Fisiologia respiratorio

El aparato respiratorio

• Vías respiratorias– Fosas nasales– Faringe– Laringe– Tráquea– Bronquios– Bronquiolos

• Pulmones

Las vías respiratorias: Fosas nasales

• Dos cavidades óseas situadas sobre la cavidad bucal.

• Rodeadas por el paladar, los nasales, el frontal y el etmoides.

• Separadas por el tabique nasal, formado por el etmoides, el vómer y el cartílago nasal

• En las paredes laterales están los cornetes

Faringe

Faringe

• Tubo musculoso común a los aparatos digestivo y respiratorio.

• Comunica con:– La boca a través del istmo de las fauces– El esófago– Las fosas nasales a través de las coanas– La laringe a través de la glotis– El oído medio a través de las trompas de

Eustaquio.

Laringe

Laringe

• Tubo musculo-cartilaginoso que comunica la faringe con la tráquea.

• Está delante de la faringe.• Formado por el hueso hioides y nueve cartílagos; los

principales son el tiroides, el cricoides y la epiglotis.• El cartílago tiroides forma una prominencia en el cuello, más

prominente en el hombre, llamada nuez de Adán.

Tráquea, bronquios y bronquiolos

• La tráquea es un tubo de 13 cm de longitud y 2 de diámetro.

• Está delante del esófago.• Formado por anillos

cartilaginosos incompletos• Se divide en dos bronquios,

que penetran en los pulmones, y siguen dividiéndose formando el árbol bronquial.

• Los más finos se llaman bronquiolos y terminan en los alvéolos.

Pulmones

• Dos órganos de forma cónica, alojados en la caja torácica

• El derecho es más grande y tiene tres lóbulos deparados por cisuras.

• El izquierdo tiene dos lóbulos.

Pulmones• Los bronquios, las arterias y

las venas pulmonares entran en cada pulmón a través del hilio, y continúan dividiéndose.

• Los bronquiolos terminan en pequeñas vesículas llamadas alvéolos.

• Los alvéolos están rodeados por una red de capilares sanguíneos.

• Los gases difunden entre ellos.

PulmonesSección longitudinal de pulmón de cordero. Árbol bronquial.

Pleuras

• Los pulmones están recubiertos por una membrana doble: pleura parietal y pleura visceral.

• Entre ambas hay un líquido lubricante, el líquido pleural.

El proceso respiratorio

• Ventilación pulmonar: inspiración y espiración.

• Intercambio gaseoso entre el aire y la sangre.• Transporte de los gases por la sangre.• Intercambio gaseoso entre la sangre y los

tejidos.• Respiración celular.

Etapas de la respiración

Respiración celular

Intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y los tejidos

4

Transporte de O2 y CO2 entre los pulmones y los tejidos

3

Intercambio de O2 y CO2 entre el aire del alveolo y la sangre

2

Ventilación: intercambio de aire, entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares

1

Alvéolos pulmonares

Atmósfera

O2 CO2

O2 CO2

Corazón

O2 CO2

O2 CO2

O2 + glucosa CO2 + H2O + ATP

Célula

Circulación sistémica

Circulación pulmonar

MVR/LC

Se entiende por mecánica de la respiración tanto los movimientos de la caja torácica y de los pulmones, como los consecutivos cambios volumétricos y de presión producidos en éstos.

Diafragma contraídoel volumen torácico aumenta

Inspiración: Entra aire

Diafragma relajadoel volumen torácico

disminuye

Espiración: Sale aire

La inspiración siempre es un movimiento activo

La espiración en general es un movimiento pasivo

¿Por qué entra y sale el aire de los pulmones?

3. ESPIRACIONPalveolar mayor que Patmosférica

Palveolar igual que Patmosférica

1. REPOSO

Palveolar menor que Patmosférica

2. INSPIRACION

Presión alveolar Presión dentro del alveolo, dado convencionalmente en cm de H2O, con referencia a una presión atmosférica de cero. Así, una presión alveolar negativa indica que la presión alveolar es menor que la atmosférica; una presión alveolar positiva indica que la presión es superior a la atmosférica.Presión Atmosférica Presión del aire ambiente, 760 mmHg promedio a nivel del mar. En los cálculos pulmonares, la presión atmosférica que se toma como valor de referencia. es de 0 cm H2O. Las presiones mayores que la atmosférica serán entonces positivas; las presiones menores que la atmosférica serán negativas.

