El control de la ventilación son los mecanismos fisiológicos implicados en el control de la respiración , que es el movimiento del aire dentro y fuera de los pulmones. La ventilación facilita la respiración. La respiración se refiere a la utilización del oxígeno y al equilibrio del dióxido de carbono por parte del cuerpo en su conjunto o por células individuales en la respiración celular . [1]
La función más importante de la respiración es suministrar oxígeno al cuerpo y equilibrar los niveles de dióxido de carbono. En la mayoría de las condiciones, la presión parcial de dióxido de carbono (PCO 2 ), o concentración de dióxido de carbono, controla la frecuencia respiratoria .
Los quimiorreceptores periféricos que detectan cambios en los niveles de oxígeno y dióxido de carbono se encuentran en los cuerpos arteriales aórticos y en los cuerpos carotídeos . [2] Los quimiorreceptores centrales son principalmente sensibles a los cambios en el pH de la sangre (resultantes de cambios en los niveles de dióxido de carbono) y están ubicados en el bulbo raquídeo cerca de los grupos respiratorios medulares del centro respiratorio . [3] La información de los quimiorreceptores periféricos se transmite a lo largo de los nervios hasta los grupos respiratorios del centro respiratorio. Hay cuatro grupos respiratorios, dos en la médula y dos en la protuberancia . [2] Los dos grupos de la protuberancia se conocen como grupo respiratorio pontino .
Desde el centro respiratorio, los músculos de la respiración , en particular el diafragma , [4] se activan para hacer que el aire entre y salga de los pulmones.
La respiración es normalmente un proceso inconsciente, involuntario y automático. El patrón de estímulos motores durante la respiración se puede dividir en una etapa de inhalación y una etapa de exhalación . La inhalación muestra un aumento repentino y acelerado de la descarga motora a los músculos respiratorios (y a los músculos constrictores faríngeos ). [5] Antes del final de la inhalación, hay una disminución y el final de la descarga motora. La exhalación suele ser silenciosa, excepto a frecuencias respiratorias elevadas .
El centro respiratorio en la médula y la protuberancia del tronco del encéfalo controla la frecuencia y la profundidad de la respiración (el ritmo respiratorio ), a través de diversas entradas. Estos incluyen señales de los quimiorreceptores periféricos y quimiorreceptores centrales; del nervio vago y del nervio glosofaríngeo que transportan información de los receptores de estiramiento pulmonar y otros mecanorreceptores de los pulmones . [3] [6] así como señales de la corteza cerebral y el hipotálamo .
La ventilación normalmente es inconsciente y automática, pero puede ser anulada por patrones alternativos conscientes . [3] Así, las emociones pueden provocar bostezos, risas, suspiros (etc.), la comunicación social provoca el habla, el canto y los silbidos, mientras que se utilizan anulaciones totalmente voluntarias para apagar velas y contener la respiración (por ejemplo, para nadar bajo el agua). La hiperventilación puede ser totalmente voluntaria o en respuesta a agitación emocional o ansiedad, cuando puede provocar el angustioso síndrome de hiperventilación . El control voluntario también puede influir en otras funciones como el ritmo cardíaco como en las prácticas de yoga y meditación . [7]
El patrón ventilatorio también se modifica temporalmente mediante reflejos complejos como estornudos, esfuerzos, eructos, tos y vómitos.
La frecuencia respiratoria ( volumen respiratorio por minuto ) está estrictamente controlada y determinada principalmente por los niveles sanguíneos de dióxido de carbono determinados por la tasa metabólica . Los niveles sanguíneos de oxígeno se vuelven importantes en la hipoxia . Estos niveles son detectados por quimiorreceptores centrales en la superficie del bulbo raquídeo para detectar la disminución del pH (indirectamente por el aumento de dióxido de carbono en el líquido cefalorraquídeo ) y los quimiorreceptores periféricos en la sangre arterial para detectar oxígeno y dióxido de carbono. Las neuronas aferentes de los quimiorreceptores periféricos llegan a través del nervio glosofaríngeo (CN IX) y el nervio vago (CN X).
La concentración de dióxido de carbono (CO 2 ) aumenta en la sangre cuando el uso metabólico de oxígeno (O 2 ) y la producción de CO 2 aumenta durante, por ejemplo, el ejercicio. El CO 2 en la sangre se transporta en gran medida como iones bicarbonato (HCO 3 − ), primero por conversión en ácido carbónico (H 2 CO 3 ), por la enzima anhidrasa carbónica y luego por disociación de este ácido en H + y HCO 3. − . Por lo tanto, la acumulación de CO 2 provoca una acumulación equivalente de iones de hidrógeno disociados, lo que, por definición, disminuye el pH de la sangre. Los sensores de pH en el tronco del encéfalo responden inmediatamente a esta caída del pH, lo que hace que el centro respiratorio aumente la frecuencia y la profundidad de la respiración . La consecuencia es que la presión parcial de CO 2 (P CO 2 ) no cambia desde el reposo hasta el ejercicio. Durante sesiones muy cortas de ejercicio intenso, la liberación de ácido láctico a la sangre por parte de los músculos que se ejercitan provoca una caída en el pH del plasma sanguíneo, independientemente del aumento de la P CO 2 , y esto estimulará la ventilación pulmonar lo suficiente como para mantener la pH sanguíneo constante a expensas de una P CO 2 reducida .
La estimulación mecánica de los pulmones puede desencadenar ciertos reflejos, como se descubrió en estudios con animales. En humanos, estos parecen ser más importantes en neonatos y pacientes ventilados, pero de poca relevancia en salud. Se cree que el tono de los músculos respiratorios está modulado por los husos musculares a través de un arco reflejo que involucra a la médula espinal.
Las drogas pueden influir en gran medida en la tasa de respiración. Los opioides y los anestésicos tienden a deprimir la ventilación, al disminuir la respuesta normal al aumento de los niveles de dióxido de carbono en la sangre arterial. Los estimulantes como las anfetaminas pueden provocar hiperventilación .
El embarazo tiende a aumentar la ventilación (reduciendo la tensión plasmática de dióxido de carbono por debajo de los valores normales). Esto se debe al aumento de los niveles de progesterona y da como resultado un mayor intercambio de gases en la placenta .
Los receptores desempeñan funciones importantes en la regulación de la respiración e incluyen los quimiorreceptores centrales y periféricos y los receptores de estiramiento pulmonar , un tipo de mecanorreceptor .