Fisiología Humana: Aparato respiratorio, intercambio y transporte de gases

Introducción al intercambio de gases

Pl.5.
Tome 4
Fisiología Humana
2023/24
Aparato respiratorio II
Intercambio
y transporte de gases
Dra. Ester Gloria Saavedra Díaz

1Introducción al intercambio de gases

• El cuerpo necesita O2 y elimina CO2.
• Hipoxia-> VO2 disponible para las cél
• Hipercapnia-> 1[CO2] en sangre

Para evitar la hipoxia y la hipercapnia, el cuerpo responde a 3 variables
reguladas.

Valores normales en sangre en medicina pulmonar

CUADRO 18.2 Valores normales en sangre en medicina pulmonar

• O2.
  Arterial
  Venosa
• CO2.
• pH.
  Po2
  95 mm Hg (85-100)
  40 mm Hg
  Pco2
  40 mm Hg (35-45)
  46 mm Hg
  pH
  7,4 (7,38-7,42)
  7,37

Clasificación de hipoxia

CUADRO 18.1 Clasificación de hipoxia
Tipo
Definición
Causas típicas
Hipoxia hipóxica
Baja Po2 arterial
Altura elevada; hipoventilación alveolar; disminución de la capacidad de difusión pulmonar;
relación ventilación-perfusión anormal
Hipoxia anémica
Disminución de la cantidad total de
O2 unido a la hemoglobina
Pérdida de sangre; anemia (baja [Hb] o alteración de la unión HbO2); intoxicación por
monóxido de carbono
Hipoxia isquémica
Reducción del flujo sanguíneo
Insuficiencia cardíaca (hipoxia en todo el cuerpo); shock (hipoxia periférica); trombosis
(hipoxia en un solo órgano)
Hipoxia histotóxica
Las células no pueden utilizar el O2
debido a una intoxicación
Intoxicación con cianuro y otros venenos metabólicos

Intercambio de gases en los pulmones y el tejido

CO2 O2
Vías aéreas
Alvéolos pulmonares
CO2 O2
6
EI CO2 ingresa en
los alveolos durante
la interfaz alveolar
capilar.
CO2
O2
Circulación
pulmonar
2 El oxígeno es
transportado en la
sangre disuelto en el
plasma y unido a la
hemoglobina de los
glóbulos rojos.
5
El CO2 es
transportado
disuelto, unido a
la hemoglobina,
o como HCO3.
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
2
1 El oxígeno ingresa
en la sangre durante
la interfaz alveolar
capilar.Intercambio de gases en los pulmones y el tejido

• La respiración es el flujo de aire que entra y sale de los pulmones.
• Los gases individuales difunden a favor de los gradientes parciales de P hasta
  alcanzar el equilibrio.
• P total de gases mixtos (el aire) = suma de P parciales de gases individuales.
• Intercambio de gases-> entre los alvéolos y la sangre.
• PO2 en el aire alveolar > PO2 en la sangre.
• PCO2 en la sangre > PCO2 en el aire alveolar.
• Intercambio de gases-> entre sangre y tejidos
  . PO2 de la sangre > PO2 del tejido.
• PCO2 del tejido > PCO2 de la sangre.

Gradientes de concentración de gases

Los gases difunden a
favor de los gradientes
de concentración
Aire seco = 760 mm Hg
Po2 = 160 mm Hg
Pco2 = 0,25 mm Hg
Alvéolos
Po2 = 100 mm Hg
Pco. = 40 mm Hg
CO2
O2
Circulación
pulmonar
Sangre venosa
Sangre arterial
Po2 & 40 mm Hg
Pco2 > 46 mm Hg
Po2 = 100 mm Hg
Pco2 = 40 mm Hg
Circulación
sistémica
CO2
02
Células
Po ≤ 40 mm Hg
Pco2≥ 46 mm Hg
El metabolismo aeróbico consume
O2 y produce CO2.

Factores que disminuyen la captación de oxígeno alveolar

3Una menor P
alveolar disminuye la captación de O.
.º2:

• Composición del aire inspirado.
• El aire de la atmósfera-> mezcla de gases formada por un
  78% de N2, un 21% de O2 y un 1% de otros gases como el CO2
  y gases nobles como el Ar.
• A nivel del mar, el aire genera una P atmosférica de 1 atm o
  760 mmHg
• Po, alveolar \ si el aire inspirado tiene menor contenido de O2:
• Una 1 altitud V la PO2:
• Ventilación alveolar.
• PO2
  alveolar \ si la ventilación alveolar es insuficiente (=hipoventilación):
• ¿ de la distensibilidad pulmonar.
• 1 de la resistencia de las vías aéreas.
• Depresión del SNC: intoxicación alcoholica, sobredosis de fármacos (\ la frec y profundidad respiratoria).

