3 fisiologia respiratoria
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Fisiologa de la
Respiracin
Reinaldo Rodrguez Guerrero
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Reacciones metablicas (funcin normal) Clulas corporales
OxigenoLiberacin de CO2
Condiciones de acidez
Sistemas que aportan O2 y elimina CO2
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Atmsfera, constituida por distintos gases:
Nitrgeno (N) 78%Oxgeno (O2) 21%Otros 1%
Recordar la importancia del N2, ya que, en personassometidas a altas presiones ste se licua y difunde portodos los tejidos y la sangre, y al volver a presinatmosfrica ste se vuelve nuevamente gas produciendo
embolias masivas (enfermedad de los buzos).
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Pp del Aire seco
al nivel del mar
Pp del Aire seco
al si P H2O=47
Composicin del Aire
Nitrgeno
OxigenoCO2
Argn
Otros gases
% Aire
seco
78.084
20.9480.031
0.934
0.003
593.44
159.200.24
7.1
0.02
556.74
149.360.22
6.66
0.02
Gas
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La presin del gas seco inspirado, en unapersona con 37C de temperatura corporalser:
A nivel del mar donde PB = 760 mmHg
Presin gas seco inspirado = 760 - 47 = 713mmHg
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La temperatura es un propiedad fsica de los gases.
A temperaturas altas sus molculas se mueven ms
rpido. La temperatura se puede expresar en Grados
Kelvin.
K = C + 273
En escala K, 0 K = -273 Celsius
0 C = 273 K37 C = 310 K
Propiedades de los Gases
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La Presin de vapor de agua (P H2O), corresponde
al agua en fase gaseosa. El vapor de agua ejercepresin.
La presin de vapor de agua depende de latemperatura
El aire inspirado despus de su paso por las vasrespiratorias superiores se encuentra saturado convapor de H2O
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Volumen (V)
El volumen es el espacio ocupado por un gas.
El gas es compresible y su volumen estardeterminado por el espacio ocupado
Si un gas se comprime, su presin y volumense modificarn de acuerdo a las leyes de losgases.
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Presin (P)Est determinada por la frecuencia demovimiento de las molculas contra unasuperficie.
En fisiologa pulmonar la presin de un gas se
expresa en mm Hg o en Torr (1 mm Hg = 1Torr)
La presin del aire a nivel del mar es igual a 760mm Hg
La presin de un gas disuelto en lquido se llamatensin del gas
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Slo el 21% del aire que respiramos contiene O2, elque viaja por nuestro organismo en 2 formas:
Disuelto en sangre Unido a la hemoglobina de los glbulos rojos.
El O2 disuelto en sangre es intil para larespiracin celular, pero la presin parcial queejerce es fundamental para que ste se una alas molculas de hemoglobina en el interior delos glbulos rojos.
El O2 transportado por los glbulos rojos es elque participa el la respiracin celular.
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Los gases, incluido el O2 tienden a ocupar todo
el volumen disponible de cualquier espacio. Lapresin atmosfrica determina que ciertacantidad de gas este confinada a un volumenms limitado.
Esto explica el menor contenido de O2 en lasalturas donde la presin atmosfrica es menor.
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El significado de que sea el O2 el ltimo aceptor deelectrones
Nuestra principal razn para respirar es tomar oxgeno paraque acte como ltimo aceptor de electrones en laespiracin celular.
El agua producida representa alrededor de 1/3 de nuestrasnecesidades por da. El resto del agua necesaria debe serprovista a travs de la alimentacin o la bebida.
Cualquier reduccin en el oxgeno 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
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Al igual que con el aparato cardiocirculatorio nos encontramoscon un sistema compuesto de varios elementos que deben
funcionar en forma integrada y con una gran coordinacin
Fisiologa de la Respiracin
Gas ambiental con O2Presin atmosfrica
Va area
Caja torxica
Fuelle respiratorio
AlvolosSistema circulatorio
La mezcla gaseosa a respirar debe
contener como promedio un 21% deO2 a una presin atmosfrica
apropiada (760 mmHg) y debe
contener una mnima concentracin
de CO2 para que este por diferencia
en sta concentracin pase de lasangre al alvolo.
