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El sentido del olfato. La respiración

El olfato

La nariz es el órgano encargado de facilitar la respiración y en el cual reside el sentido del olfato, que permite registrar los olores y precisar el sabor de los alimentos.

    La nariz aloja en su interior unas cavidades llamadas fosas nasales, que se hallan tapizadas interiormente por una mucosa llamada pituitaria. Al respirar, esta mucosa se impregna con los gases y vapores manados por las sustancias que se hallan próximas a la nariz. Unas células especializadas contenidas en la pituitaria resultan entonces excitadas, de modo que cada olor produce en ellas un estímulo diferente. Esta excitación pasa a las fibras nerviosas olfatorias, que discurren por las fosas nasales y terminan en el bulbo olfatorio, desde donde los estímulos producidos por cada olor van a parar al cerebro.

    El sentido del olfato se halla estrechamente asociado al del gusto, hasta el punto de que el sabor que atribuimos a los alimentos depende, en gran medida, del aroma característico que estamos acostumbrados a percibir cuando los comemos. Si la mucosa nasal está inflamada, por ejemplo a causa de un resfriado, los alimentos presentan poco sabor al no percibir los olores que habitualmente están asociados a los alimentos.

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La respiración

Proceso biológico de oxidación de sustancias orgánicas por el cual los seres vivos obtienen la energía necesaria para realizar los demás procesos vitales: síntesis de nuevas sustancias, reproducción, movimiento, etc.

    Por respiración se entiende el proceso de tomar oxígeno del ambiente y desprender dióxido de carbono, que es el proceso que tiene lugar en los pulmones de los mamíferos. Esta fase superficial de la respiración se denomina respiración externa; y es el comienzo del proceso. El oxígeno tiene que llegar a cada una de las células del cuerpo, donde se efectúa el proceso básico de la respiración; y además el dióxido de carbono debe eliminarse al exterior desde cada célula. Todos estos procesos constituyen la respiración interna.

La respiración interna o celular

Se produce en unos órganos en forma de bastoncito llamados mitocondrias, donde tiene lugar la oxidación de las sustancias orgánicas.

    En una combustión, el proceso de oxidación se realiza rápidamente, liberándose gran cantidad de energía en poco tiempo. En la respiración celular, en cambio, la liberación de energía se realiza poco a poco, en varias etapas. Numerosos enzimas, distribuidos ordenadamente en los tabiques internos de las mitocondrias, oxidan paso a paso los compuestos orgánicos. En cada uno de estos pasos la energía se transmite a una sustancia que la almacena: el ATP (ácido adenosín trifosfórico); esta sustancia almacena la energía en sus enlaces y es la encargada de transportarla a cualquier parte de la célula cuando se requiera.

    Dos son los tipos básicos de respiración celular: la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica o fermentación. En la respiración aeróbica, los productos iniciales de la oxidación son las sustancias orgánicas y el oxígeno; los productos finales son el dióxido de carbono y el agua. En la respiración anaeróbica, la cadena oxidativa no es tan larga ni completa, con lo que los productos finales: alcohol, ácido acético, no están oxidados; por ello es menor el aprovechamiento de energía.

    Puesto que los procesos respiratorios aeróbicos y anaeróbicos se basan en cadenas oxidativas semejantes, se comprenderá que existan organismos aerobios que posean la capacidad de respirar anaeróbicamente. Así, puede darse la respiración anaeróbica por un corto tiempo en la mayoría de plantas y animales superiores; varios grupos de plantas y animales primitivos: muchos gusanos, protozoos, levaduras y otros hongos, etc., pueden respirar anaeróbicamente de modo indefinido. En muchas bacterias se da también la facultad de respirar aeróbica o anaeróbicamente según conveniencia. Sólo algunas bacterias, como ocurre con el bacilo del tétanos, son anaerobias estrictas.

La respiración externa y el transporte de gases hasta las células

En los vegetales pluricelulares la mayoría de los tejidos están en contacto directo con el ambiente exterior. Además, las células fotosintéticas producen oxígeno, lo que supone una fuente adicional de él durante el día. En las plantas superiores, el oxígeno penetra principalmente por las raíces, disuelto en el agua, y por los estomas de las hojas.

