Alvéolos pulmonares: qué son, estructura, funciones, intercamio gaseoso
¿Qué son los alvéolos pulmonares?
Los alvéolos pulmonares son los miles de estructuras microscópicas que se encuentran en los pulmones, en los extremos de otras estructuras conocidas como bronquíolos. Funcionan en el intercambio gaseoso entre el aire inspirado y la sangre que circula por los capilares sanguíneos que están en las delgadas paredes que les dan forma.
El sistema respiratorio humano está formado por distintas estructuras que cumplen funciones específicas. El sistema de conducción, por ejemplo, es el que permite el paso del aire de afuera hacia dentro del cuerpo y viceversa, y está formado por las fosas y la cavidad nasal, los senos paranasales, la faringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y los bronquíolos.
Los alvéolos se encuentran en los extremos distales del sistema de conducción, específicamente al final de los bronquíolos respiratorios, donde se agrupan en forma de sacos alveolares o acinos.
Las funciones respiratorias de los pulmones están determinadas directamente por las microestructuras alveolares que los conforman, que representan más del 90% de su volumen total y que forman el parénquima pulmonar.
Algunas enfermedades respiratorias comunes como el asma y la tuberculosis, por ejemplo, están directamente relacionadas con estas estructuras, lo que da cuenta de su importancia fisiológica.
Estructura de los alvéolos: anatomía
Los alvéolos comprenden la porción más distal del tracto respiratorio y representan más del 90% de la masa total y el volumen de los pulmones.
Estas estructuras se encuentran en agrupaciones o cúmulos conocidos como acinos o sacos alveolares, que se definen como las unidades de extremos ciegos ubicadas después de un bronquíolo transicional (donde termina un bronquíolo terminal y comienza uno respiratorio).
Dentro de un acino todas las vías o canales de conducción de aire poseen alvéolos unidos a sus paredes y, por lo tanto participan tanto en la conducción como en el intercambio gaseoso.
Los pulmones humanos tienen aproximadamente 30.000 acinos y también se han descrito algunos alvéolos individuales a lo largo de las vías de conducción pulmonares.
Alvéolos: componentes tisulares y celulares
Los alvéolos son sacos con estructuras poliédricas que tienen entre 0.25 y 0.50 micras de diámetro, y muchos autores se refieren a estos como sacos agrupados como las unidades que forman a un panal de abejas o como las uvas de un racimo, separados entre sí por unos septos.
El aire que entra al alvéolo en un saco alveolar puede ser transferido a los demás alvéolos del mismo saco a través de pequeños poros, por lo que los alvéolos de un saco alveolar están íntimamente relacionados.
Por los septos transitan los conductos capilares pulmonares (ramificaciones delgadas de las arterias pulmonares) por los que circula la sangre rica en CO2 y pobre en O2, es decir, la sangre cuyo destino es el intercambio gaseoso.
Estas paredes alveolares consisten en una muy fina capa de tejido conectivo que contiene componentes de matriz extracelular y diferentes tipos de células.
Tienen no más de 0.5 micras de grosor y reciben el nombre de membranas respiratorias, pues sirven de barrera de separación entre el aire en los alvéolos y la sangre. Está formada por células alveolares escamosas, algunas células escamosas endoteliales de los capilares y su membrana basal compartida.
Los demás tipos de células que se encuentran en los alvéolos son tres:
- Neumocitos tipo I, que ocupan el 95% de la superficie alveolar; son esenciales para el intercambio gaseoso, mantienen el balance de iones y fluidos y le ‘informan’ a los neumocitos tipo II sobre la necesidad de secretar más surfactante.
- Neumocitos tipo II, que están en menor cantidad y que se encargan de la producción de surfactantes (sustancias que reducen la tensión superficial), ayudan a regenerar el epitelio alveolar si hay heridas, etc.
- Macrófagos alveolares, derivados de monocitos sanguíneos y que funcionan en el sistema inmune, ‘limpiando’ el aire de las partículas inhaladas (sílice, asbesto, microbios, virus, bacterias, hongos, etc.).
