Fisiologia Respiratoria (Clase)
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Fisiología de la Respiración Reinaldo Rodríguez Guerrero
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Fisiología de la Respiración
Reinaldo Rodríguez Guerrero
Reacciones metabólicas (función normal) Células corporales
Oxigeno Liberación de CO2
Condiciones de acidez
Sistemas que aportan O2 y elimina CO2
Atmósfera, constituida por distintos gases:
Nitrógeno (N) 78%
Oxígeno (O2) 21%
Otros 1%
Recordar la importancia del N2, ya que, en personas
sometidas a altas presiones éste se licua y difunde portodos los tejidos y la sangre, y al volver a presiónatmosférica éste se vuelve nuevamente gas produciendoembolias masivas (enfermedad de los buzos).
Pp del Aire seco
al nivel del mar
Pp del Aire seco
al si P H2O=47
Composición del Aire
Nitrógeno
Oxigeno
CO2
Argón
Otros gases
% Aire
seco
78.084
20.948
0.031
0.934
0.003
593.44
159.20
0.24
7.1
0.02
556.74
149.36
0.22
6.66
0.02
Gas
La presión del gas seco inspirado, en unapersona con 37°C de temperatura corporalserá:
• A nivel del mar donde PB = 760 mmHg
•Presión gas seco inspirado = 760 - 47 = 713mmHg
La temperatura es un propiedad física de los gases.
A temperaturas altas sus moléculas se mueven más
rápido. La temperatura se puede expresar en Grados
Kelvin.
° K = ° C + 273
En escala K, 0° K = -273 Celsius
0° C = 273° K
37° C = 310° K
Propiedades de los Gases
La Presión de vapor de agua (P H2O), corresponde al agua en fase gaseosa. El vapor de agua ejerce presión.
La presión de vapor de agua depende de la temperatura
El aire inspirado después de su paso por las vías respiratorias superiores se encuentra saturado con vapor de H2O
Volumen (V)
El volumen es el espacio ocupado por un gas.
El gas es compresible y su volumen estará determinado por el espacio ocupado
Si un gas se comprime, su presión y volumen se modificarán de acuerdo a las leyes de los gases.
Presión (P) Está determinada por la frecuencia de movimiento de las moléculas contra una superficie.
En fisiología pulmonar la presión de un gas seexpresa en mm Hg o en Torr (1 mm Hg = 1Torr)
La presión del aire a nivel del mar es igual a 760 mm Hg
La presión de un gas disuelto en líquido se llama tensión del gas
Sólo el 21% del aire que respiramos contiene O2, el que viaja por nuestro organismo en 2 formas:
• Disuelto en sangre
• Unido a la hemoglobina de los glóbulos rojos.
El O2 disuelto en sangre es inútil para larespiración celular, pero la presión parcial queejerce es fundamental para que éste se una alas moléculas de hemoglobina en el interior delos glóbulos rojos.
El O2 transportado por los glóbulos rojos es elque participa el la respiración celular.
Los gases, incluido el O2 tienden a ocupar todoel volumen disponible de cualquier espacio. Lapresión atmosférica determina que “ciertacantidad de gas” este confinada a un volumenmás limitado.
Esto explica el menor contenido de O2 en lasalturas donde la presión atmosférica es menor.
El significado de que sea el O2 el último aceptor deelectrones
Nuestra principal razón para respirar es tomar oxígeno paraque actúe como último aceptor de electrones en laespiración celular.El agua producida representa alrededor de 1/3 de nuestrasnecesidades por día. El resto del agua necesaria debe serprovista a través de la alimentación o la bebida.
Cualquier reducción en el oxígeno en nuestro organismorestringe severamente nuestra capacidad de producir ATP.Nuestros cerebros carecen de la ruta fermentativa y, porello, son particularmente sensibles a la deficiencia de O2
Al igual que con el aparato cardiocirculatorio nos encontramos
con un sistema compuesto de varios elementos que deben
funcionar en forma integrada y con una gran coordinación
Fisiología de la Respiración
Gas ambiental con O2
Presión atmosférica
Vía aérea
Caja toráxica
Fuelle respiratorio
Alvéolos
Sistema circulatorio
La mezcla gaseosa a respirar debe
contener como promedio un 21% de
O2 a una presión atmosférica
apropiada (760 mmHg) y debe
contener una mínima concentración
de CO2 para que este por diferencia
en ésta concentración pase de la
sangre al alvéolo.
