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 (PCO2 ) , 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 aórticos arteriales y los cuerpos carotideos . [2] Los quimiorreceptores centrales son sensibles principalmente a los cambios en el pH de la sangre (resultante de los cambios en los niveles de dióxido de carbono) y se encuentran 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 a los grupos respiratorios del centro respiratorio. Hay cuatro grupos respiratorios, dos en el bulbo raquídeo y dos en la protuberancia . [2] Los dos grupos en la protuberancia se conocen como el 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 gradual de la descarga motora hacia los músculos respiratorios (y 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 altas .
El centro respiratorio en el bulbo raquídeo y la protuberancia del tronco encefálico controla la frecuencia y la profundidad de la respiración (el ritmo respiratorio ) a través de diversas entradas. Estas incluyen señales de los quimiorreceptores periféricos y centrales; del nervio vago y del nervio glosofaríngeo que transportan información de los receptores de estiramiento pulmonar y otros mecanorreceptores en los pulmones . [3] [6] así como señales de la corteza cerebral y el hipotálamo .
La ventilación es normalmente inconsciente y automática, pero puede ser anulada por patrones alternativos conscientes . [3] Así, las emociones pueden causar bostezos, risas, suspiros (etc.), la comunicación social causa el habla, el canto y los silbidos, mientras que las anulaciones totalmente voluntarias se utilizan para apagar velas y contener la respiración (por ejemplo, para nadar bajo el agua). La hiperventilación puede ser totalmente voluntaria o en respuesta a la agitación emocional o la ansiedad, en cuyo caso puede causar el angustioso síndrome de hiperventilación . El control voluntario también puede influir en otras funciones, como la frecuencia cardíaca, como en las prácticas de yoga y la meditación . [7]
El patrón ventilatorio también se modifica temporalmente por reflejos complejos como estornudar, hacer esfuerzos, eructar, toser y vomitar.
La frecuencia respiratoria ( volumen minuto respiratorio ) está estrechamente controlada y determinada principalmente por los niveles de dióxido de carbono en la sangre , determinados por la tasa metabólica . Los niveles de oxígeno en la sangre se vuelven importantes en la hipoxia . Estos niveles son detectados por los quimiorreceptores centrales en la superficie del bulbo raquídeo para la disminución del pH (indirectamente a partir del aumento de dióxido de carbono en el líquido cefalorraquídeo ), y los quimiorreceptores periféricos en la sangre arterial para el oxígeno y el dióxido de carbono. Las neuronas aferentes de los quimiorreceptores periféricos se encuentran 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 aumenta el uso metabólico del oxígeno (O 2 ) y la producción de CO 2 durante, por ejemplo, el ejercicio. El CO 2 en la sangre se transporta principalmente como iones de bicarbonato (HCO 3 − ), primero por conversión a ácido carbónico (H 2 CO 3 ), por la enzima anhidrasa carbónica , y luego por disociación de este ácido a H + y HCO 3 − . Por lo tanto, la acumulación de CO 2 causa 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 encefálico 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 episodios muy breves de ejercicio intenso, la liberación de ácido láctico en la sangre por los músculos en ejercicio provoca una caída del pH del plasma sanguíneo, independientemente del aumento de la P CO 2 , y esto estimulará la ventilación pulmonar lo suficiente para mantener el pH de la sangre constante a expensas de una P CO 2 reducida .
La estimulación mecánica de los pulmones puede desencadenar ciertos reflejos, como se ha descubierto en estudios realizados con animales. En los seres humanos, estos parecen ser más importantes en neonatos y pacientes ventilados, pero de poca relevancia en la salud. Se cree que el tono de los músculos respiratorios está modulado por husos musculares a través de un arco reflejo que involucra la médula espinal.
Las drogas pueden influir considerablemente en la frecuencia respiratoria. Los opioides y los anestésicos tienden a deprimir la ventilación, al disminuir la respuesta normal a los niveles elevados de dióxido de carbono en la sangre arterial. Los estimulantes como las anfetaminas pueden causar 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 .