Cualquier ser humano se va a beneficiar de una función pulmonar mejor y, por tanto, de mejores capacidades respiratorias. Esto sólo puede comenzar en un sitio, en la caja torácica.
La caja torácica es una estructura ósea fundamental en el cuerpo humano, que cumple funciones vitales para la protección y el soporte de órganos internos, así como para la respiración. En este artículo, exploraremos en detalle la anatomía de la caja torácica y su biomecánica desarrollando el movimiento de las costillas.
Anteriormente he escrito un artículo sobre los fundamentos anatómicos y biomecánicos de la pelvis, que puede ser de interés leer antes de profundizar en la caja torácica. Te dejo el enlace a continuación:
- Fundamentos de la pelvis: Anatomía y biomecánicaFundamentos de la pelvis: Anatomía y biomecánica
Tabla de contenidos
Anatomía de la caja torácica
La caja torácica es una estructura ósea cerrada. Está formada por una compleja anatomía de huesos, cartílagos y articulaciones que permiten su movimiento durante la respiración y otras actividades físicas. Está constituida por 12 pares de costillas, el esternón y la porción torácica de la columna vertebral. Se separa de la porción abdominal por el diafragma. Es más angosta en su región superior y más ancha en su región inferior.
Su principal función es la protección de órganos vitales como el corazón, los pulmones o parte del sistema digestivo, proporcionando un armazón óseo ante posibles lesiones externas. Además da soporte estructural que sostiene y da forma al tórax y es una parte clave del patrón respiratorio ya que se expande y se contrae durante la respiración ayudando a crear cambios de presión que permiten la entrada y salida de aire en los pulmones.
Costillas
Las costillas están formadas por un segmento óseo y cartílago costal mediante el cual articulan al esternón anteriormente. Los cartílagos costales contribuyen a la elasticidad de la caja torácica y evitan que eventuales golpes sobre el tórax fracturen el esternón, las costillas o ambos.
Posteriormente cada costilla se articula con su correspondiente vértebra torácica, con la particularidad de que las costillas 2-9 articulan con las vértebras inmediatamente superiores e inferiores, siendo las costillas 1, 11 y 12 las únicas que se articulan con su correspondiente vértebra dorsal.
La longitud de las costillas aumenta desde la primera hasta la séptima y disminuye desde la séptima hasta la duodécima.
Costillas verdaderas (vertebroesternales): Del primero al séptimo par de costillas. Cada una se articulan por delante directamente con el esternón (articulaciones esternocostales) a través del cartílago costal formando la articulación costocondral.
Los restantes cinco pares de costillas son las denominadas costillas falsas porque sus cartílagos costales o bien se articulan con el esternón en forma indirecta o bien no se articulan con el esternón. Los cartílagos del octavo, noveno y décimo par de costillas se articulan entre sí y después, con el cartílago del séptimo par de costillas. Estas falsas costillas se denominan costo-vertebrales. Los pares de costillas undécimo y duodécimo se componen de costillas falsas denominadas flotantes, porque el cartílago costal anterior no se articula con el esternón. Estas costillas sólo se articulan por detrás con las vértebras torácicas.
Costillas falsas: Van de la 8 a la 10. Articulan con el esternón por medio de un cartílago común fusionándose con la séptima costilla
Costillas flotantes: Son 11 y la 12. No articulan con el esternón.
Esternón
El esternón es un hueso plano y angosto situado en el centro de la pared torácica anterior, que mide alrededor de 15 cm y que sirve de anclaje para las clavículas y las costillas. Está formado por tres partes:
La superior constituye el manubrio; la parte media y la más grande, el cuerpo; y, la parte inferior, la parte más pequeña y denominada apófisis xifoideas.
Generalmente, los segmentos del esternón se fusionan a los 25 años, y los puntos de fusión están marcados por rebordes transversos.
En la imagen 3 puedes ver una vista anterior del esternón con la clavícula izquierda y costillas retiradas. En rojo se muestran las inserciones proximales de los músculos circundantes como el esternocleidomastoideo, el pectoral mayor o el subclavio
Columna torácica
La columna torácica está formada por 12 vértebras torácicas o dorsales, que se dividen en superiores (T1-T4), medias (T5 a T8) e inferiores (T9 a T12). Las vértebras torácicas (T1-T12) son considerablemente más grandes y fuertes que las vértebras cervicales. La característica principal que las distingue del resto de las vértebras es que se articulan con las costillas.
