior. La nasofaringe está recubierta de epitelio respiratori o, en tanto que las regio­nes bucal y laríngea se revisten de un epitelio escamoso estratificado. La lámina propia se conforma con un tejido conectivo laxo a denso, irregular y vascularizado , que contiene glándulas seromucosas y elementos linfoides. Está fusionado con el epimisio de los componentes de músculo esquelético de la faringe. La lámina propia de la superficie posterior de la nasofaringe contiene las amígdalas farín­geas, una acumulación no encapsulada de tejido linfoide que se describe en el capítulo 12.

Laringe

La laringe, o caja de la voz, tiene a su cargo la fonación y

prevención de la entrada de alimento y líquidos al sistema

respiratorio.

La laringe, situada entre la faringe y la tráquea, es un tubo cilíndrico, corto y rígido , de 4 cm de longitud y alrededor de 4 cm de diám etro. Se encarga de la fonación e impide la entrada de sólidos o líquidos al sistema res­piratorio durante la deglución. La pared de la laringe es tá reforzada por varios cartílagos hialinos (los cartílagos tiroides y cricoides únicos y la superficie inferior de los dos aritenoides) y cartílagos elásticos (la epiglotis única y los cartílagos corniculados y cuneiform es en pares y la parte superior de los aritenoides ). Estos cartílagos es tán unidos entre sí por ligam entos y sus movimientos

Sistema respiratorio ••• 335

uno respecto del otro están bajo el control de músculos esqueléticos intrínsecos y extrínsecos.

Los cartílagos tiroides y cricoides forman el apoyo cilíndrico de la laringe, en tanto que la epiglotis cubre la entrada (abertura) laríngea. Durante la respiración, la epiglotis se halla en posición vertical y permite el flujo de aire. Sin embargo, en la deglución de alimentos , líquidos y saliva se coloca en sentido horizontal y cierra la entrada laríngea. No obstante, en condiciones normales , incluso cuando no existe epiglotis, el material deglutido deriva la abertura laríngea. En ocasiones están fusionados entre sí los cartílagos aritenoides y corniculados y la mayor parte de los músculos intrínsecos de la laringe mueve los dos aritenoides , uno en relación con el otro y con el cartílago cricoides.

La luz de la laringe se reconoce por dos pares de plie­gues similares a entrepaños; los superiores son los pliegues vestibulares y los inferiores las cuerdas vocales. Los pliegues vestibulares son inmóviles. Su lámina pro­pia, compuesta de tejido conectivo laxo, contiene glándulas seromucosas, células adiposas y elementos linfoides . El borde libre de cada pliegue vocal está reforzado por tejido conectivo elástico, denso y regular, el ligamento vocal. El músculo vocal, unido al ligamento vocal, ayuda a los otros músculos intrínsecos de la laringe a modificar la tensión en las cuerdas vocales. Estos músculos también regulan la anchura del espacio entre las cuerdas vocales (la hendidura glótica) y por tanto permiten vibraciones reguladas con precisión de sus bordes libres por el aire expulsado.

Durante la respiración silenciosa, las cuerdas vocales se encuentran en abducción parcial (separadas) y en la inspiración forzada están completamente retraídas. Sin embargo, en la fonación , las cuerdas vocales se juntan de manera ajustada y forman una hendidura estrecha entre ellas. El movimiento del aire contra los bordes de las cuerdas vocales juntas firmemente produce y modula el sonido (pero no el habla, que se forma con los movimientos de la faringe, paladar blando, lengua y labios ). Cuanto más largos y relajados estén los pliegues (las cuerdas) vocales, más grave será el tono del sonido. Debido a que la laringe de un varón después de la pubertad es más grande que la de una mujer, los varones tienen la voz más grave .

La laringe tiene un recubrimiento de epitelio cilín­drico ciliado seudoestratificado, excepto en la superficie de las regiones superiores de la epiglotis y las cuerdas vocales , que está recubierta de epitelio escamoso estra­tificado no queratinizado. Los cilios de la laringe se mueven a la faringe y transportan el moco y material particu­lado atrapados hacia la boca para expectorarse o deglu­tirse.

CORRELACIONES CLlNICAS

La laringitis, que es la inflamación de los teji­dos laríngeos, incluidas las cuerdas vocales, impide que estos últimos vibren libremente. Las perso­nas que padecen laringitis tienen voz ronca o sólo pueden susurrar.

336 ••• Sistema respiratorio

La presencia de irritantes químicos o material particulado en los conductos aéreos superiores , entre ellos la tráquea y los bronquios, induce el reflejo de la tos, que produce una corriente explo­siva de aire que elimina el irritante. El reflejo de la tos se inicia con la inhalación de un volumen grande de aire y el cierre de la epiglotis y la glotis (retracción de las cuerdas vocales ), seguido de una potente contracción de los músculos que se encargan de la espiración forzada (intercostales y abdominales ). La abertura súbita de la glotis y epiglotis suscita una corriente de aire cuya velocidad puede exceder los 160 km por hora)' que elimina el irritante con una gran fuerza.

Tráquea

La tráquea tiene tres capas: mucosa, submucosa y adventicia; en esta última se localizan anillos en C.

La tráquea es un tubo de 12 cm de largo y 2 cm de diámetro , que se inicia en el cartílago cricoides de la laringe y termina tras bifurcarse para formar los bronquios principales. La pared de la tráquea está reforzada por 10 a 12 anillos de cartílago hialino en forma de herradura (anillos en C). Los extremos abiertos de estos anillos están situados hacia la parte posterior y unidos entre sí por músculo liso, el músculo traqueal. Debido a esta disposición de los anillos en C , la tráquea es redonda en la parte anterior pero aplanada en la posterior. El pericondrio de cada anillo en C se une al pericondrio situado directamente arriba)' abajo por tejido conectivo fibroelástico, que proporciona fl exibilidad a la tráquea )'

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permite que se alargue durante la inspiración. La contrac­ción del músculo traqueal reduce el diámetro de la luz de la tráquea y da lugar a un flujo de aire más rápido que ayuda a desalojar material extraño (moco u otros irritantes ) de la laringe mediante la tos.

La tráquea tiene tres capas: mucosa, submucosa )' adventicia (fig 15-4).

