Desarrollo del Sistema Respiratorio

El desarrollo pulmonar comprende 5 etapas: embrionaria, pseudoglandular, canalicular, sacular y alveolar. El epitelio respiratorio interno surge del endodermo, y el cartílago, los músculos bronquiales, el tejido conectivo y la irrigación surgen del mesodermo. Comenzando en la etapa embrionaria a las 4 semanas de desarrollo, el brote pulmonar se ramifica desde el lado ventral del intestino anterior, formando el esófago en la parte posterior y la tráquea en la anterior. En la etapa pseudomembranosa, la tráquea sufre múltiples generaciones de ramificaciones, y en la etapa canalicular, se desarrollan estructuras alveolares primitivas y capilares. A continuación, en la etapa sacular, el intercambio de gases se vuelve posible a medida que los capilares se asocian más estrechamente con los alvéolos en maduración y los neumocitos de tipo II han comenzado a secretar surfactante. En la etapa alveolar, los alvéolos continúan creciendo en número y tamaño y continúan madurando hasta que el niño tiene 8 años.

Última actualización: Mar 26, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Contenido

Descripción General

Etapa Embrionaria

Etapa Pseudoglandular

Descripción General

El desarrollo pulmonar ocurre en 5 etapas:

Embrionaria: desarrollo de la tráquea y brotes bronquiales primarios
Pseudoglandular: desarrollo del árbol bronquial hasta el nivel de los bronquiolos terminales
Canalicular: desarrollo de los bronquiolos respiratorios y los alvéolos primitivos
Sacular: maduración de los alvéolos y producción de surfactante
Alveolar: aumento en el número de alvéolos, capilares y maduración continua

In utero, los pulmones son:

Innecesarios como órganos respiratorios (están inactivos)
Una fuente primaria de líquido amniótico
Llenos de líquido y no inflados

Inmediatamente después del nacimiento:

Los pulmones se expanden por primera vez con la 1ra respiración del lactante.
Esta 1ra respiración empuja el líquido amniótico fuera de los espacios aéreos y hacia la irrigación a medida que los pulmones se llenan de aire.
El surfactante ↓ la tensión superficial en los alvéolos y mantiene abiertos los espacios de aire.
El surfactante adecuado es a menudo un factor primordial para determinar la supervivencia infantil.

Mnemotécnia:

Para recordar rápidamente la cronología de las etapas del desarrollo pulmonar, recuerde “Every Pulmonologist Can See Alveoli” (Todos los neumólogos pueden ver los alveolos, en inglés):

E – Embryonic (embrionaria)
P – Pseudoglandular
C – Canalicular
S – Saccular (sacular)
A – Alveolar

Etapa Embrionaria

El desarrollo del árbol bronquial comienza en la etapa embrionaria, con el brote del tubo intestinal embrionario para formar la laringe, tráquea y pulmones al final de la etapa.

Capas embrionarias

**Tabla: Las capas embrionarias y sus estructuras asociadas al árbol bronquial**
Capa de tejido	Estructuras formadas en el árbol bronquial
Endodermo		Epitelio respiratorio Glándulas del tracto respiratorio
Mesodermo	Capa esplácnica pleural	Pleura visceral Tejido conectivo Musculatura bronquial Cartílago
Mesodermo	Capa somática pleural	Pleura parietal
Ectodermo		Ninguna

Proceso de desarrollo en la etapa embrionaria

El árbol bronquial se desarrolla a partir del intestino anterior del tubo intestinal embrionario.

