Departamento de Ciencias Fisiológicas

FISIOLOGIA PULMONAR
INTRODUCCION
La fisiología pulmonar esta compuesta por
varios procesos complejos e interesantes que
permiten oxigenar a la sangre proveniente de
la arteria pulmonar y enviarla a través de las
venas pulmonares, además de eliminar el
dióxido de carbono proveniente del
metabolismo celular.
Sin embargo para que estos procesos se
presenten de una manera óptima es necesario
que exista tanto una buena ventilación
alveolar como una perfusión capilar pulmonar
adecuada. Aunque la relación ventilación
perfusión no es igual en todas las áreas del
pulmón existen situaciones patológicas que
modifican obstensiblemente estas relaciones.
Introducción
Altitud y Presión Parcial
Corto Circuito
Espacio Muerto
Objetivos
Procedimiento
Preguntas del
seminario
.PDF (Acrobat Reader)
.TXT (Archivo de Texto)
.PDB (iSilo - Palm OS)
En este laboratorio usted tendrá la oportunidad de observar como los cambios
en la ventilación pulmonar o en la perfusión capilar generan cambios
significativos en las diferentes variables pulmonares.
I. ALTITUD, PRESIÓN PARCIAL Y FRACCION INSPIRADA DE O2 (PiO2)
El aire ambiente esta compuesto de una mezcla de varios gases como nitrógeno
(N2), oxígeno (O2), y argón (Ar). También está compuesto de una pequeña
fracción de agua (H2O) and dióxido de carbono (CO2), y otros constituyentes
menores.
Cada molécula se encuentra en cierto porcentaje con relación a las otras en la
mezcla de gases. Así el aire contiene 20.93% de oxígeno, 0.93% de argon,
0.03% de dióxido de carbono y 78.11% de nitrógeno. Este porcentaje se
denomina la fracción del gas en le mezcla.
Se denómina presión barométrica a aquella ejercida por la columna de aire que
se encuentra encima nuestro. Esto significa que a medida que aumenta la
altitud, la presión barométrica desciende.
Si bien es cierto que a medida que la altitud es mayor el aire se vuelve menos
denso, las fracciones de los distintos gases permancecen constantes. Cada gas
contribuye a la presión baromética de manera directamente proporcional a su
fracción. El producto de la fracción de un gas por la presión atmosférica se
utiliza para definir la presión parcial de ese gas.
En el caso del aire inspirado la presión parcial del oxígeno sería equivalente a la
fracción del oxígeno en el aire por la presión atmosférica. Es decir que la
presión inspirada de oxígeno sería:
PIO2 = FIO2 · Patm
Debido a que el aire es humidificado en las vías aéreas se debe corregir la
adición de la presión generada por el vapor de agua del tal forma que en
realidad la Presión Inspirada de Oxígeno que llega al alvéolo sería igual a:
PIO2 = FIO2 · (Patm - PH2O)
Si tenemos en cuenta que la FIO2 en el aire ambiente es del 20.93%, la presión
barométrica a nivel de mar es 760 mmHg y la presión del vapor de agua a
temperatura corporal es 47 mmHg, podemos calcular la presión inspirada de
oxígeno:
PIO2 = 20.93% * (760 mmHg - 47 mmHg)
Si hace los cálculos podrá comprobar que en este caso la presión inspirada de
oxígeno es igual a 149 mmHg.
Con base en esta ecuación usted puede deducir como se modificará la presión
inspirada de oxígeno con los cambios de altitud. También puede calcular como
obtener una presión inspirada de oxígeno determinada con base en la fracción
inspirada. En laboratorio podrá modificar la altitud y observar los cambios
pulmonares.
II. CORTO CIRCUITO (SHUNT)
Se define como corto circuito la transferencia de sangre desde la circulación
derecha a la circulación izquierda sin pasar por las unidades de intercambio
gaseoso. Este fenómeno ocurre cuando los alvéolos no son ventilados porque
existe una obstrucción distal a ellos, se encuentran llenos de líquido u
obliterados o porque existe una comunicación vascular directa entre el sistema
venoso y arterial.