Mucosa

El recubrimiento mucoso de la tráquea se compone de epitelio cilíndrico ciliada (respiratorio) seudoestratifi­cado, tejido conectivo subepitelial (lámina propia) y un haz de fibras elásticas relativamente gruesas que separa la mucosa de la sub mucosa.

Epitelio respiratorio

El epitelio respiratorio es un epitelio cilíndrico ciliado seudoestratificado integrado por seis tipos de células; las caliciformes, cilíndricas ciliadas y basales constituyen el 90% de la población celular.

El epitelio respiratorio, un epitelio cilíndrico ciliada seudoestratificado, está separado de la lámina propia por una membrana basal gruesa. El epitelio se conforma con seis tipos de células: caliciformes, cilíndricas ciliadas, basales, en cepillo, serosas )' células del sistema neuroendocrino difuso (SNED). Todas estas células están en contacto con la membrana basal, pero no todas llegan a la luz (fig. 15-5).

Las células caliciformes representan alrededor del 30% de la población celular total del epitelio respiratorio)' producen mucinógeno, que se hidrata y se conoce como mucina cuando se libera a un ambiente acuoso. Al igual

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Fig. 1 S-4. Fotol11i crografía de la tráquea de 1110no. Véase la presencia del anillo en e de cartílago hi alino en la adventicia (x270) .

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Fig. 15-5. Fotomicrografía de transmisión del epitelio respiratorio de mono del tabiqne nasal anterior. Obsérvese la presencia de células caliciformes (gc). ciliadas (c), basales (bc) y células mncosas de gránulo pequeño (smg). (Tomado de Harkema JH, Plopper CG, Hyde DM, et al: Nonolfactory surface epithelium of the nasal cavity of the bonnet monkey: A morphologic and morphometric study of the transitional and respiratory ephitelium. Am J Anat 180:266-279, 1987. Copyright © 1987. Heimpreso con autorización de Wiley-Liss, Inc, subsidiaria de John Wiley & Sons , Inc.)

que las células caliciformes en cualquier otra parte, las del epitelio respiratorio tienen un tallo estrecho, colocado basalmente, y una teca expandida que contiene gránulos secretorios . La fotomicrografía muestra que el núcleo y la mayor parte de los organelos se ubican en el tallo. Esta región tiene una red abundante de retículo endoplásmico rugoso (RER), un complejo de Golgi bien desarrollado, múltiples mitocondrias y abundantes ribosomas. La teca está llena de múltiples gránulos secretorios de diámetros variables que contienen mucinógenos. El plasmalema apical tiene unas cuantas microvellosidades romas cortas (fig. 1.5-.5) .

Las células cilíndricas ciliadas constituyen alrededor del 30% de la población celular total. Estas células delgadas \. altas tienen un núcleo localizado en la base y poseen cilios y microvellosidades en su membrana celular apical fig . 1.5-6). El citoplasma justo abajo de estas estructuras

es rico en mitocondrias y tiene un complejo de Golgi. El resto del citoplasma posee un poco de RER y unos cuantos ribosomas. Estas células desplazan el moco y su material particulado atrapado, mediante la acción ciliar, hacia la nasofaringe para eliminarlos.

Las células basales cortas comprenden alrededor del 30% de la población celular total. Se localizan en la membrana basal pero sus superficies apicales no llegan a la luz (fig. 1.5-.5). Estas células relativamente indiferencia­das se consideran las células madre que proliferan para reemplazar células caliciformes, cilíndricas ciliadas y en cepillo muertas.

Sistema respiratorio ••• 337

Las células en cepillo (células mucosas con gránulos pequeños) forman alrededor del 3% de la población total de células. Son células cilíndricas estrechas con microve­llosidades altas. Se desconoce su función pero se han relacionado con terminaciones nerviosas; por esta razón, algunos investigadores sugieren que pueden tener una función sensorial. Otros investigadores piensan que las células en cepillo son simplemente células caliciformes que liberaron su mucinógeno.

Las células serosas, que representan alrededor del 3% de la población celular total del epitelio respiratorio , son células cilíndricas. Tienen microvellosidades y gránulos apicales que contienen un producto secretorio electrodenso, un líquido seroso cuya composición no se conoce.

Las células del SNED, que también se denominan células de gránulos pequeños, forman del 3 a 4% de la población total de células. Contienen múltiples gránulos en su citoplasma basal. Es probable que el contenido de estos gránulos se libere a los espacios de tejido conectivo de la lámina propia. Estas células son de diversos tipos y liberan agentes farmacológicos que tal vez controlen el funcionamiento de otras células del epitelio respiratorio.

Fig. 15-6. Fotomicrografía de barrido de la tráquea fetal humana que muestra células ciliadas y no ciliadas (X5 500). (Tomado de Montgomery PQ , Stafford ND, Stolinski C: Ultrastructure of the human fetal trachea: A morphologic study of the lu minal and glandul ar epithelia at the mid-trimester. J Anat 173:43-59, 1990. Heimpreso con autorización de Cambridge Unive rsity Press .)

338 ••• Sistema respiratorio

Estas células se comentan con mayor detalle en el capítu­lo 17.

Lámina propia y fibras elásticas La lámina propia de la tráquea está compuesta por un

tejido conectivo fibroelástico y laxo. Contiene elementos linfoides (p. ej., nódulos linfoides, linfocitos y neutrófilos ) y también moco y glándulas seromucosas cuyos conductos se abren a la superficie epitelial. Una capa densa de fibras elásticas, la lámina elástica, separa la lámina propia de la submucosa subyacente.

Submucosa La submucosa traqueal se integra con un tejido conec­

tivo fibroelástico denso e irregular, que contiene múltiples glándulas mucosas y seromucosas, cuyos conductos cortos perforan las láminas elástica y propia para desembocar en la superficie epitelial. En la submucosa también se identifican elementos linfoides . Más aún, esta región tiene un riego sanguíneo y linfático abundante y sus ramas más pequeñas llegan a la lámina propia.

Adventicia

La adventicia de la tráquea contiene los anillos en C

de cartílago hialino.

