Fisiología del aparato respiratorio: intercambio y transporte de gases

Fisiología del Aparato Respiratorio

Intercambio y Transporte de Gases

Universidad LOYOLA BLOQUE I. FISIOLOGÍA DEL APARATO RESPIRATORIO. Tema 1.2. Intercambio y transporte de gases.Intercambio y transporte de gases CO2 O2 Vías aéreas Alvéolos pulmonares CO2 O2 CO2 O2 Circulación pulmonar A Circulación sistémica CO2 O2 CO2 O2 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2 . Nutrientes Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana, 2014Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Vías aéreas Alvéolos pulmonares CO2 O2 El aire atmosferico entra a través de la zona de conducción y llega a los alveolos (zona respiratoria). El O2 entra en la sangre a través de la interfaz alvéolo-capilar. CO2 O2 Circulación pulmonar 1 1 Circulación sistémica CO2 02 CO2 O2 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2 . Nutrientes Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana, 2014Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Vías aéreas Alvéolos pulmonares CO2 O2 CO2 O2 El O2 se transporta en sangre arterial. Circulación pulmonar 2 1 Circulación sistémica CO2 02 CO2 O2 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2 . Nutrientes Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana, 2014Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 02 Vías aéreas Alvéolos pulmonares CO2 O2 CO2 O 2 Circulación pulmonar Circulación sistémica CO2 02 El O2 difunde dentro de las células. CO2 12 3 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2 . Nutrientes Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana, 2014Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 02 Vías aéreas Alvéolos pulmonares CO2 O2 CO2 O2 Circulación pulmonar El CO2 difunde hacia afuera de las células. Circulación sistémica CO2 O2 4 CO2 O2 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2 . Nutrientes Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana, 2014Intercambio de gases en los pulmones v en los tejidos

CO2 O2 Vías aéreas Alvéolos pulmonares CO2 O2 CO2 02 Circulación pulmonar El CO2 se transporta a través de la sangre venosa. 5 Circulación sistémica CO2 O2 CO2 02 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2 . Nutrientes Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana, 2014Intercambio de gases en los pulmones y en los tejidos

CO2 O2 Vías aéreas Alvéolos pulmonares El CO2 entra en los alvéolos a través de la interfaz alvéolo- capilar y es liberado al aire atmosférico mediante la espiración. CO2 O2 CO2 02 Circulación pulmonar 6 Circulación sistémica CO2 02 CO2 02 Células ATP La respiración celular determina la producción metabólica de CO2 . Nutrientes Fisiología Humana. 6ª ed. Silverthorn. Panamericana, 2014

Consideraciones Físicas de los Gases

• El aire que respiramos es una mezcla de gases.
• Ley de Dalton: La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases que componen la mezcla.
• La presión parcial de un gas (Pgas) es la presión de un gas individual en una mezcla de gases.

Pgas = P atmosférica x % del gas en la mezcla Patmosférica 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 % Ej: PO2 = 760 mm Hg x 21%= 160 mm Hg PO2 160 mmHg PCO2 0,25 mmHg Los gases difunden a favor de gradiente de sus presiones parciales

Difusión de Gases

Difusión neta de un gas en una dirección: efecto de un gradiente de concentración. Moléculas de gas disueltas O O O O O O Tratado de Fisiología Médica. Guton y Hall 14 Ed. El valor de PpO2 y PpCO2 en el aire alveolar, la sangre y las células de los tejidos va a determinar el movimiento de estos gases en uno u otro sentido, es decir, el movimiento se produce desde la región donde la Pp es mayor hacia donde esta es menor, y cuanto mayor sea la diferencia mayor será la difusión de dicho gas.

