FISIOLOGIA RESPIRATORIA 3 TECMED

TECMED 2009 DR. H. FIGUEROA Ph.D.

Transporte e intercambio de gases

INTERCAMBIO DE GASES

Difusi ón a trav és de la membrana respiratoria

Dos formas de transporte: disolución en agua y

combinación química.

La mayor parte del O2 y CO2 es transportada en

combinación química.

Solamente el gas que está disuelto expresa una presión

parcial y difunde desde una zona de mayor a menor

presión parcial.

Existe un equilibrio dinámico entre las dos formas:

Mecanismos básicos de transporte de gases

Gas disuelto Combinación química

Transporte de Oxígeno

• forma Porcentaje

• Disuelto en plasma 1.5 %

• Combinado con Hemoglobina 98.5 %

Bound to HgbDissolved

Hemoglobina

Estructura de la HemoglobinaHemoglobina es una proteína compuesta de 4

subunidades.Cada una de ellas tiene un grupo heme

unido a una cadena polipeptídica

Formación de Oxihemoglobina

• Oxyhemoglobina se forma cuando una

molécula de O2 se une en forma reversible a la

porción heme de la hemoglobina. La unidad

heme contiene Fe 2+ que provee la fuerza de

atraccción . El proceso se resume como:

O2 + Hb HbO2

En el adulto normal, la hemoglobina contiene 2

cadenas α y 2 cadenas β. Cada uno de los 4 átomos

de hierro puede ligar una molécula de O2 en forma

reversible.

El hierro permanece en estado ferroso, de modo que la

reacción es de oxigenación y NO de oxidación.

Cuando la molécula de hemoglobina está saturada en

O2 (4 O2 en una molécula de hemoglobina), se escribe

Hb4O8.

La reacción es rápida; se requiere menos de un 0.01

secondo. La desoxigenación de la Hb4O8 es también

muy rápida.

Capacidad de oxígeno: La máxima cantidad de O2

que que se pueden combinar con Hb en una unidad de

volumen de sangre; normalmente equivale a 1.34 ml

de O2 por g de Hb o 20 ml de O2 por 100 ml de sangre.

Contenido de Oxígeno : cantidad de oxígeno queestá presente en la sangre en un lugar y momento dado.

Saturación de Oxígeno: Porcentaje de la capacidadde O2 que está combinado con Hb en un momento y

lugar dado.

Conceptos básicos

curva de disociación de la hemoglobina

Curva que

relaciona el %

de saturación

de la Hb que

alcanza a

diferentes

presiones

parciales de O2.

La curva se puede desplazar

Factores que desplazan la

curva de disociación de la

hemoglobina:

1. pH y PCO2: Efecto Bohr

2. Temperatura

3. 2,3-difosfoglicerato, 2,3,-DPG

Un subproducto de la glicolisis anaeróbica .

Presente en alta concentración en eritrocitos.

La afinidad de la hemoglobina por O2 disminuye

a medida que la concentración de 2,3-DPG

incrementa en los eritrocitos.

Desplazamiento a la izquierda(Afinidad aumentada)Baja de temperaturaBaja de 2,3 DPGBaja de acidezHipocapnia (baja PCO2)

Desplazamiento a la derecha(Afinidad reducida)Alza de temperaturaAlza de 2,3 DPGAlza de acidez Hipercapnia (alta PCO2)

Desplazamiento de la curva de disociación de la hem oglobina

Desplazamiento de la curva en

pulmones y tejidos sistémicos

Incremento de liberación de O2 a tejidos sistémicos.

Incremento en la captación de O2 en los pulmones

Bohr Effect

Bohr Shift Curve

Efecto del Monóxido de Carbono (CO)

CO se combina con Hb en el mismo sitio

que lo hace el O2 y puede desplazar O2

desde la Hb.

CO se une con una afinidad alrededor de

250 veces mayor que la del O2.

Por consiguiente, una PCO solo un poco

mayor que 0.4 mmHg puede ser letal.

Transporte de CO2

Transporte de CO2forma Porcentaje

• Disuelto en el Plasma 7 - 10 %

• Quimicamente unido a

Hemoglobina del eritrocito 20 - 30 %

• Como ion bicarbonato en el

Plasma 60 -70 %

Transporte del Dióxido de

Carbono

Dissolvedbound to HbHCO3-

Formación de

carbaminohemoglobina

• La molécula de CO2 se une en forma reversible

a una porción amino de la hemoglobina

CO2 + Hb HbCO2

Compuestos carbamínicos

Formación de bicarbonato

CO2 + H2O H2CO3

ANHIDRASA CARBÓNICA

H2CO3 H+ + HCO3-

Formación de bicarbonato en tejidos sistémicos

Observe que la hemoglobina captura un protón en condiciones de baja PO2 . Posteriormente lo libera en el alvéolo, zona de alta PO2.