La adventicia de la tráquea se conforma con tejido conectivo fibroelástico (fig. 15-4). Las características más notables de la adventicia son los anillos en C de cartílago hialino y el tejido conectivo fibroso intermedio. La adventicia también se encarga de fijar la tráquea a las estructuras adya­centes (es decir, esófago y tejidos conectivos del cuello).

CORRELACIONES CLlNICAS

El epitelio respiratorio de personas con exposición crónica a irritantes como el humo del cigarro y el polvo del carbón sufren alteraciones reversibles que se conocen como metaplasia, vinculadas con un incremento del número de células caliciformes respecto de las ciliadas. El mayor número de células caliciformes produce una capa más gruesa de moco para eliminar los irritantes, pero el número redu­cido de cilios retarda el ritmo de eliminación de moco y da por resultado la congestión. Aún más , las glándulas seromucosas de la lámina propia y sub mucosa aumentan de tamaño y forman una secreción más profusa. Unos cuantos meses después de eliminarse los contaminantes, se normaliza la relación celular (1: 1) Y las glándulas seromucosas vuelven a su tamaño anterior.

Arbol bronquial

El árbol bronquial se inicia en la bifurcación de la tráquea, como los bronquios principales derecho e

izquierdo, que se ra mifican (forman ramas que reducen su tamai'io gradualmente). El árbol bronquial está compuesto por vías respiratorias localizadas fuera de los pulmones (bronquios principales, bronquios extrapulmonares ) y con­ductos respiratorios situados dentro de los pulmones: bronquios intrapulmonares (bronquios secundarios y ter­ciarios), bronquiolos, bronquiolos terminales y bronquiolos respiratorios (fig. 15-7). A medida que las vías respiratorias disminuyen progresivamente de tamaño, se observan varias tendencias, por ejemplo una disminución de la cantidad de cartílago, número de glándulas y células caliciformes y altura de las células epiteliales y un incremento del músculo liso y tejido elástico (respecto del grosor de la pared).

Bronquios primarios (extrapulmonares)

La estructura de los bronquios primarios es idéntica a la de la tráquea, con la excepción de que los bronquios tienen un diámetro más pequeño y sus paredes son más delgadas. Cada bronquio principal, acompañado de las arterias, venas y vasos linfáticos pulmonares, perfora el hilio del pulmón. El bronquio derecho es más recto que el izquierdo y se divide en tres ramas que van a los tres lóbulos del pulmón derecho; el bronquio izquierdo se bifurca en dos y emite ramas a los dos lóbulos del pulmón izquierdo. Estas ramas penetran a continuación en las sustancias de los pulmones como bronquios intrapulmonares.

Bronquios intrapulmonares (secundarios y terciarios)

Cada bronquio intrapulmonar se dirige a un lóbulo del pulmón; los bronquios terciarios avanzan a segmentos broncopulmonares.

Cada bronquio in,trapulmonar es el conducto aéreo para un lóbulo del pulmón. Estas vías respiratorias son similares a los bronquios primarios, con las excepciones siguientes. Los anillos en C de cartílago están reemplaza­dos por placas irregulares de cartílago hialino que rodean por completo la luz de los bronquios intrapulmonares; en consecuencia, estas vías respiratorias no tienen una región aplanada sino que son completamente redondas . El músculo liso se sitúa en la interfaz de la lámina propia fibroelástica y la submucosa como dos capas distintas de músculo liso en espiral en direcciones opuestas. Las fibras elásticas, que se irradian desde la adventicia, se unen a fibras elásticas que provienen de la adventicia de otras partes del árbol bronquial.

Al igual que en los bronquios primarios y la tráquea, en la lámina propia y la submucosa de los bronquios intrapulmonares se encuentran glándulas seromucosas y elementos linfoides. Los conductos de estas glándulas llevan sus productos secretorios a la superficie del recubrimiento epitelial ciliado seudoestratificado de la luz. Los nódulos linfoides son en particular obvios en donde se ramifican estas vías respiratorias para formar bronquios intrapul­monares cada vez más pequeí'íos. Estos últimos tienen

Fig. 15-7. Esquema del siste rna respi­ratorio que mues tra bronquiolos, bron­quiolos terminales, bronquiolos respi­ratorios, conductos alveolares , sacos y alveolos.

Poro alveolar

paredes más delgadas, cantidades decrecientes de placas de cartílago hialino y células de recubrimiento epitelial más cortas.

Los bronquios secundarios , que son ramas directas de los bronquios primarios que conducen a los lóbulos del pulmón, también se conocen como bronquios lobares. El pulmón izquierdo tiene dos lóbulos y por tanto dos bronquios secundarios ; el pulmón derecho posee tres lóbulos y en consecuencia tres bronquios secundarios.

A medida que penetran los bronquios secundarios en los lóbulos del pulmón se subdividen en ramas más pequeñas , los bronquios te rciarios (segm entarios ). Cada bronquio terciario se ramifica pero pasa a una sección discreta del tej ido pulmonar conocida como segmento broncopul­monar. Cada pulmón tiene 10 segmentos broncopulmo­nares completamente separados unos de los otros por

Tabique intraalveolar

Bronquiolo

Fibras de músculo liso

Vena pulmonar (lleva sangre oxigenada)--r

Red capilar alveolar

Sistema respiratorio a a a 339

'-----Arteria pulmonar (lleva sangre desoxigenada)

f--- Bronquiolo respiratorio

Conducto alveolar

Red de elastina

elementos de tejido conectivo y son clínicamente relevantes en procedimientos quirúrgicos pulmonares.

Conforme reducen su diámetro las ramificaciones de los bronquios intrapulmonares, conducen finalmente a los bronquiolos.

Bronquiolos

Los bronquiolos no poseen cartílago en sus paredes, tienen menos de 1 mm de diámetro y poseen células de Clara en su recubrimiento epitelial.

Cada bronquiolo (o bronquiolo primario) lleva aire a un lóbulo pulmonar. Los bronquiolos se consideran la lOa a 15a generación de ramificaciones dicótomas del árbol

340 ••• Sistema respiratorio

bronquial. Por lo regular, se considera que su diámetro es menor de 1 mm, aunque esta cifi-a varía entre los autores de 5 a 0.3 mm. El desacuerdo sobre el diámetro de los bronquiolos puede suscitar confusiones en las descripciones de su estructura (pero no debe considerarse una razón para que el lector se complique la vida).