Ocurre de 4–7 semanas después de la concepción
Tubo intestinal embrionario:
- Se forma a partir de la capa de endodermo plegada lateralmente
- Está rodeado de mesodermo
- Tiene 3 secciones:
  - Intestino anterior
  - Intestino medio
  - Intestino posterior
Brote pulmonar (divertículo respiratorio):
- Brota del lado ventral del intestino anterior alrededor de la semana 4
- Crece simultáneamente hacia afuera (ventralmente) y hacia abajo (caudalmente)
- Incluye tanto el endodermo como el mesodermo esplénico pleural circundante
Surco traqueoesofágico (o cresta):
- A medida que el brote pulmonar crece hacia afuera y hacia abajo, el surco traqueoesofágico aparece como hendiduras laterales entre el nuevo brote pulmonar y el intestino anterior.
- Los surcos/crestas se mueven medialmente, “pellizcando” el brote pulmonar y formando el tabique traqueoesofágico.
- El tabique traqueoesofágico crea dos tubos separados:
  - Esófago (posteriormente, del intestino anterior original)
  - Tráquea (anteriormente, desde el brote pulmonar)
Brotes bronquiales primarios: la tráquea se bifurca en los brotes bronquiales derecho e izquierdo.
Los defectos en esta etapa pueden causar:
- Fístula traqueoesofágica: ocurre cuando los surcos traqueoesofágicos no se cierran completamente en la línea media
- Atresia esofágica: no se forman porciones del esófago; a menudo coexiste con fístula traqueoesofágica
- Atresia traqueal: ausencia parcial o completa de la tráquea debajo de la laringe (letal): el tracto respiratorio inferior a menudo está conectado al tracto gastrointestinal.
- Secuestro broncopulmonar: tejido pulmonar accesorio no funcional formado anormalmente que no está conectado al resto del árbol bronquial

Desarrollo embrionario del árbol bronquial - epitelio intestinal. — Desarrollo embrionario del árbol bronquial
Imagen por Lecturio.

Embryonic development of the gut tube — Desarrollo embrionario del tubo intestinal
Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Embryonic cell layers following lateral folding of the trilaminar disc — Desarrollo embrionario del tubo intestinal
Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

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Tracheal Development

6:55

Development of Larynx and Large Airways

Etapa Pseudoglandular

Esta etapa genera la mayor parte del árbol bronquial. Recibe su nombre porque histológicamente, los bronquios (que están revestidos con células cuboideas en esta etapa) se parecen a las glándulas cuando se ramifican en el mesodermo circundante.

Ocurre entre las semanas 5–16 después de la concepción
Al comienzo de esta etapa, alrededor de la semana 5, se han formado el brote pulmonar y los brotes bronquiales primarios.
Durante esta etapa, la brotación/ramificación distal continua de los bronquios forma la mayor parte del árbol respiratorio.
Brotes bronquiales secundarios:
- El brote bronquial derecho se trifurca en 3 brotes bronquiales lobares secundarios.
- El brote bronquial izquierdo se bifurca en 2 brotes bronquiales lobares secundarios.
Brotes bronquiales terciarios: división continua
- Pulmón derecho: aproximadamente 20 bronquios terciarios
- Pulmón izquierdo: aproximadamente 18 bronquios terciarios
Bronquiolos terminales: ramificación extensa (tienen lugar aproximadamente 20 divisiones) hasta el nivel de los bronquiolos terminales
- Se desarrollan bronquiolos terminales (con revestimientos epiteliales gruesos).
- Los bronquiolos respiratorios no se desarrollan hasta la siguiente etapa → no es posible el intercambio de gases → el feto aún no puede sobrevivir
Los bronquiolos ramificados invaden el mesodermo circundante.
El mesodermo se está diferenciando en:
- Irrigación pulmonar → comienza a formarse la red capilar pulmonar
- Tejido conectivo
- Músculos bronquiales
- Cartílago
Los precursores de neumocitos comienzan a desarrollarse:
- Las células epiteliales cuboidales indiferenciadas recubren el árbol respiratorio.
- Producen líquido amniótico
El primer movimiento respiratorio se puede observar a las 10 semanas de gestación.
- La respiración está controlada por el tallo cerebral.
- Los movimientos respiratorios son paradójicos: el diafragma se contrae y el tórax se mueve hacia adentro y viceversa.
Al final de esta etapa:
- Formación de bronquiolos terminales, un sistema arterial, cartílago y músculo liso
- Se desarrollan precursores de neumocitos.
Defectos en esta etapa:
- Atresia o estenosis bronquial
- Quiste broncogénico: brote anómalo del intestino anterior que no se comunica con el árbol bronquial

Representación de la histología pulmonar en el estadio pseudoglandular — Representación de la histología pulmonar en la etapa pseudoglandular:
1: Mesénquima pulmonar
2: Precursores de neumocitos tipo II
3: Capilares
Imagen por Lecturio.

