Difusión y Difusión y OxigenaciónOxigenación

Dr. Carlos A. Saavedra Leveau

Profesor Asociado UNMSM

Jefe Servicio Neumología INEN

Presiones parciales de los gases atmosféricos

Ley de DaltonLey de Dalton

La presión ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones ejercidas por cada uno de los componentes.

Para el aire Pt = PN2 + PO2 + PCO2 + P H2O = % gas x Pt = N2(0,78 x 760) +O2 (0,21 x760)+…… 0,1 x (CO2..He…)

Ley de Boyle

El volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión: P α 1/V.

Las variaciones del volumen de la caja torácica hacen que las presiones cambien permitiendo la entrada o salida de aire

Ley de Charles:Ley de Charles:

El volumen ocupado por un gas es proporcional a la temperatura absoluta (V α T): en la inspiración se expande el volumen del aire por calentamiento al paso por las mucosas

Presiones parciales (mm Presiones parciales (mm Hg)Hg)

AtmoAtmosfsf

Esp. Esp. MuertoMuerto

AlveolaAlveolarr

S. S. Arteria Arteria

P.P.

S. Vena P.S. Vena P.

PresióPresiónn

760760 713713

PHPH2200 4747

POPO22 160160 150150 Teórica Teórica 150150

Real Real 102102

4040 102102

PCOPCO22 0,20,2 00 4040 4646 4040

DIFUSIóNDIFUSIóN

Ley de Fick:Ley de Fick:

VVgg =. =. Dg x ADg x A (P(Palvalv - P - Pcpcp))

dd DDLL

donde: A = área de superficie totaldonde: A = área de superficie total

Dg = coef. De difusión del Dg = coef. De difusión del gasgas

d = distancia recorridad = distancia recorrida

DDLL = 25 ml/min/mm Hg = 25 ml/min/mm Hg

Difusión de ODifusión de O22 en en NormoxiaNormoxia

MEDIDA DE LA DMEDIDA DE LA DLLCOCO

Inspiración única de una mezcla Inspiración única de una mezcla diluída de COdiluída de CO

Mantener la respiración por 10 Mantener la respiración por 10 segundos.segundos.

Medida de transferencia de CO, y Medida de transferencia de CO, y comparación de las comparación de las concentraciones en el aire concentraciones en el aire inspirado y espirado.inspirado y espirado.

Valor normal: 25 ml/min/mmHgValor normal: 25 ml/min/mmHg

CAPACIDAD DE DIFUSIóN

(DL)

DEPENDE DE:

- El componente de membrana- área de intercambio- distancia de difusión- presión parcial

- El componente sanguíneo- tiempo de reacción Hb-O2 (flujo sang.) - concentración de Hb

Función de RelaciónVentilación (V) / Perfusión

Ventilation perfusion (V/Q) matching in healthy lungVentilation perfusion (V/Q) matching in healthy lung

Ventilación es mayor

que perfusión

perfusión es mayor

que Ventilación

PO2 PO2

•El desequilibrio entre la relación entre ventilación / perfusión es

la causa mas frecuente de hipoxemia. •Es el aspecto más importante del intercambio gaseoso y puede

ser causa de retención de CO2.

Comportamiento de las presiones en el sistema vascular sistémico y pulmonar

Comportamiento de las Presiones Alveolar, Arteria y Venosa en las diferentes zonas Del parénquima pulmonar en una persona de pie.

Transportede

Gases

TRANSFERENCIA DE GASESTRANSFERENCIA DE GASES

Limitado por DifusiónLimitado por Difusión Limitado por PerfusiónLimitado por Perfusión

PPAA PPAA

PaPa En pulmón En pulmón PaPa

reflejarefleja anormalidadanormalidad

Inicio (long. Capilar) FinInicio (long. Capilar) Fin Inicio (long. Capilar FinInicio (long. Capilar Fin

TRANFERENCIA DE TRANFERENCIA DE GASESGASES

Limitado por DifusiónLimitado por Difusión CO:CO: Se mantiene el gradienteSe mantiene el gradiente y la y la

transferencia de gas puede transferencia de gas puede continuar.continuar.Sólo las características de la Sólo las características de la membrana alveolo capilar limitan este membrana alveolo capilar limitan este intercambiointercambio..