Gas espirado = 16% de oxígeno
Objetivo:
Aportar oxígeno a las células del cuerpo
Eliminar el CO2 producto de reacciones metabólicas
Cuatro procesos básicos 1. Ventilación pulmonar
2. Respiración externa (Difusión alveolo capilar)
3. Transporte sanguíneo de los gases
2. Respiración interna (Difusión a nivel de los tejidos)
Definición:Proceso de Intercambio de gases entre los pulmones y el medio ambiente.
Presenta dos etapas:
Inspiración (inhalación)
Espiración (exhalación)
Transporte de gases desde el interior de los alveolos alexterior por convección, usando como medio el aire.
Inspiración
Expansión pulmonar
Contracción muscular
Diafragma
Intercostales externos
Se hace plano
Recorre de 1 cm a 10 cm
Oblicuos Retraen costillas y esternón hacia adelante
Aumentan diámetro de cavidad toráxica
volumen 1
Presión 1
volumen 1/2
Presión 2
Ley de Boyle
Presión es inversamente proporcional al volumen del
contenedor
Ley de los gases asociada
Volúmenes iguales de gases a la misma temperatura ypresión contiene igual número de moléculas:
A 273 °K y 760 mmHg el número de moléculas siempreocupará 22.4 L•El número de Avogadro = 6.02 x 1023 es el número demoléculas en una masa de gas igual a su peso molecularen gramos.
•PM O2 = 32, entonces 32 gr de O2 contienen 6.02 x 1023 moléculas
Ley de Avogadro
Presión intrapleural
Siempre negativa
756 mm Hg
754 mm Hg
Presión intrapulmonar
Disminuye de
Expansión
758 mm Hg
760 mm Hg
Respiración normal en reposo Eupnea
Superficial (toráxica)
Profunda (abdominal)
Respiración costal
Respiración diafragmática
Músculos accesorios
Esternocleidomastoideo, escalenos y pectoral menor
Espiración
Expulsión del aire de los pulmones
Gradiente de presión Pulmones > atmosférico
Proceso normal Pasivo
Depende de la elasticidad pulmonar
Comienza con la
relajación muscular
Presiones internas Vuelven a la normalidad
Características:
Conceptos asociados a la ventilación
Adaptabilidad Facilidad en la expansión pulmonarAlta
Baja Relacionado con
Elasticidad
Tensión superficial
Resistencia de la vía aérea Paredes de bronquios y alvéolos
Capacidad y volumen
respiratorio
Adulto sano
12 resp / min
500 ml de aire x insp.
350 a los alvéolos150 a resto de
cavidades
Difusión Alveolo-Capilar
Proceso dependiente de la presiones parciales de losgases que existe entre el aire alveolar y la sangre capilar,al ser separadas por la “membrana alveolo-capilar”.
La presión parcial del O2 contenido en los alveolos esmayor que la contenida en la sangre que ingresa por loscapilares pulmonares. Causa flujo neto de los alveolos ala sangre
En el caso del CO2 el gradiente tiene un sentidoopuesto al del O2 y por lo tanto el CO 2 difunde desdela sangre capilar hacia el aire alveolar.
Leyes de los gases asociadas
Ley de charles
Volumen del gas es directamente proporcional al Tº absoluta
Presión cte.
volumen 1
Presión 1
Tº ambiente
calor
Tº >
Presión 1
volumen 2
Ley de Dalton
En una mezcla de gases Presión parcial de cada gas
Independiente del restoPt = p1 + p2+ p3 + pi
Ley de Henry
Importante en la difusión intramembranosa
Cantidad de gas disuelto en un liquido Proporcional
P p del gas
Coeficiente de solubilidad
Temperatura cte.
Ej. Nitrógeno Muy bajo coef. de solubilidad
Se disuelve poco en el plasma sanguíneo
Fisiología de la respiración externa
La PaO2 está determinada por el equilibrio entre el consumo deO2 del organismo y el aporte de la ventilación. Este últimodepende básicamente de la presión parcial de O2 en el aireinspirado y, como ésta depende de la presión barométrica, laPaO2 "normal" es diferente según la altitud del lugar donde serealiza la medición.