    En los animales inferiores, constituidos por pocas capas de células: esponjas, celentéreos, la respiración se realiza por simple difusión. Sin embargo, la mayoría de los animales están constituidos de forma tan compleja y compacta que la mayor parte de sus células no se hallan en contacto directo con el ambiente exterior. En estos casos, el intercambio de gases se realiza mediante sistemas especializados de respiración externa y transporte. Todos los tipos de aparatos respiratorios de los animales superiores presentan una gran superficie cubierta por una delgada membrana que separa los líquidos internos del medio externo y se hallan regados por gran cantidad de vasos sanguíneos, a excepción de las tráqueas.

En los animales superiores se dan cuatro sistemas básicos de respiración: respiración cutánea, por bronquios, por tráqueas y por pulmones.

    En la respiración cutánea el oxígeno del aire o el disuelto en agua llega a las células del cuerpo por simple difusión a través de la piel delgada y permeable. Es el caso de la lombriz de tierra y de otros gusanos y los anfibios.

    La respiración por branquias es característica de muchos animales acuáticos. Las branquias son expansiones plumosas, filamentosas o laminares, ampliamente vascularizadas. Las branquias pueden estar situadas en el exterior del cuerpo —branquias externas— como ocurre en los anélidos poliquetos, las larvas de los anfibios, etc., o bien en una cavidad protegidas de lesiones mecánicas —branquias internas—, como ocurre con las de los peces, muchos crustáceos, etc.

    La respiración por tráqueas es característica de los artrópodos terrestres: insectos, miriápodos y arácnidos. Las traqueas son tubos que parten del exterior del cuerpo y que se ramifican extraordinariamente hacia su interior, de tal modo que sus terminaciones microscópicas alcanzan todos los tejidos. Así, el oxígeno llega directamente a todas las células sin intervención del aparato circulatorio.

Ramificaciones traqueales de una larva de mariposa de la seda.

    La respiración pulmonar es propia de los vertebrados terrestres. Los pulmones de los vertebrados son evaginaciones en forma de saco de la pared del tubo digestivo. Su superficie interna se ve aumentada por tabicaciones y subdivisiones de este saco, que se complican desde los anfibios hasta las aves y los mamíferos. La membrana de los pulmones está ampliamente vascularizada y el aparato circulatorio se encarga de hacer llegar la sangre a todas las células.

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La respiración en el hombre

Es equivalente a la de los demás mamíferos, englobando tres procesos fundamentales:

    —intercambio gaseoso entre el aire atmosférico y los pulmones,

    —transporte de los gases hasta las células de los tejidos y

    —utilización de los gases en los procesos intracelulares imprescindibles para nuestro funcionamiento.

    Los dos primeros procesos constituyen la respiración externa y el último la respiración interna o celular.

Ventilación pulmonar

El intercambio gaseoso entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares se consigue gracias a la acción conjunta del aparato respiratorio —vías respiratorias y pulmones—, de la caja torácica —costillas, esternón y columna vertebral— y de los músculos respiratorios —especialmente el diafragma.

    Las vías respiratorias forman un conducto que empieza en las fosas nasales y se continúa con la laringe y la tráquea. La traquea se divide en dos bronquios, derecho e izquierdo, que penetran en los pulmones. Y en el interior de los pulmones los bronquios se van subdividiendo en nuevos conductos cada vez más finos, hasta terminar en los alvéolos pulmonares.

Posición de la caja torácica y el diafragma durante las dos fases de la respiración.

    La ventilación pulmonar se consigue a través de los movimientos inspiratorios y espiratorios. En la inspiración, la caja torácica aumenta en longitud y anchura merced a la contracción activa del diafragma, que desciende, y de los músculos intercostales externos, que suben las costillas; entonces los pulmones, por su capacidad elástica, se ven obligados a seguir los movimientos de la caja torácica y se distienden. Con todo ello se crea una presión negativa, inferior a la atmosférica, por lo cual el aire penetra por las vías respiratorias; en ella se calienta, se humedece y se limpia de partículas de polvo; finalmente llega a los alvéolos. A veces se necesita una mayor ventilación, por ejemplo al hacer ejercicio, o se presentan casos de dificultad respiratoria, como en el asma; entonces es cuando intervienen los músculos inspiratorios auxiliares, que levantan las costillas y ayudan a la expansión del tórax.

