Semana 4 Mecánica Respiratoria e intercambio gaseoso (4) PDF

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD E.A.P. MEDICINA HUMANA 2024 - II  ¡Bienvenidos! ESTRUCTURA MACROSCÓPICA DEL SISTEMA RESPIRATORIO Semana Nº 4 Mecánica respiratoria y el intercambio gaseoso. Regulación respiratoria, transporte de gase...

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD E.A.P. MEDICINA HUMANA 2024 - II  ¡Bienvenidos! ESTRUCTURA MACROSCÓPICA DEL SISTEMA RESPIRATORIO Semana Nº 4 Mecánica respiratoria y el intercambio gaseoso. Regulación respiratoria, transporte de gases y la regulación del pH. SO1: CIRCULACIÓN, RESPIRACIÓN, ELIMINACIÓN Y EQUILIBRIO ÁCIDOBÁSICO EAP MEDICINA HUAMANA  2. Logro de la sesión ESTRUCTURA MACROSCÓPICA DEL SISTEMA RESPIRATORIO Mecánica respiratoria y el intercambio gaseoso. Regulación respiratoria, transporte de gases y la regulación del pH. Al final de la sesión, el estudiante distingue la importancia de la mecánica respiratoria y el intercambio gaseoso. Además identifica los mecanismos de la respiración. 3 T. W. Sadler. Sistema respiratorio. Langman’s medical embriology, Fourteenthed., 14° Edición. 2019. pag 366-376 PLEURA A. PLEURA PARIETAL 1. PLEURA COSTAL 2. PLEURA DIAFRAGMÁTICA 3. PLEURA MEDIASTÍNICA 4. PLEURA CERVICAL B. PLEURA VISCERAL  Presión Pleural PRESIÓN INTRAPLEURAL Los pulmones tapizados por una delgada membrana adherida a la superficie que es la pleura visceral y a nivel del hilio (donde ingresan los bronquios y vasos sanguíneos), la pleura se separa y tapiza la superficie interna de la caja denominándose pleura parietal. En condiciones normales ambas pleuras no se separan determinando una “presión negativa”. Al producirse perforación de la caja torácica y penetrar el aire atmosférico las pleuras se separan transformándose en presión positiva que produce el colapso del pulmón afectado. Líquido pleural LA PRESION ALVEOLAR Para que se produzca un movimiento de entrada de aire hacia los alvéolos durante la inspiración, la presión en los alvéolos debe disminuir hasta un valor ligeramente inferior a la presión atmosférica (debajo de cero). Durante la inspiración normal disminuye hasta aproximadamente – 1 cmH2O. Esta ligera presión negativa es suficiente para arrastrar 0,5 l de aire hacia los pulmones en los 2 s necesarios para una inspiración tranquila normal. Durante la espiración, la presión alveolar aumenta hasta aproximadamente +1 cmH2O, lo que fuerza la salida del 0,5l de aire inspirado desde los pulmones durante los 2 a 3 s de la espiración. VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES VOLÚMENES 1. Volumen de aire corriente (VAC): 500 ml Cantidad de aire que ingresa o sale de los pulmones en un movimiento espiratorio tranquilo. 2. Volumen de reserva inspiratorio (VRI): 3100 ml. Cantidad de aire que ingresa a los pulmones en un esfuerzo inspiratorio máximo, a partir del final de una inspiración normal. 3. Volumen de reserva espiratorio (VRE): 1200 ml. Cantidad de aire que puede ser expulsado de los pulmones, en un esfuerzo espiratorio máximo, al final de una espiración normal. 4. Volumen residual (VR): 1200 ml. Cantidad de aire que queda en los pulmones al final de un esfuerzo espiratorio máximo. Este volumen mantiene distendido los alveolos evitando colapsarse. Los cuatro volúmenes pulmonares cuando se suman son iguales al volumen máximo al que se pueden expandir los pulmones. CAPACIDADES 1. Capacidad inspiratoria (CI): 3600 ml. Cantidad de aire que puede ingresar a los pulmones en un esfuerzo inspiratorio máximo a partir del final de una espiración normal. (VAC+VRI). 2. Capacidad residual funcional (CRF): 2400 ml. Volumen de aire que contiene los pulmones al final de una espiración normal. (VRE+VR). 3. Capacidad vital (CV): 4800 ml. Cantidad de aire que puede ser expulsado de los pulmones en un esfuerzo espiratorio máximo, después de un esfuerzo inspiratorio máximo. (VRI+VAC+VRE). 4. Capacidad pulmonar total (CPT): 6000 ml. Es la máxima cantidad de aire que puede contener los pulmones. (VRI+VAC+VRE+VR).  