Fisiologia respiratorio

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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 Atmósfera O2 CO2

1

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

2

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

3

Transporte de O2 y CO2 entre los pulmones y los tejidos

4

Intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y los tejidos

Alvéolos pulmonares O2 CO2

O2 CO2 Circulación pulmonar

Corazón

Circulación sistémica O2

O2 + glucosa

CO2

CO2 + H2O + ATP

Célula

Respiración celular

mecánica de la respiración

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

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Inspiración: Entra aire

Espiración: Sale aire

Diafragma contraído el volumen torácico aumenta

Diafragma relajado el volumen torácico

La inspiración siempre es un movimiento activo

La espiración en general es un movimiento pasivo

disminuye

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

1. REPOSO

Palveolar

igual que

2. INSPIRACION

Patmosférica

Palveolar

3. ESPIRACION

menor que

Patmosférica

Palveolar mayor que Patmosférica

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: Volumen Corriente (VC)

• Volúmen de aire que se inspira o espira en cada respiración normal= 500 ml aprox.

Volumen de Reserva Inspiratoria (VRI)

• Volumen adicional que se puede inspirar en insp. Forzada= 3000ml

Volumen de Reserva Espiratoria (VRE)

• Vol adicional max que se puede espirar mediante espiración forzada= 1100ml

Volumen Residual (VR)

• Vol que queda en los pulmones despues de la espiración forzada= 1200ml

Capacidades Pulmonares: Capacidad Inspiratoria (CI)

• VC + VRI= 3500ml • Capacidad de aire que se puede inspirar

Capacidad residual funcional (CRF)

• VRI + VR= 2300ml • Cantidad de aire que queda en los pulmones al final de una espiración

Capacidad Vital (CV)

• VRI + VC + VRE = 4600ml • Cantidad max de aire que se puede expulsar con inspiración y espiración forzada

Capacidad pulmonar Total (CPT)

• CV + VR=5800ml • Vol max que se pueden expandir los pulmones con el max esfuerzo

5800 Volumen (ml)

2800

Final inspiración normal

Volumen corriente (500 ml)

Volumen de reserva inspiratoria (3000 ml)

2300

1200

Final espiración normal Volumen residual (1200 ml)

Capacidad inspiratoria

Volumen de reserva espiratoria (1100 ml)

Capacidad pulmonar total

Capacidad vital 4600 ml

Capacidad residual funcional

Tiempo

https://www.youtube.com/watch?v=mQLS Q6qThsA

Presiones y Volúmenes durante la respiración espontánea y la ventilación controlada

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Bases físicas del intercambio gaseoso, Difusión de O2 y CO2 a nivel pulmonar

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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

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Presiones parciales de los gases  “la presión es directamente proporcional a la concentración de cada molécula de gas”

PRESIÓN impacto constante de las moléculas en 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.

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LEY DE HENRY • 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 1 atm = 760 mmHg

= concentración de gas disuelto Coeficiente de solubilidad MVR/LC

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%

760.0

100%

760.0

100%

total

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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.

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PRESION ALVEOLO-CAPILAR PRESION DEL O2 La pO2 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

40mmhg 104mmhg

COMPOSICIÓN DEL AIRE INSPIRADO Y DEL AIRE ESPIRADO

PRESION ALVEOLO-CAPILAR PRESION DEL CO2 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.

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

45mmhg 40mmhg

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Difusión de gases a través de la membrana respiratoria Unidad respiratoria 300 millones en ambos pulmones, 02 mm

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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”

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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.

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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

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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 delgadas 3.Una membrana basal epitelial 4.Un espacio intersticial delgado entre el epitelio alveolar y la membrana capilar 5.La tasa de difusión es inversamente proporcional al espesor de la membrana 6.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

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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 membrana MVR/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

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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

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• 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.

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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

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Efecto del coeficiente de ventilaciónperfusión 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 fisiológico Cuando 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