fetal llama

HIGH ALTITUDE PHYSIOLOGY
AND PHYSIOPATHOLOGY,
FROM THE ORGANISM TO
THE MOLECULE-HAPPOM
FOETAL PHYSIOLOGY AND PATHOLOGY AT HIGH
ALTITUDE
DR. ANÍBAL LLANOS
FACULTAD DE MEDICINA, UNIVERSIDAD DE CHILE
25 DE ABRIL DE 2005
CONCEPTOS RELACIONADOS CON OXIGENACION
Presión parcial de O2 en la sangre
! Porcentaje de saturación de la hemoglobina por O2
! O2 disuelto en el plasma
! Contenido de O2 en la sangre o concentración de O2
! Aporte de O2 a un órgano o a todo el organismo
! Diferencia arterio-venosa de contenido de O2 de un
órgano o de todo el organismo
! Consumo de O2 de un órgano o todo el organismo
! Extracción de O2 de un órgano o todo el organismo
!
CONTENIDO O CONCENTACION DE O2
ARTERIAL A NIVEL DEL MAR
!
PO2 , PCO2 , pH, temperatura, 2-3 DPG, características
de la Hb, determinan la saturación de la Hb por O2
!
Contenido de O2 =[Hb] x Sat Hb/100 x 1.34 ml O2 /g Hb
18.1 ml O /dl = 18 g /dl x 75/100 x 1.34 ml O2 /g Hb
VALORES PROMEDIOS DE O2 EN LA SANGRE
MAS OXIGENADA A NIVEL DEL MAR
Presión parcial (mm Hg)
Aorta
100
Vena umbilical
30
Sat Hb por O2 (%)
97.1
75
Concentración Hb(g/dl)
15
18
O2 disuelto (mlO2 /dl)
0.3
0.09
Cont de O2 (mlO2 /dl)
19.8
18.1
1g de Hb transporta 1.34 ml de O2
!
Aporte O2 al feto = FS umb x cont vena umb O2
108 (ml O2 /min) = 600 ml /min x 0.18 ml O2 /ml
!
Δ art-ven de O2 = cont vena umb O2 - cont art umb O2
4 ml O2 /dl = 18 ml O2 /dl -14 ml O2 /dl
!
Extracción O2 = (Δ vum-arum O2 / cont vum O2 ) x 100
22 % = (4 ml O2 x dl-1 / 18 ml O2 x dl -1 ) x 100
!
Consumo de O2 = Δ vum-aum O2 x flujo sanguíneo
24 ml O2 / min = 0.04 ml O2 / ml x 600 ml /min
HIPOXIA
ES EL DESBALANCE ENTRE EL APORTE Y LOS
REQUERIMIENTOS DE OXIGENO DE TODO EL
ORGANISMO O DE ALGUNOS ORGANOS
HIPOXEMIA
ES LA DISMINUCION DE LA PO2 DE LA SANGRE
ARTERIAL
CAUSAS DE HIPOXIA FETAL
1.- DISMINUCION DE LA PO2 EN LA SANGRE
ARTERIAL MATERNA (baja PO2 ambiental,
alteraciones pulmonares, cardiovasculares)
2.- DISMINUCION DEL FLUJO SANGUINEO
UTEROPLACENTARIO Y/O UMBILICAL
(hipertensión o hipotensión materna, circulares del
cordón)
3.-DISMINUCION DE LA HEMOGLOBINA
MATERNA O FETAL (anemia intensa, intoxicación
por CO)
¿COMO SE SENSA EL OXIGENO?
• EL OXIGENO SE SENSA COMO PO2, NO COMO
SATURACION DE LA HEMOGLOBINA POR O2 O
CONTENIDO DE O2
• QUIMIORRECEPTORES CENTRALES
PERIFERICOS (cuerpo carotídeo, mediante la
inhibición de un canal de K+, generando un potencial
de acción a través del nervio sinusal)
• EN CADA UNA Y TODAS LAS CELULAS DEL
ORGANISMO, MEDIANTE EL SISTEMA DE
PROLIL HIDROXILASAS-HIF
RESPONSES TO HYPOXIA OF O2-SENSITIVE CELLS
Hypoxia Inducible Factor
(HIF)
! Factor
de transcripción
! Incrementa
sus niveles frente a la hipoxia
celular
! Determina
un aumento en la transcripción de
genes regulados por hipoxia
OXIGENACION FETAL
! ALTO
CONTENIDO DE OXÍGENO
a.- alta concentración de Hb
b.- bajo P50 por presencia de Hb fetal
! ALTO GASTO CARDÍACO Y FLUJO
UMBILICAL (40% del GCC)
! DIFERENCIA VENO-ARTERIAL DE
CONTENIDO DE O2 UMBILICAL
IGUAL A LA DELTA A-V DEL RN Y
ADULTO (4-5ml O2 /100ml sangre)
EN RESUMEN
1.- El feto tiene una baja PO2 pero
un alto consumo de oxígeno.
2.- Responde a la hipoxia con una
bradicardia inicial, hipertensión
arterial sistémica y pulmonar.