CARACTERÍSTICAS El volumen residual, la capacidad residual funcional La capacidad vital varía con y la capacidad pulmonar la edad, talla y el sexo. total, no pueden medirse Aumenta hasta los 16 años. con el espirómetro. El volumen residual es aproximadamente el 20 % de la capacidad pulmonar total. Resumen CV = VRI+ VC+VRE CV= CI + VRE CPT =CI +CRF CRF= VRE +VR  Distensibilidad: Facilidad con la que se hinchan los pulmones. PROPIEDADES Rigidez: Capacidad para oponerse al estiramiento. DE LOS PULMONES Retracción elástica: Capacidad del pulmón expandido para volver a la posición inicial. Elasticidad Distensibilidad Propiedad de un cuerpo Propiedad de un cuerpo solido para recuperar su solido para cambiar su forma cuando cesa la forma cuando la altera fuerza que la altera. una fuerza.  ELASTICIDAD PULMONAR Los pulmones son elásticos por dos razones: 1. Son elásticos porque tienen fibras con propiedades elásticas. 2. Por el fenómeno de “tensión superficial”: los alveolos interiormente se encuentran tapizados por una capa líquida que cubre la superficie alveolar, la que también intenta contraerse, lo que da lugar a un intento de expulsar el aire de los alvéolos a través de los bronquios y, al hacerlo, hace que los alvéolos intenten colapsarse produciendo tensión superficial, es decir que hay una atracción de las moléculas que tienden a disminuir y contraer el alveolo por tanto colapsar el alveolo. El efecto neto es producir una fuerza contráctil elástica de todos los pulmones, que se denomina fuerza elástica de la tensión superficial.  ELASTICIDAD PULMONAR Facilita la espiración. Esta fuerza que tiende a colapsar está contrarrestado por una sustancia disuelta en este líquido que tapiza los alveolos, que recibe el nombre de ”sustancia tensioactiva” o “sustancia surfactante”. El surfactante es un agente activo de superficie en agua, lo que significa que reduce mucho la tensión superficial del agua. Esta disminución es tanto mayor cuanto menor es el tamaño del alveolo. La sustancia tensioactiva facilita la inspiración, porque significa que tiene menor retracción elástica que vencer para que ingrese aire a los pulmones.  DISTENSIBILIDAD PULMONAR El volumen que se expanden los pulmones por cada aumento unitario de presión transpulmonar. La distensibilidad pulmonar total de los dos pulmones en conjunto en el ser humano adulto normal es en promedio de aproximadamente 200 ml de aire por cada cmH2O de presión transpulmonar. Las características del diagrama de distensibilidad están determinadas por las fuerzas elásticas de los pulmones. Estas se pueden dividir en dos partes: 1) fuerzas elásticas del tejido pulmonar en sí mismo (determinadas principalmente por las fibras de elastina y colágeno que están entrelazadas entre sí en el parénquima pulmonar) 2) fuerzas elásticas producidas por la tensión superficial del líquido que tapiza las paredes internas de los alvéolos y de otros espacios aéreos pulmonares. DISTENSIBILIDAD PULMONAR Diagrama de distensibilidad de los pulmones. La figura es un diagrama que relaciona los cambios del volumen pulmonar con los cambios de la presión transpulmonar. Obsérvese que la relación es diferente para la inspiración y para la espiración. Cada una de las curvas se registra modificando la presión transpulmonar en escalones pequeños y permitiendo que el volumen pulmonar llegue a un nivel estable entre escalones sucesivos. Las dos curvas se denominan: Curva de distensibilidad inspiratoria. Curva de distensibilidad espiratoria. LAS FUERZAS ELÁSTICAS TISULARES QUE TIENDEN A PRODUCIR EL COLAPSO DEL PULMÓN LLENO DE AIRE REPRESENTAN SOLO APROXIMADAMENTE UN TERCIO DE LA ELASTICIDAD PULMONAR TOTAL, MIENTRAS QUE LAS FUERZAS DE TENSIÓN SUPERFICIAL LÍQUIDO-AIRE DE LOS ALVÉOLOS REPRESENTAN APROXIMADAMENTE DOS TERCIOS. Comparación: diagrama de distensibilidad de los pulmones cuando están llenos de solución salina y cuando están llenos de aire. Cuando los pulmones están llenos de aire hay una superficie de contacto entre el líquido alveolar y el aire de los alvéolos. En el caso de los pulmones llenos de solución salina no hay superficie de contacto aire-líquido; por tanto, no está presente el efecto de la tensión superficial, y en el pulmón lleno de solución salina sólo actúan las fuerzas elásticas tisulares.  