Etapa Canalicular

Durante esta etapa, las unidades respiratorias (también denominadas canalículos) se desarrollan al final de los bronquiolos terminales.

Ocurre entre la 16–26 semanas después de la concepción
Las unidades respiratorias comienzan a desarrollarse:
- Los bronquiolos terminales (pequeñas vías respiratorias “conductoras”) se extienden y ramifican hacia los bronquiolos respiratorios.
- Los bronquiolos respiratorios conducen a 3–6 conductos alveolares (las primeras estructuras alveolares primitivas).
- Se produce la irrigación del mesénquima circundante → densas redes capilares comienzan a rodear los conductos alveolares
- Fusión de las membranas basales del epitelio respiratorio y capilar
Neumocitos tipo II:
- Células cuboidales más gruesas (incapaces de intercambiar gas)
- Recubren la mayor parte del epitelio respiratorio y los alvéolos
- Comienzan a producir surfactante alrededor de la semana 20
- Continúan produciendo líquido amniótico
- Diferenciación mínima en neumocitos tipo I aplanados que son capaces de intercambiar gases
Surfactante (abreviatura de “agente tensioactivo”):
- Producido a partir de glucógeno
- Consiste en:
  - Lípidos (compuestos principalmente por fosfatidilcolina)
  - Proteínas hidrófobas B y C del surfactante
  - Proteínas hidrofílicas del surfactante
- Almacenado en cuerpos lamelares
- Cubre la superficie alveolar
- ↓ La tensión superficial dentro de los alvéolos, por lo que evita el colapso de los alvéolos después del nacimiento.
Al final de la etapa canalicular:
- Es posible algo de respiración debido a la creación de las partes del pulmón que intercambian gases.
- Se ha producido una gran parte del líquido amniótico.
- La madurez de los pulmones se basa en la producción de surfactante.
- Los lactantes que nacen en una etapa posterior pueden sobrevivir con cuidados intensivos.
Defectos en esta etapa: causan daño a los componentes de intercambio de gases y dan como resultado alteraciones estructurales del parénquima pulmonar

Representación de la histología pulmonar en la etapa canalicular:
1: Neumocito tipo I
2: Neumocito tipo II
3: Capilares
4: Mesénquima pulmonar
5: Conducto alveolar
Imagen por Lecturio.

Type 2 pneumocyte formation — Etapa canalicular del desarrollo pulmonar:
Al final de los 6 meses, los neumocitos tipo II comienzan a secretar surfactante. Este producto celular aceitoso se esparce por las vías respiratorias, disminuyendo la tensión superficial y permitiendo una expansión suave de los pulmones.
Imagen por Lecturio.

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Development of Small Airways and Lungs

Etapa Sacular

Durante esta etapa, los alvéolos comienzan a madurar, a medida que los neumocitos tipo II (células cuboideas) se aplanan en neumocitos tipo I capaces de intercambiar gases, creando el área de superficie de intercambio de gases. La producción de surfactante aumenta significativamente.

