Resumen de la anatomía y fisiología del sistema respiratorio

Veamos, cómo funciona nuestros sistema respiratorio y las partes principales que nos interesan para nuestro estudio del canto. Para esta sección utilicé como fuente principal el libro Essentials of Anatomy and Physiology de Valerie C. Scanlon y Tina Sunders.

El sistema respiratorio tiene que ver principalmente con mover aire dentro y fuera de los pulmones. Los pulmones son el lugar de intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre el aire y la sangre. Nuestra células reciben el oxígeno, con el cual producen ATP, que es la energía celular, y expulsan el dióxido de carbono.

Divisiones del sistema respiratorio

El sistema respiratorio puede dividirse en dos partes principales: el tracto respiratorio superior, formado por partes que están fuera de la cavidad torácica (cavidades nasales, faringe, laringe y la parte alta de la tráquea); y el tracto respiratorio inferior, formado por las partes que están dentro de la cavidad torácica (tráquea baja y los pulmones).

También forman parte del sistema respiratorio las membranas pleurales y los músculos respiratorios que forman la cavidad torácica: el diafragma y los músculos intercostales.

Nariz y cavidades nasales

En forma ideal el aire debe entrar por la nariz, esto es porque dentro de las fosas nasales tenemos pelos que ayudan a bloquear la entrada de polvo; también está la mucosa nasal, que tiene células que producen moco, las cuales atrapan bacterias y partículas contaminantes que puede traer el aire. Este moco es barrido hacia la faringe y, en su mayoría, es tragado para luego ser destruido por el jugo gástrico; y también tenemos los cornetes nasales que aumentan el área de recorrido del aire, así, a medida que el aire entra es calentado y humedecido, para que llegue a los pulmones de forma óptima.

Faringe

La laringe es un tubo muscular que está por detrás de las cavidades nasales y la cavidad oral. Consta de tres partes:

1. La nasofaringe, también llamada "faringe alta", que es la parte superior de la faringe, que conecta con las cavidades nasales. Cuando tragamos, el paladar blando se eleva para bloquear a la nasofaringe y evita que la comida o la misma saliva suba en lugar de bajar. La nasofaringe también se conecta con las dos trompas de Eustaquio, que se extienden hasta las cavidades auditivas medias. Las trompas de Eustaquio posibilitan que el aire entre o salga del oído medio para que los tímpanos vibren correctamente.
2. La orofaringe, o "laringe media" se sitúa detrás de la boca. En sus paredes laterales se encuentran las amígdalas palatinas y los nódulos linfáticos. Junto con las amígdalas adenoides y linguales, en la base de la lengua, forman un anillo de tejido linfático alrededor de la faringe para destruir patógenos que penetran en la mucosa.
3. La laringofaringe, o laringe baja, es la parte más baja de la faringe y conecta con la laringe (por delante) y con el esófago (por detrás). Cuando tragamos, las paredes de la orofaringe y la laringofaringe se contraen como parte del reflejo de deglución.

Laringe

La laringe tiene como función la producción de la voz, pero también actúa como el "tubo" de conexión para que el aire pase desde la faringe a la tráquea (y viceversa). La laringe está formada por 9 cartílagos conectados por ligamentos. Los cartílagos son tejidos firmes y flexibles que previenen el colapso de la laringe.

El cartílago más grande de la laringe es el cartílago tiroides, que se puede sentir en el cuello, la parte que sobresale hacia adelante (especialmente en los hombres).

El cartílago que está más arriba en la laringe es la epiglotis, que actúa como "válvula". Al tragar, la laringe se eleva y la epiglotis cierra la parte de arriba para evitar que entre saliva, líquido o comida en la laringe.

Las cuerdas vocales (o pliegues vocales) están a los lados de la glotis (el espacio intermedio). Durante la respiración, las cuerdas vocales se abren a los lados para que el aire pase libremente dentro o fuera de la tráquea. Al hablar o cantar los músculos intrínsecos de la laringe empujan a las cuerdas vocales hacia la glotis y el aire exhalado hace vibrar a las cuerdas vocales para producir los sonidos. También se pueden producir sonidos inhalando, pero no es lo habitual.

La tráquea

La tráquea tiene entre 10 a 13 cm de longitud, se extiende desde la laringe hasta el bronquio primario. Las paredes de la tráquea tienen unos cartílagos en forma de "C" que la mantienen abierta. Los espacios de esta "C" están por detrás y permiten la expansión del esófago cuando tragamos comida.

