Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Control de la ventilación Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 1

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Guía de estudio Objetivo terminal: Integrar la generación del ritmo respiratorio con los mecanismos nerviosos (voluntarios o reflejos) y los mecanismos químicos (locales o sistémicos) que intervienen en la regulación de la función respiratoria. Boron: capítulo 32 ATPs Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Control de la respiración El control de la respiración es una de las funciones más importantes del sistema nervioso. El sistema nervioso tiene 2 tareas: Generar un ritmo respiratorio para la contracción de los músculos respiratorios. Ajustar el ritmo respiratorio a las demandas metabólicas cambiantes; a los cambios de postura; a comportamientos episódicos no respiratorios como hablar, oler y deglutir, vomitar. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Control de la ventilación Se regula por 2 sistemas distintos: Metabólico o automático (retrocontrol negativo) Conductual o voluntario Eupnea: el patrón normal de respiración observado durante reposo, sueño (no REM) y ejercicio leve. Apnea: ausencia de ventilación Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Sistema automático (involuntario) El más antiguo evolutivamente Homeostasis: Regido por necesidades metabólicas, equilibrio ácido base. Genera ritmo respiratorio (generador central del ritmo: CPG). Funciona durante el sueño. Se encuentra en tallo cerebral: puente y bulbo raquídeo. Quimioreceptores: centrales y periféricos. Estimulan en forma tónica al CPG Mecanoreceptores: en vías aéreas y parénquima pulmonar. Envían info por nervio vago. Otros núcleos del tallo cerebral pueden influir sobre actividad el CPG: sistema reticular activador Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Control voluntario Ventilación se controla para ejercer funciones no respiratorias: hablar, cantar, tocar instrumento de viento entre otras. La corteza cerebral controla la respiración: ejerce control sobre centros bulbares ó directamente sobre motoneuronas espinales (sistema corticoespinal). Se sobrepone al sistema automático (por tiempo limitado). Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 6

Centro generador del ritmo respiratorio (CPG) cerebelo Centro integrador Centro generador del ritmo respiratorio (CPG) cerebelo amígdala Sistema límbico hipotálamo Quimiorreceptores Corteza cerebral mecanorreceptores Músculos de la respiración Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Neuronas relacionadas con el control de la respiración se encuentran en el bulbo raquídeo (médula oblongada) apnea Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Neuronas relacionadas con la respiración (NRR) pueden ser: interneuronas, neuronas premotoras, motoneuronas Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Centros pontinos: Centro apneústico (puente caudal, no es un núcleo específico) y pneumotáxico (puente rostral, localizado en el núcleo parabraquialis medialis junto al núcleo de Kolliker-Fuse). Centros pontinos modulan pero no son esenciales para generar el patrón respiratorio. Grupo respiratorio dorsal (GRD) Grupo respiratorio ventral (GRV) Núcleo neumotáxico no es necesario para la eupnea Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Propiedades del GRD y GRV rostral GRV intermedio caudal Localización Bulbo dorsal Entre las superficies dorsales y ventrales del bulbo Principal componente Núcleo tracto solitario Núcleo retrofacialis (NRF) ó complejo de Botzinger Complejo pre Botzinger, Núcleo ambiguo (NA), núcleo para ambiguo (NPA) Núcleo retroambiguo (NRA) Actividad dominante inspiración Espiración Inspiración Fuente: Boron, 2da ed. Cuadro 32-2 Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 11

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Actividad neuronal durante el ciclo respiratorio: durante la inspiración hay aumento en frecuencia de disparo del nervio frénico. Las neuronas relacionadas con la respiración tienen diferentes patrones de disparo. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 12

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Grupo A tiene actividad tónica sobre músculo inspiratorios. Grupo C: inhibe en forma intermitente al grupo A. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Determinantes de los patrones de disparo de las neuronas relacionadas con la respiración Propiedades intrínsecas de la membrana: tipo y número de canales iónicos determinan patrones de disparo. Actividad marcapaso se observa en el complejo de pre Botzinger. Interacciones sinápticas: Redes neuronales que interactúan. Se generan PPSE y PPSI. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 14

Cómo genera el ritmo respiratorio el generador central del ritmo? Actividad marcapaso: Hay células con propiedades de marcapaso. Marcapaso único: Complejo de pre-Botzinger: su actividad genera eferencias motoras rítmicas al frénico e hipogloso. Marcapasos múltiples: GRD. Hay uno dominante. Modelo semejante a corazón. 2. Ritmo como propiedad emergente de redes neuronales. Interacciones sinápticas. Sistema redundante y robusto Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

A dónde está el Generador central del patrón respiratorio? Modelo del sitio restringido: núcleo de pre-Botzinger. Cuando se destruye desaparece el ritmo respiratorio en ratas. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 2. Modelo de osciladores distribuidos: hay más de un generador del patrón respiratorio que se pueden activar dependiendo de la situación. 3. Modelo de propiedades emergentes: para generar el patrón se requiere de un circuito neuronal. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Receptores que contribuyen a modular la actividad ventilatoria 1. Receptores de estiramiento o adaptación lenta: Ubicación: en el músculo liso del árbol traqueobronquial. Son mecanorreceptores. Estímulo: alargamiento del músculo (aumento del volumen pulmonar). Vía aferente: X par (mielinizadas). Vía eferente: nervio frénico Respuesta: inhibición inspiración: reflejo de Hering-Breuer (más importante en niños), aumenta la frecuencia respiratoria. Controla el volumen corriente. Ajusta la frecuencia respiratoria con el volumen corriente. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 18

