Respirar no es solo inspirar y espirar el aire. La respiración, para bien y para mal, se expresa en muchas partes de nuestro cuerpo y del organismo, pero no se le presta la atención necesaria, y mucho menos a la biomecánica respiratoria, sin embargo, cómo la realizamos impacta sobre nuestra postura, sobre la capacidad de movimiento y sobre todo nuestro entorno interno (fisiología) como verás en este artículo.
Estoy convencido que son muchas las personas que dan por hecho que respiran bien, pero la realidad es no han parado a pensar en ello, y existe un desconocimiento muy grande sobre la influencia que esto tiene en sus vidas como dolores crónicos, episodios de ansiedad o un rendimiento deportivo inferior.
Comprender la biomecánica respiratoria puede ser muy útil e interesante para entender porque puede empobrecer nuestra postura, empeorar nuestro movimiento, sentir que no tenemos capacidad aeróbica o porqué acumulamos mucho estrés o ansiedad.
Dado que la respiración es un patrón de movimiento que implica una contracción muscular, todos tenemos la posibilidad de adquirir conciencia, entrenarlo y mejorarlo. Convertirte en un respirador más eficiente, te convierte en un mejor “ventilador mecánico” para tu cuerpo con grandes beneficios. Descúbrelos aquí y en los próximos artículos.
Tabla de contenidos
Fisiología de la respiración y mecánica ventilatoria
Fisiología respiratoria
Respiramos para proporcionar oxígeno a todos los tejidos y expulsamos dióxido de carbono. La fisiología respiratoria se enfoca en los mecanismos internos y las funciones bioquímicas que se desarrollan con el fin de facilitar la respiración celular, es decir, el intercambio de gases entre la célula y el medio que lo rodea. Este proceso consta de 3 fases:
- Ventilación pulmonar: el proceso mecánico por el cual se inhala y exhala aire a través de los pulmones y las vías respiratorias, permitiendo el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre los alvéolos de los pulmones y la sangre.
- Perfusión pulmonar: Difusión de O2 y CO2 entre los alvéolos y la sangre
- Transporte de gases: El O2 y Co2 a través de la sangre a todas las células corporales y viceversa
Este proceso de intercambio de gases es fundamental para mantener las funciones metabólicas de las células y la homeostasis del organismo.
Ventilación pulmonar
La ventilación proceso de intercambio de gases entre el aire atmosférico y el interior de los alveolos. En este proceso el aire se filtra ya que se calienta, se purifica y se humedece. Se trata de un proceso rítmico ocurre de 12 a 20 veces por minuto en reposo y es crucial para el mantenimiento de la vida.
La respiración, a través del intercambio de gases, es esencial para el metabolismo oxidativo dentro de las fibras musculares. Se convierte la energía química almacenada en ATP en la energía mecánica necesaria para mover y estabilizar las articulaciones del cuerpo (Neumann, 2016)
Hay 2 factores que condicionan este proceso:
- Un mecanismo de gradiente de presiones, de una zona de mayor presión a otra de menor presión, ya que sino, no sale el gas.
- La resistencia de las vías aéreas, que depende de la longitud y calibre de la vía aérea, de la viscosidad del aire y del volumen pulmonar.
Relación inversa entre volumen y presión del gas
Cuando cambia el volumen de los pulmones, la presión del aire en los pulmones cambia de acuerdo con la Ley de Boyle. Si la presión es mayor en los pulmones que fuera de los pulmones, el aire sale rápidamente. Si ocurre lo contrario, entonces entra aire. Vamos a verlo según las fases del ciclo respiratorio:
Cuando los pulmones alcanzan su grado máximo de extensibilidad, las paredes alveolares adquieren rigidez y empieza la retracción elástica dando inicio a la fase de espiración en la que se reduce el volumen intratorácico y aumenta la presión alveolar, lo que hace que el aire salga de los alvéolos, de los pulmones y llegue a la atmósfera.
Durante la inspiración, el volumen intratorácico aumenta pero la presión alveolar se reduce (Neumann, 2016)
El volumen intratorácico aumenta por la contracción de los músculos que se adhieren a las costillas y al esternón (véase Fig. 11.24B).
A medida que el tórax se expande, la presión dentro del espacio interpleural, que ya es negativa, se reduce aún más, creando una succión que expande los pulmones.
La expansión resultante de los pulmones reduce la presión alveolar por debajo de la presión atmosférica, aspirando finalmente aire de la atmósfera a los pulmones.