INSPIRACION

Mecánica

ESPIRACIÓN

Mecánica

Volúmenes Pulmonares:

Capacidades Pulmonares:

5800

2800

2300

Volumen (ml)

1200

Volumen corriente (500

ml)

Final inspiración normal

Final espiración normal

Volumen residual (1200 ml)

Volumen de reserva espiratoria (1100 ml)

Volumen de reserva

inspiratoria (3000 ml)

Capacidad pulmonar total

Capacidad residual funcional

Capacidad vital 4600 ml

Capacidad inspiratoria

Tiempo

https://www.youtube.com/watch?v=mQLSQ6qThsA

24

Presiones y Volúmenes durante la respiración espontánea y la ventilación controlada

Bases físicas del intercambio gaseoso,

Difusión de O2 y CO2 a nivel pulmonar

MVR/LC

Bases moleculares de la difusion gaseosa

• Todas moléculas de gases que intervienen en la respiración se mueven libremente unas entre otras

DIFUSION

fuente de energía (movimiento cinético de las moléculas)

MVR/LC

MVR/LC

Presiones parciales de los gases “la presión es directamente

proporcional a la concentración de cada molécula de gas”

“la presión es directamente proporcional a la concentración de cada molécula de gas”

MVR/LC

PRESIÓN

impacto constante de las moléculasen movimiento contra una superficie.

La presión de un gas que actúa sobre las superficies de las vías respiratorias y de los alveolos es proporcional a la suma de las fuerzas de impacto de todas las moléculas de ese gas que golpean la superficie en un instante determinado.

La presión de un gas que actúa sobre las superficies de las vías respiratorias y de los alveolos es proporcional a la suma de las fuerzas de impacto de todas las moléculas de ese gas que golpean la superficie en un instante determinado.

Presión parcial La tasa de difusión de cada gas es directamente proporcional a la

presión originada por ese gas determinado.

Ejemplo: Aire = 79% de Nitrogeno + 21% oxigeno. Presión total = 760mmHg (a nivel del mar)

Presión parcial= N=600 mmGg O= 160 mmHg

Presiones parciales se designan: Po2, Pco2, PN2

MVR/LC

• La presión de un gas en solución esta determinada por su concentración y por el coeficiente de solubilidad del gas.

• Ejemplo:• El CO2 tiene atracción física o química por las moléculas de agua

mientras que otras moléculas son repelidas.

• Cuando las moléculas son atraídas pueden disolverse mucho mas sin producir un exceso de presión en la solución al contrario de las que son repelidas las cuales desarrollan presiones excesivas con mucho menos moléculas disueltas.

Presión = concentración de gas disuelto

MVR/LC

LEY DE HENRY

Coeficiente de solubilidad1 atm = 760 mmHg

20 veces mas soluble

Composición del aire alveolar su relación con el aire atmosferico

Aire alveolar (mm Hg)

Aire atmosférico

N2 569.0 79.4% 597.0 78.62%

02 104.0 13.6% 159.0 20.84%

CO2 40.0 5.3% 0.3 0.04%

H2O 47.0 6.2% 3.7 0.50%

total 760.0 100% 760.0 100%

MVR/LC

1. El aire alveolar solo es sustituido parcialmente por el aire atmosférico en cada respiración.

2. Se absorbe continuamente oxigeno del aire alveolar.

3. El dióxido de carbono esta difundiendo constantemente desde la sangre pulmonar a los alveolos.

4. El aire atmosférico seco que penetra en las vías respiratorias se humidifica antes de que alcance los alveolos.

MVR/LC

Aire espirado

• Es una combinacion del aire del espacio muerto y de aire alveolar.

• Su composición global esta determinada:

– Por la cantidad de aire espirado y por la cantidad que es el aire alveolar.