Bronquios y bronquiolos

Los bronquios primarios son ramificaciones de la tráquea que entran en los pulmones. Su estructura es parecida a la de la tráquea, con cartílagos en forma de "C" y epitelio ciliado. Los bronquios luego se ramifican en lo que es llamado el árbol bronquial que se hace más y más pequeño hasta llegar a los bronquiolos, que son las ramas más pequeñas que luego se conectan con los alvéolos, que son pequeños sacos de aire de los pulmones.

Pulmones

Los pulmones están situados a los lados del corazón, dentro la la cavidad torácica y son protegidos por las costillas. La base de cada pulmón se apoya sobre el diafragma, que está abajo, la parte más alta del pulmón está en el nivel de la clavícula.

Membranas pleurales

Las membranas pleurales son membranas serosas de la cavidad torácica. La pleura parietal recubre la pared torácica y la pleura visceral está en la superficie de los pulmones.

Líquido pleural

El líquido pleural es un fluido seroso que se ubica entre las dos membranas pleurales y las mantiene juntas durante la respiración. Este líquido hace que el pulmón se pegue a las paredes del pecho. Para entenderlo, piensa en un vidrio mojado al que le apoyas otro vidrio encima, el agua hace que ambos vidrios se adhieran firmemente uno a otro, permitiendo que uno se deslice sobre el otro con facilidad, pero que sea muy difícil separarlos de un tirón. Este mismo efecto se logra entre las membranas pleurales y el líquido pleural.

Alvéolos

Dentro de los pulmones hay unos pequeños sacos de aire llamados alvéolos. En los espacios entre racimos de alvéolos tenemos un tejido conectivo elástico que es importante para la exhalación. Dentro de cada pulmón hay millones de alvéolos, cada uno de éstos está rodeado por una red de capilares pulmonares que permite el intercambio de gases entre los pulmones y el aparato circulatorio.

Fisiología respiratoria

Llamamos ventilación al movimiento del aire hacia el alvéolo y saliendo de éste. Al ingreso de aire a los alvéolos llamamos inhalación y a la expulsión de aire llamamos exhalación. En este proceso actúa el sistema nervioso y los músculos respiratorios. La médula genera los impulsos nerviosos enviados a los músculos respiratorios, que son el diafragma y los músculos intercostales externos e internos.

Diafragma

El diafragma es un músculo con forma de domo, ubicado debajo de los pulmones. Cuando se contrae, el diafragma se aplana y se mueve hacia abajo.

Músculos intercostales

Los músculos intercostales, como su nombre lo indica, son los músculos que están entre las costillas. Los músculos intercostales externos tiran de las costillas hacia arriba y hacia afuera y los músculos intercostales internos tiran de las costillas hacia abajo y hacia adentro.

Diferencias de presión

Hay tres tipos de presión a tener en cuenta para entender la respiración:

1. Presión atmosférica: es la presión de aire que nos rodea. A nivel del mar la presión atmosférica es de 760 mmHg, a mayor altitud la presión atmosférica es menor.
2. Presión intrapleural: es la presión que se produce entre el espacio pleural potencial entre la pleura parietal y la pleura visceral. Esta presión es siempre un poco más baja que la presión atmosférica y es llamada presión negativa. Los pulmones, al ser elásticos, tienden siempre a colapsar y tirar de la pleura visceral, pero el líquido pleural impide que ésta se separe de la pleura parietal.
3. La presión intrapulmonar: es la presión dentro del árbol bronquial y los alvéolos, esta presión fluctúa por debajo y por encima de la presión atmosférica durante cada ciclo respiratorio.

Inhalación

La inhalación, también llamada inspiración, es el proceso de ingreso del aire hacia los pulmones. Comienza con un impulso nervioso enviado por la médula mediante los nervios frénicos hacia el diafragma y mediante los nervios intercostales hacia los músculos intercostales externos.

El diafragma se contrae, se mueve hacia abajo, y expande la cavidad torácica desde arriba hacia abajo. Los músculos intercostales externos empujan las costillas hacia arriba y hacia afuera, lo cual expande la cavidad torácica de lado a lado y de frente y de atrás.

Al expandirse la cavidad torácica la pleura parietal se expande con ésta. La presión intrapleural se hace más negativa por la succión creada entre las membranas pleurales. La adhesión creada por el líquido pleural hace que la pleura visceral también se expanda y esto expande a los pulmones.

Al expandirse los pulmones, la presión intrapulmonar cae por debajo de la presión atmosférica y eso hace que el aire entre por medio de la nariz o la boca, viajando hacia los alvéolos. En una respiración normal, la entrada de aire continúa hasta que la presión intrapulmonar es igual a la presión atmosférica. En una inspiración profunda la inhalación puede continuar más allá de lo normal, lo cual requiere una contracción más forzada de los músculos respiratorios, para que entre más aire.

