Unidad 12: Sistema Respiratorio, Fisiología y Patologías que Causan Hipoxemia

Universidad LOYOLA

Fisiología de Órganos y Sistemas

Unidad 12: SISTEMA RESPIRATORIO

UNIDAD 12. SISTEMA RESPIRATORIO

1. Morfología funcional del sistema respiratorio. Ventilación pulmonar y alveolar.
2. Intercambio y transporte de gases.
3. Regulación de la respiración.

UNIDAD V. FISIOLOGÍA DEL APARATO RESPIRATORIO.

Tema 12.2. Intercambio y transporte de gases.

Tema 12.2. Intercambio y transporte de gases Conceptos básicos relativos a la difusión de los gases Presiones parciales de los gases: PO2, PCO2. Intercambio de gases con la sangre Membrana alveolo-capilar: morfología funcional. Gradientes de presiones parciales de O2 y CO2 Mecanismos de transporte de oxígeno

• Disuelto en plasma.
• Unido a la hemoglobina.
• Curva de disociación de la hemoglobina. Afinidad, P50, carga de oxígeno en los pulmones, liberación de oxígeno en los tejidos.

Factores que afectan a la curva de disociación de la hemoglobina

• Efecto del pH y el anhídrido carbónico (efecto Bohr).
• Efecto de la temperatura, efecto del 2,3 difosfoglicerato.
• Efecto del CO.

Mecanismos de transporte del CO2

• Disuelto en plasma.
• En forma de bicarbonato.
• Anhidrasa carbónica.
• Compuestos carbamínicos.
• Curva de disociación del anhídrido carbónico.

Intercambio de gases en el pulmón y transporte

Cuatro procesos integrados:

1. Ventilación: Intercambio de aire entre la atmósfera y los pulmones. (inspiración & espiración)
2. Difusión de gases en el pulmón: Intercambio de O2 y CO2 entre los pulmones y la sangre
3. Transporte de O2 y CO2 en la sangre entre los pulmones y los tejidos
4. Intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y los tejidos

CO2 O2 Vías aéreas Alvéolos pulmonares CO2 O2 6 EI CO2 ingresa en los alveolos durante la interfaz alveolar capilar. CO2 O2 1 El oxígeno ingresa en la sangre durante la interfaz alveolar capilar. Circulación pulmonar 2 El oxígeno es transportado en la sangre disuelto en el plasma y unido a la hemoglobina de los glóbulos rojos. 5 EI CO2 es transportado disuelto, unido a la hemoglobina, o como HCO37. Circulación sistémica CO2 O2 4 EI CO2 difunde fuera de las células. 3 El oxígeno difunde hacia las células. CO2 O2 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2. Nutrientes Fisiología Humana, Silverthorn 8ed

Conceptos básicos relativos a la difusión de los gases: presiones parciales de los gases

• El aire que respiramos es una mezcla de gases.
• La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones de los gases individuales.
• La presión parcial de un gas (Pgas) es la presión de un gas individual en una mezcla de gases.

Paas gas = P atmosférica x % del gas en la mezcla P atmosférica nivel del mar = 760 mmHg Mezcla total de gases Temperatura y volumen constantes Ley de Dalton: P total = PA + PB + Pc Aire atmosférico: mezcla de gases

• N2 78 %
• O2 21 %
• CO2 0,03 % Ejemplo: PO2 = 760 mm Hg x 21% = 160 mm Hg PO2 160 mmHg P CO2 0,2-0,3 mmHg Los gases difunden a favor de gradiente de sus presiones parciales

Conceptos básicos relativos a la difusión de los gases: presiones parciales de los gases

Difusión neta de un gas en una dirección: efecto de un gradiente de concentración. Moléculas de gas disueltas O . O Tratado de Fisiología Médica. Guton y Hall 14 Ed. Atmósfera Moléculas de O2 Interfase aire-agua O2 disuelto Eritrocito Molécula de Hb unida al O2 Plasma sanguíneo Fisiología Médica. Boron. 3 Ed. La cantidad de gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas y a la solubilidad del gas en el líquido. El CO2 es 20 veces más soluble que el O2 en soluciones acuosas (como el plasma sanguíneo).