DESPLAZAMIENTO DE CLORURO EN CAPILARES TISULARES SISTÉMICOS

Observe el ingreso de CO2, su transformación aácido carbónico por la enzima CA y su posterior ionización a bicarbonato. Este sale del eritrocito e ingresa cloruro.

DESPLAZAMIENTO DE CLORURO EN

CAPILARES PULMONARESPulmonary Capillary

La unión de O2 con Hb la hace más ácida, favoreciend o la liberación de protones. Estos reaccionan con HCO3- formando H2CO3 y liberando CO2 gracias a la actividad de la anhidrasa carbónica . Observe el intercambio de bicarbonato por cloruro

Efecto Haldane

Para una PCO2 dada

la sangre cargará

más CO2 cuando

existe una presión

parcial de O2

disminuída..

Refleja la tendencia

que un incremento

en la PO2 disminuye

la afinidad de la

hemoglobina por

Curva de disociación de CO2

PO2 40 mmHg

PO2 100 mmHg

Mecanismo del efecto Haldane:

La combinación de O2 con Hb en los pulmones

causan que la Hb se comporte como un ácido

más fuerte. Entonces:

1) Una Hb más acídica tiene menos tendencia a

combinarse con CO2 para formar CO2 Hb.

2) El aumento de acidez de la Hb le induce

además a liberar un exceso de H+

Consecuencias del efecto Haldane

• Facilita la carga de CO2 a la hemoglobina en los tejidos sistémicos, donde existe una PO2 baja (46 mmHg)

• Facilita la descarga de CO2 en el alvéolo, donde existe una PO2 alta (100 mmHg)

Efectos Bohr y Haldane

REGULACIREGULACIÓÓN DE LA N DE LA RESPIRACIRESPIRACIÓÓNN

Centro Centro RespiratorioRespiratorio

Vías de control de músculosrespiratorios

Control de la ventilación

• La ritmicidad de la respiración esprimariamente controlada por áreasespecíficas neurales localizadas en la médula y el puente del cerebro.

• Esas áreas poseen propiedades de monitoreo, estimulantes e inhibidoras quecontinuamente ajustan el patrónrespiratorio con el fin de cumplir con lasnecesidades metabólicas específicas.

Control de la Ventilación

• Para comprender como ocurre el control de la ventilación, uno debe tener un conocimientobásico de:– La función de los componentes respiratorios de la

médula. – La influencia de los centros respiratorios pontinos

sobre los componentes respiratorios de la médula.– Los sistemas de monitoreo que afectan los

componentes de la médula. – Los reflejos que influencian la ventilación

pulmonar.

Componentes respiratorios del tallocerebral

Centro neumotáxico, con efecto inhibitorio

Grupo respiratorio ventral (VRG), con acciones estimulantes inspiratorias y espiratorias

Centro apnéustico, con acción estimulante de la inspiración

Complejo generador de ritmo respiratorio básico

Grupo respiratorio dorsal (DRG), con acción inspiratoria

Los componentes respiratorios de la médula

• Dos grupos de neuronas respiratorias de la médula oblongata son responsables de coordinar la ritmicidad intrínseca de la respiración:

– El grupo respiratorio dorsal (DRG)

– El grupo respiratorio ventral (VRG)

Grupo respiratorio dorsal DRG•El grupo respiratorio dorsal (DRG) consiste principalmente de neuronas inspiratorias•Se cree que es responsable del ritmo básico de la ventilación(complejo Pre-Bötzinger).•El DRG:

–Recibe señales que informande las demandas respiratorias. –Evalúa y prioriza las diferentesseñales–Emite impulsos neurales cadavarios segundos a los músculosinspiratorios.

Complejo Bötzinger...¡Salud!

• El complejo de Bötzinger y el complejo pre-Bötzinger son un grupo de neuronas de la médula que controlan, aunado a otros centros, el ritmo respiratorio. Como es típico en ciencia, primero se descubrióel Bötzinger a secas y años más tarde se dieron cuenta que en realidad era una zona un poquito más abajo la que era importante en el control de la respiración y le pusieron pre-Bötzinger

Pero, ¿de dónde viene el nombre Bötzinger?

Corría el año de 1978 cuando Jack Feldman se encontraba en medio de un fastuoso banquete en medio de un congreso en Alemania. Un año antes había encontrado una zona cerebral de donde se mandaban señales para inspirar y espirar. Sin embargo, Feldman no había asignado ningún nombre todavía a la zona en cuestión. Entonces, se levantó y propusó un brindis para nombrar a la susodicha región con algún atractivo del congreso. Feldmaninstintivamente agarró la botella de vino junto a él, un Bötzinger (blanco). Así fue como pasó a los libros el nombre de complejo de Bötzingerpara la posteridad.

Grupo respiratorio ventral El grupo respiratorio ventral(VRG) contiene tanto neuronasinspiratorias como espiratorias.

Durante la respiración tranquila el VRG está prácticamente inactivo.

Durante el ejercicio intenso o estrésel VRG envía impulsos a losmúsculos inspiratorios y a losmúsculos de espiración forzada.