Respiración pasiva VS respiración forzada
En personas sanas, la espiración tranquila es esencialmente un proceso pasivo que no depende de la activación muscular. Cuando los músculos de la inspiración se relajan después de la contracción, el volumen intratorácico disminuye naturalmente por la retracción elástica de los pulmones, el tórax y los tejidos conectivos de los músculos inspiratorios estirados.
Una vez conocemos algunos conceptos básicos de la fisiología del sistema respiratorio, vamos a profundizar en la ventilación pulmonar. La ventilación pulmonar requiere de la acción de los músculos respiratorios, que alternan sus funciones en las fases de inspiración y expiración, que a su vez pueden ser pasivas o forzadas.
Además de conocer la musculatura respiratoria, es importante comprender la anatomía de la caja torácica así como los factores influyen en la biomecánica respiratoria. Te dejo un enlace a continuación.
- La caja torácica: Anatomía y biomecánicaLa caja torácica: Anatomía y biomecánica
Musculatura de la respiración
La inspiración es un proceso activo, que normalmente implica numerosos músculos. Los músculos del tórax modifican el tamaño de la cavidad torácica, de manera que se pueda producir la respiración. Ya sabemos que para reducir la presión dentro de los pulmones, el volumen intratorácico debe aumentar. Esto suele ocurrir de tres maneras (Mansfield & Neumman, 2014):
- Elevación de las costillas
- Elevación y expansión hacia adelante del esternón, y
- Aumentar el diámetro vertical del tórax, causado por la contracción del diafragma.
Por lo tanto, cualquier músculo que contribuya a una o más de estas acciones se considera un músculo de inspiración.
La espiración forzada requiere de fuerza y musculatura para comprimir el tórax, disminuyendo así el volumen intratorácico. Por lo tanto, se considera un músculo de espiración forzada cualquier músculo que ayude con (Mansfield & Neumman, 2014):
- Depresión de las costillas
- Depresión y tracción hacia adentro de las esternón, o
- Disminuir el diámetro vertical del tórax
Músculos primarios de la respiración
El diafragma: el "motor" de la respiración
El diafragma es el músculo “motor” de la inspiración y que se relaja durante la exhalación. Durante la inspiración, el diafragma se contrae y sus fibras musculares se acortan tirando de la cúpula hacia abajo, lo que aumenta rápidamente el volumen intratorácico (se incrementa el espacio para que las costillas se expandan aumentando la cavidad de la caja torácica). Durante la exhalación se relaja y se eleva recuperando su posición. Además, influye en nuestra postura y eso afecta a la gestión de las presiones internas en el cuerpo, algo esencial en la producción y absorción de fuerzas.
El diafragma es un músculo de forma ovalada, que se asemeja a un paraguas o a un paracaídas, que se encuentra en la base del tórax. Separa el abdomen del tórax, dividiendo la región torácica de la región abdominal. Se divide en parte costal, esternal y lumbar. Además está inervado por el nervio frénico, formado por las raíces nerviosas C3-C5.
El diafragma posee una superficie superior convexa, que forma el piso de la cavidad torácica y una superficie inferior cóncava, que forma el techo de la cavidad abdominal.
El diafragma como motor de la respiración
Su acción mecánica y su ventaja respiratoria dependerá de su relación y de la disposición anatómica de la caja torácica. Se necesita una caja torácica flexible que permita a las costillas expandirse aumentando el diámetro de la caja torácica durante la fase de inspiración. Si no hay expansión, o está disminuida, el rango de movimiento del diafragma y sus funciones, se verá afectado.
SABÍAS QUÉ
Cuando el diafragma se contrae, a diferencia de otros músculos inspiratorios, aumenta significativamente el volumen intratorácico al expandir la altura, anchura y profundidad del tórax.
El diafragma es un importante estabilizador
El diafragma es principalmente estabilizador en el centro (centro frénico) y muscular en su perímetro. La parte izquierda del diafragma, más tendinosa, tiene una función más estabilizadora y la parte derecha (menos tendinosa) está más implicada en la respiración primaria.
El lado derecho del diafragma
El diafragma es, en general, más fuerte en el lado derecho. El hígado, al estar ubicado en el lado derecho, mantiene el diafragma en una posición más eficiente para la actividad respiratoria.