Difusión pulmonar

Difusión de O2 del alveolo a la sangre Difusión de CO2 de la sangre al alveolo ] Interface aire - líquido Hacia la vena pulmonar Desde la arteria pulmonar Capilar Líquido Membrana alveolar Membrana respiratoria (Aire) CO2 Líquido surfactante O2 El oxígeno pasa por difusión a los glóbulos rojos El dióxido de carbono pasa por difusión a los alveolos www.youbioit.com

Morfología funcional de la membrana alveolo-capilar (o membrana respiratoria)

Epitelio alveolar Membrana basal epitelial Capa de líquido y surfactante Capilar Alvéolo Difusión O2 E Difusión CO2 Eritrocito Endotelio capilar Membrana basal capilar Espacio intersticial Membrana alveolo-capilar:

• Capa de líquido + surfactante
• Epitelio alveolar
• Membrana basal epitelial
• Espacio intersticial
• Membrana basal del capilar
• Células endoteliales Grosor total ~ 0,5 um Superficie transversal 75 m2 Volumen de sangre en los capilares 60-140 ml pulmonares Intercambio gaseoso muy rápido Tratado de Fisiología Médica, Guyton y Hall, 13ed

Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Airways El oxígeno entra en la sangre a través de la interfase alvéolo- capilar. Alveoli of lungs CO2 O2 A 1 CO2 O2 Pulmonary circulation Systemic circulation > CO2 02 CO2 02 Cellular respiration ₭ Cells Nutrients ATP Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana

Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Airways Alveoli of lungs CO2 O2 A El oxígeno se transporta en sangre disuelto en el plasma o unido a la hemoglobina. CO2 O2 Pulmonary circulation 2 Systemic circulation CO2 02 CO2 02 Cellular respiration ₭ Cells Nutrients ATP

Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Airways Alveoli of lungs CO2 O2 A CO2 O2 Pulmonary circulation El oxígeno difunde hacia las células. Systemic circulation CO2 O2 3 CO2 02 Cellular respiration ₭ Cells Nutrients ATP

Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Airways Alveoli of lungs CO2 O2 A CO2 O2 Pulmonary circulation El dióxido de carbono difunde hacia afuera de las células. CO2 Systemic circulation > 02 4 CO2 02 Cellular respiration ₭ Cells Nutrients ATP

Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Airways Alveoli of lungs CO2 O2 A El dióxido de carbono se transporta disuelto, unido a la hemoglobina o como HCO3. CO2 O2 Pulmonary circulation 5 Systemic circulation > CO2 02 CO2 02 Cellular respiration ₭ Cells Nutrients ATP

Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 El dióxido de carbono entra en los alvéolos a través de la interfase alvéolo-capilar. CO2 O2 6 CO2 O2 Pulmonary circulation Systemic circulation > CO2 02 CO2 02 Cellular respiration ₭ Cells Nutrients ATP

Intercambio de gases en el pulmón: Gradientes de presiones parciales de O2 y CO2

• La PO2 que entra en el alveolo es de 160 mm Hg.
• La PO2 en el alveolo es de 100 mm Hg.
• La PO2 en sangre venosa es de 40 mm Hg. Gradiente de difusión para el O2 de 60 mmHg
• Como la presión de CO2 en las venas es superior a la de los alvéolos, el CO2 difunde desde las venas hacia los alveolos.
• Como resultado, la sangre arterial tiene menor PCO2. Gradiente de difusión para el CO2 de 6 mmHg (El CO2 es 20 veces más soluble en el agua que el O2.) Aire seco = 760 mm Hg PO2 = 160 mm Hg PCO2 = 0,25 mm Hg Alvéolos Sangre oxigenada Sangre desoxigenada PO2 = 100 mm Hg Pco2 = 40 mm Hg Sangre arterial Sangre venosa Po2 = 100 mm Hg Pco2 = 40 mm Hg PO2 ≤40 mm Hg Pco2 ≥ 46mm Hg CO2 O2 Circulación pulmonar

Intercambio de gases en los tejidos: Gradientes de presiones parciales de O2 y CO2

Sangre venosa Sangre arterial PO2 ≤40 mmHg Pco2 ≥ 46mm Hg Circulación sistémica Po = 100 mm Hg Pco2 = 40 mm Hg Sangre desoxigenada CO2 O2 Sangre oxigenada Células Po2 ≤ 40 mm Hg Pco2 ≥46mm Hg El metabolismo aeróbico consume O2 y produce CO2.