Tabla 3-1
PRESION PARCIAL EN AIRE ATMOSFÉRICO, TRAQUEAL Y ALVEOLAR
PO2 PCO2 PN2 PH2O
Aire ambiental seco a nivel del mar 159 0,30 600 0
Aire ambiental seco en Santiago (PB ) 149,6 0,29 565 0
Aire traqueal saturado agua, , Santiago 139,8 0,26 527,9 47
Aire alveolar saturado agua, , Santiago 90 40 528 47
Pp. de O2 en los alvéolos
a nivel del mar105mm Hg
Pp. de O2 en la sangre desoxigenada
40 mm Hg
La presión total del aire inspirado es igual a la presiónatmosférica. Si se le resta 47 mmHg, que es la presiónproducida por el vapor de agua, una vez que el aire ha sidosaturado y calentado a 37°C en la nariz y vía aérea alta, setiene la presión total de aire inspirado seco. Al multiplicar estapresión por la fracción que el O2 representa en el aire seco(0,2094 o 20,94%) se obtiene la presión parcial de O2.
Santiago 90 mm Hg
Debido a diferencia en la Pp. de O2
Gas difunde hacia la sangre desoxigenada
Equilibrio en la Pps.del O2
hasta
El bióxido de carbono lo hace en dirección contraria
Pp del CO2 en la sangre desoxigenada 45 mm Hg
Pp del CO2 en el alveolo 40 mm Hg
El bióxido de carbono difunde Elimina en los pulmones
Factores que ayudan a la respiración externa
Grosor de la membrana alveolo-capilar 0,5 um
Area total respiratoria Casi 70 m2
Estrechez de los capilares Máxima exposición de eritrocitos
Eficacia de la respiración externa
Depende de varios factores
Altitud A > altitud menor difusión del oxigeno
Superficie total de intercambio: enfermedades
Volumen por min. de la respiración: Efecto de drogas y otras sustancias
El Agente Tensoactivo
Tensión superficial: En los alvéolos el agua presente en lasparedes le confiere una fuerza elástica contráctil que seopone a la presión del aire.
Esta fuerza puede representar hasta 2/3 de la capacidadelástica de los pulmones
Hay una fina 'piel' en la superficie de cualquier líquido que seresiste a la penetración. Esta 'piel' existe a causa de la cargaeléctrica de las moléculas de agua.
El extremo positivo de una molécula se enlaza con el extremonegativo de otra: el agua, literalmente, se engancha a sí misma.
La atracción eléctrica entre moléculas de agua, y en consecuenciala tensión superficial del agua, es la misma en la Tierra y en elespacio. No hay diferencia
Permite que los alvéolos nose colapsen por la presiónexcesivamente positiva quese generaría si no estuvierapresente
Permite mantener los pulmonesexpandidos
Reduce la tensión superficial delagua debido a la afinidad de losfosfolípidos al agua superficial ya la vez a la porción hidrófobade los mismos
El agente tenso-activo: es una mezcla compleja demoléculas de fosfolípidos, proteínas e iones (Ca).Secretadas por células epiteliales tipo II que representanun10% de la superficie alveolar.
Efecto del radio del alveolo y la presión por tensión superficial
De acuerdo a
la siguiente
formula:
En alvéolos de menor radio significativo como en bebes prematuros que poseen
algo menos de un cuarto del radio promedio de un adulto (100 um) presentan
más de cuatro veces la presión normal en sus pulmones.
La presión es inversamente proporcional al radio del alveolo
Además recién entre el 6 y 7 mes se comienza a secretar el agente tensoactivo
Considerando esto la presión de un neonato en estas condiciones puede
alcanzar 6 a 8 veces la presión normal. Con esto sus pulmones tienden a
colapsar
Síndrome Disneico Neonatal
Transporte de gases respiratorios
Transportador
Oxigeno
Presenta baja solubilidad en el agua
100 ml de
sangre
0,3 mL
Los requerimientos corporales aproximados de 3.000 mLpor min, hacen que el transporte del O2 plasmático seaabsolutamente ineficiente.