MVR/LC

La pO22 en el alvéolo es de 104 mmhg, en tanto, que la sangre venosa que entra al capilar es de 40mmhg. porque ha perdido gran cantidad de oxígeno en el trayecto por los tejidos.

Por lo tanto la diferencia de presión 64mmhg hace que el O2 difunda hacia los capilares pulmonares

PRESION ALVEOLO-CAPILAR

40mmh

g 104mm

hg

PRESION DEL O2

COMPOSICIÓN DEL AIRE INSPIRADO Y DEL AIRE

ESPIRADO

La pCO2 en el alveolo es de 40 mmHg levemente inferior a la que viene de la sangre arterial que entra a al capilar que es de 45 mmHg.

PRESION DEL CO2

PRESION ALVEOLO-CAPILAR

Esta diferencia de presión de 5mmhg hace que difunda todo el CO2 desde los capilares hacia los alvéolos

45mmhg

40mmhg

MVR/LC

Difusión de gases a través de la membrana respiratoria

MVR/LC

300 millones en ambos pulmones, 02 mm

Unidad respiratoria

MVR/LC

Las paredes alveolares son muy delgadas y en su interior existe una red de capilares interconectados.

Los gases alveolares están muy próximos a la sangre de los capilares.Por lo que el intercambio entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce en las membranas de todas las porciones terminales de los pulmones. “membrana respiratoria” “membrana pulmonar”

MVR/LC

Membrana respiratoria:

1.Capa de liquido que reviste el alveolo y que contiene agente tenso activo que disminuye la tención superficial al liquido alveolar.2.Epitelio alveolar compuesto de células epiteliales finas.3.Membrana basal epitelial.4.Espacio intersticial fino entre el epitelio alveolar y la membrana capilar.5.Membrana basal capilar que se fusiona con la membrana basal epitelial.6.Membrana endotelial capilar.

Membrana respiratoria:

• Espesor: en algunas zonas es de: 0.2 micras y en promedio es de 0.6 micras excepto en

los lugares que existe núcleos celulares.

• Superficie total: en un adulto normal es de: 70 m2

MVR/LC

• Las características de la membrana que favorecen la rapidez de difusión son

• En el adulto normal tiene una extensión de aproximadamente 70m 2

• La cantidad total de sangre en toda la membrana es de 60 – 140ml

• La tasa de difusión es inversamente proporcional al espesor de la membrana

• Capacidad de difusión de la membrana respiratoria: Volumen de un gas que difunde a traves de la membrana por minuto para una diferencia de presión de 1 mmHg

MVR/LC

Membrana Respiratoria

• La membrana respiratoria es muy delgada de .2 a .5 μ de grosor.

• Unidad Respiratoria: Compuesta por bronquiolo respiratorio, conductos alveolares, atrios y alvéolos.

• El intercambio gaseoso ocurre entra la sangre y la membrana de casi todas las porciones terminales de los pulmones debido a la extensa red de capilares que rodean los alvéolos.

MVR/LC

MVR/LC

MVR/LC

MVR/LC

Capas de la membrana Respiratoria

1.Una capa de liquido que tapiza el alvéolo y que contiene surfactante, lo que reduce la tensión superficial del liquido alveolar.

2.El epitelio alveolar, que está formado por células epiteliales delgadas3.Una membrana basal epitelial4.Un espacio intersticial delgado entre el epitelio alveolar y la membrana

capilar 5.La tasa de difusión es inversamente proporcional al espesor de la

membrana6.Capacidad de difusión de la membrana respiratoria: Volumen de un gas

que difunde a traves de la membrana por minuto para una diferencia de presión de 1 mmHg

MVR/LC

Factores que influyen en la velocidad de difusión gaseosa a través de la

membrana respiratoria

• El grosor de la membrana• El área superficial de la membrana• El coeficiente de difusión del gas en la

sustancia de la membrana• La diferencia de presión parcial del gas entre

los dos lados de la membranaMVR/LC

Capacidad de difusión de la membrana respiratoria

• Se define como el volumen de un gas que difunde a través de la membrana en cada minuto para una diferencia de presión parcial de 1mmHg

