Ventilación pulmonar. Hematosis. Transporte gases. Regulación

Ventilación pulmonar.
Hematosis. Transporte gases.
Regulación. Curva de disociación
O2 – Hb. P50.
Bqca Esp. Samantha Cardozo
Fisiología Humana
2011
PROPÓSITOS DE LA RESPIRACIÓN
• Proveer de O2 a los tejidos
• Eliminar CO2
RESPIRACIÓN
• 4 Etapas funcionales:
• VENTILACIÓN PULMONAR: Movimiento de entrada y salida
de aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares.
• DIFUSIÓN DE O2 Y CO2 entre los alveolos y la sangre.
• TRANSPORTE EN SANGRE Y
LÍQUIDOS CORPORALES DE O2 Y
CO2 hacia las células y viceversa.
• REGULACIÓN DE LA VENTILACIÓN.
DIFUSIÓN DE O2 Y CO2
La difusión depende del gradiente de presión
La presión de un gas es α a la concentración del gas
En una mezcla de gases se debe considerar la presión parcial del gas
160 mm Hg
Atmósfera: 760 mm Hg
600 mm Hg
DIFUSIÓN DE O2 Y CO2
Los gases disueltos en agua o en los tejidos corporales también ejercen
presión.
La presión de un gas en una disolución depende no sólo de su concentración,
también de su coeficiente de solubilidad (α)
El coeficiente de solubilidad es una medida de la fuerza con la que los gases
son atraídos física o químicamente por la fase acuosa.
P (atm) = [gas] (Vgas disuelto/Vagua)
α
α 37°C
O °C
CO2
CO
N2
He
0,024
0,57
0,018
0,012
0,008
DIFUSIÓN DE O2 Y CO2
Fase gaseosa
HEMATOSIS
Fase disuelta
En función de los gradientes de concentración
PRESIÓN DEL VAPOR DE AGUA
Presión de vapor del agua:
Presión que ejercen las
moléculas de agua para
escapar a a través de las
superficies
HUMEDECEN EL AIRE
INSPIRADO
P vapor de agua
(mm Hg)
O°C
37°C
100°C
5
47
760
DIFUSION DE LOS GASES A TRAVES
DE LOS LÍQUIDOS: FACTORES
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Gradiente de P entre las dos áreas
Solubilidad del gas en el líquido
Área de sección transversal del líquido
PM del gas
Distancia a través de la cual debe difundir el gas
Temperatura del líquido
Dα
ΔPxAxS
d x √PM
GAS
c.d.
O2
1
CO2
20,3
CO
0,81
N2
0,52
He
0,95
Coeficiente de
difusión
Dependen
del gas
DIFUSION DE
LOS GASES A
TRAVES DE LOS
TEJIDOS
O2 y CO2 son solubles en lípidos
Son solubles en las membranas
celulares
COMPOSICION DEL AIRE ALVEOLAR
Aire
atmosférico
(mmHg)
Aire
atmosférico %
Aire
humedificado
(mmHg)
Aire alveolar
(mmHg)
Aire espirado
(mmHg)
N2
597
78,6
563
569
566
O2
159
20,8
149
109
120
CO2
0,3
0,04
0,3
40
27
H 2O
3,7
0,5
47
47
47
≠
RAZONES
•
•
•
•
En cada respiración el aire alveolar se renueva parcialmente
Constantemente se absorbe O2 del aire alveolar
Constantemente difunde CO2 desde la sangre pulmonar
El aire atmosférico seco que penetra en los alveolos se humidifica
antes de llegar a ellos.