Gas espirado = 16% de oxgeno
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Objetivo:Aportar oxgeno a las clulas del cuerpo
Eliminar el CO2 producto de reacciones metablicas
Cuatro procesosbsicos 1. Ventilacin pulmonar
2. Respiracin externa(Difusin alveolo capilar)
3. Transporte sanguneo de los gases
2. Respiracin interna (Difusina nivel de los tejidos)
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Definicin:Proceso de Intercambio de gases entre los pulmones y elmedio ambiente.
Presenta dos etapas:
Inspiracin (inhalacin)
Espiracin (exhalacin)
Transporte de gases desde el interior de los alveolos alexterior por conveccin, usando como medio el aire.
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Inspiracin
Expansin pulmonar
Contraccin muscular
Diafragma
Intercostales externos
Se hace plano
Recorre de 1 cm a 10 cm
Oblicuos Retraen costillas y esternn hacia adelante
Aumentan dimetro de cavidad torxica
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volumen 1
Presin 1
volumen 1/2
Presin 2
Ley de Boyle
Presin es inversamente proporcional al volumen del
contenedor
Ley de los gases asociada
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Volmenes iguales de gases a la misma temperatura ypresin contiene igual nmero de molculas:
A 273 K y 760 mmHg el nmero de molculas siempreocupar 22.4 LEl nmero de Avogadro = 6.02 x 1023 es el nmero demolculas en una masa de gas igual a su peso molecularen gramos.
PM O2 = 32, entonces 32 gr de O2 contienen 6.02 x 10
23 molculas
Ley de Avogadro
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Presin intrapleural
Siempre negativa
756 mm Hg
754 mm Hg
Presin intrapulmonar
Disminuye de
Expansin
758 mm Hg
760 mm Hg
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Respiracin normal en reposoEupnea
Superficial (torxica)
Profunda (abdominal)
Respiracin costal
Respiracin diafragmtica
Msculos accesorios
Esternocleidomastoideo,escalenos y pectoral menor
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Espiracin
Expulsin del aire de los pulmones
Gradiente de presin Pulmones > atmosfrico
Proceso normal Pasivo
Depende de la elasticidad pulmonar
Comienza con larelajacin muscular
Presiones internas Vuelven a la normalidad
Caractersticas:
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Conceptos asociados a la ventilacin
Adaptabilidad Facilidad en la expansin pulmonarAlta
BajaRelacionado conElasticidad
Tensin superficial
Resistencia de la va area Paredes de bronquios y alvolos
Capacidad y volumen
respiratorio
Adulto sano
12 resp / min
500 ml de aire x insp.
350 a los alvolos150 a resto de
cavidades
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Difusin 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 presin 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.
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Leyes de los gases asociadas
Ley decharles
Volumen del gas es directamente proporcional alT absoluta
Presin
cte.
volumen 1
Presin 1
T ambiente
calor
T >
Presin 1
volumen 2
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Ley de Dalton
En una mezcla de gases Presin parcial de cada gas
Independiente del restoPt = p1 + p2+ p3 + pi
Ley de Henry
Importante en la difusin intramembranosa
Cantidad de gas disuelto en un liquido Proporcional
P p del gas
Coeficiente de solubilidad
Temperatura cte.
Ej. Nitrgeno Muy bajo coef. de solubilidad
Se disuelve poco en el plasma sanguneo
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Fisiologa de la respiracin externa
La PaO2 est determinada por el equilibrio entre el consumo de
O2 del organismo y el aporte de la ventilacin. Este ltimodepende bsicamente de la presin parcial de O2 en el aireinspirado y, como sta depende de la presin baromtrica, laPaO2 "normal" es diferente segn la altitud del lugar donde serealiza la medicin.