Cuando un adulto está de pie, la región torácica típicamente muestra alrededor de 40 a 45 grados de cifosis natural (Mannion et al., 2004) (Imagen 4)
La columna torácica rectifica su curvatura en la inspiración y la aumenta en la espiración. Es el eje que involucra todo el aparato costal en un movimiento de apertura o de cierre en abanico, que se extiende a lo largo de todas las costillas hasta la inserción esternal de los cartílagos costales (Rouvière & Delmas, 2005).
Desde la posición anatómica, el movimiento se produce en los tres planos. Aunque el rango de movimiento en cada unión intervertebral torácica es relativamente pequeño, el movimiento acumulativo es considerable cuando expresada en toda la columna torácica. Así, en cuanto a los movimientos de la columna torácica debemos considerar, según Neumann (2010):
- Hay aproximadamente de 30 a 40 grados de flexión y 15 a 20 grados de extensión disponibles en toda la región torácica.
- Hay aproximadamente de 25 a 35 grados de rotación en el plano horizontal (axial) que ocurren a cada lado en toda la región torácica.
- Se producen aproximadamente de 25 a 30 grados de flexión lateral a cada lado en la región torácica
Los movimientos de la columna torácica se ven limitados por las costillas y por el esternón.
El ángulo infraesternal (ISA) de la caja torácica
La abertura inferior del tórax está limitada, de anterior a posterior, por la apófisis xifoides, el borde inferior de los seis últimos cartílagos costales, la duodécima costilla y la duodécima vértebra torácica. Esta abertura se orienta inferior y anteriormente y presenta en su contorno anterior una amplia escotadura denominada ángulo infraesternal (ISA). El ángulo infraesternal está limitado lateralmente por los cartílagos de las costillas falsas y su vértice está ocupado por la apófisis xifoides.
¿Qué es el ISA de la caja torácica?
El ángulo infraesternal es el ángulo que forma la apófisis xifoides del esternón (vértice) con los cartílagos fusionados de las falsas costillas, es decir, de la 7ª a la 10ª costilla.
Tiene cierta capacidad de movimiento, ya que puede abrirse con la inhalación, lo que produce una rotación externa en las costillas, y cerrarse durante la inhalación, y produce rotación interna de las costillas.
Las falsas costillas son hasta cierto punto, moldeables por el cuerpo, conduciendo a una variación del ISA como un mecanismo de compensación primario que es desarrollado con el fin de buscar el camino de menor resistencia del aire al respirar.
El ISA tiene un alto componente genético, pero no se puede obviar que el estilo de vida, el entrenamiento, y la forma en la que respiramos, puede ser determinante para una mayor o menor compensación de éste.
¿En qué influye el ISA?
La posición de las costillas, y específicamente el ángulo infraesternal (ISA) son determinantes para el mecanismo de respiración al inhalar y exhalar de manera eficiente. En resumidas cuentas, el ángulo infraesternal nos aporta información valiosa sobre la forma de respirar de una persona.
Además, el ISA es un reflejo de las capas de compensación que puede tener una persona ya que está ampliamente relacionada con el posicionamiento de la pelvis y la orientación y biomecánica de la caja torácica, lo que influirá en el comportamiento muscular con inserciones en ambas estructuras. Por ejemplo, un ángulo infraesternal grande, ancho y abierto, puede reflejar cierta debilidad en los músculos oblicuos del abdomen. Por el contrario, un ISA pequeño, estrecho y comprimido, puede denotar una sobreactivación de los oblicuos, o del recto abdominal en algunos casos. Simplemente es información que podemos tener en cuenta a la hora de abordar el entrenamiento.
- Información sobre el patrón respiratorio
- Información de las relaciones longitud-tensión de algunos músculos
- Información para prescribir ejercicio
La importancia de valorar el ISA de la caja torácica
Está marcado por un alto componente genético, por lo que es difícilmente modificable, sin embargo, su valoración nos aporta información importante para seleccionar los ejercicios y las variables que más se ajustan a esa información, a la forma de respirar la persona, de forma que podamos acceder a una ventilación mecánica más eficiente.
Si quieres ampliar la información sobre la relevancia de valorar el ISA, te recomiendo la la lectura del siguiente artículo:
- El ángulo infraesternalNuevoEl ángulo infraesternal
Movimientos del tórax en conjunto
La caja torácica constituye el esqueleto del tórax. Los movimientos del tórax en su conjunto son el movimiento de dilatación o inspiración resultante de la elevación de las costillas, y el movimiento de retracción o espiración producido por el descenso de las costillas (Rouvière & Delmas, 2005). Así el movimiento de la caja torácica es relativamente independiente debido a su papel en la mecánica respiratoria. Para mantener una ventilación adecuada, la movilidad o cinemática de la caja torácica es muy importante junto con los músculos que son responsables de impulsar la ventilación mecánica (Hazari et al., 2021). Se debe tener en consideración que cualquier alteración en la mecánica de la caja torácica podría conducir a una disfunción ventilatoria asociada dentro de la pared torácica.