En estas situaciones la sangre que no ha pasado por áreas ventiladas entra
nuevamente a la circulación sistémica o la sangre venosa se mezcla a nivel
extrapulmonar con la sangre arterial.
En los pulmones normales se presenta el corto circuito en cierta medida ya que
parte de la sangre arterial bronquial que ha irrigado la pared de las grandes
vías termina en las venas pulmonares y una pequeña cantidad de sangre drena
del miocardio del ventrículo izquierdo directamente hacia la cavidad del
ventrículo. Estas dos situaciones reducen la PaO2 sistémica
En la figura anterior usted puede ver ilustrado un ejemplo de corto circuito a
través de dos vías en el pulmón. Parte de la sangre pasa a través de alvéolos
que no son ventilados (corto circuito) en la región de la izquierda, mientras que
en la parte derecha si pasa a través de alvéolos que son ventilados. En el
primer caso la sangre venosa mixta que se encuentra saturada en un 60%, sale
del capilar pulmonar con la misma saturación, mientras que en el segundo caso
si se satura en un 100%.
Si tenemos en cuenta que el resultado final va a ser la mezcla de la sangre
oxigenada con la sangre que pasa por el corto circuito tendremos una
saturación de aproximadamente el 80% al final de su paso por el pulmón. Esto
indica que un paciente con estas condiciones presentará una hipoxemia severa.
Ecuación del Corto Circuito
Cuando el cortocircircuito se produce por la adición de sangre venosa mixta a la
sangre oxigenada venosa que proviene del capilar pulmonar, es posible calcular
la cantidad de flujo que proviene de este corto mediante la siguiente ecuación:
La cantidad de oxígeno que sale de la circulación sistemica es igual al gasto
cardíaco (Flujo sanguíneo total -> Qt) multiplicado por el contenido arterial de
oxígeno:
Qt CaO2
(Recuerde que el contenido arterial de oxígeno (CaO2) corresponde a la suma
del oxígeno unido a la hemoglobina mas el oxígeno disuelto en el plasma. El
primero es proporcional a la saturación arterial de oxígeno, mientras que el
segundo proporcial a presión arterial de oxígeno (CaO2 = (Hgb x 1.39 x
SaO2) + (0,003 x PaO2))
El oxígeno del corto circuito sería igual al flujo por este sistema (Qs)
multiplicado por el contenido venoso de oxígeno:
Qs CvO2
Ahora el oxígeno que si pasa en los alveolos ventilados sería igual a la
diferencia de ambos flujos (Qt-Qs) multiplicado por el contenido capilar de
oxígeno (CcO2):
(Qt-Qs) Cc'O2
Podemos afirma que la cantidad de oxígeno que sale del sistema es igual a la
suma de la porción que pasa por el cortocircuito mas la porción que pasa por
los alveolos ventilados; es decir:
CaO2Qt = CvO2 Qs + Cc'O2 (Qt-Qs)
Si factorizamos la ecuación en términos de Qs a la izquierda y Qt a la derecha
obtenemos que:
Qs (Cc'O2 - CvO2) = Qt (Cc'O2 - CaO2)
Si reorganizamos la ecuación podemos afirmar que:
Qs / Qt = (Cc'O2 - CaO2) / (Cc'O2 - CvO2)
En la práctica el problema con esta ecuación es que no es fácil medir la presión
capilar de O2 (Cc'O2), para calcular el Contenido Capilar de Oxígeno. Por esta
razón se utiliza la ecuación de la presión alveolar de O2 para estimar este
parámetro y sustituirlo en la ecuación del contenido capilar de oxígeno:
PAO2 = PIO2 - PACO2/R
donde la PAO2 es la presión alveolar de
PACO2 es la presión alveolar de
CO2,
O2,
PIO2 es la presión inspirada de
and R el cociente respiratorio.
O2,
La gráfica que encuentra a continuación resume todos los componentes de la
ecuación de corto circuito.
Durante la práctica usted tendrá la oportunidad de modificar
experimentalmente el cortocircuito y observar como se modifican las diferentes
variables pulmonares.