Limitado por PerfusiónLimitado por Perfusión NN22, CO, CO22, O, O22:: El gradiente se pierdeEl gradiente se pierde

rapidamente (PA=Pa). La rapidamente (PA=Pa). La transferencia del gas es función del transferencia del gas es función del flujo.flujo.

Para que continúe el proceso de Para que continúe el proceso de transferencia del gas DEBE fluir sangre transferencia del gas DEBE fluir sangre adicional.adicional.

INTERCAMBIO GASEOSO LIMITADO INTERCAMBIO GASEOSO LIMITADO POR DIFUSIóN Y POR PERFUSIóNPOR DIFUSIóN Y POR PERFUSIóN

Equilibrio ventilación/perfusión se alcanza Equilibrio ventilación/perfusión se alcanza normalmente a los 0.25 seg.normalmente a los 0.25 seg.

Limitada por difusión a nivel tisularLimitada por difusión a nivel tisular::

Limitada por perfusión a nivel pulmonarLimitada por perfusión a nivel pulmonar::

Transporte e Intercambio Transporte e Intercambio de Gasesde Gases

Membrana alveolo-capilar: epitelio alveolar, Membrana alveolo-capilar: epitelio alveolar, endotelio capilar, espacio intersticial y endotelio capilar, espacio intersticial y sustancia surfactante alveolar.sustancia surfactante alveolar.

Difusión Difusión (por diferencia de presiones) de O(por diferencia de presiones) de O22 y COy CO22 en direcciones opuestas entre en direcciones opuestas entre

alveolosalveolos. . LaLa presión es directamente proporcional a la presión es directamente proporcional a la

concentración de las moléculas del gas.concentración de las moléculas del gas. Presión de un gas en solución --> Presión de un gas en solución --> Ley de Ley de

HenryHenry

Ley de HenryLey de Henry

La concentración de un gas en solución depende de la presión y de su solubilidad

LEY DE HENRYLEY DE HENRY

[O[O22] = ] = . PO . PO22 POPO2 2 = [O= [O22] / ] /

= 0.003 ml O= 0.003 ml O22 /100 ml . 1 mm Hg /100 ml . 1 mm Hg

Si POSi PO2 2 = 100 mm Hg= 100 mm Hg = 0.003 x 100 = 0.3 ml/100 ml= 0.003 x 100 = 0.3 ml/100 ml

= 0.3 vol%= 0.3 vol%

TranspoTransporte de rte de

O2O2

Transporte de Transporte de OO22 en la en la HbHb

OO22 + Hb + Hb HbO HbO22 reacción reversible reacción reversible 2 formas: Oxihemoglobina y 2 formas: Oxihemoglobina y

DesoxihemoglobinaDesoxihemoglobina Hb se combina con 4 moléculas de Hb se combina con 4 moléculas de

oxígenooxígeno Forma de transporte muy eficienteForma de transporte muy eficiente

O2 disuelto

O2 combinado con Hb

O2 total

0 20 40 60 80 100 600

Po2 mmHg

100

80

60

40

20

0

Sat

(%)

Hb

22

18

14

10

6

2

C

de

O2

ml/100ml

Saturación de la Hb por Saturación de la Hb por el Oel O22

El El porcentaje de saturaciónporcentaje de saturación es el % o es el % o grado de ocupación de grupos Hem grado de ocupación de grupos Hem unidos a Ounidos a O22

Sat = Sat = OO22 combinado con Hb combinado con Hb x 100 x 100

Capacidad de OCapacidad de O22

Sat. arterial = 99 - 97.5% PaOSat. arterial = 99 - 97.5% PaO22 = = 100mmHg100mmHg

Sat. venosa = 75% Pv0Sat. venosa = 75% Pv022 = = 40mmHg40mmHg

Oxígeno en la HbOxígeno en la Hb

(mM) Hb + 4 O(mM) Hb + 4 O2 2 (mM) (mM)

1 mmol Hb = 64.5 g Hb1 mmol Hb = 64.5 g Hb

1 mmol O1 mmol O22 = 22.4 ml. = 22.4 ml.