La movilidad de la caja torácica
La caja torácica aumenta todos sus diámetros en la inspiración y los disminuye en la espiración. Este mecanismo resulta del juego combinado de la columna vertebral, las diez primeras costillas con sus cartílagos, y el esternón.
El movimiento de inspiración o dilatación
Cuando las costillas se elevan, su extremo anterior se dirige lateral y anteriormente y por consiguiente, los diámetros transversal y anteroposterior del tórax aumentan.
Al dirigirse lateralmente, la porción media y anterior de las costillas se aleja de la línea media. El extremo anterior de las costillas, aunque está unido al esternón o al cartílago costal suprayacente por su propio cartílago, puede separarse del esternón gracias a:
a) la flexibilidad de la costilla, mediante la cual ésta puede modificar su curvatura.
b) la elasticidad de los cartílagos costales, que permite cierto alargamiento de éstos.
c) su flexibilidad, que les permite rectificar su curvatura.
d) la movilidad de las articulaciones esternocostales.
El resultado de todos estos cambios, que se producen simultáneamente en todos los arcos costales, es el aumento del diámetro transversal del tórax. Al mismo tiempo que la costilla se eleva, su oblicuidad inferior y anterior disminuye, su dirección tiende a horizontalizarse cada vez más y el extremo anterior de la costilla se dirige anteriormente. Las costillas desplazan anteriormente los cartílagos costales y, por medio de éstos, el esternón. Consecuentemente, el diámetro anteroposterior del tórax también aumenta.
La proyección anterior del esternón es más acentuada inferior que superiormente, lo cual se debe a la diferencia de longitud de las costillas verdaderas. Las costillas inferiores son más largas que las superiores y permiten un desplazamiento más extenso del esternón.
El movimiento de espiración o retracción
El estrechamiento del tórax es resultado del descenso de las costillas, que ocasiona la disminución de los diámetros transversal y anteroposterior del tórax. El mecanismo por el cual se produce la retracción del tórax es inverso al que causa su dilatación. Sin embargo, cabe destacar que este descenso de las costillas se efectúa al principio pasivamente debido a la elasticidad de los cartílagos, que retornan a su posición de reposo.
Las costillas se mueven lateralmente, aumentando por su elevación el diámetro lateral del tórax (imagen 7)
Durante la inspiración, el esternón va hacia delante y hacia arriba, alejándose de las vértebras dorsales. Así, la elevación de las costillas produce un ensanchamiento (imagen 8)
De forma resumida, podemos segmentar los movimientos en el tórax en tres segmentos (Rouvière & Delmas, 2005):
- Un segmento superior (las dos primeras costillas) constituido por el plastrón del tórax, que se eleva en la inspiración y desplaza el manubrio esternal superior y anteriormente.
- Un segmento medio, de la tercera a la séptima costilla, donde predomina la elevación y donde el desplazamiento anterior es ligero y la extensión lateral de mediana amplitud. Se corresponde a la articulación directa de los cartílagos costales
en el cuerpo del esternón. - Un segmento inferior, de la séptima a la décima costilla, donde predominan las proyecciones laterales posteriores (movimiento en asa de cubo). Este movimiento, que aleja las costillas del esternón en la inspiración, corresponde exactamente a la abertura del ángulo infraesternal.
Los movimientos de la caja torácica son realizados por diferentes músculos, pero con el fin de no alargar este artículo, serán abordados, junto con una completa biomecánica de la respiración, en el siguiente enlace
- La respiración y la biomecánica respiratoriaLa respiración y la biomecánica respiratoria
Compresión/Expansión del esqueleto axial
La caja torácica, junto a la columna vertebral, forma parte del esqueleto axial, y tiene un rol crucial en la movilidad y la estabilidad, ajustando su forma y posición en función de las demandas respiratorias y posturales.
Solemos pensar que los movimientos de rotación interna y externa son sólo propios de las extremidades, pero eso no es así. La capacidad de expansión/compresión está vinculada a las capacidades de rotación externa (RE) y rotación interna (RI) de la caja torácica
La rotación externa (RE) está asociada a la expansión, ya que en este movimiento nos alejamos de la línea media del cuerpo, y la rotación interna (RI) está asociada a la compresión, que es un movimiento que se acerca a la línea media del cuerpo.