Ley de Henry

Ley de Henry: La cantidad de gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas y a su coeficiente de solubilidad en el líquido. El CO2 es 20 veces más soluble que el O2 en soluciones acuosas (como el plasma sanguíneo). LEY DE HENRY: CONCENTRACIÓN DEL GAS EN SOLUCIÓN: P GAS X SOLUBILIDAD DEL GAS Moléculas de gas en fase gaseosa Agua en cubilete Moléculas de gas en la fase líquida En el equilibrio, la Pgas es igual D a lo largo de todo el sistema

Composición del Aire y Presiones de O2 y CO2

Aire inspirado Aire espirado O2 158.0 O2 116.0 CO2 0.3 CO2 32.0 H2O 5.7 H2O 47.0 N2 596.0 ₦2 565.0 O2 100.0 Espacio muerto CO2 40.0 Cortocircuit fisiológico Alveolos 47.0 N2 573.0 Cavidades derechas Cavidad izquierda del coraz del corazón O2 95.0 CO2 46,0 Venas Arterias CO2 40.0 HO 47.0 H2O 47.0 N2 573.0 N2 573.0 Capilares Capilares pulmonares 02 40.0- CO2 46.0+ H2O 47.0 N2 573.0 Tejidos A los pulmones Aire alveolar PO2 = 100 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg A la aurícula izquierda 4 A la aurícula derecha A las células tisulares (b) Respiración interna: intercambio sistémico de gases Capilares sistémicos CO2 O2 Células de los tejidos sistémicos PO2 = 40 mm Hg PCO2 = 46 mm Hg Sangre desoxigenada PO2 = 40 mm Hg PCO2 = 46 mm Hg Aire inspirado PO2 = 160 mm Hg Pco2 = 0,25 mm Hg Aire espirado PO2 = 118 mm Hg Pco2 = 32 mm Hg Alveolos CO2 O2 40.0 (a) Respiración externa: intercambio pulmonar de gases Sangre oxigenada PO2 = 100 mm Hg PCo2 = 40 mm Hg

Difusión Aire Alveolar-Capilares Pulmonares

Los gases se mueven desde regiones de alta presión parcial hacia regiones de presión parcial más baja. Sangre oxigenada PO2 = 100 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg Sangre desoxigenada PO2 = 40 mm Hg PCO2 = 46 mm Hg Desde la arteria pulmonar Aurícula izquierda 1 Capilar Membrana alveolar Aire alveolar PO2 = 100 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg Ventrículo izquierdo Membrana respiratoria CO2 Tejidos 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 Hacia la vena pulmonar

Composición del Aire y Presiones de O2 y CO2 (Continuación)

Aire inspirado Aire espirado O2 158.0 O2 116.0 CO2 0.3 CO2 32.0 H2O 5.7 H2O 47.0 N2 596.0 ₦2 565.0 O2 100.0 Espacio muerto CO2 40.0 Cortocircuit fisiológico Alveolos 47.0 N2 573.0 Cavidades derechas Cavidad izquierda del coraz del corazón 02 40.0 O2 95.0 CO2 46.0 Venas Arterias CO2 40.0 HO 47.0 H2O 47.0 N2 573.0 N2 573.0 Capilares Capilares pulmonares 02 40.0- CO2 46.0+ H2O 47.0 N2 573.0 Tejidos A los pulmones A la aurícula izquierda 4 Sangre oxigenada PO2 = 100 mm Hg Pco2 = 40 mm Hg A la aurícula derecha A las células tisulares (b) Respiración interna: intercambio sistémico de gases Capilares sistémicos CO2 O2 Células de los tejidos sistémicos PO2 = 40 mm Hg Pco2 = 46 mm Hg Sangre desoxigenada PO2 = 40 mm Hg Pco2 = 46 mm Hg Aire inspirado PO2 = 160 mm Hg Pco2 = 0,25 mm Hg Aire espirado PO2 = 118 mm Hg Pco2 = 32 mm Hg Alveolos CO2 O (a) Respiración externa: intercambio pulmonar de gases Aire alveolar PO2 = 100 mm Hg Pco2 = 40 mm Hg