4 x 22.4 ml/mmol O4 x 22.4 ml/mmol O22 / 64.5 g Hb / 64.5 g Hb

= 1.34 ml O= 1.34 ml O22/g Hb /g Hb

1g de Hb se combina con 1.34 ml O1g de Hb se combina con 1.34 ml O2 2 (VN)(VN)

Capacidad de Hb = 20.1 ml OCapacidad de Hb = 20.1 ml O22 /100 ml /100 ml

OO22 disuelto = 0.3 ml O disuelto = 0.3 ml O22/100 ml/100 ml

CONTENIDO DE OCONTENIDO DE O22

Cont. OCont. O2 2 HbHb = Sat O= Sat O22 x Hb x 1.34 x Hb x 1.34

= 0.98 x 15 x 1.34= 0.98 x 15 x 1.34

= = 19.7 ml O19.7 ml O22 /l00 ml /l00 ml

Cont. OCont. O2 2 TotalTotal = =

Cont. OCont. O2 2 HbHb + Cont. O+ Cont. O2 2 disueltodisuelto

(Cont O(Cont O2 2 dis. = PAOdis. = PAO22 x 0.003 = 100 x 0.003) x 0.003 = 100 x 0.003)

= 0.3 + 19.7 = = 0.3 + 19.7 = 20 ml O20 ml O22 /l00 ml sangre /l00 ml sangre

Hb: proteína alostéricaHb: proteína alostérica

Tiene más de un sitio (4) de unión al Tiene más de un sitio (4) de unión al ligando.ligando.

Alosterismo cooperativo: la unión del Alosterismo cooperativo: la unión del 4° ligando es más fácil que la del 1°, 4° ligando es más fácil que la del 1°, gracias a un cambio conformacional gracias a un cambio conformacional en la molécula.en la molécula.

Significado fisiológico de la Significado fisiológico de la forma sigmoide de la curvaforma sigmoide de la curva

Critical PO2

V

Factores que modifican la Factores que modifican la afinidad de la Hb afinidad de la Hb

oxigenadaoxigenada La concentración de iones hidrógeno, [HLa concentración de iones hidrógeno, [H++]] La presión parcial de gas carbónico, PCOLa presión parcial de gas carbónico, PCO22

La TemperaturaLa Temperatura [2,3-DPG][2,3-DPG]

Caso especial: COCaso especial: CO

Efectores de la Curva de Efectores de la Curva de Disociación de la Hb ODisociación de la Hb O22

La curva se desplaza a la La curva se desplaza a la derechaderecha cuando: cuando:

T°, T°, PCO PCO22, , [H [H++] y ] y 2-3-DPG 2-3-DPG La Hb disminuye su afinidad por el OLa Hb disminuye su afinidad por el O22

y lo libera.y lo libera. Ocurre en los tejidos.Ocurre en los tejidos. En los pulmones ocurre lo contrario.En los pulmones ocurre lo contrario.

Efecto BohrEfecto Bohr

El El incrementoincremento de ácidos o Cde ácidos o COO22 disminuye el pH del plasma y mueve disminuye el pH del plasma y mueve la curva de disociación de la Hb la curva de disociación de la Hb hacia hacia la derechala derecha..

un aumento de un aumento de CCOO22 promueve una promueve una mayor entrega de Omayor entrega de O22 a los tejidos a a los tejidos a igual igual PPOO22..

Efecto Bohr = Efecto Bohr = log P50/log P50/pHpH

Factores que afectan la Factores que afectan la capacidad de la Hbcapacidad de la Hb

Cambios en la concentración de HbCambios en la concentración de Hb Presencia de COPresencia de CO Formación Formación

de metaHbde metaHb

Aporte de OxígenoAporte de Oxígeno

ApOApO22 = Q = QTT . (C . (Cartart O O22 x 10) x 10)

= 5L x (20 vol% x 10 = 5L x (20 vol% x 10

= 1000 ml O= 1000 ml O22 /min /min

Donde QDonde QTT es el gasto cardíaco o flujo total de es el gasto cardíaco o flujo total de sangre, Csangre, Cartart O O22 es el contenido de O es el contenido de O22 en sangre en sangre arterial arterial (GC = Vol.lat x lat/min)(GC = Vol.lat x lat/min)

ApOApO22 disminuyedisminuye si se reduce: si se reduce: La oxigenación de la sangreLa oxigenación de la sangre La concentración de hemoglobinaLa concentración de hemoglobina El gasto cardiacoEl gasto cardiaco

Diferencia a-v en contenido Diferencia a-v en contenido de Ode O22

CaOCaO22 - CvO - CvO22

CaOCaO22 = 20 vol%; = 20 vol%; CvOCvO2 2 = 15 vol%= 15 vol% CaOCaO22 - CvO - CvO2 2 = 5 vol%= 5 vol%

50 ml O50 ml O22 / L / L 50 ml de O50 ml de O22 son extraídos de 1L de son extraídos de 1L de

sangre sangre

para el metabolismo tisular.para el metabolismo tisular.