Los Centros Pontinos

• Son :– El centro Apneustico– El centro neumotáxico

Centro apnéustico-si se le deja sin control, envíaimpulsosneurales al DRG que provocan un tipo de inspiraciónboqueada o gasping.

CENTRO NEUMOTÁXICO Aumenta la ritmicidadrespiratoriaal reducir la profundidadde la inspiracióny aumentarla frecuenciarespiratoria.

RAMPA INSPIRATORIA

TIEMPO

CENTRO NEUMOTÁXICO

ACCIÓN INHIBITORIA

Inspiración y espiración activa

Frecuencia de potenciales de acción durante inspiración y espiración .

SISTEMAS DE MONITORIZACIÓN DE LA MÉDULA

• Los sistemas de mayor importancia queactúan sobre los centros medulares (DRG and VRG) son los:– Quimiorreceptores centrales

– Quimiorreceptores periféricos

Control: quimiorreceptores

• Detectan– AUMENTO DE PCO2 (hipercapnia)

– DISMINUCIÓN DE O2 (hipoxia)– AUMENTO DE H+ (acidosis)

• Tipos– Centrales: H+.

– Periféricos: PO2, PCO2, H+, Flujo sanguineo, temperatura

Quimiorreceptores centrales•El estímulo más poderosoque conocido que afecta a loscomponentes respiratorios de la médula es un exceso de en la concentración de hidrogeniones [H+] en el Líquido Cerebro Espinal CSF.•Los quimiorreceptorescentrales son responsablesde monitorear la concentración de H+ en el CSF.•Una porción de el áreaquimiosensitiva está en contacto con el CSF.

Los H+ de la sangre no llegan directamente al área quemosensitiva a través de la barrera

hematoencefálica, ya que son poco permeables.

Sin embargo, el CO2 difunde en forma rápida a través de las membranas y puede liberar protones a través de su conversión a H2CO3

Quimiorreceptores periféricos

• Son células especialmente sensibles a la reducción de niveles arteriales de O2.

Células receptoras sensitivas a O2

•CUERPOS CAROTÍDEOS:

•CUERPOS AÓRTICOS:

• Otros factores queestimulan losquimiorreceptoresperiféricos incluyen:

– hipoperfusión– Aumento de

temperatura– nicotina

Reflejos que afectan la respiración

– Reflejo de inflación Hering-Bruer– Reflejo de deflación– Reflejos por irritación– Reflejo originado desde receptores J localizados en

capilares pulmonares– Reflejo barorreceptor– Otros estímulos

Reflejo de inflación de Hering-Bruer

• Generado por receptores de distensiónlocalizados enlas paredes de pleuras, bronquios y bronquíolos que se activancuando el pulmón se infla. Estosreceptores envían señales a la médulavía nervio vago y producen inhibición de la inspiración.

Reflejo de Deflación

• Es estimulado cuando los pulmones son comprimidos o desinflados, causando un incremento en la frecuencia respiratoria.

Reflejo irritante

• Cuando los pulmones son expuestos a gases tóxicos, los receptores de irritación puedenser activados.

• Estos receptores se localizan bajo el epiteliode la tráquea, bronquios y bronquíolos.

• Cuando son activados producen unarespuesta refleja que produce bronquioconstricción, tos y aumento de la frecuencia respiratoria.

Receptores J de capilares pulmonares

• Los receptores J se localizan en tejidosintersticiales ubicados entre los capilarespulmonares y los alvéolos.

• Cuando estos receptores son estimulados se produce un reflejo que gatilla una respiraciónsuperficial rápida.

• Los receptores J son activados por :

– Congestión capilar pulmonar– Hipertensión capilar– Edema– Émbolos

Barorreceptores

– Un alza en la presión arterial sistémicaproduce:

– Reducción de la frecuencia cardíaca y ventilación pulmonar.

– Aumento de la frecuencia respiratoria y ventilación pulmonar en respuesta a unareducción de la PA.

Otros estímulos afectan la respiración

:– Agua helada puede producir apnea. – Dolor súbito puede producir apnea, pero

dolor prolongado puede producirtaquipnea.

– Irritación de la laringe y faringe puedeproducir apnea y posterior tos.

– Reflejos musculares y tendinosos(aumentan ventilación en ejercicio)

Factores que afectan la respiración

En condiciones normales, la variable más importante que afecta a la regulación de la respiración es la PCO2.

Un alza en la PCO2 estimula la ventilación.

Factors Affecting Breathing

Equilibrio ácido-base

• El sistema respiratorio juega un rol importante en la regulación ácido-base, al manejar parte del sistema tampón CO2/bicarbonato.

ALTERACIONESRESPIRATORIAS

> CO2 < CO2

�[ H] > ÁC CARBÓNICO

< [H]< ÁC CARBONICO

< PHACIDOSIS

RESPIRATORIA

�PHALCALOSIS

RESPIRATORIA

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