O2 que llega a
los alvéolos
Composición del
aire inspirado
Ventilación
alveolar
Frecuencia y
profundidad
respiratoria
Resistencia
de la
vía aérea
Distensi-
bilidad
pulmonar

Problemas de difusión y sus causas de hipoxia

4Los problemas de difusión causan hipoxia
Cambios patológicos que afectan adversamente el
intercambio de gases:

• _ del área de superficie alveolar: Enfisema.
• Permeabilidad de la barrera de difusión: 1 del
  espesor de la membrana alveolar. Enfermedades
  pulmonares fibróticas.
• Distancia de difusión: 1 de la distancia de
  difusión entre los alvéolos y la sangre. Edema pulmonar.

Barrera de difusión entre el pulmón y la sangre

(b) Las células forman una barrera de difusión entre el pulmón y la sangre
Surfactante
Epitelio
alveolar
O2 CO2
- Espacio
de aire
alveolar
Alvéolos
Membranas
basales fusionadas
-0,1-1,5 um
Núcleo
de célula
endotelial
O2 CO2
Capilares
Plasma
- Luz del
capilar
Glóbulo rojo

Patologías que causan hipoxia

• Constricción bronquiolar: los
  bronquios y bronquiolos se
  estrechan debido a la inflamación,
  contracción muscular o presencia de
  Moco. Alérgenos, infecciones o asma.

(c) Patologías que causan hipoxia
Difusión « superficie x permeabilidad de la barrera/distancia2
Pulmón normal
Enfisema
Fibrosis pulmonar
Edema pulmonar
Asma
Debido a la destrucción
de los alvéolos es menor
la superficie para el
intercambio de gases.
El engrosamiento de la membrana
alveolar enlentece el intercambio de
gases. La pérdida de distensibilidad
pulmonar puede disminuir la
ventilación alveolar.
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.
El aumento de la resistencia de la
via aérea disminuye la ventilación
alveolar.
Constricción
bronquiolar
PO2
normal
PO2
normal
o baja
PO2
normal
o baja
Por
normal
Superficie de
intercambio
normal
PO2
baja
Aumento de
la distancia
de difusión
Po2 normal
Po2 baja
Po2 baja
Po2 baja
Po2 baja

Solubilidad de los gases y difusión

5La solubilidad de los gases afecta la difusión
Si la temperatura se mantiene constante, la cantidad de un gas que se disuelve en un líquido
dependerá de la solubilidad del gas en el líquido y de la presión parcial de ese gas.

• El movimiento de gases es
  directamente proporcional a:
  1. Gradiente de P del gas.
  2.
  Solubilidad del gas en líquido.
  3.
  Temperatura > No varía

Extremo
arterial
Conducto alveolar
Po =40
Pco = 46
Desde el
corazón
Po - 100
Pco =40
Aire
alveolar
Po = 100
Pco - 40
1
Hacia el
corazón
Extremo
venoso

Solubilidad del oxígeno

Solubilidad del oxígeno
(a) Estado inicial: no hay oxígeno
en la solución.
. Po2 = 100 mm Hg
PO2 = 0 mm Hg
(b) El oxígeno se disuelve.
(c) En el equilibrio, la Poz en el aire y en el agua es igual.
Una baja solubilidad de O2 significa que las concentraciones
de oxígeno no son iguales.
Po2 = 100 mm Hg
[O2] = 5,2 mmol/L
Po2 = 100 mm Hg
[O2] = 0,15 mmol/L

Solubilidad del CO2

Solubilidad del CO2
(d) Cuando el CO2 está en equilibrio a la misma presión parcial
(100 mm Hg), más CO2 se disuelve.
Pco2 = 100 mm Hg
[CO2] = 5,2 mmol/L
Pco2 = 100 mm Hg
[CO2] = 3 mmol/L
¡¡ El O2 es poco soluble !!

Transporte de gases en sangre

6Transporte de gases en sangre

• La hemoglobina se une al oxígeno-> Hb + O2 < > HbO2 (oxihemoglobina).
• Tetramero con 4 cadenas globulares, cada una en el centro un
  grupo hemo que contiene hierro-> 4 sitios de unión del O2
• La hemoglobina se encuentra en los eritrocitos (glóbulos rojos)
  Hb-> alostérica= la unión del O2 a un grupo hemo hace que aumente
  la afinidad de los demás grupos hemo al O2

Hemoglobin
Oxygen molecule
Red blood cell
Hemoglobin carries
oxygen thoughout
the body
Glóbulo rojo
Molécula de oxígeno
Molécula de
hemoglobina
0
1. Oxígeno de
los pulmones
2. El oxígeno se une
a la hemoglobina
3. El oxígeno es liberado
a las células de tejido
@ 2016 Healthwise