Consumo de OxígenoConsumo de Oxígeno

VOVO22 = Q = QTT . (C . (Cartart O O22 - C - Cvenven O O22) x 10) x 10

= 5L x (5 vol% x 10)= 5L x (5 vol% x 10)

= 250 ml O= 250 ml O22 /min /min

Donde QDonde QTT es el gasto cardíaco o flujo es el gasto cardíaco o flujo sanguíneo, Csanguíneo, Cartart O O22 es el cont. de O es el cont. de O22 en sangre en sangre arterial y Carterial y Cvenven O O22 es el cont. de O es el cont. de O22 en sangre en sangre venosavenosa 250 ml de O250 ml de O22 son extraídos de la son extraídos de la

sangre sangre

en 1 min.en 1 min.

Coeficiente de extracción de Coeficiente de extracción de oxígenooxígeno

Coef. E = (CCoef. E = (CARTART O O22 - C - CVENVEN O O22))

CCARTART O O22

= 5 vol% = 0.25= 5 vol% = 0.25

20 vol% 20 vol% ApOApO22 = 1000 ml O= 1000 ml O22 /min /min

En 1 min, con un En 1 min, con un ApOApO22 = 1000 ml O= 1000 ml O22 /min /min y un y un Coef. E de 0.25, 250 ml de OCoef. E de 0.25, 250 ml de O22 son son metabolizados por los tejidos y 750 ml de Ometabolizados por los tejidos y 750 ml de O22 regresan a los pulmones.regresan a los pulmones.

Hipoxia TisularHipoxia Tisular

La cantidad disponible de La cantidad disponible de OO22 para el para el metabolismo celular es inadecuada. metabolismo celular es inadecuada. Existen 4 tipos de hipoxia:Existen 4 tipos de hipoxia:

1.1. Hipóxica (hipoxemia).Hipóxica (hipoxemia).

2.2. Anémica.Anémica.

3.3. CirculatoriaCirculatoria

4.4. Histotóxica.Histotóxica.

HipoxemiaHipoxemia

La Hipoxemia es causada por La Hipoxemia es causada por cuatro razones principales:cuatro razones principales:

1.1. Hipoventilación (enf. Resp.), disminución Hipoventilación (enf. Resp.), disminución de la Pde la POO22, respirar menos de 21% de , respirar menos de 21% de OO22..

2.2. Difusión alterada.Difusión alterada.

3.3. Cortocircuitos (“shunts”)Cortocircuitos (“shunts”)

4.4. Relación Ventilación – Perfusión Relación Ventilación – Perfusión alterada.alterada.

Hipoxia AnémicaHipoxia Anémica

La PaLa PaOO22 es normal, pero disminuye la es normal, pero disminuye la

capacidad de la sangre para el capacidad de la sangre para el OO22..

Es causada por:Es causada por:

1.1. Concentración disminuída de Hb.Concentración disminuída de Hb.

2.2. COCO

3.3. Meta Hb.Meta Hb.

Hipoxia CirculatoriaHipoxia Circulatoria

La PaLa PaOO22 y el Cont. y el Cont. OO22 son normales, pero son normales, pero disminuye la cantidad de sangre y disminuye la cantidad de sangre y por lo tanto de por lo tanto de OO22..

La Hipoxemia es causada por:La Hipoxemia es causada por:

1.1. Disminución de flujo sanguíneo, Disminución de flujo sanguíneo, insuficiencia vascularinsuficiencia vascular..

2.2. Cortocircuitos (“shunts”) arterio-Cortocircuitos (“shunts”) arterio-venosos.venosos.

Hipoxia HistotóxicaHipoxia Histotóxica

Es causada por:Es causada por:La incapacidad de los tejidos de utilizar el La incapacidad de los tejidos de utilizar el

OO22..La PaLa PaOO22 y el Cont. y el Cont. OO22 son normales, pero los son normales, pero los

tejidos están muy hipóxicostejidos están muy hipóxicos..La PvLa PvOO22, el Cv, el CvOO22 y Sv y SvOO22 pueden estar pueden estar

elevados, pues el elevados, pues el OO22 no está siendo no está siendo

utilizadoutilizado..