El recubrimiento epitelial de los bronquiolos varía de cilíndrico simple ciliado, con células caliciformes oca­sionales en los bronquiolos más grandes, a cuboidal sim­ple (a menudo con cilios ), con células de Clara even­tuales y sin células caliciformes en los bronquiolos más

-pequenos. Las células de Clara son cilíndricas con ápices en

forma de cúpula con microvellosidades romas y cortas (fig. 15-8) . Su citoplasma apical contiene múltiples gránulos secretorios que incluyen glucoproteínas elaboradas en su abundante RER. Se piensa que las células de Clara pro­tegen el epitelio bronquiolar al recubrirlo con su producto secretorio. Además, estas células degradan toxinas en el aire inhalado mediante enzimas del citocromo P-450 en su retículo endoplásmico liso. Algunos investigadores también sugieren que las células de Clara producen un material similar al agente tensoactivo que reduce la tensión super­ficial de los bronquiolos y facilita la conservación de su permeabilidad. Más aún, las células de Clara se dividen para regenerar el epitelio bronquiolar.

La lámina propia de los bronquiolos carece de glándulas; está rodeada de una malla laxa de capas de músculo liso orientadas helicoidalmente (fig. 15-9). Las paredes de los bronquiolos y sus ramas no tienen cartílago. Del tejido conectivo fibroelástico que rodea las capas de músculo liso de los bronquiolos se proyectan fibras elásticas, que se conectan con similares y se ramifican a partir de otras ramas del árbol bronquial. Durante la inhalación, a medida que se expande el volumen pulmonar, las fibras elásticas ejercen cierta tensión en las paredes bronquiolares; al tirar de manera uniforme en todas direcciones, las fibras

elásticas contribuyen a conservar la permeabilidad de los bronquiolos .

CORRELACIONES CLlNICAS

Las capas de músculo liso de los bronquiolos están controladas por el sistema nervioso parasimpático. En condiciones normales, se contraen los recubri­mientos de músculo liso al final de la espiración y se relajan en la inspiración. Los pacientes con asma, en quienes la cubierta de músculo liso se contrae un tiempo prolongado durante la espiración, tienen en consecuencia dificultad para expulsar el aire de sus pulmones. Los esteroides y los agonistas beta2 relajan el músculo liso bronquiolar y se utilizan con frecuencia para aliviar ataques asmáticos.

Bronquiolos terminales

Los bronquiolos terminales forman la región más pequeña y distal de la porción conductora del sistema respiratorio.

Cada bronquiolo se subdivide para formar varios bron­quiolos terminales más pequeños que tienen menos de 0.5 mm de diámetro y constituyen el final de la porción conductora del sistema respiratorio. Estas estructuras llevan aire a los ácinos pulmonares, que son subdivisiones del lóbulo pulmonar. El epitelio de los bronquiolos terminales está compuesto de células de Clara y cuboides, algunas de ellas con cilios . La lámina propia estrecha incluye tejido conectivo fibroelástico y se rodea de una o dos capas de células de músculo liso. Las fibras elásticas se irradian desde la adventicia y, tal y como se observa en los bronquiolos, se unen a fibras similares que se proyectan desde otras

Fig. 15-8. Fotomicrografía de barrido de células de Clara y células cuboidales ciliadas de bronquiolos terminales de rata (X 1817). (Tomado de Peao MND , Aguas AP, De Sa CM, Grande NR: Anatomy 01' Clara cell secretion: Surface changes observed by scanning elec­tron microscopy. J Anat 183:377-388, 1993. Reimpreso con autorización de Cambridge University Press .)

•

Fig. 15-9. Fotomicrografía de un bronquiolo (x 117). Obsérvese la presencia de músculo liso y la ausencia de cartílago en su pared.

ramas del árbol bronquial. Los bronquiolos terminales se ramifican para formar los bronquiolos respiratorios.

PORCION RESPIRATORIA DEL SISTEMA RESPIRATORIO

La porción respiratoria del sistema respiratoria está com­puesta de bronquiolos respiratorios, conductos y sacos alveolares y alveolos.

Bronquiolos respiratorios

Los bronquiolos respiratorios son la primera región del sistema respiratorio en que puede ocurrir el intercambio

de gases.

Los bronquiolos respiratorios tienen una estructura similar a la de los terminales, pero sus paredes están interrumpidas por la presencia de estructuras semejantes a sacos, de pared delgada, conocidas como alveolos, en donde puede ocurrir el intercambio gaseoso (0 2 por COz ) . . \ medida que se ramifican los bronquiolos, se estrechan cada vez en diámetro y aumentan su población de alveolos. Después de varias ramificaciones , cada bronquiolo respi­ratorio termina en un conducto alveolar (fig. 15-10).

Conducto alveolar, atrio y saco alveolar

Los conductos alveolares, atrios y alveolos tienen una red

capilar abundante.

Sistema respiratorio ••• 341

Los conductos alveolares no tienen paredes propias; son simplemente disposiciones lineales de los alveolos (figs. 15-11 y 15-12). Un conducto alveolar que surge de un bronquiolo respiratorio se ramifica y cada uno de los conductos alveolares resultantes suele terminar en una evaginación ciega compuesta de dos o más grupos peque­ños de alveolos y en la que cada racimo se conoce como saco alveolar. Estos sacos alveolares se abren así en un espacio común, que algunos investigadores llaman atrio.

El conducto alveolar está reforzado y estabilizado en parte por elementos de tejido conectivo delgados entre los alveolos , los tabiques interalveolares. Además, la aber­tura de cada alveolo al conducto alveolar está controlada por una célula de músculo liso aislada ("botón" de músculo liso) incluida en colágena tipo III , que forma un esfínter delicado que regula el diámetro de la abertura.

De la periferia de los conductos y sacos alveolares se ramifican fibras elásticas finas para entremezclarse con similares que se irradian desde otros elementos intrapul­monares. Esta red de fibras elásticas no sólo conserva la permeabilidad de tales estructuras delicadas durante la inhalación, sino que también la protege contra el daño durante la distensión y tiene a su cargo la espiración no forzada.

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Fig. 15-10. Fotomicrografía de un conducto alveolar humano. A. conducto alveolar; R, bronquiolo respiratorio.