El flujo de aire se moverá más fácilmente hacia la pared torácica izquierda que hacia la derecha. La válvula del lado izquierdo del diafragma es más pequeña y no tiene la misma ventaja mecánica para tirar de las costillas hacia arriba y hacia afuera durante la inspiración. Por eso, la pared abdominal del lado izquierdo acostumbra tener un estado más relajado y una musculatura más debilitada, en comparación al lado derecho.
Conexiones miofasciales a través del diafragma
En relación a las líneas miofasciales de Anatomy Trains (artículo), está presente fundamentalmente en la “Línea Central Frontal Profunda” (LCFP) que comprende el «corazón» miofascial del cuerpo.
La respiración diafragmática junto la aducción de cadera, son los dos movimientos exclusivos de la LCFP, sin embargo, influye en el resto de movimientos funcionales del resto de líneas.
La falta de equilibrio en la LCFP genera un acortamiento global del cuerpo, produciendo el hundimiento de la pelvis y de la columna (limitando la extensión completa de la cadera) y sienta las bases de capas de compensación negativas sobre las demás líneas.
Intercostales
Los músculos intercostales ocupan los espacios intercostales, es decir, los espacios entre las costillas, ayudando a la expansión y a la compresión de la caja torácica. Tenemos intercostales externos e internos.
Los intercostales externos, que ocupan la capa superficial, se contraen durante la inspiración elevando las costillas. Los intercostales internos, que ocupan la capa intermedia, se contraen durante la espiración deprimiendo las costillas
Músculos secundarios de la respiración
Los músculos accesorios de la respiración tiene la función de intervenir en la inspiración y espiración forzada, pero no deberían intervenir bajo condiciones normales de reposo. Estos músculos son: escalenos, esternocleidomastoideo y pectorales para la inspiración; oblicuos y transverso abdominal para la exhalación.
Necesitamos de su acción en situaciones más estresastes para el organismo, como durante la práctica de ejercicio físico. Si participan en situaciones de reposo, estamos sin duda ante una disfunción del patrón respiratorio.
Esternocleidomastoideo
Cuando se contrae eleva el esternón
Escalenos
Son tres músculos (anterior, medio y posterior) que se unen desde las dos costillas superores hasta diversas estructuras vertebrales de la columna cervical.
Cuando la columna cervical está bien estabilizada, la contracción bilateral de los escalenos aumenta el volumen intratorácico al elevar las costillas superiores y el esternón unido a ellas (Mansfield & Neumman, 2014)
Pectoral menor
Cuando se contrae tira de las costillas hacia arriba
Abdominales
Se contrae para comprimir el abdomen y deprime la costilla inferior
Los abdominales son los principales músculos de la exhalación forzada ya que se encargan de comprimir el abdomen y deprimir las costillas inferiores.
Están dispuestos en capas con el fin de mejorar la capacidad de crear fuerza y rigidez, lo que permite a la columna soportar cargas y controlar los movimientos además de otras funciones corporales.
Transverso del abdomen
El transverso es un músculo que juega un rol primordial en el mantenimiento de la tensión sobre la línea alba, que a falta de soporte óseo es un ancla para la inserción, transferencia de fuerzas, y óptima función de oblicuos y recto anterior.
Oblicuos internos
Los oblicuos internos participan en la exhalación rotando internamente las costillas, especialmente cuanto más prolongada es la exhalación (espiración forzada)
Recto anterior del abdomen
El recto abdominal, que tiene inserciones entre T5/T7, si está acortado, puede contribuir a dificultar la entrada óptima de aire en el tórax.
Cuadrado lumbar
Cuando se contrae tira de las costillas hacia abajo
Biomecánica respiratoria
El patrón respiratorio
El patrón respiratorio es llevado a cabo por el sistema neuromuscular, el cuál gobierna la contracción o relajación de los músculos alrededor de los pulmones que cambia el volumen total de aire dentro de los conductos de aire (bronquios, bronquiolos) dentro de los pulmones. En el intercambio de gases, se recoge el oxígeno y se desecha el dióxido de carbono como ya hemos visto.
Tiempos de la respiración
La biomecánica respiratoria tiene dos fases: inhalación y exhalación. La inspiración (inhalación) tiene lugar cuando la cavidad torácica aumenta de tamaño, y la expiración (exhalación), cuando la cavidad torácica disminuye de tamaño.