RENOVACION DEL AIRE ALVEOLAR
CAPACIDAD RESIDUAL FUNCIONAL: Cantidad de aire que queda en los pulmones
después de una espiración normal ≈ 2.300 ml
VOLUMEN DE VENTILACION PULMONAR ≈ 500 ml
VOLUMEN DEL ESPACIO MUERTO ≈ 150 ml
VOLUMEN DE VENTILACION
ALVEOLAR ≈ 350 ml de aire
nuevo que llega a los
pulmones con cada
respiración
Se renueva 1/7
CONCENTRACION DE
O2 y PO2 EN LOS
ALVEOLOS
A > absorción de O2 hacia los tejidos < concentración
A > penetración de O2 desde la atmósfera >concentración
Durante el ejercicio moderado la ventilación alveolar puede cuatriplicarse para
mantener la Po2
Respirando aire atmosférico, la Po2 nunca podrá ser superior a 149 mm Hg
CONCENTRACIÓN DE
CO2 y pCO2 EN LOS
ALVÉOLOS
A > eliminación de CO2 hacia los alvéolos > concentración alveolar
A > ventilación alveolar < concentración de CO2 en los alvéolos
PCO2 1/α VA
EFECTO DEL COCIENTE
VA/Q SOBRE LA
CONCENTRACIÓN
ALVEOLAR DE LOS GASES
Aire humidificad
PO2 = 149 mm Hg
PCO2 = 0 mm Hg
→
Si VA = 0
VA/Q = 0
P gases en el aire alveolar se equilibran con P gases de sangre venosa
PO2 = 40 mm Hg
PCO2 = 45 mm Hg
→
Si Q = 0
VA/Q = ∞
P gases en el aire alveolar se equilibran con P gases del aire inspirado
humidificado
PO2 = 149 mm Hg
PCO2 = 0 mm Hg
DIFUSION DE GASES A TRAVES DE LA
MEMBRANA RESPIRATORIA
• UNIDAD RESPIRATORIA (Lobulillo respiratorio)
Bronquiolo respiratorio
Conductos alveolares
Atrios
Alvéolos
MEMBRANA
RESPIRATORIA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Surfactante
Epitelio alveolar
Membrana basal alveolar
Espacio intersticial
Membrana basal del capilar
Endotelio capilar
6 4
2
1
5
3
MEMBRANA
RESPIRATORIA




Espesor promedio: 0,63 μm
Superficie total en adulto normal:
160 m2
Volumen de sangre en capilares
pulmonares: 60 – 140 ml
Diámetro de capilares: 8 μm
DIFUSION DE GASES A TRAVES DE
LA MEMBRANA RESPIRATORIA.
FACTORES INVOLUCRADOS
1) Espesor de la membrana
2) Superficie de la membrana
3) Coeficiente de difusión de
los gases
4) Gradiente de presión
GAS
c.d.
O2
1
CO2
20,3
CO
0,81
N2
0,52
He
0,95
CAPACIDAD DE DIFUSION DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA:
Volumen de un gas que difundirá por una membrana cada
minuto para un gradiente de presión de 1 torr
Capacidad de difusión del O2: 21 ml/min/torr
Capacidad de difusión del CO2: 400 - 450 ml/min/torr
Capacidad de difusión del O2:
65 ml/min/torr
En el ejercicio
Razones???
Capacidad de difusión del CO2:
1200 - 1300ml/min/torr
1) Aumento del flujo
sanguíneo pulmonar
2) Aumento de la ventilación
alveolar
EFECTO DEL COCIENTE VA/Q SOBRE LA
CONCENTRACIÓN ALVEOLAR DE LOS
GASES
VA es normal
Q es normal
VA/Q = 1
VA/Q < 1 Perfunde pero no ventila
Derivación fisiológica (Qdf) ≈ 2 % del GC
Sangre que fluye por vasos
bronquiales y no por
capilares alveolares
Para medirla…
CiO2 : [O2] en sangre arterial si
VA/Q es “ideal”
CaO2: [O2] arterial
CvO2 :[O2] en sangre venosa
mixta
GC
Qdf = CiO2 - CaO2
GC CiO2 - CvO2
Cuando mayor sea la DF, mayor será la cantidad de sangre que
no se oxigena a su paso por los pulmones…
VA/Q > 1 Ventila pero no perfunde
ESPACIO MUERTO FISIOLÓGICO (VDfis):
Zona ventilada pero no perfundida + Espacio
Muerto Anatómico
Para medirlo…
PaCO2 Presión parcial del CO2en sangre arterial
PECO2 Presión parcial media del CO2en todo el aire
espirado
VT Volumen de ventilación pulmonar
Vdfis = PaCO2 - PECO2
VT
PaCO2
Cuando mayor sea el EMF, mayor será la cantidad de aire ventilado que no
llega a la sangre…mayor desperdicio del trabajo de ventilación
VA/Q
VA / Q es 3 veces > al valor ideal
GRADO MODERADO DE EMF
En el ejercicio aumenta el flujo en
las porciones superiores, en
consecuencia, disminuye el EMF
VA / Q es < al valor ideal