Se requiere un mecanismo más eficiente
97% del oxigeno Hemoglobina Proteína Globina
Pigmento
Heme 4 átomos de Hierro
Hb + O2 HbO2
Hemoglobina reducida Oxihemoglobina
La concentración aproximada de O2 combinado con lahemoglobina (97,5% de saturación y 15 gr Hb. por cada100 mL de sangre) es de 20,8 mL de O2
Interacción
Factor + importante en la combinación
Pp del oxigeno
A > Pp. de O2 > combinación Hasta la saturación de la hemoglobina
Capilares pulmonares Alta combinación de O2 con hemoglobina
El pHpH ácido Mejor separación del O2 de la
hemoglobina
Efecto Bohr> Concentración de CO2
Se produce
Temperatura
A > temperatura Una > liberación de O2
Bióxido de Carbono
Es transportado de tres maneras:•Disuelto en el plasma•En forma de Bicarbonato•Unido a proteínas como compuestos carbamínicos
Presenta una solubilidad 20 veces mayor que el O2
Cada 100 ml de sangre desoxigenada4 mL de CO2
Disuelto < % = 90%
Hb + CO2 HbCO2
Hemoglobina Carminohemoglobina
CO2 disuelto se combinan lentamente en el plasma, peromas rápidamente en el citoplasma del eritrocito por laanhidrasa carbónica
Compuesto carbamínicos mas importante lo realizacon la hemoglobina:
Factor + importante en la combinación Pp del CO2
En síntesis la mayor cantidad
de CO2 en la sangre se
encuentra en forma de
bicarbonato, una pequeña
cantidad presente en forma
disuelta al igual que como
carmino hemoglobina.
Fisiología de la respiración interna
Debido a la función orgánica existe un consumo continuo de O2 yuna producción continua de CO2, lo cual origina gradientes depresión parcial entre la sangre capilar y el liquido extracelular.
La Pp. del O2 sangre capilar es mayor que en la célula y por lo tanto
difunde hacia la célula.
El gradiente para el CO2 tiene el sentido opuesto; difundiendo desde la
célula hacia la sangre capilar.
Pp de O2 en los capilares tisulares 105 mm Hg
Pp de O2 en las células 40 mm Hg
Reposo 25% del O2 disponible en la sangre oxigenada Células
Suficiente para cubrir necesidades de las células en reposo
Pp del CO2 de las células 45 mm Hg
Pp del CO2 la sangre capilar oxigenada 40 mm Hg
Resultado El CO2 difunde desde las células Líquido insterticial
Sangre oxigenadaHasta el equilibrio en las Pps
Control de la Respiración
Sistema nervioso
Centro respiratorios Tallo cerebral Músculos respiratorios
Área neumotáxicaLimita la inspiración facilitando la espiración.Protuberancia
Control de ritmo respiratorio Responde a demanda corporal
Tres áreas
Bulbo Ritmicidad medular
Area apnéustica
Área apnéustica: envía al área inspiratorio impulsos estimulatorios que laactivan y prolongan la inspiración con la que inhiben la espiración. Estotiene lugar cuando el área neumotáxica esta inactiva.
Centro de la Ritmicidad Bulbar
Se ubica en el tejido reticular del bulbo debajo del cuartoventrículo, un conjunto de neuronas que son llamadas elárea inspiratoria y espiratoria.
El área inspiratoria esta relacionada con generación depotenciales inspiratorios, es decir descargas periódicas,hacia la musculatura respiratoria .El área espiratoria en una ventilación normal estainactiva, pero se activa en una ventilación forzada.
Control del Bulbo
Controla el ritmo básico de la respiración
Respiración en reposo
Inspiración
Espiración
2 segundos
3 segundos
AREA INSPIRATORIA
ACTIVA INACTIVA
Contracción del diafragma y músculos intercostales externos
Relajación del diafragma y músculos intercostales externos
Inspiración Normal
Espiración Normal
2 s 3 s
Quimiorreceptores
Respuestas a las variables químicas
Respuesta al pH:Al descender el pH volviéndose levemente acido en la sangre arterial, se estimula la ventilación .Este evento es detectado por los quimiorreceptores periféricos.