Durante estas dos fases, los pulmones se expanden y se contraen de dos maneras (Imagen 5):
- Mediante el movimiento descendente y ascendente del diafragma para alargar y acortar la cavidad torácica
- Elevando y descendiendo las costillas para aumentar el diámetro anteroposterior de la caja torácica
Biomecánica respiratoria
Durante la inhalación, la caja torácica se mueve lateral y anteriormente. El movimiento anterior del esternón es similar a un movimiento de “palanca de bomba”, y el movimiento lateral y la elevación de las costillas es similar a un movimiento de “mango de cubo” (Imagen 6A y 6B).
Diagrama que indica las rotaciones de las nervaduras bomba-palanca (A) y cubeta-palanca (B). En ambos paneles, el esternón y las costillas se muestran antes (gris) y después (púrpura) de la expansión de la caja torácica.
Movimientos de las costillas
Las costillas superiores (2 a 7) funcionan como una palanca de bomba aumentando el diámetro anterosuperior)
Las costillas inferiores (8 a 12) funcionan como el asa de un cubo durante la respiración (aumentando el diámetro transversal)
Durante la inhalación, la apertura torácica inferior se expande proporcionalmente en todas direcciones a medida que el diafragma cae y se aplana fuera (Imagen 7A) . Las costillas giran hacia afuera en rotación externa (Imagen 8B)
Las clavículas deben tener una ligera pendiente ascendente (25°–29°). La posición horizontal puede ser un signo de músculos respiratorios accesorios cortos (hiperactivos). Por debajo de esto, existirán condiciones patológicas, el diafragma no se aplana adecuadamente y permanece en un eje oblicuo, provocando que nuestro sistema busque otras estrategias para seguir respirando (Liebenson, 2015)
Al exhalar, nuestras costillas descienden girando internamente, se produce una rotación interna, lo que crea la denominada “zona de aposición” (zone of apposition). Básicamente, esto significa que la caja torácica está en una posición que permitirá una expansión circunferencial completa de 360 grados.
El aumento de la presión intraabdominal y cómo afecta al suelo pélvico
Cuando el diafragma se contrae y desciende, aumenta la presión intratorácica que se ejerce sobre el abdomen y el suelo pélvico. La presión generada impulsa las vísceras hacia abajo, lo que beneficia en un aumento de la capacidad pulmonar. El suelo pélvico debe responder de forma activa e inconsciente a las presiones que llegan de arriba.
- Diafragma y suelo pélvico en sinergiaDiafragma y suelo pélvico en sinergia
Patrón respiratorio funcional vs patrón respiratorio disfuncional
Básicamente, en un patrón respiratorio funcional y saludable, las costillas se mueven permitiendo el movimiento del diafragma en todo su rango. Esto permite que también la contracción del diafragma se realice en todo su rango de movimiento (ROM)
En una respiración correcta, la expansión del tórax durante la inhalación será en 360º. Comenzará en la pared abdominal con una expansión ventral y caudal, con una expansión de las costillas inferiores a nivel horizontal (que permitirá el movimiento del diafragma) y continuará con una expansión simultánea y simétrica de la parte inferior del pecho (dorsal y lateralmente) (Imagen 9). No debe haber ningún movimiento craneal del pecho o del tórax.
Cuando esto no ocurre, porque existen restricciones, las costillas no se mueven y el diafragma no puede ser competente, el patrón respiratorio se verá afectado y el organismo encontrará otras estrategias para poder seguir respirando en su lucha por sobrevivir. Cuanto más comprimido estás, peor será la condición que está creando para su sistema respiratorio.
En un patrón respiratorio saludable, el eje del diafragma es casi horizontal mientras que en un patrón disfuncional o patológico, el eje diafragmático está en posición oblicua y durante la inhalación se pueden observar movimientos craneales/caudales excesivos en el esternón.
(A) Patrón respiratorio saludable: El eje diafragmático es casi horizontal. Durante la inhalación, el diafragma se mueve caudalmente mientras el esternón se mueve previamente. Hay expansión proporcional de la parte inferior del pecho (ensanchamiento de los espacios intercostales) (Imagen 10A)
(B) Estereotipo patológico de ventilación: el eje del diafragma está en una posición oblicua. En este caso todo el pecho se mueve en dirección al cráneo con la inhalación (craneal) y caudalmente con exhalación con una mínima o ausencia total de expansión de la parte inferior del tórax (estrechamiento espacios intercostales). En consecuencia, la cavidad torácica inferior se “bloquea” con una inhalación superficial, posteriormente imponiendo mayores exigencias a los músculos accesorios de la respiración (imagen 10B)
Si quieres ampliar información sobre la respiración diafragmática y conocer los beneficios que tiene para el organismo, escribí sobre ello en el siguiente enlace que te dejo a continuación:
- La respiración diafragmática y sus beneficiosLa respiración diafragmática y sus beneficios
Regulación nerviosa de la respiración
El control de la respiración
La respiración está regulada de forma inconsciente por el Sistema Nervioso Autónomo (SNA). Sus principales funciones son mantener constante el medio interno del organismo y regular el funcionamiento de los órganos de acuerdo con las exigencias del medio ambiente (Chú Lee, 2015).