La expansión de la caja torácica durante la RE aumenta la capacidad torácica y modifica la alineación de la columna vertebral, mientras que la compresión durante la RI facilita la estabilización axial, permitiendo una mayor integración funcional entre el tronco y las extremidades. Estos ajustes de la caja torácica y su relación con el esqueleto axial son esenciales para mantener la eficiencia biomecánica, la respiración y el control postural es un movimiento que se acerca a la línea media del cuerpo.
Factores biomecánicos de impacto en la caja torácica
La caja torácica está unida a múltiples articulaciones y, por tanto, la cinemática de la caja torácica depende de la contribución significativa de cada articulación y la musculatura correspondiente. Pero además, el movimiento del tórax durante la respiración estará influenciado por varios factores que trabajan en conjunto para facilitar la entrada y salida de aire como las fuerzas que mueven el pulmón y la pared torácica, el grado de elasticidad o las resistencias a superar.
La relación longitud-tensión de determinados músculos
El músculo de la inspiración más importante es el diafragma. Durante la inspiración, el diafragma se contrae, el contenido abdominal se fuerza hacia abajo y hacia adelante, y la dimensión vertical de la cavidad torácica aumenta. Además, los márgenes de las costillas se elevan y se mueven hacia afuera, provocando un aumento en el diámetro transversal de la tórax (Imagen 11) y un ensanchamiento de la caja torácica. La espiración es un proceso pasivo, los pulmones y la pared torácica son elásticos y tienden a regresar a sus posiciones de equilibrio después de ser expandidos activamente al inspirar. Sin embargo, durante la espiración forzada, los músculos abdominales se contraen y empujan el diafragma hacia arriba (West & Luks, 2016).
En la respiración corriente normal, el nivel del diafragma se mueve aproximadamente 1 cm o así, pero en inspiración y espiración forzadas, puede ocurrir una excursión total de hasta 10 cm (West & Luks, 2016)
- La respiración diafragmática y sus beneficiosLa respiración diafragmática y sus beneficios
El posicionamiento de las costillas influirá en su movimiento
Los movimientos de las costillas dependen del eje mecánico de las articulaciones costovertebrales, de la longitud de las costillas, de la de sus cartílagos y de su oblicuidad (Rouvière & Delmas, 2005). Cada costilla se desplaza según un eje que le es propio, y los movimientos son diferentes para cada una en el curso de la inspiración: elevación, proyección anterior y proyección lateral. Según Levangie y Norkin (2011), las costillas superiores muestran en un plano sagital movimientos predominantemente a medida que el eje está más cerca del frontal y por otra parte, los movimientos de las costillas inferiores se ven más en el plano frontal a medida que el eje pasa cerca del eje sagital.
La influencia del ISA
El ISA, como mecanismo de compensación primario, aporta información valiosa sobre la inclinación pélvica de una persona y como el cuerpo puede adaptase en relación a la mecánica respiratoria.
Una persona con una tendencia a una inclinación pélvica anterior (APT) estará en una posición más exhalada, con mayor compresión posterior, por lo que su ISA se abrirá fijándose en una posición de inspiración y llevando las costillas a una rotación externa. Esto condiciona el aumento de la lordosis lumbar y una compresión posteriormente la caja torácica.
Por otro lado, una persona con una tendencia a una inclinación pélvica posterior (PPT) estará en una posición más inhalada, es decir, de expansión, por lo que su caja torácica buscará la manera de expulsar el aire con más facilidad buscando la compresión que le falta, por ello, el ISA se cerrará conduciendo las costillas a una rotación interna. En términos de postura la columna se rectifica, es decir, se aplana la espalda, y se comprime anteriormente la caja torácica.
Puedes leer más sobre alteraciones posturales y compensaciones en el siguiente artículo
- Alteraciones Posturales y Compensaciones ComunesNuevoAlteraciones Posturales y Compensaciones Comunes
Elasticidad de la caja torácica
La flexibilidad de las costillas y los cartílagos, la elasticidad de estos últimos y la movilidad de los arcos costales, debida a las diversas articulaciones que unen entre sí las diferentes piezas óseas o cartilaginosas del tórax, se aúnan para otorgar al conjunto de la caja torácica una gran elasticidad y una mayor resistencia a los choques externos. Esta elasticidad disminuye con la edad (Rouvière & Delmas, 2005).