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342 ••• Sistema respiratorio

¿..- Bronquiolo respiratorio

Poro

Conducto alveolar

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Difusión de CO2 a la sangre y conversión en HC03

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Difusión de CO2 de la sangre al alveolo

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o Capilar

Alveolo

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Alveolo del pulmón

Fig. 15-11. Esquema. A, bronquiolo respiratorio, saco alveolar, poro alveolar y alveolos. B, tabique interalveolar. e , captación de dióxido de carbono de los tejidos del cuerpo por eritrocitos y plasma. D, liberación de dióxido de carbono por los eritrocitos y el Piasma en el pulmón.

Alveolos

Los alveolos son sacos de aire pequeños compuestos de neumocitos tipo I muy atenuados y neumocitos tipo 11 más grandes.

Cada alveolo es una evaginación pequeña, de unos 200 !-un de diámetro , de bronquiolos respiratorios , COJl-

duetos y sacos alveolares (figs . 15-13; véanse figs. 15-11 A 1j B Y 15-12). Los alveolos forman la unidad estructural y funcional primaria del sistema respiratorio , ya que sus paredes delgadas permiten el intercambio de COz por O2

entre el aire y su luz y la sangre en capilares adyacentes . Aunque cada alveolo es una estructura pequeña, alrededor de 0.002 mm3, su cifra total se aproxim a a 300 millones y le confiere al pulmón su consistencia similar a una esponja. Se

Fig. 15-12. Fotomicrografía de barrido de un pulmón de rata que muestra un bronquiolo (b ), una arte ri a pequeña (v) y alveolos (d ), algunos de los cuales presentan poros alveolares. (Tomado de Leeson TS , Leeson eR, and Paparo AA: Text/Atlas 01' Histology. Philadelphia, \VE Saunders, 1988. )

. '

estima que el área total de superficie de todos los alveolos disponibles para intercambio de gases excede los 140 m2

(el área aproximada de un apartamento de dos recámaras de tamaño promedio ).

Debido a su gran número, los alveolos suelen estar comprimidos entre sí, lo que elimina el intersticio de tejido conectivo entre ellos. En estas áreas de contacto, los espacios aéreos de los dos alveolos pueden comunicarse uno con el otro a través de un poro alveolar (de Kohn), cuyo diámetro varía de 8 a 60 fLm (fig. 15-12). Posiblemente la función de estos poros sea la de equilibrar la presión del aire dentro de los segmentos pulmonares . La región entre dos alveolos adyacentes se conoce como tabique interalveolar y está ocupada por un lecho capilar extenso compuesto de capilares continuos, que reciben su riego de la arteria pulmonar y son drenados por la vena pulmonar. En el tejido conectivo del tabique interalveolar abundan fibras elásticas y de colágena tipo III (reticulares).

Puesto que los alveolos y los capilares estcín compuestos de células epiteliales, están revestidos de una lámina basal prominente. A diferencia de los bronquiol os respiratorios y los conductos alveolares , las aberturas ele los alveolos

Sistema respiratorio ••• 343

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relacionados con los sacos alveolares, están desprovistos de células de músculo liso. En lugar de ello, sus orificios están circunscritos por fibras elásticas y en especial reticulares. Las paredes de los alveolos se componen de dos tipos de células: neumocitos tipos I y II.

Neumocito5 tipo I Alrededor del 95% de la superficie alveolar se integra

con epitelio escamoso simple, cuyas células se conocen como neumocitos tipo 1 (también llamados células alveolares tipo 1 y células alveolares escamosas). Dado que las células de este epitelio están sumamente atenuadas , su citoplasma puede ser tan delgado como de 80 nm de ancho (fig. 1.5-14; véase fig. 15-12). La región del núcleo es mucho más ancha y contiene gran parte de la población de organelos de la célula, compuesta de una cantidad pequeña de mitocondrias , unos cuantos perfiles de RER y un aparato de Golgi modesto.

Los neumocitos tipo I forman union es ocluyentes unos con otros y evitan así el escape de líquido extracelular (líquido tisular) a la luz alveolar. La superficie aclluminal de estas células posee un recubrimiento ele una lámina basal

,

344 ••• Sistema respiratorio

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bien desarrollada, que se extiende casi hasta el reborde de los poros alveolares . El reborde de cada poro alveolar se fo rma con la fusión de las membranas celulares de dos neumocitos tipo I yuxtapuesto estrechamente que pertenecen a dos alveolos pequeños.

Neumocitos tipo 11 Aunque los neumocitos tipo 11 (también conocidos

como células alveolares mayores, células septales o células alveolares tipo 11) son más numerosos que los neumocitos tipo 1, sólo ocupan alrededor del 5% de la superficie alveolar. Estas células cuboides están entremezcladas entre los neumocitos tipo I y forman uniones de oclusión. Su superficie apical en forma de ¡cúpula se proyecta a la luz de los alveolos (Rgs . 15-15 y 15-16) . Los neumocitos tipo 11 se localizan habitualmente en regiones en las que están separados alveolos adyacentes unos de otros por un tabique (de ahí el nombre de células

•

Fig. 15-13. Fotomicrografía de transmisión del tab ique interalveolar en un mono. Obsérvese la presencia de alveo­los (a), eritrocitos (e ), inte rior de capilares (e ) y macrófagos aheolares (rn ). Son obvios los filopodios !flechas) . Los as te riscos indican la presencia de poros alveolares. (Tomado de Mai na JN: Morphology and morphomet,y of the normal lung of the ad\llt ve rvet monkey [Cercopithecus aethiops] Am J An at 183258-267, 1988. Copyright © 1988. Heim­preso con autorización de \Viley-Liss , 1nc, una subsidiari a de John Wi ley & Sons, 1nc .)

septales ) y su superficie adluminal se recubre con lámina basal.

Las foto micrografías de neumocitos tipo 11 muestran microvellosidades apicales cortas . Tienen un núcleo central, abundantes RE R, un aparato de Golgi bien desarrollado y mitocondrias . La característica más distintiva de estas células es la presencia de cue rpos laminares unidos a la membrana que contienen agente tensoactivo pulmonar (surfactante), el producto secretorio de estas células.