Sistema nervioso simpático vs sistema nervioso parasimpático
El SNA tiene dos ‘subsistemas’ que influyen en las reacciones fisiológicas y bioquímicas del cuerpo: el sistema nervioso simpático (SNS) y el sistema nervioso parasimpático (SNP). Michael Rosengart (CSCS, CES y CPT), autor del blog prehabexercises.com hace una brillante analogía comparando el sistema simpático (SNS) con el pedal del acelerador de un coche y el sistema parasimpático (SNP) con el pedal del freno (Rosengart)
El SNP ayuda a calmar el organismo, adecuado para la recuperación, provocando una serie de reacciones bioquímicas y fisiológicas que favorecen la regeneración celular y la eliminación de tensión en tejidos blandos.
El nervio vago
El nervio vago forma parte del sistema nervioso parasimpático y tiene la función de crear conexiones entre el cerebro y el tracto digestivo, los pulmones, el corazón, el bazo, el hígado y los riñones.
Además, está vinculado a la “calma y la digestión” del sistema nervioso, lo que es necesario para manejar las situaciones de estrés, al compensar el estado de “lucha & huida”
El nervio vago atraviesa el diafragma por lo que la estimulación de éste ayuda a modular el tono vagal.
SABÍAS QUÉ
El nervio vago atraviesa el diafragma y es responsable de calmar el sistema nervioso, lo que lo hace sentir tranquilo, recuperarse más rápido y prevenir enfermedades
El tono vagal y la postura de la lengua
Para un tono vagal óptimo, la postura de la lengua importa mucho. La lengua debe estar presionando contra el paladar (techo de la boca), excepto cuando comemos y hablamos.
Esta posición activa un grupo de nervios craneales parasimpáticos, ya que el techo de la boca está inervado por ellos. Entre ellos tenemos: el nervio trigémino (CN V), responsable de la sensibilidad en la parte frontal del techo de la boca y el nervio glosofaríngeo (CN IX), que proporciona sensibilidad en la parte posterior del techo de la boca. Ambos son nervios mixtos que transportan información sensorial y motora.
Conclusiones
¿Casualidad? Muchas personas hoy en día tienen algún tipo de dolor crónico o patología, y muchas personas respiran mal. La biomecánica respiratoria en reposo no es algo que la mayoría de la gente se tome el tiempo de comprobar y tampoco el sistema sanitario ayuda ya que no es algo que se tenga en gran consideración cuando uno acude al médico por un dolor.
Un patrón respiratorio funcional proporciona una movilización natural de la caja torácica y la columna vertebral que es crucial tanto para la movilidad como para la estabilidad. La respiración funcional, a través del diafragma, influye en la postura, en tus capacidades de movimiento, incluso en la fisiología interna.
Dentro del entrenamiento, todavía existen muchos entrenadores, incluso formados, que no valoran la biomecánica respiratoria de sus clientes, antes de mandarle hacer ejercicios extenuantes. Comprender cómo la respiración puede influir en la postura, el complejo del hombro o en la pelvis y la cadera es otro paso hacia la creación de intervenciones eficientes para la movilidad, para el entrenamiento de la fuerza, del desarrollo aeróbico y la salud en general.
El cuello, el esternón, la caja torácica y la columna torácica son áreas donde muchas personas mantienen su estrés. Comprender la biomecánica respiratoria es clave para desbloquear la calma que también necesita nuestro organismo. Hazte amigo de tu respiración como barómetro de tu estado interior.
A veces lo que parece lo más insignificante de las cosas es lo que te aporta el más grande de los cambios. Todos los seres humanos se beneficiarán de una función pulmonar mejorada y, por lo tanto, de mejores capacidades respiratorias, con todo lo que eso conlleva.
La homeostasis es un equilibrio dinámico entre ambas ramas autónomas del sistema nervioso.