• La PO2 intracelular es de 40 mm Hg. La PCO2 intracelular es de 46 mm Hg.
• El O2 difunde desde la sangre hacia los tejidos. El CO2 difunde desde las células hacia la sangre.
• La sangre venosa tiene la misma PO2 y PCO2 que las células que acaba de abandonar.

Intercambio de gases: Gradientes de presiones parciales de O2 y CO2

Alveoli Gradiente de difusión para el O2 de 60 mm Hg PO2 = 100 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg 02 CO2 Gradiente de difusión para el CO2 de 6 mm Hg (El CO2 es 20 veces más soluble en el agua que el O2.) PO2 = 40 mm Hg PCO2 = 46 mm Hg- PO2 = 40 mm Hg PCO2 = 46 mm Hg PO2 = 100 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg 1 Venous circulation Arterial circulation PO2 = 40 mm Hg PCO2 = 46 mm Hg PO2 = 100 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg PO2 = 100 mm Hg CO2 02 Cells PCO2 ≥ 46 mm Hg PO2 ≤ 40 mm Hg Aerobic respiration

Intercambio alveolar de gases

Intercambio de gases en los alvéolos influido por O2 que llega a los alvéolos Composición del aire inspirado Ventilación alveolar Difusión de gases entre los alvéolos y la sangre Perfusión alveolar adecuada Frecuencia y profundidad respiratoria Resistencia de la vía aérea Distensi- bilidad pulmonar Super- ficie Distancia de difusión Espesor de la barrera Cantidad de líquido Pulmón normal PO2 normal Po2 normal Fisiología Humana, Silverthorn 8ed

Intercambio alveolar de gases y patologías

Intercambio de gases en los alvéolos influido por O2 que llega a los alvéolos Pulmón normal Composición del aire inspirado Ventilación alveolar Difusión de gases entre los alvéolos y la sangre Perfusión alveolar adecuada PO2 normal Frecuencia y profundidad respiratoria Resistencia de la vía aérea Distensi- bilidad pulmonar Super- ficie Distancia de difusión Espesor de la barrera Cantidad de líquido Po2 normal Asma Fibrosis pulmonar Enfisema Edema pulmonar El aumento de la resistencia de la vía aérea disminuye la ventilación alveolar. El engrosamiento de la membrana alveolar enlentece el intercambio de gases. La pérdida de distensibilidad pulmonar puede disminuir la ventilación alveolar. Debido a la destrucción de los alvéolos es menor la superficie para el intercambio de gases. El líquido en el espacio intersticial aumenta la distancia de difusión. La Pco2 arterial puede ser normal debido a la mayor solubilidad del CO2 en agua. Constricción bronquiolar PO2 baja Po2 baja PO2 normal o baja PO2 normal o baja PO2 normal Superficie de intercambio normal PO2 02 baja Po2 baja Aumento de la distancia de difusión Po2 baja Patologías que causan hipoxemia: Fisiología Humana, Silverthorn 8ed

Transporte de O2 por la sangre

La capacidad de la sangre para transportar O2 depende del contenido de Hemoglobina (Hb) de los eritrocitos.

• O2 disuelto en el plasma: 2% PO2
• O2 unido a la hemoglobina de los eritrocitos: 98% Hemoglobina A Cadena ß Cadena ß CH3 CH= CH2 I C= =C 1 HC-C C=CH ǁ N 1 CH3-C-C\ C=C-CH3 = N -- Fe -- N - CH2-C-C C=C-CH=CH2 1 1 HC=C C=CH CH2 1 - 1 COOH C C CH2 I CH3 CH2 1 COOH Cadena a Cadena o. Grupo hemo . Cada molécula de hemoglobina puede transportar cuatro moléculas de O2. N Grupo hemo