El agente tensoactivo pulmonar, que se sintetiza en el RER de los neum ocitos tipo n, se compone principal­mente de dos fosfolípidos , dipalmitoilfosfatidilcolina y fosfatidilglicerol, y cuatro proteínas únicas , proteínas del agente ten so activo A, B , e y D. El agente tenso activo se modifica en el aparato de Golgi y a continuación se libera de la red de Golgi trans a vesículas secretorias , conocidas como cuerpos compuestos, los precursores inmediatos de los cuerpos laminares.

a Fig. 15-14. Fotomicrografía de transmis ión de la barrera aheolocapil ar (X iI 950). l\ótesc la presencia del al veolo (a), los neumocitos tipo 1 fusionados (ep ), las láminas basales fu sionadas (b ), la célula endotelial de l capilar fusionada (en ) con "esículas pinocitóticas !flechas ), el plasma (p ) y el eritrocito (r ) dentro de la luz capilar. (Tomado de Maina J'J: Morpbology and l1lorphometry of the normal lung of the adult vervet monkey [Cercop ithecus aethio)ls ] Am J Anat 183:258-')6í , 1988. Copyri ght © 1988. Reimpreso con autorización de 'vViley-Liss, lnc, una subsidi ari a de John 'vVil ey & Sons, lnc.

Agente tensoactivo expulsado de la vesícula de lipoproteína

Cuerpo

Hipolaz acuosa

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Agente tensoactivo

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Fig. 15-15. Esquema de un neumocito tipo 11.

Fig. 15-16. Fotomicrografía de trans ­misión de un neumocito tipo Ir . Obsérvese el núcleo colocado en el centro (A) fl an­queado por varios cuerpos laminares. a, alveolos; e, capilares; e , fibras elásticas; En, núcleo de la cé lula endotelial; f, fibras de colágena. Las flechas representan la barrera alveolocapilar; e l asterisco indica una plaqueta. (Tomado de Leeson TS . Lee­son e R, and Paparo AA: Text/ Atlas of Histo­logy. Philadelphia, WB Saunde rs, 1988. )

Sistema respiratorio __ _ 345

CORRELACIONES CLlNICAS

Al nacer se expanden los pulmones del niño al respirar por primera vez y la presencia de agente tensoactivo pulmonar permite que los alveolos per­manezcan permeables. Los lactantes inmaduros (que nacen antes de siete meses de gestación ) que aún no producen agente tensoactivo (o que elaboran una cantidad inadecuada) padecen insuficiencia respiratoria del recién nacido potencialmente mortal. Estos recién nacidos se tratan con una combinación de agente tensoactivo sintético y admi­nistración de glucocorticoides. El agente tensoactivo sintético actúa de inmediato para reducir la tensión de superficie y los glucocorticoides estimulan los neumocitos tipo II para que produzcan agente tensoactivo.

El agente tensoactivo se libe ra por exocitosis hacia la luz de los alveolos en donde forma una red amplia parecida a un enrejado conocida como mielina tubular, que se separa en porciones lipídica y proteínica. Ellípido se inserta en una película monomolecular de fosfolípidos que forma una interfaz con el aire y la proteína penetra en la capa acuosa entre los neumocitos y la película fosfolipídica. El agente tensoactivo reduce la tensión superficial e impide así el colapso de los alveolos. Lo elaboran continuamente los neumocitos tipo II y, según pruebas recientes , lo fagocitan estos últimos y macrófagos alveolares .

Además de producir y fagocitar agente tensoactivo, los neumocitos tipo II se dividen por mitosis para regenerarse a sí mismos y también a neumocitos tipo I.

346 ••• Sistema respiratorio

Macrófagos alveolares (células de polvo)

Los macrófagos alveolares fagocitan material particulado en la luz de los alveolos y también en los espacios interalveolares.

Los monocitos llegan al intersticio pulmonar, se trans­forman en macrófagos alveolares (células de polvo), migran entre los neum ocitos tipo 1 y penetran en la luz del alveolo. Estas células fagocitan material particulado, como polvo y bacterias y, por consiguiente, conservan un am biente estéril dentro de los pulmones (fig. 1.5-17; véase fig. 1.5-13). Estas células también ayudan a los neumocitos tipo Il en la captación ele agente tensoactivo . Cada día migran a los bronquios alrededor de 100 millones de macrófagos y por acción ciliar se traslaelan de ese sitio a la faringe para eliminarse por deglución o expectoración . Sin embargo, algunos macrófagos alveolares penetran nuevamente en el intersticio pulmonar y migran a vasos linfáticos para salir de los pulmones.

•

CORRELACIONES CLlNICAS

Los macrófagos alveolares de pacientes con con­gestión pulmonar e insuficiencia cardiaca congestiva contienen eritrocitos extravasados y fagocitados. Estos macrófagos se denominan a menudo células de insuficiencia cardiaca.

El enfisema es una enferm edad que se relaciona muchas veces con las secuelas de la exposición a largo plazo al humo de cigarrillos y otros inhibiclo­res de la proteína antitripsina alf~ll. Esta proteína protege los pulmones contra la destrucción de fibras elásticas por la elastasa sintetizada por células de

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polvo. En estos sujetos se reduce la elasticidad del tejido pulmonar y se encuentran sacos grandes llenos de líquido que reducen la capacidad de intercambio de gases de la porción respiratoria del sistema respiratorio.

Tabique interalveolar

La región entre dos alveolos adyacentes, conocida como tabique interalveolar, está recubierta en ambos lados por epitelio alveolar (fig. 1.5-13). El tabique interalveolar puede ser extremadamente estrecho y contener sólo un capilar continuo y su lámina basal, o bien ser un poco más ancho e incluir elementos de tejido conectivo, como fibras de colágena tipo III y elásticas, macrófagos, fibroblastos (y miofibroblastos ), células cebadas y elementos linfoides.

Barrera alveolocapilar

La barrera alveolocapilar es la región del tabique interalveolar que atraviesan el O2 y el CO2 a medida que estos gases pasan de la sangre a la luz de los alveolos

. y viceversa.

