Resumen:
Introducción:
El acortamiento de la inspiración producido por la actividad aferente del nervio vago está mediado por receptores de adaptación lenta. El reflejo de Hering-Breuer de distensión, consiste en una prolongación de la espiración producida por el llenado constante del pulmón y el reflejo de Hering-Breuer de vaciado consiste en un acortamiento de la espiración producido por una expulsión excesiva de aire del pulmón. La distensión inhibe a los músculos inspiratorios y estimula a los espiratorios. Este control involucra la acción de receptores de distensión y de compresión pulmonar, ubicados en los pulmones. Las fibras aferentes viajan desde estos receptores hasta el centro respiratorio a través del nervio vago. Para evidenciar lo antes descrito, se utilizó un mamífero (Rattus norvegicus albinus) como sistema de estudio.
El pulmón de mamífero está constituido por millones de sacos interconectados y cerrados por un extremo, denominados alvéolos. La tráquea, conducto aéreo que se inicia luego de la faringe, se subdivide para formar los bronquios, que se ramifican repetidamente originando los bronquíolos terminales y, a partir de éstos, los bronquíolos respiratorios, cada uno de los cuales está conectado a un racimo terminal de conductos y sacos alveolares. Los bronquíolos terminales, los bronquíolos respiratorios, los conductos alveolares y los sacos alveolares, constituyen la porción respiratoria del pulmón. Las vías aéreas que conducen hasta los bronquíolos terminales constituyen la parte no respiratoria del pulmón.
Objetivos:
- Determinar cambios en la frecuencia de los movimientos respiratorios producto de distintas distensiones pulmonares.
- Evidenciar y caracterizar el reflejo de distención pulmonar en la regulación de la actividad ventilatoria.
- Evidenciar la participación del nervio vago como vía del reflejo Hering-Bauer.
Materiales y métodos: resumen esquemático.
NOTA: En todo momento se mantuvo presente el hecho que la frecuencia respiratoria normal citada en la bibliografía es entre 60-190 rpm y que la capacidad respiratoria funcional es entre 1,5 y 5 ml.
Resultados:
El peso obtenido de la rata fue de 411 g, por lo que el volumen de Uretano inyectado fueron 2 dosis de 2 ml, cada una vía intraperitoneal, a un lado de la línea media del abdomen. Se realizaron dos inyecciones debido a que la primera dosis no sedó totalmente a la rata.
Gráfico #1. Porcentaje de inhibición en función del volumen de aire inoculado. Se observa una tendencia exponencial creciente en el porcentaje de inhibición, lo que puede ajustarse a una tendencia lineal, ya que se refleja una consistencia entre las variables observada con un coeficiente de correlación cercano a 1 (R2 = 0,9816). Se obtuvo una inhibición máxima (a su vez una inhibición absoluta permanente), de los movimientos respiratorios, de 100% correspondiente a 10 cc de aire inyectado; y una inhibición mínima, de los movimientos respiratorios, de 12% correspondiente a 0 cc de aire inyectado.
Gráfico #2. Tiempo de inhibición en función del volumen de aire inoculado. A medida que se aumenta el volumen de aire inyectado, mayor es la duración de la inhibición de los movimientos respiratorios como se evidencia en el Gráfico #2, existe una tendencia exponencial (con R2 = 0,9483) en los resultados como los resultados anteriores, lo cual es razonable. Evidentemente la inhibición con mayor duración, que duró 20 s y corresponden al tiempo total de registro (inhibición absoluta permanente), ocurrió a la mayor cantidad de aire inyectado (10 cc); y la inhibición con menor duración, de 0,75 s, se observó a valores de 0 cc y 2 cc de aire inyectados.
Gráfico #3. Frecuencia respiratoria en función del tiempo al amarrar y cortar los nervios. Se observa la tendencia lineal creciente de la frecuencia respiratoria en función al tiempo, al amarrar y cortar cada rama del nervio vago, donde casi todos los tratamientos permanecen invariables en sus respuestas, salvo la actividad normal que presenta una respuesta respiratoria siempre inferior.
Gráfico #4. Porcentaje de inhibición en función de la frecuencia eléctrica utilizada. Se observa una tendencia lineal creciente, lo que es consistente con el hecho que al estimular el cabo central deba aumentar el porcentaje de inhibición, aunque se esperaría que la tendencia fuese exponencial o sigmoidea, esta desviación puede deberse al modelo biológico. Obteniendo para las frecuencias de estimulación menores (5 y 10Hz) 0% de inhibición y para la mayor empleada, de 80Hz, 73% de inhibición. Por tanto se obtuvieron inhibiciones relativas y absolutas, pero no inhibición absoluta permanente.
Discusión:
La frecuencia de respiración de una rata es aproximadamente de 1,1 y 2,4 ciclos por segundos. En los datos obtenidos de la frecuencia respiratoria se observó que no existe gran diferencia entre los valores esperados. Al comparar estos valores con los obtenidos después de la canulación, tomando en cuenta que en el sistema respiratorio existen una serie de estructuras que, aunque no participan directamente en el intercambio gaseoso, son un reservorio de aire proveniente de los ciclos respiratorios anteriores, dicho volumen de aire se denomina volumen muerto.