Tabla 3-1PRESION PARCIAL EN AIRE ATMOSFRICO, 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
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Pp. de O2 en los alvolos
a nivel del mar105mm Hg
Pp. de O2 en la sangredesoxigenada
40 mm Hg
La presin total del aire inspirado es igual a la presinatmosfrica. Si se le resta 47 mmHg, que es la presinproducida por el vapor de agua, una vez que el aire ha sidosaturado y calentado a 37C en la nariz y va area alta, setiene la presin total de aire inspirado seco. Al multiplicar estapresin por la fraccin que el O2 representa en el aire seco(0,2094 o 20,94%) se obtiene la presin parcial de O2.
Santiago 90 mm Hg
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Debido a diferencia en la Pp. de O2
Gas difunde hacia lasangre desoxigenada Equilibrio en la Pps.del O2
hasta
El bixido de carbono lo hace en direccin contraria
Pp del CO2 en la sangre desoxigenada 45 mm Hg
Pp del CO2 en el alveolo 40 mm Hg
El bixido de carbono difunde Elimina en los pulmones
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Factores que ayudan a la respiracin externa
Grosor de la membrana alveolo-capilar 0,5 um
Area total respiratoria Casi 70 m2
Estrechez de los capilares Mxima exposicin deeritrocitos
Eficacia de la respiracinexterna
Depende de varios factores
Altitud A > altitud menor difusin del oxigeno
Superficie total de intercambio: enfermedades
Volumen por min. de la respiracin:Efecto de drogas y otras sustancias
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El Agente Tensoactivo
Tensin superficial: En los alvolos el agua presente en las
paredes le confiere una fuerza elstica contrctil que seopone a la presin del aire.
Esta fuerza puede representar hasta 2/3 de la capacidadelstica de los pulmones
Hay una fina 'piel' en la superficie de cualquier lquido que seresiste a la penetracin. Esta 'piel' existe a causa de la carga
elctrica de las molculas de agua.
El extremo positivo de una molcula se enlaza con el extremonegativo de otra: el agua, literalmente, se engancha a s misma.
La atraccin elctrica entre molculas de agua, y en consecuenciala tensin superficial del agua, es la misma en la Tierra y en el
espacio. No hay diferencia
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Permite que los alvolos nose colapsen por la presin
excesivamente positiva quese generara si no estuvierapresente
Permite mantener los pulmonesexpandidos
Reduce la tensin superficial delagua debido a la afinidad de los
fosfolpidos al agua superficial ya la vez a la porcin hidrfobade los mismos
El agente tenso-activo: es una mezcla compleja demolculas de fosfolpidos, protenas e iones (Ca).
Secretadas por clulas epiteliales tipo II que representanun10% de la superficie alveolar.
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Efecto del radio del alveolo y la presin por tensin superficial
De acuerdo a
la siguienteformula:
En alvolos de menor radio significativo como en bebes prematuros que poseenalgo menos de un cuarto del radio promedio de un adulto (100 um) presentan
ms de cuatro veces la presin normal en sus pulmones.
La presin es inversamente proporcional al radio del alveolo
Adems recin entre el 6 y 7 mes se comienza a secretar el agente tensoactivo
Considerando esto la presin de un neonato en estas condiciones puede
alcanzar 6 a 8 veces la presin normal. Con esto sus pulmones tienden a
colapsar
Sndrome Disneico Neonatal
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Transporte de gases respiratorios
Transportador
Oxigeno
Presenta baja solubilidaden el agua
100 ml
desangre
0,3 mL
Los requerimientos corporales aproximados de 3.000 mL
por min, hacen que el transporte del O2 plasmtico seaabsolutamente ineficiente.