3.- Hay una redistribución de
flujos sanguíneos que favorecen
cerebro, corazón y suprarrenales.
RESPUESTA SISTEMICA A LA
HIPOXIA
RESPUESTA NEURAL
(QUIMIORRECEPTOR CAROTÍDEO)
RESPUESTA ENDOCRINA
(CATECOLAMINAS, NPY, AVP, etc)
RESPUESTA LOCAL (ENDOTELIO,
MÚSCULO LISO VASCULAR)
HIPOXIA
CUERPO CAROTIDEO
NERVIO SINUSAL
SNC
MEDULA SUPRARRENAL
AVP
CATECOLES, NPY
BRADICARDIA
ESTIMULACION
SIMPATICA
INHIBICION
MOVIMIENTOS
RESPIRATORIOS
TAQUICARDIA, MODIFICACION RVP
RESPUESTA SISTEMICA A LA
HIPOXIA
RESPUESTA NEURAL
(QUIMIORRECEPTOR CAROTÍDEO)
RESPUESTA ENDOCRINA
(CATECOLAMINAS, NPY, AVP, etc)
RESPUESTA LOCAL (ENDOTELIO,
MÚSCULO LISO VASCULAR)
FIG
A2 2.
Figure
Maternal and fetal plasma NPY response to acute hypoxemia in sheep and llamas
A
B
-1)
Neuropeptide Y (pmol.L
-1)
Neuropeptide Y (pmol.L
Sheep
12
a,b
160
a
a
9
Fetus
Llama
a,b
a,b
120
6
12
Mother
c
c
40
40
0
0
160
160
b,c
b,c
120
6
80
80
3
40
40
0
0
0
N45
H15
H45
R45
a,b
b
9
N15
Llama
80
b
0
a,b
Sheep
120
80
3
a,b
160
N15
Time periods
N45
120
H15
H45
R45
b,c
b,c
c
c
N15
N45
a
a
H15
H15
Time periods
R45
RESPUESTA SISTEMICA A LA
HIPOXIA
RESPUESTA NEURAL
(QUIMIORRECEPTOR CAROTÍDEO)
RESPUESTA ENDOCRINA
(CATECOLAMINAS, NPY, AVP, etc)
RESPUESTA LOCAL (ENDOTELIO,
MÚSCULO LISO VASCULAR)
HIPOXIA
ENDOTELIO
eNOS, iNOS, PGI2, ET & ETB
HO-1, HO-2, canales de K+
TBX, ET & ETA
canales de K+
MODIFICACION DEL DIAMETRO DEL VASO
MODIFICACION DE LA RVP
FETAL LLAMA
ADRENAL CV RESPONSES TO HYPOXIA AND L-NAME
FETAL LLAMA. BQ 123 RESPONSES TO HYPOXIA
En adultos, la función cardiovascular y la
prevalencia de enfermedades coronarias es
determidada por
el genero sexual del individuo
Hayward et al. (2000). Cardiovasc. Res 46(1):28-49
En adultos, las hembras responden en forma
diferente a un estrés neurogénico ó sistémico
Rivier (1999). Phram.Biochem.Behav. 64(4):739-751
En la vida fetal, hay poca evidencia que existe un
dimorfismo sexual sobre la función cardiovascular
ó pituitaria-adrenal
CARDIOVASCULAR RESPONSES TO HYPOXIA IN MALE & FEMALE FETAL SHEEP
A
60
*
50
Fetal arterial
blood pressure
(mmHg)
B
10
5
40
0
30
-5
*
200
30
175
Fetal heart
rate
(beats.min -1 )
10
150
-10
125
-30
*
100
-50
*
50
*
Fetal femoral
blood flow
(ml.min -1 )
*
10
*
40
0
30
-10
20
10
-20
*
8
Fetal femoral
vescular resistance
(mmHg.(ml.min -1 ) -1 )
6
6
4
4
2
2
0
*
0
-2
0
1
2
3
0
1
2
3
Time (h)
FETAL LLAMA & SHEEP
CARDIOVASCULAR RESPONSES TO HYPOXIA
Llanos et al., 2003
FETO DE LLAMA Y OVEJA
RESISTENCIA VASCULAR PERIFERICA DURANTE HIPOXIA
Giussani et al., 1996.
CARDIOVASCULAR
RESPONSES TO FETAL
HYPOXIA
NEURAL RESPONSES (CAROTID
CHEMORECEPTOR)
ENDOCRINE RESPONSES
(CATECHOLAMINES, NPY, etc)
LOCAL RESPONSES
(ENDOTHELIUM, VASCULAR
SMOOTH MUSCLE)
INTACT AND CAROTID-DENERVATED FETAL LLAMA. CV RESPONSES TO HYPOXIA
Giussani et al. 1996
CARDIOVASCULAR
RESPONSES TO FETAL
HYPOXIA
NEURAL RESPONSES (CAROTID
CHEMORECEPTOR)
ENDOCRINE RESPONSES
(CATECHOLAMINES, NPY, etc)
LOCAL RESPONSES
(ENDOTHELIUM, VASCULAR
SMOOTH MUSCLE)
FETAL LLAMA & SHEEP
HORMONAL RESPONSES DURING HYPOXIA
-1)
Neuropeptide Y (pmol.L
a,b
160
120
Fetus
a,b
Sheep
Llama
a,b
80
40
a
a
H15
H15
0
160
120
b,c
b,c
c
c
N15
N45
Mother80
40
0
Riquelme et al., 2002.