MVR/LC

MVR/LC

Capacidad de difusión del Oxígeno

• En el varón joven medio, la capacidad de difusion del Oxígeno en condiciones de reposo es en promedio 21ml/min/mmHg

• La diferencia media de presión de Oxígeno a través de la membrana respiratoria durante la respiración tranquila normal es de aproximadamente 11mmHg

MVR/LC

• La multiplicación de esta presión por la capacidad de difusión da un total aproximado de 230ml de oxígeno que difunden a través de la membrana respiratoria cada minuto

• Esto es igual a la velocidad en la que el cuerpo en reposo utiliza el Oxígeno.

MVR/LC

Capacidad de difusión del dióxido de carbono

• El dióxido de carbono difunde a través de la membrana respiratoria con tanta rapidez que la PCO₂ media de la sangre pulmonar no es muy diferente de la PCO₂ de los alveolos(la diferencia media es menor de 1mmHg) y con las técnicas disponibles esta diferencia es demasiado pequeña como para poder medirla

MVR/LC

Efecto del coeficiente de ventilación-perfusión sobre la concentración del

gas alveolar• Para que la respiración externa se pueda producir eficientemente el pulmón, como

intermediario que es, pone en contacto la fase líquida -sangre con la fase gaseosa -atmósfera-. ambas fases deben esta en continuo movimiento pues de no ser así se lograría un equilibrio entre los gases a los pocos minutos y cesaría la vida.

• A la circulación del gas la llamamos ventilación

• Pasando a la fase líquida, al movimiento de sangre lo llamamos perfusión o también el flujo de sangre a través de los tejidos.

• Ayuda a comprender el intercambio gaseoso cuando hay un equilibrio entre la ventilación alveolar y el flujo sanguíneo alveolar

• Se expresa VA/Q

• Cuando la VA es cero y sigue habiendo perfusión Q del alveolo, el coeficiente VA/Q es cero MVR/LC

• Una VA adecuada pero una perfusión Q cero, el coeficiente VA/Q es infinito

• Cuando el coeficiente es cero o infinito no hay intercambio de gases a través de la membrana respiratoria de los alveolos afectados

• Una VA normal y un flujo sanguíneo capilar alveolar normal, el intercambio de O₂ y CO₂ a través de la membrana respiratoria es casi optimo y la PO₂ alveolar esta normalmente a un nivel de 104 mmHg y la PCO₂ es en promedio de 40 mmHg

MVR/LC

Espacio muerto fisiológicoCuando VA/Q es mayor de lo normal

• La ventilación de algunos alveolos es grande pero el flujo alveolar es bajo y se dispone de mucho más O₂ en los alveolos, así se dice que la ventilación de estos alveolos esta desperdiciada.

• La ventilación de las zonas del espacio muerto anatómico de las vías respiratorias también esta desperdiciada.

• La suma de estos dos tipos de ventilación desperdiciada se denomina espacio muerto fisiológico.

• Cuando el espacio muerto fisiológico es grande, buena parte del trabajo de ventilación es un esfuerzo desperdiciado por que una elevada proporción del aire de la ventilación nunca llega a la sangre.

MVR/LC

Transporte de oxígeno por la sangre

• El 97 % es trasportado por la Hemoglobina, formándose Oxihemoglobina

• La hemoglobina contiene cuatro átomos de hierro en forma de ión ferroso, y cada uno de ellos se une de forma reversible a una molécula de oxígeno.

• El 3 % restante se transporta disuelto en el plasma sanguíneo

Transporte de oxígeno por la sangre

Transporte de oxígeno por la sangre

• La hemoglobina es unas 200 veces más afín por el monóxido de carbono que por el oxígeno.

• En presencia de CO, se forma carboxihemoglobina, de color rojo cereza, que no puede transportar oxígeno.

• Se produce la muerte por hipoxia, pero no se presenta cianosis

Transporte de dióxido de carbono por la sangre

• El 65 % se transporta como ión bicarbonato, (HCO3)- , disuelto en el plasma

• El 25 % se transporta unido a la hemoglobina, en forma de carbaminohemoglobina

• El 10 % se transporta disuelto directamente en el plasma

Respiración celular• Proceso metabólico por el que

los nutrientes se combinan con el oxígeno y se descomponen, liberando energía.