GRADO MODERADO DE DF
TRANSPORTE DE O2 Y
DE CO2 POR LA
SANGRE Y LOS
LÍQUIDOS
CORPORALES
DIFUSION DE O2Y DE CO2
VENA
PO2 40 mmHg
PCO2 45 mmHg
ARTERIA
PO2 95 mmHg
PCO2 40 mmHg
INTERSTICIO
PO2 40 mmHg
PCO2 45 mmHg
INTRACELULAR
PO2 23 mm Hg
PCO2 46 mmHg
ALVEOLO
PO2 104 mmHg
PCO2 40 mmHg
VENA
PO2 40 mmHg
PCO2 45 mmHg
CAPILAR
PULMONAR
PO2 104 mmHg
PCO2 40mmHg
TRANSPORTE
DE O2
97 % unido a Hb
PaO2 100 mm Hg ------ saturación de Hb 97 %
PvO2 40 mm Hg ------ saturación de Hb 75 %
[Hb] 15 g/dl
3 % disuelto
0,29 ml (a)
0, 12 ml (v)
1 g de Hb transporta 1,34 ml de O2
15 g Hb transporta 20,1 ml O2 (sat 100 %)
19,4 ml O2 (sat 97%)
14,4 ml O2 (sat 75%)
Entrega a los tejidos 5 ml
Coeficiente de
utilización: 25 %
Hb como
amortiguador
La pO2 tisular tiene un valor
prácticamente constante a
pesar de las variaciones de la
pO2 alveolar
Volumen
de O2 /
100 ml
sangre
% de
sat
Hb
Hb fetal
20 100 %
15
75 %
10
50 %
EFECTO
BOHR
La pO2 tisular 15 – 40 mm Hg
↓pH
↑ pCo2
↑ t°
↑ 2, 3 DPG
28
40
100 pO2 (mm Hg)
DISPONIBILIDAD DE OXÍGENO
• Depende de:
• 1) Cantidad de oxígeno transportado por cada
100 ml de sangre (1:20)
• 2) Intensidad del flujo sanguíneo: Q
TRANSPORTE DE CO2
CO2 + H2O _ac__ H2CO3 _ac__H+ + HCO3-
70 % HCO323 % unido a Hb y
proteínas
plasmáticas
7 % disuelto
CO2 + Hb – CO2Hb
CO2
HCO3
ClCO2
Cl-
PaCO2 40 mm Hg ------ disuelto 2,4 ml/100 ml
PvCO2 45 mm Hg ------ disuelto 2,7 ml/100 ml
HCO3
Toma en los tejidos 4ml
EFECTO ALDANE: La fijación de O2 a la Hb disminuye la afinidad de ésta por el
CO2
REGULACIÓN DE LA VENTILACIÓN
CONJUNTO DE MECANISMOS DE CONTROL DE LA
RESPIRACIÓN Y COORDINACIÓN CON LA
CIRCULACIÓN Y METABOLISMO
EL SN AJUSTA EL RITMO DE VENTILACIÓN ALVEOLAR
SEGÚN LAS NECESIDADES ORGÁNICAS
CENTRO RESPIRATORIO
Compuesto por varios grupos de neuronas ubicados
de manera bilateral en el bulbo raquídeo y la
protuberancia anular
GRUPO RESPIRATORIO DORSAL
Casi todas sus neuronas están ubicadas en el NÚCLEO DEL HAZ
SOLITARIO (NHS)
El NHS es la terminación nerviosa de los nervios Vago y glosofaríngeo
(trasmiten señales de quimiorreceptores y barorreceptores)
GRUPO RESPIRATORIO DORSAL
•
Este grupo de neuronas genera el ritmo básico de la respiración.
•
Señal de <<rampa>> inspiratoria. La señal nerviosa que se transmite a los
músculos inspiratorios primarios como el diafragma no es una salva
instantánea de potenciales de acción. Por el contrario, en la respiración
normal, la inspiración comienza débilmente y crece en forma de
<<rampa>> durante un período de unos 2 segundos. Cesa de forma
repentina durante los 3 segundos siguientes, lo que interrumpe la
estimulación del diagrama y permite que la retracción elástica de la pared
torácica y los pulmones originen la espiración. Después, la señal inspiratoria
comienza de nuevo otro ciclo, y así una y otra ves, con las espiraciones
interpuestas.
Por tanto, la señal inspiratoria es una señal de rampa, que permite un
aumento sostenido del volumen de los pulmones
La rampa inspiratoria se regula controlando:
1) velocidad de aumento de la señal de rampa
2) la duración de la señal: FR
•
•
CENTRO NEUMOTÁXICO
•
•
•
•
•
•
Esta localizado dorsalmente en el núcleo parabranquial de la parte superior
de la protuberancia, transmite señales al área inspiratoria.
Su efecto principal consiste en controlar el punto de <<inactivación>> de la
rampa inspiratoria y, por tanto, la duración de la fase de llenado del ciclo
pulmonar.
Señales neumotáxicas fuertes: la inspiración puede durar tan solo 0.5
segundos y el llenado es pequeño,
Señales neumotáxicas débiles:, las inspiraciones pueden durar 5 segundos
o más, llenando los pulmones con un gran exceso de aire.