Difusión de Gases a Través de la Membrana Alveolo-Capilar

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 Histología de la membrana respiratoria: · Surfactante · Epitelio alveolar · Membrana basal alveolar · Espacio intersticial · Membrana basal del capilar pulmonar · Endotelio capilar Grosor total ~ 0,2-0,6 um Superficie 75 m2 Volumen de sangre en los capilares 60-100 ml pulmonares Intercambio gaseoso muy rápido Tratado de Fisiología Médica, Guyton y Hall, 13ed

Factores que Afectan al Intercambio de Gases

Membrana Respiratoria

o Superficie y espesor de la membrana respiratoria 1 Superficie -> 1 intercambio 1 Espesor > intercambio o Gradientes de presiones parciales entre alvéolo - capilar 1 AP -> 1 intercambio o Otros factores Solubilidad (20 veces CO2>>O2) Monocito Fibra reticular Fibra elástica Saco alveolar Célula alveolar (septal) de tipo II Membrana respiratoria Alvéolo Célula alveolar de tipo I Difusión de CO2 Endotelio capilar Macrófago alveolar Membrana basal del capilar Membrana basal epitelial Alvéolo Célula alveolar de tipo I Glóbulo rojo en capilar pulmonar Espacio intersticial Líquido alveolar con surfactante Glóbulo rojo Difusión de O2

Ley de Fick

Ley de Fick: Cada gas difunde más eficazmente (más rápidamente) si la superficie (A) es grande, si el espesor de la membrana (t) es pequeño, si la solubilidad del gas (S) es alta y si el gradiente de presión parcial (PO 2 o PCO 2) es alto. Ax S x (P1-P2) Vdif = PO2 alta t CO2 Área (A) Solubilidad (S) O2 PO2 baja PCO2 baja PCO2 alta Grosor (t) Membrana respiratoria Anatomía y Fisiología Médica, Patton and Kevin, 11ed

Intercambio de Gases en los Tejidos

Gradientes de Presiones Parciales de O2 y CO2

.Pp O2 (sangre) = 100 mm Hg -> Pp O2 (tejido) = 40 mm Hg .Pp CO2 (tejido) = 46 mm Hg -> Pp CO2 (sangre) = 40 mm Hg Venous circulation Arterial circulation PO2 = 40 mm Hg PCO2 = 46 mm Hg Capilares sistémicos PO2 = 100 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg PCO2 = 40 mm Hg PO2 = 100 mm Hg CO2 O2 Cells PCO2 ≥ 46 mm Hg PO2 ≤ 40 mm Hg Tejidos Aerobic respiration

Transporte de Gases por la Sangre

• Sangre arterial
• Sangre venosa

Transporte de O2 por la Sangre

·O2 disuelto en plasma -> 0,3 mL O2 / 100 ml sangre arterial (1,5-3%) ·O unido a hemoglobina (Hb) 20 mL O2/ 100 ml sangre (97-98,5%) Plasma PO2 = 40 PO2 = 40 Hematie Molécula de hemoglol O PO2 = 100 O2 O2 C Alvéolo O . . o PO2=100 PO2 =100 0,3 ml O2 20 ml O2 100 ml 100 ml Hemoglobina A Cadena ß Cadena ß CH3 CH= CH2 1 C C HC-C C=CH = N CH2-C-C C=C-CH3 N - -N II - CH2-C-C C=C-CH=CH2 I - - CH2 HC=C C=CH COOH C: C 1 CH2 CH3 I CH2 COOH Hb + O2 HbO2 (V1) HbO2 + O2 HbO4 (V2) HbO4 + O2 HbO6 (V3) HbO6 + O2 HbOg (V4) (V1<V2<V3<V4) Cooperatividad Cada molécula de hemoglobina puede transportar cuatro moléculas de O2. N Grupo hemo Cadena a. Cadena a Grupo hemo Sangre completa Fe