Fijación de O2 a la hemoglobina

7Transporte de gases en sangre

• La fijación de O2 obedece a la ley de acción de las masas.
• 1 PO2 > Hb + 02 -> HbO2
• PO2 > Hb + 02 <- HbO2
  En una reacción química reversible,
  la velocidad de la reacción depende
  de las [reactivos y productos].
• La hemoglobina transporta la mayor parte del oxígeno hacia los tejidos.
  98-99% aprox.
  .- O
  .- 0
  Propionate
  side chain
  H3C-
  CH3
  -N
  Pyrrole
  ring
  Fe
  N
  N
  H
  C
  Methyl group
  -
  CH3
  Vinyl group
  H2C
  CH3
  H
  CH2
  Heme
  (Fe-protoporphyrin IX)

Aumento del transporte de oxígeno por la hemoglobina

8La hemoglobina aumenta el transporte de oxígeno
(a) Transporte de oxígeno en sangre sin
hemoglobina: Po2 alveolar = Po2 arterial
Poz = 100 mm Hg
Alvéolos
Molécula
de O2
Plasma
arterial
Po2 = 100 mm Hg
El oxígeno se disuelve en el plasma.
Contenido de O2
= 3 mL O2/L sangre
del plasma
Contenido de O2 de
=0
los glóbulos rojos
Capacidad total de
transporte de O2
= 3 mL O2/L sangre
(b) Transporte de oxígeno a Po2 normal en
sangre con hemoglobina
PO2 = 100 mm Hg
Pos = 100 mm Hg
Los glóbulos rojos con hemoglobina transportan
el 98% de su máxima carga de oxígeno.
Contenido de O2
= 3 mL O2/L sangre
del plasma
Contenido de O2 de = 197 mL O2/L sangre
los glóbulos rojos
Capacidad total de = 200 mL O2/L sangre
transporte de O2
(c) Transporte de oxigeno a Po2 reducida en
sangre con hemoglobina
Po2 = 28 mm Hg
Po2 = 28 mmHg
Glóbulos rojos que transportan el 50%
de su máxima carga de oxígeno.
Contenido de O2
= 0,8 mL O2/L sangre
del plasma
Contenido de O2 de = 99,5 mL O2/L sangre
los glóbulos rojos
Capacidad total de
transporte de O2
= 100,3 mL O2/L sangre

Unión de O2 a la hemoglobina

9Transporte de gases en sangre
La Po, determina la unión O2 -hemoglobina. Y depende de:

• PO2
  en el plasma-> En los pulmones, donde la pO2 es 1, el O2
  se une a la hemoglobina; en los tejidos, donde la pO2 es V, el
  O2 se libera.
• Disponibilidad de sitios potenciales de unión del O2 en la
  hemoglobina > Dependiente de la cantidad de hemoglobina en
  los eritrocitos-> + hemoglobina permite transportar + O2

La cantidad de oxígeno que se une a la Hb depende de
O2 en el plasma
Cantidad
de hemoglobina
que determina
que determina
>
% de saturación de la Hb
×
Número total de sitios de unión
a la Hb
se calcula mediante
Contenido de Hb
por glóbulo rojo
X
Número de
glóbulos rojos
Más del 98% del oxígeno en la sangre está unido a la
hemoglobina en los glóbulos rojos, y menos del 2% está
disuelto en el plasma.
SANGRE ARTERIAL
O2
O2 disuelto en el plasma (~PO2) < 2%
Alvéolos
Glóbulo rojo
O2+ Hb -> HbO2
> 98%
Endotelio
capilar
Membrana
alveolar
Transporte
hacia las
células
Células
HbO2 -> Hb + O2 -> O2 disuelto
en el plasma
>
O2
1
Utilizado
en la
respiración
celular

Curvas de saturación de la oxihemoglobina

LUTransporte de gases en sangre
La fijación de O2 a la hemoglobina se expresa como un %:

• % de saturación de la hemoglobina-> cantidad de O2 fijado/máx. que podría fijarse.
  Curvas de saturación de la oxihemoglobina: relación entre saturación y PO2.

Propiedades de unión de la hemoglobina del adulto y la hemoglobina fetal
(a) La curva de saturación de la oxihemoglobina se determina
in vitro en el laboratorio.
100
1
90
I
80-
70
60
50
40
30
20
10
0
20
40
60
80
100
Alvéolos
Célula
en reposo
Po2 (mm Hg)
(b) La hemoglobina materna y la hemoglobina fetal tienen
distintas propiedades de unión al oxígeno.
100
Saturación de la hemoglobina, %
Hemoglobina
90
fetal
80
70
60
Hemoglobina materna
50
40
30
20
10-
0
20
40
60
80
100
120
Po2 (mm Hg)
La hemoglobina
fetal presenta una
mayor afinidad
por el O2 que la
hemoglobina
materna para
poder captar el O2
de la sangre
materna
11
Saturación de la hemoglobina, %