• Ocurre en las mitocondrias de las células

• Esta energía es utilizada para la síntesis de moléculas de ATP

• El ATP es utilizado para realizar otros procesos: biosíntesis, contracción muscular, etc.

Respiración aerobia

C6 H12 O6 + 6 O2 ---> 6 CO2 + 6 H2O + energía (ATP)

El aceptor de los electrones desprendidos de los compuestos orgánicos es el oxígeno.Ocurre en varias etapas: Glucólisis Oxidación del ácido pirúvico Ciclo de Krebs Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

Circulación pulmonar

Circulación pulmonar

• En reposo en 1 minuto pasa aproximadamente toda la sangre por el pulmón

• La regulación del flujo sanguíneo pulmonar es local, no autonómica.

• La hipoxia e hipercapnia local producen vasoconstricción arteriolar para derivar la sangre a un área mejor ventilada.

• Relacionada con el sistema de intercambio gaseoso

• Circulación bronquial: – abastece de sangre arterial al pulmón para

las necesidades de sus células

• Ambos sistemas producen uniones (anastomosis), lo que hace que la sangre de la vena pulmonar, es decir la que se ha oxigenado, no esté oxigenada al 100%.

La resistencia de los vasos pulmonares disminuye cuando aumenta el CG:

El flujo sanguíneo depende de la presión y de la resistencia:

f= P/r ; r = P/ff = Gasto cardiaco (5 L/min)P = P media Arterial – P venosa (15-8)= 7

r = 7/5= 1,4 mmHg/L/minPara aumentar el flujo (ejercicio p.ej.)

aumenta la PA ligeramente y disminuye la resistencia por vasodilatación.

Circulación pulmonar

Mecanismos de control

Control de la Ventilación

El Control de la Ventilación está basado en un complejosistema en el que interactúan diferentes estructuras:

CONTROLADORES CENTRALES

SENSORESquimio receptores

mecano receptores

EFECTORESmúsculos

respiratorios

-centros respiratorios-efectores musculares -órganos sensores

PATRON RESPIRATORIO

Volumen Minuto Espirado (VE) =volumen corriente (Vc) x frecuencia respiratoria (f)

El objetivo de su funcionamiento es:

mantener un nivel apropiado de gases y de pH sanguíneos

Sistema de Control de la Ventilación

Pa02

PaCO2

pH

REPRESENTACION ESQUEMATICA DELSISTEMA DE CONTROL DE LA VENTILACION

CORTEZA CEREBRALControl voluntario

TRONCO ENCEFALICOControl automático

MEDULA ESPINAL

PULMONES YVIA AEREA SUPERIOR

MUSCULOSRESPIRATORIOS

Receptores Pulmonares

QuimioreceptoresPeriféricos y Centrales

Propioceptores

SEN

SO

RES

EFEC

TO

RES

CO

NTR

OL C

EN

TR

AL

Sistema de Control de la Ventilación

Esquema del Control Químico de la VentilaciónA

RTER

IA

H+

pCO2

BARRERA HEMATOENCEFALICA

QUIMIO RECEPTORCENTRAL

NEURONASINSPIRATORIAS

BULBARES

VENTILACIONPULMONAR

METABOLISMOCELULAR

VO2 - VCO2

pO2

pCO2

CO2 + H2O H+

Sistema de Control de la Ventilación

QUIMIORECEPTOR

PERIFERICO

pO2H+

pCO2

CONTROLADORES CENTRALES

BIOLOGICOS

SENSORESquimio receptores

mecano receptores

EFECTORESmúsculos

respiratorios

Sistema de Control de la Ventilaciónen la Ventilación Mecánica

CONTROLADORES ELECTRONICOS

SENSORESTRANSDUCTORES

flujo aéreopresión vía aérea

EFECTORESBOMBA-VALVULA

ELECTROMECANICA

Patrón Respiratorio

Sistema de Control de la Ventilación