Distensibilidad pulmonar
La distensibilidad es el esfuerzo requerido para distender los pulmones y la pared del tórax. Una distensibilidad elevada significa que los pulmones y la pared torácica se expanden con facilidad, mientras que una distensibilidad baja significa que resisten la expansión. En los pulmones, la distensibilidad se relaciona con dos factores principales: la elasticidad y la tensión superficial (Tortora & Derrickson, 2013)
Una mayor distensibilidad pulmonar se relaciona con una mayor expansión de los pulmones y del tórax, lo que conlleva una mayor entrada de aire e intercambio de gases. Se requiere de una óptima elasticidad en la caja torácica para que luego los tejidos recuperen su forma original después de expandirse. La combinación adecuada de elasticidad y distensibilidad es esencial para mantener un patrón respiratorio eficiente y una función pulmonar saludable. La disminución de la distensibilidad es una característica compartida por varios trastornos pulmonares.
Diferencia morfológica para ancianos y bebés
La estructura y función de la pared torácica y las costillas difieren mucho en las diferentes etapas de la vida que determina su cinemática y cinética. Por ejemplo, la distensibilidad de la pared torácica de un bebé es mayor para que pueda adaptarse a los cambios estructurales durante nacimiento. Con la edad, la pared torácica se vuelve más rígida y la distensibilidad se reduce a medida que avanza la edad. visto en los ancianos (Hazari et al., 2021)
Recuerda que los cambios biomecánicos en la estructura y función de la pared del tórax podría interferir con la función respiratoria del cuerpo humano. Siempre que haya músculos involucrados, el área puede fortalecerse y, por lo tanto, manipularse en tamaño, estructura, y mejorar los movimientos.
Conclusiones
Comprender la anatomía y la biomecánica de la caja torácica es esencial para entender su papel en la salud y el bienestar del cuerpo humano debido especialmente a su relación con la función de ventilador mecánico y su importancia en el sistema respiratorio.
El posicionamiento de la caja torácica, la estructura de las costillas y el buen funcionamiento de todas las articulaciones involucradas permiten que la pared torácica pueda expandirse y contraerse durante el proceso de respiración.
El cuerpo siempre va luchar por mantener la respiración, y si es necesario adoptará un nuevo posicionamiento de la caja torácica o un cambio en las estructuras, articulaciones o músculos, lo que puede alterar la mecánica respiratoria haciéndola deficiente, limitando entre otras cosas el buen funcionamiento del diafragma.
Se antoja crucial reconocer la importancia de la caja torácica en el óptimo funcionamiento del patrón respiratorio, lo cual será abordado en detalle en un próximo artículo.
CONTACTO
Referencias
Calais-Germain, B. (1993). Anatomy of Movement. Eastland Press.
Calais-Germain, B. (2004). Anatomía para el movimiento: Bases para ejercicios. Tomo II. La Liebre de Marzo, S.L.
Drake, R. L., Vogl, A. W., & Mitchell, A. W. M. (2019). Gray’s Anatomy for Students. 4th ed. Churchill Livingstone.
Hazari, A. Maiya, A. Nagda T.; 2021. Conceptual Biomechanics and Kinesiology. Springer
Levangie PK, Norkin CC. Joint structure and function: a comprehensive analysis. Philadelphia, PA: F.A. Davis; 2011.
Mannion AF, Knecht K, Balaban G, et al: A new
skin-surface device for measuring the curvature and global and segmental ranges of motion of the spine: reliability of measurements and comparison with data reviewed from the literature. Eur Spine J 13:122–136, 2004.
Neumann D., 2010. Kinesiology of the musculoskeletal system: Foundations for rehabilitation. 3ª Edition. Elsevier.
Rouvière, H & Delmas, A. 2005. Anatomía Humana Descriptiva, topográfica y funcional. Tomo 2. Tronco 11.ª ed. Elsevier Masson
Tortora G. & Derrickson B. 2013. Principios de anatomía y fisiología. 13ª edición. Ed: Panamericana
West, J. & Luks A. 2016. West’s respiratory physiology. 10º Edition. Wolters Kluwer
Educador Físico Deportivo. Graduado en Ciencias de la Actividad Física y del Deporte. Colegiado nº 64.218. Máster en Prevención y Readaptación de Lesiones Deportivas en el Fútbol por la UCLM y la RFEF. Máster en Cineantropomería y Nutrición Deportiva por la UV. Técnico Superior en Dietética y Técnico Superior de Fútbol (UEFA Pro). Apasionado del fitness y como deporte futbolero. Tengo la suerte de ayudar a personas a mejorar su salud a través del ejercicio.