III. ESPACIO MUERTO
Se define como espacio muerto las vías aéreas o los avéolos que son ventilados
mas no perfundidos. Un ejemplo típico de este fenómeno ocurre en las vías
aéreas de conducción, que deben movilizar el aire durante un ciclo respiratorio
pero que no intercambian oxígeno y dióxido de carbono en el capilar pulmonar.
La ventilación del espacio muerto es la porción de la ventilación minuto que no
participa en el intercambio de gases.
Suponga que se presenta un aumento en el espacio muerto de un paciente. Si
el paciente aumenta su ventilación total para compensar este aumento en el
espacio muerto, no se presentará ninguna alteración. Sin embargo si el
paciente permanece con una ventilación constante y es incapaz de aumentarla,
se disminuirá la ventilación alveolar y si se presentará un aumento en la
PaCO2.
El espacio muerto tiene dos componentes:
Espacio muerto anatómico: Es el volumen de las vías aéreas de conducción.
Su valor normal es alrededor de 150 ml.
z Espacio muerto fisiológico: Es una medida funcional del volumen de los
pulmones que no intercambia CO2. En sujetos normales este valor es similar al
espacio muerto anatómico.
z
El espacio muerto representa ventilación perdida y en pacientes con
enfermedades ventilatorias obstructivas y restrictivas esto puede representar
un serio problema debido a su incapacidad de incrementar su ventilación
minuto. La siguiente ilustración esquematiza de una manera muy sencilla el
espacio muerto:
Ecuación del Espacio Muerto
Bohr describió un método para calcular el espacio muerto fisiológico con base
en la premisa que todo el CO2 espirado proviene del gas alveolar y ninguno del
espacio muerto (debido a que en él no se realiza intercambio).
Es decir:
VT FECO2 = VA FACO2 (1)
Donde VA corresponde al volumen corriente que proviene de la ventilación
alveolar que realiza intercambio (produce CO2)
Recuerde que el volumen corriente es igual a la suma del volumen alveolar mas
el volumen del espacio muerto:
VT = VA + VD
Que es lo mismo que decir:
VA = VD - VT
Ahora si sustituimos VA en la primera ecuación (1), tendremos que:
VT FECO2 = (VD - VT) FACO2 (1)
Factorizando y reorganizando la ecuación podemos decir que:
VD / VT = FACO2 - FECO2 / FACO2
Como la presión parcial de un gas es proporcional a su concentración se puede
afirmar que:
VD / VT = PACO2 - PECO2 / PACO2
Y como en sujetos normales la PCO2 arterial es idéntica a la alveolar, se puede
decir:
VD / VT = PaCO2 - PECO2 / PaCO2
Esta relación entre el espacio muerto y el volumen corriente es normalmente
entre 0.2 y 0.35. Es decir que el espacio muerto fisiológico normalmente oscila
entre un 20% a un 35% del volumen corriente.
En la práctica podrá modificar el espacio muerto anatómico y fisiológico para
analizar como se modifican los diferentes parámetros pulmonares.
IV. SIMULADOR (Simbiosys)
Este laboratorio lo desarrollará utilizando una aplicación desarrollada para el PC
llamada Simbiosys Physiology Labs. Este programa es un simulador de sistemas
biológicos que a través de varios modelos matemáticos, calcula en tiempo real
los cambios que se presentarían en las distintas variables fisiológicas
cardiovasculares, pulmonares y renales, al modificar otras variables,
administrar fármacos, cambiar las condiciones ambientales, etc.
En la sección de procedimiento encontrará las instrucciones necesarias para
ejecutar el simulador y abrir los archivos necesarios para desarrollar el
laboratorio.
V. OBJETIVOS
Una vez finalizada la práctica de laboratorio y el seminario correspondiente el
estudiante debe estar en capacidad de:
1. Identificar el funcionamiento general del programa Simbiosys Physiology
Labs. Conocer como modificar los distintos parámetros fisiológicos para
observar los cambios correspondientes.
2. Comprender la diferencia entre fracción inspirada de oxígeno, presión
barométrica, presión inspirada de oxígeno y aprender a calcular esta
última con base en los dos primeros parámetros.
3. Entender la diferencia entre espacio muerto anatómico y fisiológico. Saber
calcular el espacio muerto fisiológico con base en la ecuación de Bohr.