Funciones de los alvéolos
Como las estructuras más distales del aparato respiratorio, los alvéolos cumplen funciones esenciales para la respiración externa, entre estas:
- Aumentan el área de superficie para el intercambio gaseoso.
- Facilitan en el intercambio de gases entre el aire y la sangre.
- Se expanden durante la inhalación, para llenarse de aire rico en oxígeno.
- Se contraen durante la exhalación, para vaciar el aire rico en dióxido de carbono intercambiado por el oxígeno con la sangre.
- Algunas de las células de los alvéolos -los macrófagos alveolares- protegen a nuestro organismo de algunas sustancias, partículas o microorganismos potencialmente nocivos para nuestra salud.
Proceso de intercambio gaseoso
La respiración es un proceso fundamental para todos los seres vivos y para las células que los conforman. Esta implica no sólo la adquisición de suficiente oxígeno para ‘mover’ los motores celulares, sino también la eliminación de los desechos metabólicos gaseosos, cuya acumulación es tóxica.
Decimos que el término respiración, en realidad, comprende tres aspectos distintos, pero funcionalmente relacionados: la ventilación, el intercambio gaseoso y el empleo del oxígeno a nivel celular.
- La ventilación tiene que ver con el proceso mecánico que hace posible el movimiento del aire hacia (rico en oxígeno) y desde los pulmones (rico en dióxido de carbono).
- El empleo del oxígeno se relaciona con todas aquellas reacciones químicas que ocurren en las células gracias a la presencia de este gas, por medio de las cuales se obtiene la energía necesaria para el mantenimiento de los procesos celulares y, en última instancia, sistémicos
- El intercambio gaseoso se refiere al intercambio de oxígeno (O2) y (CO2) entre la sangre y el aire contenido en los pulmones y entre la sangre y los demás órganos y tejidos corporales.
En conjunto, tanto la ventilación como el intercambio gaseoso se consideran como la respiración externa, mientras que el empleo del oxígeno a nivel celular representa la respiración interna.
Los alvéolos, en concreto, participan en el proceso de intercambio gaseoso implicado en la respiración externa.
¿Cómo ocurre?
El aire que introducimos a nuestros pulmones durante la inhalación es rico en oxígeno, es decir, la concentración de este gas respecto a la de la sangre que circula a través de los capilares sanguíneos en las paredes alveolares es mucho mayor.
Las diferencias de concentración de oxígeno entre el aire inhalado y la sangre permiten que este gas difunda hacia este último tejido.
Cuando las células de nuestros órganos y tejidos reciben el oxígeno desde la sangre -por difusión- estas lo utilizan para obtener formas de energía que pueden emplear para realizar distintas actividades/trabajos, de lo que depende nuestra vida.
Tales formas de energía suelen ser, por lo general, moléculas de ATP y otras relacionadas.
El metabolismo celular (el empleo del oxígeno) no es un proceso completamente ‘limpio’, ya que produce un gas de desecho: el dióxido de carbono. La acumulación de dióxido de carbono tanto en las células como en los tejidos es tóxica para el organismo, razón por la cual debe ser eliminado.
La forma que tienen nuestras células de eliminar este gas es ‘enviándolo’ hacia la sangre, desde donde se elimina del cuerpo durante la exhalación.
Así, las células intercambian O2 por CO2 con la sangre, mientras que la sangre, cuya concentración de CO2 es mayor que la del aire que inhalamos, intercambia CO2 por O2 con el aire a nivel de los alvéolos pulmonares, también por una diferencia de concentración.
Una gran área de superficie
Los alvéolos pulmonares son muy pequeños, sin embargo, son capaces de estas diminutas estructuras depende parte importante del proceso respiratorio, que ocurre muy rápidamente con cada inhalación y exhalación.
La gran velocidad a la que se da este intercambio es posible gracias a la presencia de más de 300 millones de alvéolos, que equivalen a unos 80-140 metros cuadrados de área de superficie dedicados completamente a la difusión y el intercambio gaseoso.
Además, hay que decir que la delgada membrana que forma los alvéolos, de tan solo una célula de espesor, permite el paso rápido desde el aire hacia la sangre en los capilares y viceversa.