Los valores obtenidos antes del cierre de la cánula son bastantes cercanos a los reportados teóricamente, la frecuencia disminuye al cerrar la entrada de la cánula porque no hay entrada de O2 a los pulmones. Debido al intercambio alveolar entre el O2 y el CO2, disminuyen las concentraciones de O2 y aumentan las concentraciones de CO2. Al abrir la cánula, como las concentraciones de CO2 son más bajas en el ambiente, se genera una presión para la entrada de O2 a los pulmones, lo cual produce que aumente la frecuencia, de modo que a medida que los pulmones contienen mayor volumen de aire, la inhibición de la inspiración o la duración de la misma es mayor, ésta relación intensidad del estímulo-respuesta, generalmente es graduada y en forma exponencial lo que resulta porque a medida que se incrementa el volumen pulmonar (intensidad del estímulo) aumenta proporcionalmente los potenciales receptores que a su vez aumentan las descargas (frecuencia) de potenciales de acción que viajan por el nervio vago, hasta los centros respiratorios encargados de la inhibición de la inspiración.
Es importante distinguir que en los gráficos 1 y 2, se observa una leve inhibición durante el volumen a 0 cc. En esta condición sólo el aire que el animal inspira por su propia voluntad, en el estado anestesiado, se encuentra presente. Es decir, la inspiración normal es suficiente para inhibirse a sí misma y promover la espiración.
En el gráfico 2 se observa una leve inhibición de los ciclos respiratorios, la inspiración será mayor respecto a la inspiración normal antes de cerrar la cánula, además que se indujo al animal a un estado similar de la hipoxia, ya que ocurre un aumento de dióxido de carbono y/o el descenso de oxígeno a nivel sanguíneo, los quimiorreceptores envían información al centro respiratorio y se induce un aumento compensatorio en la profundidad y frecuencia de la respiración. Las unidades motoras respiratorias están controladas directamente por las vías que descienden de los centros respiratorios bulbares. Las vías eferentes para el control de la ventilación son por lo tanto precisas.
No obstante también se puede inferir que existen receptores de distensión fásicos y tónicos en el pulmón de rata, ya que a menores volúmenes de aire inyectados la duración de la inhibición es menor respecto a la duración de la inhibición al mayor volumen inyectado, es decir receptores de excitación tónica-fásica combinada. En el experimento 3 se realizó la disección de los nervios vagos en cada una de sus ramas. Es bien sabido que una vez cortado el nervio vago, el reflejo de Hering-Breuer es suprimido. Al realizar el corte izquierdo e introducir el volumen mencionado, la frecuencia ventilatoria disminuyó. Por otra parte la disección bilateral, cuando se cortan los dos nervios, la frecuencia ventilatoria se mantuvo, correlacionado así con lo encontrado en la bibliografía. En el reflejo de Hering-Breuer, mientras los nervios vagos están intactos, la inflación de los pulmones más allá de cierto límite, provoca la espiración, en tanto que su deflación induce la inspiración. El análisis de la participación de los nervios vagos en la regulación respiratoria, reveló la existencia de receptores nerviosos pulmonares que informan sobre el grado de distensión pulmonar. Normalmente el vago inhibe directamente el centro inspiratorio. Su sección alarga la duración de las inspiraciones, disminuya su frecuencia y aumenta su amplitud.
En el experimento 4 se trabajó con dos áreas de control diferentes: Sistema nervioso central (cerebro, médula espinal), y sistema nervioso periférico (nervios craneales y raquídeos) que a su vez se divide en dos sistemas: sistema nervioso simpático (sistema de estimulación), y sistema nervioso parasimpático (sistema de inhibición).
Al incrementarse la frecuencia de estimulación que se aplica en el nervio vago, se aumenta la cantidad de potenciales de acción (PA) que son enviados por este nervio hacia los centros respiratorios. Esta señal se traduce en una disminución o inhibición de la actividad de las motoneuronas del nervio frénico que se encargan de contraer los músculos respiratorios para que se pueda dar la ventilación. Por tal motivo un aumento en la frecuencia de estimulación en el nervio vago se traduce directamente en una inhibición relativa de la ventilación y por consiguiente en un aumento del porcentaje de inhibición relativa (gráfico 4). Se puede ver entonces que al ejercer un estímulo, se puede ejercer un % de inhibición en las inspiraciones.
Conclusiones:
- Grandes volúmenes de aire agregados al pulmón pueden llevar a inhibición absoluta de los movimientos respiratorios por efecto de la distención pulmonar, la duración de la misma será proporcional al volumen de aire.
- Al inocular volúmenes cercanos a 10 cc de aire se logra la disminución de la frecuencia respiratoria por efecto del reflejo Hering-Breuer.
- Al aumentar la estimulación eléctrica en el cabo central, el porcentaje de inhibición incrementa, porque se imita el envío del mensaje al centro respiratorio.
- Al cortar los nervios vagos se elimina la inhibición del reflejo Hering-Breuer.
Bibliografía:
• Eckert, R., Randall, D. Y Agustine, G. (1990). Fisiología Animal, Mecanismos y Adaptaciones. 3era Edición. Capítulo 13. Mc.Grawh-Hill, España.
• Ganong. W. (1998). Fisiología médica. 16º Edición, Editorial Manual Moderno, pág. 693-731.
• García Río, F. y Pino, J.M. (2000). Control de la Respiración. Ed. Sanitaria 2000.
• Lawson, P. (1986) Manual de Entrenamiento Técnico Auxiliar de Animales del Laboratorio, Ed. American Association for Laboratory Animal Science, 17:121-123.
• Pocock, G. Y Richards C. (2005). Fisiología Humana: La base de la Medicina. Segunda Edición. Editorial MASSON S.A.
Espero que te haya gustado este post. ¡saludos!