Las regiones más delgadas del tabique interalveolar donde pueden intercambiarse los gases se llaman barreras alveolocapilares (véase fig. 1.5-14). La barrera alveoloca­pilar más estrecha, en donde se encuentran en contacto estrecho los neumocitos tipo 1 con el recubrimiento endo­telial del capilar y se fusionan las láminas basales de los dos epitelios, es la más eficiente para el intercambio de O2 (en la luz alveolar) o CO2 (en la sangre) . Estas regiones están compuestas de las tres estructuras siguientes:

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Fig. 1 S·17. Macrófagos pulmón humano (X 270).

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• Agente tensoactivo y neumocitos tipo 1 • Láminas basales fusionadas de neumocitos tipo 1 y

células endoteliales de los capilares • Células endoteliales de capilares continuos

Intercambio de gases entre los tejidos y pulmones

En los pulmones se intercambia O2 por CO2 trasladado por la sangre; en los tejidos del cuerpo se intercambia

CO2 por O2, transportado por la sangre.

Durante la inspiración, penetra aire que contiene oxí­geno en los espacios alveolares del pulmón . D ebido a que el área de superficie total de todos los alveolos supera los 1-10 mZ y el volumen sanguín eo total en todos los capilares en cualquier momento no es mayor de 140 mi; el espacio disponible para difusión de gas es enorme. El oxígeno se difunde a través de la barrera alveolocapilar y gas para penetrar en la luz de los capilares y unirse a la porción hem de la hemoglobina del eritrocito y formar oxihemoglobina. El COz sale de la sangre , se difunde a través de la barrera alveolocapilar en la luz de los alveolos y sale de los espacios alveolares a medida que se expulsa el aire rico en COo.

El paso de COl y O2 a través de la barrera alveolocapilar se debe a difusión pasiva en respuesta a las presiones parciales de los gases dentro de la sangre y las luces alveolares.

Las células del cuerpo forman por minuto aproximada­mente 200 mI de COo que penetra en el torrente sanguíneo y se transporta en tres formas: como gas disuelto en el plasma (20 mI), unido a hemoglobina (40 mI) y como ion bicarbonato del plasma (140 mI). Se observa la secuencia de fenómenos siguientes (fig. 15-11C):

l. La mayor parte del COz disuelto en el plasma se difunde al citosol de los eritrocitos.

2. Parte del COz se une a la molécula de globina de la hemoglobina. Aunque el COl se transporta en una región diferente de la molécula de hemoglobina, su capacidad de unión es mayor cuando no existe 0 1 en la porción hem respecto de cuando se encuentra este último.

3. Dentro del citosol del eritrocito se combina la mayor parte del CO2 con agua, una reacción catalizada por la enzima anhidrasa carbónica, para formar ácido carbónico, que se disocia en iones hidrógeno (H +) y bicarbonato (H C0 3-) . El ion hidrógeno se une a la hemoglobina y el de bicarbonato sale del e ritrocito para penetrar en el plasm a. A fin de conservar e l equilibrio iónico, penetra ion cloruro (Cl- ) del plasma en el eritrocito; este intercambio de bicarbonato por iones cloruro se conoce como cambio de cloruro.

Las arterias pulmonares transportan la sangre rica en bicarbonato a los pulmones. Debido a que la concentración de COo es mayor en la sangre que en las luces alveolares , se libera este gas (siguiendo el gradiente de concentración). El mecanismo de liberación es el inverso de las reacciones

Sistema respiratorio ••• 347

previas. Tiene lugar la secuencia de fenómenos siguiente (fi g. 15-11D ):

l. Penetran iones bicarbonato en los eritrocitos (con la liberación consiguiente de Cl- de los glóbulos rojos al plasm a, conocida como cambio de cloruro).

2. Se combin an los iones bicarbonato e hidrógeno en el citosol del eritrocito para formar ácido carbónico.

3. En el pulmón, la combinación de O2 con hemoglobina torna a esta última más ácida y reduce su capacidad para unir CO2; además, los iones hidrógeno liberados en exceso por la acidez mayor de la hemoglobina se unen a iones bicarbonato y forman ácido carbónico.

4. La anhidras a carbónica cataliza la segmentación del ácido carbónico para formar agua y CO2.

5. El CO2 disuelto en el plasma, unido a hemoglobina y segmentado del ácido carbónico, sigue el gradiente de concentración para difundirse a través de la barrera alveolocapilar para penetrar a la luz de los alveolos.

La hemoglobina también tiene dos tipos de sitios de unión para óxido nítrico (ON), una sustancia neuro­transmisora que, cuando la liberan las células endotelia­les de los vasos sanguíneos, causa relajación de las células de músculo liso vasculares, con la consiguiente dilata­ción de los vasos sanguíneos. La hemoglobina, S-nitrosilada (sitio de unión 1) por óxido nítrico elaborado por los vasos sanguíneos del pulmón, transporta óxido nítrico unido a arteriolas y metarteriolas de los tejidos, en donde se libera el ON y causa vasodilatación. En esta form a, la hemoglobin a no sólo contribuye a modular la presión arterial sino también facilita el intercambio más efi ciente de O2 por COz. Más aún, una vez que el O2 de ja la porción hem de la hemoglobina para oxigenar los tejidos, ocupa su sitio en los átomos de hierro el ON (sitio de unión 2) y se transporta a los pulmones en donde se libera a los alveolos para espirarse junto con el COz.

Cavidades pleurales y mecanismo de la ventilación

La alteración del volumen de las cavidades pleurales por acción muscular origina el movimiento de gases al sistema respiratorio y desde él.

La caja torácica se divide en tres regiones : cavidades torácicas izquie rda y de recha y mediastino , localizado en el centro. Cada cavidad torácica está recubierta por una membrana serosa, la pleura, compuesta de epitelio escamoso simple y tejido conectivo subseroso. La pleura puede concebirse como un globo inflado; a medida que se desarrolla el pulmón, empuja contra esta membrana serosa como si un puño presionara contra la superficie externa de un globo. E n esta form a, una porción de la pleura, la pleura visceral, recubre el pulmón y se adhiere al mismo y la pleura restante, pleura parietal, reviste las paredes de la cavidad torácica y se adhiere a ellas.