Exhalación

La exhalación, también llamada espiración, es el proceso por el cual el aire es expulsado desde los pulmones hacia el exterior. Comienza con un impulso motor generado por la médula que hace que el diafragma y los músculos intercostales se relajen.

En la relajación de estos músculos, la cavidad torácica se hace más pequeña, los pulmones se comprimen y, como sus tejidos conectivos son elásticos y se han estirado durante la inhalación, éstos retroceden y comprimen a los alvéolos.

Al incrementarse la presión intrapulmonar por encima de la presión atmosférica, el aire es forzado a salir de los pulmones hasta que la presión se iguala.

Por lo tanto, en una respiración normal, la inhalación es un proceso activo que requiere la contracción muscular, mientras que la exhalación es un proceso pasivo que depende, en gran medida, de la elasticidad propia de unos pulmones sanos. Esto significa que, en una situación normal, gastamos energía para inhalar, pero no para exhalar.

No obstante, podemos también ir más allá de la exhalación normal y gastar más aire. Esto lo hacemos al hablar, cantar o, por ejemplo, al inflar un globo. Esta exhalación forzada requiere la activación de otros músculos, como los músculos intercostales internos, que empujan a las costillas hacia adentro y hacia abajo y la contracción de los músculos abdominales, especialmente el abdominal recto, que comprime a los órganos abdominales y empuja al diafragma hacia arriba, lo cual fuerza a una mayor salida de aire desde los pulmones.

Volumen pulmonar

La capacidad pulmonar varía según la altura y edad de la persona. Una persona más alta tiene pulmones más grandes que las más bajas. Además, al envejecer nuestra capacidad pulmonar disminuye porque los pulmones van perdiendo su elasticidad y los músculos respiratorios se vuelven menos eficientes.

Los principales tipos de volúmenes medidos para los pulmones son éstos:

1. Volumen corriente: es la cantidad de aire que se mueve en una inhalación y exhalación normales. El promedio es de 500ml, pero muchas personas tienen valores menores por estar habituados a una respiración más superficial.
2. Reserva inspiratoria: es la cantidad de aire que se puede inspirar más allá del volumen corriente, con una inspiración que lleve al máximo posible de ingreso de aire. Este valor en promedio va desde los 2000 a 3000ml.
3. Reserva espiratoria: es la cantidad de aire que se puede expulsar más allá del volumen corriente, con una espiración forzada. En promedio la reserva espiratoria es de entre 1000 a 1500ml.
4. Capacidad vital: es la suma del volumen corriente y la reserva inspiratoria y espiratoria, o sea, es la cantidad de aire que se puede mover desde una inspiración a máxima capacidad hasta el máximo esfuerzo de espiración. En promedio este volumen va desde los 3500 a 5000ml.
5. Aire residual: es la cantidad de aire que queda en los pulmones después de una espiración forzada al máximo. El rango promedio es de entre 1000 y 1500ml. El aire residual es importante para asegurar que todo el tiempo se produce intercambio de gases.

Algunos de estos volúmenes pueden medirse por medio de un instrumento llamado espirómetro. Los cantantes bien entrenados y los que tocan instrumentos de viento por lo general presentan mayor capacidad vital de lo normal a su estatura y edad a causa de que sus músculos respiratorios se van entrenando y haciendo más eficientes. También sucede con los atletas y deportistas que se ejercitan regularmente.

En un estudio hecho por la Sociedad Europea de Respiración sobre los efectos fisiológicos de la respiración lenta en personas sanas leemos (mi traducción):

Análisis del movimiento del diafragma durante una respiración corriente y la retención de la respiración, usando la resonancia magnética (MRI) y espirometría, ha reportado una correlación entre el grado de movimiento del diafragma y los cambios en el volumen pulmonar: cuanto mayor sea la diferencia en el movimiento del diafragma entre la inspiración y la expiración, mayor será el volumen corriente. También se ha demostrado que la respiración diafragmática facilita la respiración lenta. Esto fue apoyado por un estudio en el que sujetos sanos entrenados en respiración diafragmática demostraron tasas respiratorias más lentas y eran más propensos a alcanzar el objetivo de estudio de 3-7 respiraciones por minuto que aquellos sujetos que respiraban normalmente a un ritmo natural…

Fuentes principales:

Essentials of Anatomy and Physiology - Valerie C. Scanlon y Tina Sunders

3D view of diaphragm

Las imágenes las tomé de Wikimedia Commons, y CreativeCommons.org, que tienen imágenes de uso libre. A la mayoría de ellas les hice alguna modificación, haciendo la traducción de términos.