Ventilación pulmonar: fisiología respiratoria y capacidades

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FISIOLOGÍA RESPIRATORIA

VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

Convencionalmente las cantidades de aire comprendidas entre dos niveles contiguos se denominan volúmenes, y la suma de dos o más de éstos, capacidades. Se distinguen 4 volúmenes:

• Volumen corriente (VC): cantidad de aire que entra en una inspiración o sale en una espiración, en las condiciones de actividad que se especifiquen (reposo, ejercicio).

Volumen de reserva inspiratoria (VRI): cantidad máxima de aire que se puede inspirar por sobre el nivel de inspiración espontánea de reposo.

Volumen de reserva espiratoria (VRE): máxima cantidad de aire que se puede expulsar a partir del nivel espiratorio espontáneo normal.

Volumen residual (VR): cantidad de aire que queda en el pulmón después de una espiración forzada máxima. Este volumen no puede medirse con el espirómetro.

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VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

" Las capacidades son también 4:

• Capacidad pulmonar total (CPT): cantidad de gas contenido en el pulmón en inspiración máxima. Corresponde a la suma de los cuatro volúmenes ya descritos.

Capacidad vital (CV): cantidad total de aire movilizado entre una inspiración y espiración máximas. Incluye el volumen corriente y los volúmenes de reserva inspiratoria y espiratoria.

Capacidad inspiratoria (CI): máximo volumen de gas que puede inspirarse a partir de una espiración normal. Comprende los volúmenes corriente y de reserva inspiratoria.

Capacidad residual funcional (CRF): volumen de gas que permanece en el pulmón al término de la espiración normal; representa la suma del volumen residual y volumen de reserva espiratoria.

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Volumen pulmonar (ml)

Inspiración máxima 6000 5000 Volumen de reserva inspiratoria Capacidad pulmonar total 4000 3000 Volumen corriente 2000 Volumen de reserva espiratorio 1000 Espiración voluntaria máxima Volumen residual 0 Capacidad funcional residual 1 Capacidad vital

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Espacios muertos

• Estructuras anatómicas no respiratorias:

: Espacio muerto anatómico

• Estructuras respiratorias no funcionales:

: Espacio muerto alveolar: volumen de gas en alvéolos pobremente perfundidos o bloqueados : Espacio muerto fisiológico = espacio muerto anatómico + espacio muerto alveolar

Sangre venosa Bien ventilado/no perfundido Bien ventilado/bien perfundido

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Espacio muerto alveolar

Espacio muerto anatómico PIO2 = 150 PICO2 = 0 Espacio muerto alveolar Rama de la arteria pulmonar obstruida PAO2 = 150 PACO2 = 0 Ausencia de flujo PVO2 = 40 PVCO2 = 46 Pao2 = 90 Paco2 = 40 Arterias pulmonares PAO2 = 90 PACO2 = 40 PvpO2 = 90 PvpCO2 = 40 Venas pulmonares

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VENTILACIÓN

• Supongamos que el volumen exhalado con cada ventilación sea de 500 mL y se realicen 15 ventilaciones/min. Luego el volumen total que deja el pulmón cada minuto será de 500 x 15 = 7.500 ml/min. Esto se conoce como ventilación total.

" No todo el aire inhalado alcanza el compartimiento alveolar donde se realiza el intercambio gaseoso. De cada 500 ml inhalados, 150 ml permanecen en el espacio muerto anatómico. Por ende, el volumen de gas fresco que ingresa en la zona respiratoria en cada minuto es (500 - 150) x 15 o 5.250 rol/min. Esto se denomina ventilación alveolar y es de importancia capital ya que representa la cantidad de aire fresco inspirado disponible para el intercambio gaseoso.

Aire Dióxido de carbono Oxígeno (CO2) (O)) Sangre rica en dióxido de carbono Bronquiolo CO Sangre rica en oxígeno que se dirige al corazón Alvéolo Capilar sanguíneo

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Diferencias regionales en la ventilación

• Hasta aquí hemos dado por sentado que todas las regiones del pulmón normal tienen la misma ventilación. Sin embargo, se ha demostrado que las regiones más declives del pulmón ventilan mejor que las de las zonas altas. Esto puede ser demostrado si un sujeto inhala gas xenón radiactivo y detectando la radiación emitida por el individuo

Diferencias regionales en la ventilación Detectores de radiación 13 Xe Ventilación/unidad de volumen 100 80 60 40 20 Zona inferior Zona media Zona superior 0 Distancia

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DIFUSIÓN

Difusión DIFUSIÓN: movimiento a favor de gradiente

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FISIOLOGÍA PULMONAR

INTERCAMBIO Y TRANSPORTE DE GASES

• Una vez que los alvéolos están ventilados con aire fresco, el paso siguiente del proceso respiratorio es la difusión de oxígeno de los alvéolos a la sangre pulmonar y la difusión del dióxido de carbono en la dirección opuesta.