R45
Time periods
Sanhueza et al., 2003
FETAL LLAMA & SHEEP
AVP DURING HYPOXIA
AVP (pg/ml)
Giussani et al., 1996.
FETAL LLAMA
α-ADRENERGIC BLOKADE DURING HYPOXIA
Giussani et al., 1999
CARDIOVASCULAR
RESPONSES TO FETAL
HYPOXIA
NEURAL RESPONSES (CAROTID
CHEMORECEPTOR)
ENDOCRINE RESPONSES
(CATECHOLAMINES, NPY, etc)
LOCAL RESPONSES
(ENDOTHELIUM, VASCULAR
SMOOTH MUSCLE)
FETAL LLAMA
FEMORAL VASCULAR RESISTANCE DURING HYPOXIA + BQ123
Riquelme et al., 2003.
FETAL LLAMA
ADRENAL RESPONSES DURING HYPOXIA + L-NAME
Riquelme et al., 2002.
EN RESUMEN
El feto de llama durante la hipoxia tiene:
1.- una marcada vasoconstrición (αadrenérgica & ET-A & AVP)
2.- un importante tono por NO que modula
la vasoconstrición perférica
3.- un aumento menor en el flujo sanguíneo
cerebral
¿HIPOMETABOLISMO FETAL?
BRAIN METABOLISM DURING HYPOXIA?
FETO DE LLAMA Y OVEJA
FLUJO SANGUÍNEO CEREBRAL DURANTE HIPOXIA
Llanos et al., 1989.
PREGUNTA
¿ Mantiene el cerebro del
feto de llama el VO2
durante la hipoxia?
FETAL LLAMA
CEREBRAL O2 DELIVERY & EXTRACTION DURING HYPOXIA
C erebra l hem ispheric oxyg en d elive ry
(m l O 2 m in -1 10 0g -1 )
6
*†
4
*†
2
0
Basal
H20
H40
H60
Basal
H20
H40
H60
Llanos et al., 2002.
FETO DE LLAMA Y OVEJA
CONSUMO DE OXÍGENO CEREBRAL
OVEJA
LLAMA
Field et al., 1992.
Llanos et al., 2003.
RESPUESTA
No, el cerebro del feto de
llama no mantiene el VO2
durante la hipoxia
FETO DE OVEJA
ECoG DURANTE ASFIXIA
Ball et al., 1994.
FETO DE LLAMA
ECoG Y EOG DURANTE NORMOXIA
ECoG Y EOG DURANTE NORMOXIA E HIPOXIA AGUDA
Hipoxia
Moraga et al. en prep.
FETO DE LLAMA
ECoG Y EOG DURANTE HIPOXIA AGUDA
ECoG Y EOG 24h DESPUÉS DEL EPISODIO DE HIPOXIA AGUDA
Moraga et al. en prep.
FLUJO SANGUÍNEO Y TEMPERATURA CEREBRAL
EN HIPOXIA SUBAGUDA EN EL FETO DE LLAMA
FETO DE LLAMA
FLUJO SANGUÍNEO CARTÍDEO DURANTE 24h DE HIPOXIA
180
160
FSC (%)
140
120
100
80
FSC 60
40
20
0
B
H0
H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8
H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24
Tiempo (h)
Tiempo (h)
Hpx
Nx
Ebesperger et al., en prep
FETO DE LLAMA
TEMPERATURAS DURANTE 24h DE HIPOXIA
Temperatura (°C)
39,5
39,0
38,5
38,0
37,5
B
0
4
8
12
16
20
24
Tiempo (horas)
T° corporal materna
T° corporal fetal
T° cerebral fetal
Ebesperger et al., en prep
FETO DE LLAMA
CANALES DE SODIO DEPENDIENTES DE VOLTAJE EN CORTEZA CEREBRAL
Control
Hipoxia
NaVg
NaVg/β-actina
β-actina
2
Control
Hipoxia
1,5
1
0,5
0
Control Hipoxia
Expresión de canales de sodio dependientes de voltaje en membranas
de corteza cerebral de feto de llama control (n = 3) e hipóxico (n = 3),
análisis por Western blot con anticuerpo genérico.
Ebesperger et al., en prep
Actividad específica Na+-K+-ATPasa
(μmolPNF/min/mg prot)
FETO DE LLAMA
ACTIVIDAD Na+-K+-ATPasa EN CORTEZA CEREBRAL
0,12
Control
Hipoxia
0,08
0,04
0
Actividad específica de Na+-K+-ATPasa en membranas de
corteza cerebral de feto de llama control (n =3) e hipóxico (n = 3).
Reyes et al., en prep