Semana 26 desde la concepción hasta el nacimiento
Los conductos alveolares se expanden hacia los sacos terminales y comienzan a madurar:
- Neumocitos tipo II (células cuboideas gruesas incapaces de intercambiar gases) → se aplanan en neumocitos tipo I delgados (capaces de intercambiar gases)
- Terminan como sacos terminales de paredes delgadas (alvéolos inmaduros)
- Neumocitos tipo II ↑ producción de surfactante: generalmente alcanzan niveles adecuados alrededor de la semana 32
Las redes capilares crecen:
- Los capilares se asocian con los sacos terminales.
- Se forma una membrana basal entre los neumocitos en los sacos terminales y las células endoteliales.
El intercambio de gases se vuelve posible:
- Cuando maduran los sacos terminales con neumocitos delgados tipo 1 asociados con capilares
- Conocida como la barrera sangre-aire
Al final de la fase sacular:
- Se han formado todas las generaciones de las ramas conductoras y respiratorias.
- Los sáculos son sacos delgados de paredes lisas capaces de intercambiar gases.
- La producción de surfactante está aumentada.
Los lactantes que nacen > 32 semanas tienen mucha ↑ posibilidades de supervivencia que los que nacen a las 24 semanas.

Representación de la histología pulmonar en la etapa sacular. — Representación de la histología pulmonar en la etapa sacular:
1: Neumocito tipo I
2: Neumocito tipo II
3: Capilares
4: Espacio sacular
5: Membrana basal de las vías aéreas
6: Membrana basal de los capilares
7: Endotelio de los capilares
Imagen por Lecturio.

Morphologic development of the lung — Desarrollo morfológico del parénquima pulmonar durante las etapas pseudoglandular (a, d), canalicular (b, e) y sacular (c, f):

Los túbulos epiteliales se ramifican repetidamente durante la etapa pseudoglandular y penetran en el mesénquima circundante (a, flecha, punto de ramificación).
El mesénquima contiene una red capilar suelta. (a). El epitelio en sí es alto y columnar (d). La etapa canalicular (b) se caracteriza por (1) diferenciación de las células epiteliales en células epiteliales tipo I y tipo II (e, f), (2) ensanchamiento de las futuras vías respiratorias (b), (3) multiplicación de los capilares y sus primeros contactos cercanos con el epitelio (b), y (4) formación de las primeras barreras aire–sangre futuras (e → f).
Durante la etapa sacular (c), se forman septos gruesos e inmaduros entre el espacio aéreo por condensación adicional del mesénquima. Los tabiques inmaduros contienen una red capilar de doble capa, una capa a cada lado del tabique. Los extremos terminales del árbol bronquial representan espacios amplios y se denominan sáculos (asteriscos).
Imagen: “Morphological development of the lung” por Johannes C. Schittny. Licencia: CC BY 4.0

Etapa Alveolar

Durante la etapa alveolar, las unidades respiratorias continúan creciendo en número y madurez.

Desde las 32 semanas posteriores a la concepción hasta los 8 años de vida
Septación de sacos terminales → ↑ área de superficie y conduce a una mayor maduración de los alvéolos
Expansión continua de la red capilar
Los alvéolos continúan aumentando en número:
- 50 millones de alvéolos al nacer
- ↑ Rápido en el número alveolar en los 1ros 6 meses de vida
- Crecimiento continuo en número y tamaño de alvéolos hasta los 8 años
- Aproximadamente 300 millones de alvéolos a los 8 años

Relevancia Clínica

**Tabla: Comparación de las 5 etapas del desarrollo pulmonar y su relevancia clínica**
Etapa de desarrollo	Descripción	Relevancia clínica
Etapa embrionaria (semanas 4–7)	Divertículo respiratorio → brotes pulmonares + tráquea Brotes bronquiales: bronquios primarios → secundarios → terciarios	Defectos: Fístula traqueoesofágica Atresia esofágica y/o traqueal Secuestro pulmonar
Etapa pseudoglandular (semanas 5–16)	Continuación de la ramificación de los bronquiolos → bronquiolos terminales Formación de capilares Desarrollo de precursores de neumocitos tipo II → producen líquido amniótico	Defectos: Quiste broncogénico Atresia bronquial Tejido pulmonar incapaz de intercambiar gases Los lactantes que nacen en esta etapa no pueden sobrevivir.
Etapa canalicular (semanas 16–26)	Bronquiolos respiratorios → conductos alveolares → alvéolos primitivos Capilares pulmonares prominentes Producción de surfactante Diámetro de la vía aérea ↑	Defectos: Hipoplasia pulmonar Síndrome de dificultad respiratoria Posibilidad de respiración a las 24 semanas
Etapa sacular (semanas 26–nacimiento)	Conductos alveolares → sacos terminales Se expande el área de la superficie de intercambio de gases de los pulmones. La barrera sangre–aire se desarrolla por completo.	Producción de surfactante ↑ Los lactantes que nacen con > 32 semanas tienen una tasa de supervivencia ↑.
Etapa alveolar (semana 32–8 años)	Neumocitos tipo II maduros Sacos terminales → alvéolos Después del nacimiento, los alvéolos ↑ en número: Al nacer: 50 millones A los 8 años: 300 millones	In utero: ↑ Resistencia vascular por aspiración de líquido amniótico Postparto: la inspiración de aire conduce a una disminución de la resistencia vascular pulmonar.