" El proceso de difusión es simplemente un movimiento al azar de las moléculas que entrecruzan sus caminos en ambas direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes

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FISIOLOGÍA PULMONAR

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FISIOLOGÍA PULMONAR

Componentes celulares del alvéolo

Monocyte Reticular fiber Elastic fiber Type II alveolar (septal) cel Respiratory membrana Alveolus Diffusion Red blood cell Type I alveolar cell Capillary endothelium Diffusion of CO2 Alveolar macrophago Capillary basement membrane Epithelial basement membrane Alveolus Type I alveolar cell Red blood cel in pulmonary capilary Interstitial space Alveolar fluid with surfactant (a) Section through an alveolus showing its cellular components (b) Details of respiratory membrane

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ALVÉOLOS

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Bronquiolo respiratorio y alvéolos

Blood Vessels Respiratory Bronchiole Alveolar duct Alveoli

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Presiones de gases en una mezcla gaseosa

La presión de un gas que actua sobre las superficies de las vías respiratorias y de los alvéolos 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. Esto significa que la presión es directamente proporcional a la concentración de las moléculas de gas. En fisiología respiratoria se trabaja con mezclas de gases, principalmente oxigeno, nitrógeno y dióxido de carbono. La tasa de difusión de cada uno de estos gases es directamente proporcional a la presión originada por ese gas determinado, que se denomina presión parcial del gas, Expliquemos el concepto de presión parcial.

+ the gases O O O O O 0 O O O O O O O O O Combining O O o O O O O o

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Cálculo de las presiones parciales. Ley de Dalton

. Considerese el aire, que tiene una composicion aproximada de un 79 % de nitrógeno y un 21 % de oxígeno, La presión total de esta mezcla al nivel del mar es, en promedio, de 760 mm Hg, y resulta evidente a partir de la descripción de la base molecular de la presión que acabamos de hacer que cada gas contribuye a la presión total en proporción directa a su concentración, Por tanto, el 79 % de los 760 mm Hg lo origina el nitrógeno (unos 600 mm Hg) y el 21 % el oxígeno (unos 160 mm Hg), Por tanto, la presión parcial del nitrógeno en la mezcla es de 600 mm Hg, y la presión parcial. del oxígeno, de 160 mm Hg, La presión total es 760 mm Hg, la suma de cada una de las presiones parciales.

+ + + + O2 2 N 2 Ar H2O 2 CO 2 20.9 78.1 0.97 1.28 0.05 AIR 101.3

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DIFUSIÓN DE LOS GASES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA

UNIDAD RESPIRATORIA

La unidad respiratoria está compuesta por el bronquiolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios y los alvéolos. Las paredes alveolares son extremadamente delgadas, y en su interior existe una red casi sólida de capilares interconectados. De hecho, debido a la extensión del plexo capilar, se ha descrito el flujo de sangre en las paredes alveolares como una lámina de sangre que fluye.

Pulmonary venous blood Pulmonary arterial blood Bronchiole Respiratory unit Alveoli (cross section) Alveolar duct (cross section) Capillaries

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FISIOLOGÍA PULMONAR

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Alveoli and the respiratory membrane

Terminal bronchiole Respiratory bronchiole Smooth muscle (b) Elastic fibers Scanning electron micrograph of pulmonary capillary casts (70x) Alveolus Capillaries (a) Diagrammatic view of capillary-alveoli relationships

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DIFUSIÓN DE LOS GASES A TRAVÉS DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA

UNIDAD RESPIRATORIA

• Por tanto, es obvio que los gases alveolares están muy, muy próximos a la sangre de los capilares. En consecuencia, el intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce a través de las membranas de todas las porciones terminales de los pulmones, no sólo en los propios alvéolos. Estas membranas se denominan colectivamente membrana respiratoria, llamada también membrana pulmonar.

MEMBRANA RESPIRATORIA

El espesor de las capas en conjunto de la membrana respiratoria en algunas zonas es de 0.2 micras , siendo en promedio de 0.6 micras. Superficie total de la membrana respiratoria ± 70 mt2

2 3 Epithelial Alveolar basement epithelium membrane 1 Fluid and surfactant layer Alveolus Capillary Diffusion Oxygen Diffusion Carbon dioxide Red blood cell 6 Interstitial space Capillary endothelium Capillary basement membrane 4 5

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PORCENTAJES EN PROPORCIÓN AL PESO CORPORAL

PROTEÍNAS

PORCENTAJES POR PESO DEL PLASMA

7% Proteínas 57% Albuminas 38% Globulinas 4% Fibrinogeno 1% Prototrombina

PORCENTAJES POR VOLUMEN

8% Sangre 92% Agua

OTROS SOLUTOS

55% Plasma 2% otros Solutos lones Nutrientes Productos deshecho Gases

PORCENTAJES DE ELEMENTOS SÓLIDOS

Sustancias reguladoras LEUCOCITOS <1% Plaquetas <1% Leucocitos 60-70% Neutrofilos 20-25% Linfocitos >99% Eritrocitos 3-8% Monocitos 2-4% Eosinofilos 0.5-1% Basofilos 92% Otros fluidos y tejidos

45% Sólidos de la Sangre