El espacio entre las pleura visceral y parietal (interior del globo) se conoce como cavidad pleural. Este espacio

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contiene una cantidad pequeña de líquido seroso (elaborado por las membranas serosas) que permite el movimiento de los pulmones casi sin fricción durante la ventilación (respiración), que comprende el movimiento de aire a los pulmones (inhalación) y desde ellos (exhalación).

La inhalación es un proceso que requiere energía porque comprende la contracción de los músculos del diafragma, intercostales , escalenos y otros respiratorios accesorios. A medida que se contraen estos músculos, se expande el volumen de la caja torácica. Debido a que la pleura parietal está unida firmemente a las paredes de esta última, también aumentan de volumen las cavidades pleurales y, en consecuencia, disminuye la presión en su interior. La presión diferencial entre la atmosférica fuera del cuerpo y la presión adentro de las cavidades pleurales lleva aire al interior de los pulmones. Con la entrada de aire se expanden éstos y con ello se estira la red de fibras elásticas del intersticio pleural y se acerca la pleura visceral a la parietal, lo cual reduce el volumen de las cavida­des pleurales y por tanto se eleva la presión dentro de ellas.

Para que ocurra la exhalación, se relajan los músculos respiratorios (y los accesorios de la respiración ); esto disminuye el volumen de las cavidades pleurales, con un aumento consiguiente de la presión en su interior. Además, las fibras elásticas estiradas recuperan su longitud de reposo e impulsan el aire fuera de los pulmones. En consecuencia, la espiración normal no requiere energía. En la espiración forzada también se contraen adicionalmente los músculos intercostales internos y abdominales, lo que reduce el volumen de la cavidad pleural y fuerza el aire adicional para expulsarlo de los pulmones.

CORRELACIONES CLlNICAS

En pacientes con poliomielitis, los músculos de la respiración pueden debilitarse tanto que se hiper­trofian los músculos accesorios porque se encar­gan de elevar la caja torácica. En otras enferme­dades, como la miastenia grave y el síndrome de Guillain-Barré, la debilidad de los músculos respiratorios y accesorios de la respiración puede conducir a insuficiencia respiratoria y la muerte consiguiente aunque los pulmones funcionen nor­malmente.

Estructura macroscópica de los pulmones

El pulmón izquierdo tiene dos lóbulos, en tanto que el derecho se integra con tres.

El pulmón izquierdo está subdividido en dos lóbulos y el derecho en tres. Cada lóbulo tiene una indentación en la parte interna, el hilio, por donde penetran los bron­quios principales, las arterias bronquiolares y las arterias pulmonares y salen del pulmón las venas bronquiolares,

las venas pulmonares y los vasos linfáticos . Este grupo de vasos y las vías respiratorias que penetran el hilio forman la raíz del pulmón.

Cada lóbulo se subdivide en varios segmentos bron­copulmonares provistos de un bronquio intrapulmonar terciario (segmentario ). A su vez, los segmentos bron­copulmonares se subdividen en muchos lobulillos y cada uno recibe un bronquiolo. Los lobulillos están separados entre sí por tabiques de tejido conectivo , en los que dis­curren vasos linfáticos y tributarias de las venas pulmona­res. Las ramas de las arterias bronquial y pulmonar siguen a los bronquiolos a su paso a través del centro del lobu­lillo .

Aporte vascular y linfático del pulmón

Las arterias pulmonares proporcionan sangre desoxi­genada a los pulmones que proviene del lado derecho del corazón. Las ramas de estos vasos discurren junto con los tubos bronquiales hacia los lobulillos del pulmón (fig. 15-7). Cuando llegan a los bronquiolos respiratorios , estos vasos forman una red capilar pulmonar extensa compuesta estrictamente de capilares continuos. Debido a que estos capilares sólo tienen 8 ¡..¡.m de diámetro, los eritrocitos siguen uno a otro en una hilera a través de ellos, reducen el espacio que tienen que atravesar los gases y exponen al máximo los eritrocitos al oxígeno.

Se oxigena la sangre en el lecho capilar y a continuación drena a venas de diámetro creciente. Estas tributarias de la vena pulmonar llevan sangre oxigenada y siguen en los tabiques entre los lobulillos del pulmón. Por consiguiente, las venas siguen una vía diferente a la de las arterias hasta que llegan al vértice del lobulillo , en donde acompañan a los conductos bronquiales hasta el hilio del pulmón para llevar sangre oxigenada al lado izquierdo del corazón.

Las arterias bronquiales, que son ramas de la aorta, llevan sangre cargada de nutrientes y oxígeno al árbol bronquial, los tabiques interlobulillares y las pleuras pul­monares. Muchas de las ramas pequeñas se anastomosan con las del sistema pulmonar. Otras son drenadas por tributarias de las venas bronquiales, que regresan la sangre al sistema ácigos venoso.

El pulmón tiene un drenaje linfático doble , un sistema superficial de vasos en la pleura visceral y una red profunda de vasos en el intersticio pulmonar, pero estos sistemas tienen múltiples interconexiones. El sistema superficial de vasos linfáticos forma varios vasos más grandes que desembocan en ganglios linfáticos hiliares (broncopulmo­nares) en la raíz de cada pulmón. La red profunda está organizada en tres grupos que siguen a las arterias y venas pulmonares y al árbol bronquial hasta el nivel de los bronquiolos respiratorios. Todas estas redes drenan en ganglios linfáticos hiliares en la raíz de cada pulmón. Los vasos linfáticos eferentes de estos ganglios linfáticos lle­van su linfa al conducto torácico o al conducto linfático derecho, que regresan la linfa a la unión de las venas yugular interna y subclavia de los lados izquierdo y derecho, respectivamente.

Inervación pulmonar

Los ganglios de la cadena simpática torácica propor­cionan fibras simpáticas y el nervio vago suministra fibras parasimpáticas a los músculos lisos del árbol bronquial. Las fibras simpáticas causan relajación de los músculos lisos bronquiales y por tanto broncodilatación (en tanto que

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producen constricción de los vasos sanguíneos pulmonares: "respuesta paradójica"); las fibras parasimpáticas inducen contracción de los músculos lisos bronquiales y producen broncoconstricción.

En ocasiones la sinapsis incluye neumocitos tipo II, lo que sugiere la posibilidad de cierto control neural sobre la producción de agente tensoactivo pulmonar.

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