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 2. Receptores de irritación o de adaptación rápida: Ubicación: epitelio de vías aéreas superiores Estímulo: llenado y vaciado rápidos de los pulmones, polvo, gases irritantes, humo de cigarrillos, cambios de temperatura, humedad, histamina, serotonina, prostaglandinas, bradicinina, eter, cambios en la complianza pulmonar. Vía aferente: X par (mielinizadas) Respuesta: broncoconstricción, apnea refleja, tos, aumento de tiempo inspiratorio, secreción de moco, hiperpnea. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 3. Receptores J (juxtacapilares) ó receptores de fibras C: Ubicación: en paredes alveolares: receptores de capilares yuxtapulmonares: accesibles desde circ pulm en bronquios: accesibles desde circ bronquial Estímulo: sust. químicas que circulan por sangre en capilares pulmonares, ante una lesión pulmonar, llenado excesivo, congestión vascular, distorsión de paredes alveolares Vía aferente: X par (no mielinizadas), Fibras C. Respuesta: función nociceptiva, hiperpnea (se estimulan en edema pulmonar), respiración poco profunda y rápida, broncoconstricción, aumentan secreciones en vías aéreas. . Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 4. Receptores somáticos de la pared torácica: Ubicación: en tendones de músculos intercostales, uniones osteocondrales de costillas, husos musculares. Estímulo: diferencia entre la tensión de las fibras intrafusales y extrafusales. Detectan el volumen pulmonar. Vía aferente: nervios intercostales Respuesta: inhiben la inspiración, permiten percepción del esfuerzo y provocan una mayor estimulación motora cuando hay cierta resistencia al movimiento. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 21

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Quimiorreceptores periféricos y centrales estimulan al generador del ritmo central Quimiorreceptores: estimulados por cambios en la composición del medio que los rodea. Principal estímulo para el generador central del ritmo. Quimiorreceptores periféricos: Ubicación: en cuerpos carotídeos y cuerpos aórticos, los primeros son más importantes en seres humanos. Estímulo: sensibles principalmente a la disminución de la PaO2. Al aumentar Pa CO2 y disminuir pHa se aumenta su sensibilidad a la hipoxia. Sensan hipercapnia aún sin hipoxia y sin acidosis. Vía aferente: IX par ( cuerpos carotídeos) y X par (cuerpos aórticos). Respuesta: aumentan e intensifican la descarga de las neuronas inspiratorias. Quimiorreceptores centrales: Ubicación: Superficie ventrolateral del bulbo raquídeo. No son neuronas del GRD ni del GRV. Están dentro de la BHE. Estímulo: disminución del pH del líquido intersticial. Responden rápidamente a cambios en la PaCO2. Responden lentamente a disminuciones en pH arterial (BHE no permite el paso de H+). No son sensibles a cambios en la PaO2. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada PaO2, PaCO2, pH son las principales influencias sobre la ventilación. Un retrocontrol negativo muy preciso regula estas variables. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Cuerpos carotídeos: muy pequeños (2mg), tienen gran perfusión y alta tasa metabólica. Inervados por SS y SP. 1. Células glómicas tipo I: Son los quimiorreceptores. Liberan acetilcolina, dopamina, norepinefrina, sustancia P y met-encefalina. Pueden generar potenciales de acción. Tienen canales voltaje dependientes. Acopladas eléctricamente 2. Células glómicas tipo II: sostén. 3. Capilares fenestrados. Inervados por SS y SP. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 24

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Cuerpos carotídeos Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

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Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Quimiorreceptores centrales LCR: pH: 7.33 PCO2: 44 mmHg HCO3-: 22 mEq/L Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 27

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La respuesta integrada ventilatoria al CO2 65-80% de la respuesta a la acidosis respiratoria con normoxia es mediada por quimiorreceptores centrales. Respuesta de quimiorreceptores periféricos es más rápida. A una PaCO2 dada, la hipoxia aumenta la ventilación. Esto se debe a estimulación de quimior. periféricos Hipoxia aumenta sensibilidad del sistema (pendientes aumentan). Quimiorreceptores periféricos se vuelven más sensibles a la acidosis respiratoria si hay hipoxia. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 29

Curva de respuesta CO2-ventilación durante el sueño Pendiente indica sensibiliadad al CO2 Curva de respuesta CO2-ventilación durante el sueño Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Estimulación de la ventilación por el CO2. El principal estímulo es por medio de los quimioreceptores centrales. PaCO2 > 70-80 mmHg directamente deprime los centros respiratorios y a los quimiorreceptores centrales. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada 31

Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada Respuestas integradas a cambios en la PaO2 La hipoxia deprime la ventilación en animales con denervación de quimiorreceptores periféricos. Deprime directamente a los quimiorreceptores centrales y a los centros respiratorios. Respuesta se da por quimiorreceptores periféricos. Si además hay acidosis respiratoria, a una determinada PO2 se ve una ventilación aumentada. Sensibilidad de quimiorreceptores periféricos aumenta (mayor pendiente). Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada

Pérdida de sensibilidad a la PaCO2 en enfermedad pulmonar crónica Por hipoventilación hay PaCO2 elevada en forma crónica junto con hipoxia. Quimiorreceptores periféricos y centrales se encuentran estimulados. pH del LCR aumenta por aumento en secreción de HCO3- . Cesa el estímulo sobre quimiorreceptores centrales. Estímulo ventilatorio es la hipoxia sobre quimiorreceptores periféricos. Dra. Adriana Suárez MSc. Profesora Asociada