4. Entender la diferencia entre cortocircuito anatómico y fisiológico. Conocer
el método para calcular el corto circuito.
5. Diferenciar los cambios que se presentan en parámetros pulmonares
como el volumen corriente, la PaO2, la SaO2, al PCO2 y el Ph arterial,
cuando se modifica el corto circuito o el espacio muerto.
6. Reconocer los cambios que presentan en la curva de disociación oxígeno
hemoglobina de acuerdo a los cambios en la altitud, el espacio muerto y
el corto circuito que se desarrollan durante la práctica.
7. Conocer de acuerdo a las características fisiopatológicas ejemplos de
situaciones clínicas que aumenten el espacio muerto o el corto circuito.
VI. MATERIALES *
1. Computador compatible PC
2. Software Simbiosys Physiolgy Labs V.3.0
3. Archivo "Labresp.SIM"
* Todos los materiales los encontrará en la sala de computo del segundo piso
en el edificio de morfología.
VI. PROCEDIMIENTO
1. En el escritorio de Windows encontrará un acceso directo al programa
"Simbiosys Fisiology Labs v.3.0". Haga doble clic sobre este ícono.
2. En el menú "File" encontrará un item que dice "Load Physiological State".
Seleccionelo y abrá el archivo "fispum.SIM" que se encuentra guardado en el
directorio "c:\flabs". Si tiene dificultades para abrir este archivo consulté a sus
monitores.
3. Aparecerá una ventana que dice "Loading a simmulation will delete any
existing viewers. Are you sure you want to do this?". Presione el botón "Ok"
4. Este archivo abrirá varios páneles como: Shunt (cortocircuito), Dead Space
(espacio muerto), Arterial Blood Gases (Gases Arteriales), Volumen / FR, Curva
disociación O2 / Hb, Altitud y Curva Flujo / Volumen. Identifique los valores que
aparecen en cada panel.
Efecto de la altitud
5. Espere a que el pH arterial se estabilice alrededor de 7.40 y la PaCO2 en 40
mmHg. Si el pH arterial no se estabiliza alrededor de 7.4, seleccione en el menu
"Simulation" el item "Reset Physiological State", y posteriormente haga clic
sobre el ícono en forma de candado que se encuentra al lado del item "PCO2"
en el panel "Curva disociación".
6. Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y
seleccione "Pause"
7.Haga clic en el ícono en forma de cámara que aparece en los páneles "Curva
disociación", "Arterial Blood Gases", "Volumen / FR" y "Altitud". Anote el
número que aparece en la opción "Time" del panel "Altitud".
8. En el panel altitud en el item "altitude", haga clic sobre el valor y modifique
este parámetro a 5000.
9. Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y
seleccione "Normal".
10. De acuerdo al valor de tiempo que anoto en el paso 7, espere 30 segundos,
repita el paso 6 y analice los cambios en los diferentes parámetros pulmonares
como Volumen Corriente, PaCO2, PaO2, pH arterial y curva de disociación O2 y
hb. Repita el paso 9 y espere otros 90 segundos. Analice nuevamente los
cambios pulmonares
11. Puede repetir nuevamente los pasos 2 al 11, pero cambiando la altitud en el
punto 8.
12. Discuta con sus compañeros y su monitor que tipo de situaciones en la vida
real se aproximan al experimento realizado.
Aumento del corto circuito
12. Repita los pasos del 2 al 7.
13. Haga clic en el ícono en forma de cámara que aparece en los páneles
"Curva disociación", "Arterial Blood Gases", "Volumen / FR" y "Altitud".
14. Presione ícono en forma de candado que se encuentra al lado del item
"Shunt, Alveolar" en el panel "Shunt". Haga clic sobre el parámetro que tiene
un valor de "0.0%" y coloque un valor del 30%. En este casos usted va a
simular una situación clínica que aumente radicalmente el cortocircuito
fisiológico.
13. Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y
seleccione "Normal".
14. Espere al menos 60 segundos de acuerdo al parámetro "Time" del panel
"Altitud".