    Cuando termina la inspiración empieza la espiración., que esencialmente es pasiva. Se debe a la retracción elástica del pulmón y a la relajación de los músculos inspiratorios; también colaboran los músculos intercostales internos, que bajan las costillas, y los abdominales, que comprimen las vísceras hacia arriba y provocan que suba el diafragma. Con todo ello se consigue una presión positiva, superior a la atmosférica, por lo cual el aire del pulmón es expulsado al exterior; luego se inicia de nuevo la inspiración y así sucesivamente.

    En cada inspiración entra aproximadamente medio litro de aire. Como respiramos unas 12 ó 13 veces por minuto, cada minuto penetran 6 litros de aire en condiciones normales. Cuando aumentan las necesidades del cuerpo la ventilación puede llegar a ser de 120 litros por minuto.

Intercambio y transporte de gases respiratorios

El intercambio gaseoso se realiza a nivel de los alvéolos pulmonares. Sabemos que los gases difunden siempre desde las zonas de mayor presión hacia aquellas en las que es menor. Por ello, como la presión parcial del oxígeno en los alvéolos es de 100 y en la sangre que llega al pulmón es de 40, el oxígeno pasará de los alvéolos a la sangre. Del mismo modo, como la presión parcial del dióxido de carbono en los alvéolos es de 40 y en la sangre que llega al pulmón es de 46, el dióxido de carbono saldrá hacia el alvéolo y así podrá ser eliminado y expulsado con la respiración.

Intercambio de gases respiratorios entre los capilares y los pulmones (arriba) y entre los capilares y las células del cuerpo (abajo).

    El oxígeno debe ser ahora transportado hasta los tejidos por la sangre. Ello se hace, en un 98'5% combinado con la hemoglobina de los glóbulos rojos, y el 1'5% restante va disuelto en el plasma. La sangre que llega a los tejidos tiene una presión parcial del oxígeno de 95 y una presión parcial del dióxido de carbono de 40; sin embargo, la presión parcial del oxígeno es menor de 30, porque gran parte del oxígeno se ha gastado en la respiración celular, y la presión parcial del dióxido de carbono es mayor de 50, pues es un producto final de la respiración celular que se ha ido acumulando. Siguiendo las mismas leyes físicas que en el pulmón, se deduce que el oxígeno de la sangre entrará en las células y el dióxido de carbono pasará a la sangre para poder ser transportado y descargado en el pulmón, cerrándose el ciclo. El dióxido de carbono que ha pasado a la sangre es transportado a los pulmones de tres maneras distintas: como bicarbonato, la principal; unido a la hemoglobina y a otras proteínas; y disuelto en el plasma.

Regulación de la respiración

Para adaptar la ventilación pulmonar a las necesidades que tenga el organismo en cada momento, existen dos mecanismos de regulación muy relacionados entre sí: un control nervioso y otro químico.

    El control nervioso se ejerce, fundamentalmente, a través del centro respiratorio situado en la base del cerebro. A él llegan informaciones nerviosas procedentes de muchos sitios: corteza cerebral, receptores de tracción en el tejido pulmonar, musculatura, termorreceptores de la piel, etc. De este modo conoce en todo momento las demandas de oxígeno y puede enviar las órdenes necesarias para adecuar la ventilación a  las mismas.

    El control químico se basa en las variaciones de la presión parcial del oxígeno, del dióxido de carbono y del pH de la sangre. Se consigue gracias a la existencia de nos receptores químicos especiales, situados en la arteria aorta y en la carótida. Además, el propio tejido del centro respiratorio cerebral detecta las variaciones en la presión parcial del oxígeno, del dióxido de carbono y el pH de la sangre que a él afluye.

Amparo L. Zaragoza

¬ 19/11/2010