Por consiguiente,
LA FUNCIÓN FUNDAMENTAL DEL CENTRO NEUMOTÁXICO CONSISTE EN
LIMITAR LA INSPIRACIÓN. ESTO TIENE EL EFECTO SECUNDARIO DE
AUMENTAR LA FRECUENCIA RESPIRATORIA,
debido a que la limitación de la inspiración también acorta la espiración y
todo el período respiratorio.
Una señal neumotáxica fuerte puede elevar la frecuencia respiratoria de 30
ó 40 respiraciones por minuto, mientras que una señal débil pude reducirla
a solo 3 a 5 respiraciones por minuto.
•
•
•
•
GRUPO RESPIRATORIO VENTRAL
DE NEURONAS
Localizado a ambos lados del bulbo, unos 5mm. por delante y por fuera del
grupo de neuronas respiratorio dorsal, esta el grupo de neuronas respiratorio
ventral, que se encuentra en el núcleo ambiguo por delante y el núcleo
retroambiguo por detrás.
La función de este grupo de neuronas difiere en varios aspectos importantes de
la del grupo respiratorio dorsal.
1. Las neuronas del grupo respiratorio ventral permanecen casi totalmente
inactivas durante la respiración normal tranquila. Por tanto, la respiración
normal tranquila se genera a expensas de las señales inspiratorias repetitivas del
grupo respiratorio dorsal, transmitidas fundamentalmente al diafragma, y la
espiración se debe a la retracción elástica de los pulmones y de la caja torácica.
2. No se ha demostrado que las neuronas respiratorias ventrales participen en la
oscilación rítmica básica que la controla la respiración.
•
•
•
GRUPO RESPIRATORIO VENTRAL
DE NEURONAS
3. Cuando el impulso respiratorio incrementa la ventilación pulmonar, se
propagan señales respiratorias a las neuronas respiratorias ventrales desde el
mecanismo oscilante básico de la zona respiratoria dorsal. Como consecuencia,
el área respiratoria ventral aporta su contribución al impulso respiratorio.
4. La estimulación eléctrica de algunas de las neuronas del grupo ventral produce
inspiración mientras que la estimulación de otras provoca espiración.
Por tanto…
ESTAS
NEURONAS
CONTRIBUYEN
TANTO
A
LA
INSPIRACIÓN
COMO
A
LA
ESPIRACIÓN.
CENTRO APNEÚSTICO
Localizado en la parte baja de la protuberancia
Impide que se apague la señal en rampa, enviando señales al grupo
respiratorio dorsal. Sólo cuando se han seccionado los nervios vagos en su
trayectoria hacia el bulbo raquídeo y se han bloqueado las conexiones con
el centro neomotáxico.
Se presume que actúa junto con este centro en la regulación de la
profundidad de la respiración.
REGULACIÓN QUÍMICA DE LA
RESPIRACIÓN
La finalidad última de la respiración es mantener las concentraciones
adecuadas de oxigeno, dióxido de carbono e hidrogeniones en los tejidos.
El exceso de dióxido de carbono o de hidrogeniones es la sangre estimula
fundamentalmente al propio centro respiratorio y aumenta mucho la fuerza
de las señales inspiratorias y espiratorias a los músculos respiratorios.
Existe otro grupo de neuronas, un ÁREA QUIMIOSENSIBLE, situada solo a
un quinto de milímetros por debajo de la superficie ventral del bulbo.
Esta zona es extremadamente sensible a las variaciones de la pCO2 o de
los hidrogeniones sanguíneos y excita a las demás porciones del centro
respiratorio.
H+ principal estímulo,
CO2, atraviesa fácilmente barrera hematoencefálica, genera H+ (por
disociación del ácido carbónico).
REGULACIÓN QUÍMICA DE LA
RESPIRACIÓN
Por otra parte, el oxígeno no tiene un efecto directo significativo en el
centro respiratorio del encéfalo para el control de la respiración. Por el
contrario, actúa casi exclusivamente sobre quimiorreceptores periféricos
situados en los cuerpos carotídeos y aórticos y estos, a su vez, transmiten
las señales nerviosas oportunas al centro respiratorio para el control de la
respiración.
BIBLIOGRAFÍA
 Best y Taylor: “Bases fisiológicas de la práctica
médica”. 13ra. Ed. Editorial médica
Panamericana. 2003.
Gayton, A.: “Tratado de Fisiología Médica”.
8va. Ed. Interamericana McGraw-Hill. México.
1991.
“Centro respiratorio” en
www.cudi.edu.mx/salud2/libros/fisiologia
www.worldalmanacforkids.com