Se requiere un mecanismo ms eficiente
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97% del oxigeno Hemoglobina Protena Globina
PigmentoHeme 4 tomos de Hierro
Hb + O2 HbO2
Hemoglobina reducida Oxihemoglobina
La concentracin aproximada de O2 combinado con lahemoglobina (97,5% de saturacin y 15 gr Hb. por cada
100 mL de sangre) es de 20,8 mL de O2
Interaccin
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Factor + importante en lacombinacin
Pp del oxigeno
A > Pp. de O2 > combinacinHasta la saturacin de lahemoglobina
Capilares pulmonares Alta combinacin de O2 con hemoglobina
El pH pH cido Mejor separacin del O2 de lahemoglobina
Efecto Bohr> Concentracin de CO2
Se produce
Temperatura
A > temperatura Una > liberacin de O2
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Bixido de Carbono
Es transportado de tresmaneras:Disuelto en el plasmaEn forma de BicarbonatoUnido a protenas comocompuestos carbamnicos
Presenta una solubilidad 20 veces mayor que el O2
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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 rpidamente en el citoplasma del eritrocito por laanhidrasa carbnica
Compuesto carbamnicos mas importante lo realiza
con la hemoglobina:
Factor + importante en la combinacin Pp del CO2
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En sntesis la mayor cantidad
de CO2 en la sangre se
encuentra en forma de
bicarbonato, una pequeacantidad presente en forma
disuelta al igual que como
carmino hemoglobina.
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Fisiologa de la respiracin interna
Debido a la funcin orgnica existe un consumo continuo de O2 yuna produccin continua de CO2, lo cual origina gradientes depresin parcial entre la sangre capilar y el liquido extracelular.
La Pp. del O2 sangre capilar es mayor que en la clula y por lo tanto
difunde hacia la clula.
El gradiente para el CO2 tiene el sentido opuesto; difundiendo desde la
clula hacia la sangre capilar.
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Pp de O2 en los capilares tisulares 105 mm Hg
Pp de O2 en las clulas 40 mm Hg
Reposo 25% del O2 disponible en la sangre oxigenada Clulas
Suficiente para cubrir necesidades de las clulas en reposo
Pp del CO2 de las clulas 45 mm Hg
Pp del CO2 la sangre capilar oxigenada 40 mm Hg
Resultado El CO2 difunde desde las clulas Lquido insterticial
Sangre oxigenadaHasta el equilibrio en las Pps
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Control de la Respiracin
Sistema nervioso
Centro respiratorios Tallo cerebral Msculos respiratorios
rea neumotxicaLimita la inspiracin facilitandola espiracin.Protuberancia
Control de ritmorespiratorio Responde a demanda corporal
Tresreas
Bulbo Ritmicidad medular
Area apnustica
rea apnustica: enva al rea inspiratorio impulsos estimulatorios que laactivan y prolongan la inspiracin con la que inhiben la espiracin. Estotiene lugar cuando el rea neumotxica esta inactiva.
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Centro de la Ritmicidad Bulbar
Se ubica en el tejido reticular del bulbo debajo del cuartoventrculo, un conjunto de neuronas que son llamadas elrea inspiratoria y espiratoria.
El rea inspiratoria esta relacionada con generacin de
potenciales inspiratorios, es decir descargas peridicas,hacia la musculatura respiratoria .El rea espiratoria en una ventilacin normal estainactiva, pero se activa en una ventilacin forzada.
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Control del Bulbo
Controla el ritmo bsico de la respiracin
Respiracin en reposoInspiracin
Espiracin
2 segundos
3 segundos
AREA INSPIRATORIAACTIVA INACTIVA
Contraccin deldiafragma y msculos
intercostales externos
Relajacin deldiafragma y msculos
intercostales externos
InspiracinNormal
EspiracinNormal
2 s 3 s
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Quimiorreceptores
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Respuestas a las variables qumicas
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Respuesta al pH:Al descender el pH volvindose levemente acido en la sangre
arterial, se estimula la ventilacin .Este evento es detectado por los quimiorreceptoresperifricos.