15. Nuevamente seleccione "Pause" en la simulación. Analice los cambios en los
diferentes parámetros pulmonares como Volumen Corriente, PaCO2, PaO2, pH
arterial y curva de disociación O2 y hb. En especial revise los parámetros de
PAO2 y d(A-a) de O2. Discuta con su monitor porque se presentan estos
cambios.
16. Puede repetir nuevamente los pasos 12 al 15, pero cambiando la magnitud
del corto circuito.
17. Algunas situaciones patológicas pueden modificar el corto circuito tal como
fué simulado en esta sección de la práctica. Averigue cuales podrían ser y como
se manifestarían clínicamente.
Aumento del espacio muerto
18. Repita los pasos del 2 al 7.
19. Haga clic en el ícono en forma de cámara que aparece en los páneles
"Curva disociación", "Arterial Blood Gases", "Volumen / FR" y "Altitud".
20. Presione ícono en forma de candado que se encuentra al lado del item
"Dead Space, Alveolar" en el panel "Dead Space". Haga clic sobre el parámetro
que tiene un valor de "2.0%" y coloque un valor del 30%. En este casos usted
va a simular una situación clínica que aumente considerablemente el espacio
muerto fisiológico.
21. Seleccione en el menú "simulation", la opción "Set simulator speed" y
seleccione "Normal".
22. Espere al menos 60 segundos de acuerdo al parámetro "Time" del panel
"Altitud".
23. Nuevamente seleccione "Pause" en la simulación. Analice los cambios en los
diferentes parámetros pulmonares como Volumen Corriente, PaCO2, PaO2, pH
arterial y curva de disociación O2 y hb. En especial revise los parámetros de
relacionados con la gasimetría arterial. Discuta con su monitor porque se
presentan estos cambios.
24. Puede repetir nuevamente los pasos 12 al 15, pero cambiando la magnitud
del espacio muerto.
25. Recuerde que es el espacio muerto fisiológico y analice que condiciones
clínicas pueden aumentar el espacio muerto.
VII. PREGUNTAS PARA RESOLVER DURANTE EL SEMINARIO
1. Calcule la presión inspirada de oxígeno en los siguientes puntos
geográficos:
{
{
{
Monte Everest (8850 m. PB: 231 mmHg)
La Paz (3510 m. PB: 474 mmHg)
Bogota (2600 m. PB: 560 mmHg)
2. Calcule la presión inspirada de oxígeno en bogotá si modifica la fracción
inspirada de oxígeno a: 30%, 40% y 50%.
3. Explique los cambios que se presentan en los diferentes parámetros
pulmonares a medida que una persona asciende sobre el nivel del mar.
4. Cual es el porcentaje normal de corto circuito y espacio muerto en una
persona normal.
5. Mencione al menos dos situaciones clínicas que puedan aumentar el
espacio muerto y dos el corto circuito.
6. Que variables pulmonares se modifican al aumentar el espacio muerto y
el corto circuito. Explique por que se presentan esos cambios.
7. Un paciente tiene los siguientes parámetros pulmonares:
PaO2: 45 mmHg
PvO2: 30 mmHg
SaO2: 75%
SvO2: 45%
FIO2: 45%
PB : 760 mmHg
Hb: 11 g
PaCO2: 30 mmHg
PECO2: 10 mmHg
R=1
a. De acuerdo al método de Bohr, calcule porcentaaje de espacio muerto
fisiológico que tiene este paciente.
b. Cálcule el porcentaje de cortocircuito que este tiene este paciente.
c. Si el volumen corriente de este paciente es de 500 ml, cual será su
volumen de espacio muerto.
VIII. BIBLIOGRAFIA
1. Fisiología Respiratoria. John B. West. Sexta Edición. Editorial Medica
Panamericana.
2. Simbiosys Physiology Labs v. 3. Curriculum. The Respiratory System
(software)
3. Essentials of Human Physiology. Respiratory Physiology. W.F. Hoffman, D.C.
Meyer (http://imc.gsm.com/)
Retornar a la página de Guias de Laboratorio
(c) 2003 Dpto de Ciencias Fisiológicas. Todos los derechos reservados
Cualquier comentario o inquietud acerca de los contenidos de esta guía envielo enviélo por favor a:
[email protected]