Fístula traqueoesofágica: ocurre cuando el esófago está conectado a la tráquea por un trayecto fistular: una fístula traqueoesofágica se asocia comúnmente con atresia esofágica, aunque son posibles múltiples variaciones anatómicas diferentes. El tratamiento requiere corrección quirúrgica.
Hipoplasia pulmonar: desarrollo incompleto de los pulmones, lo que resulta en un número o tamaño anormalmente bajo de segmentos broncopulmonares y/o alvéolos: se puede sospechar hipoplasia pulmonar en un ultrasonido prenatal con un diagnóstico al nacer basado en los hallazgos clínicos y las pruebas de imagenología y/o pulmonares. El tratamiento se centra en el soporte ventilatorio y la supervivencia depende del grado de subdesarrollo pulmonar.
Síndrome de dificultad respiratoria neonatal: enfermedad debida a una deficiencia de surfactante en un lactante prematuro debido a la inmadurez de los pulmones: este síndrome ocurre comúnmente en lactantes < 28 semanas de edad gestacional. El diagnóstico suele ser clínico, con hallazgos característicos en la radiografía de tórax. El tratamiento incluye la prevención del trabajo de parto prematuro, esteroides maternos para promover la madurez pulmonar del feto mientras aún está in utero, administrar surfactante y brindar soporte respiratorio.
Fisiología respiratoria: las células humanas dependen principalmente del metabolismo aeróbico. Por lo tanto, para sobrevivir se requiere obtener oxígeno del medio ambiente y llevarlo a los tejidos mientras se excreta el subproducto de la respiración celular (dióxido de carbono) de la manera más eficiente.

Referencias

Rehman S, Bacha D. (2020). Embryology, pulmonary. StatPearls. Retrieved March 9, 2021, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK544372/
Sakonidou S, Dhaliwal J. (2020). The management of neonatal respiratory distress syndrome in preterm infants (European Consensus Guidelines—2013 update). Arch Dis Child Educ Pract Ed 100(5):257–259.
Schittny JC. (2017). Development of the lung. Cell Tissue Res 367(3):427–444.
Davis RP, Mychaliska GB. (2013). Neonatal pulmonary physiology. Semin Pediatr Surg 22(4):179–184.
DiFiore JW, Wilson JM. (1994). Lung development. Semin Pediatr Surg 3(4):221–232.
Moss TJ. (2006). Respiratory consequences of preterm birth. Clin Exp Pharmacol Physiol 33(3):280–284.
Martin R. (2020). Pathophysiology, clinical manifestations, and diagnosis of respiratory distress syndrome in the newborn. UpToDate. Retrieved March 8, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/pathophysiology-clinical-manifestations-and-diagnosis-of-respiratory-distress-syndrome-in-the-newborn/print
McGrath-Morrow S, Callaco, J. (2020). Complications and long-term pulmonary outcomes of bronchopulmonary dysplasia. UpToDate. Retrieved March 8, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/complications-and-long-term-pulmonary-outcomes-of-bronchopulmonary-dysplasia
Oermann C. (2020). Bronchopulmonary sequestration. UpToDate. Retrieved March 9, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/bronchopulmonary-sequestration

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