Es un agente activo de superficie en agua, lo que significa que reduce SURFACTANTE PULMONAR mucho la tensión superficial del agua. Es secretado por células epiteliales especiales secretoras de surfactante denominadas células epiteliales alveolares de tipo II, que constituyen aproximadamente el 10% del área superficial de los alvéolos Si se bloquean los conductos aéreos que salen de los alvéolos pulmonares, la tensión superficial de los alvéolos tiende a colapsarlos. Este colapso genera una presión positiva en los alvéolos, que intenta expulsar el aire. Para un alvéolo de tamaño medio con un radio de aproximadamente 100 μm y tapizado por surfactante normal se calcula que este valor es una presión de aproximadamente 4 cmH2O. PARA UN ALVÉOLO DE TAMAÑO MEDIO CON UN RADIO DE APROXIMADAMENTE 100 ΜM Y TAPIZADO POR SURFACTANTE NORMAL SE CALCULA QUE ESTE VALOR ES UNA PRESIÓN DE APROXIMADAMENTE 4 CMH2O.  SURFACTANTE PULMONAR El surfactante es una mezcla compleja de varios fosfolípidos, proteínas e iones. Los componentes más importantes son el fosfolípido dipalmitoilfosfatidilcolina, las apoproteínas del surfactante e iones calcio. En términos cuantitativos la tensión superficial de diferentes líquidos en agua es aproximadamente la siguiente: agua pura: 72 dinas/cm los líquidos normales que tapizan los alvéolos pero sin surfactante: 50 dinas/cm los líquidos normales que tapizan los alvéolos con cantidades normales de surfactante incluidas: entre 5 y 30 dinas/cm.  Presiones que originan el movimiento de entrada y salida de aire de los pulmones Para insuflar este sistema pulmonar total es necesario casi el doble de presión que para insuflar los mismos pulmones después de extraerlos de la caja torácica. Por tanto, la distensibilidad del sistema pulmón-tórax combinado es casi exactamente la mitad que la de los pulmones solos, 110 ml de volumen por cada cmH2O de presión para el sistema combinado, en comparación con 200 ml/cmH2O para los pulmones de manera aislada.  Fases de la respiración Consta de las siguientes fases: 1. Ventilación 2. difusión de gases 3. Transporte de gases 4. Intercambio gaseoso tisular 5. Utilización del oxígeno. VENTILACIÓN PULMONAR El aparato respiratorio se compone de: A) Una zona conductora del aire: Fosas nasales Boca Faringe Laringe (con cuerdas vocales) Tráquea Bronquios Bronquiolos B) Una zona intercambiadora: donde se produce el intercambio de gases: -Alvéolos VENTILACIÓN Ventilación pulmonar, significa el flujo de aire, de entrada y de salida, entre la atmósfera y los alveolos pulmonares. La ventilación es un proceso cíclico, de inspiración y espiración, mediante el cual el oxígeno es llevado a los alveolos a través del aire inspirado y el dióxido de carbono en eliminado de los pulmones por el aire espirado. La eficiencia de la ventilación depende del volumen de aire inspirado y la distribución de aire en los alveolos. El ciclo respiratorio es una inspiración seguida de una espiración. La cantidad de ciclos que ocurren en un minuto es la frecuencia respiratoria. En los seres humanos, la frecuencia respiratoria promedio en reposo es de 16 a 24 ciclos por minuto. La frecuencia exacta en todo momento varía según la actividad física, la posición, el estado emocional y la edad.  ESPACIO MUERTO Espacio muerto anatómico Consta de unos 150 ml de aire contenidos en la parte de la vía aérea, no participa en el intercambio gaseoso, es decir, de la nariz a los bronquiolos terminales Espacio muerto alveolar Es el aire contenido en alveolos no perfundidos, no intervienen por tanto en el intercambio gaseoso. Espacio muerto fisiológico Es la suma del espacio muerto anatómico y alveolar no perfundido. Ventilación alveolar es el volumen que participa en el intercambio gaseoso por unidad de tiempo PERFUSIÓN Y RELACIÓN VENTILACIÓN / PERFUSIÓN El pulmón tiene dos circulaciones: una circulación de bajo flujo y alta presión y una circulación de alto flujo y baja presión. LA CIRCULACIÓN DE BAJO FLUJO Y ALTA PRESIÓN aporta la sangre arterial sistémica a la tráquea, el árbol bronquial incluidos los bronquíolos terminales, los tejidos de sostén del pulmón y las capas exteriores (adventicias) de las arterias y venas pulmonares. LA CIRCULACIÓN DE ALTO FLUJO Y BAJA PRESIÓN que suministra la sangre venosa de todas las partes del organismo a los capilares alveolares en los que se añade el oxígeno (O2) y se extrae el dióxido de carbono (CO2)  PRESIONES EN EL SISTEMA PULMONAR VENTRICULO DERECHO Y ART. PULMONAR: La presión sistólica del VENTRÍCULO DERECHO del ser humano normal es en promedio de aproximadamente 25 mmHg, y la presión diastólica es en promedio de aproximadamente 0 a 1 mmHg, valores que son solo un quinto de los del ventrículo izquierdo. La presión arterial pulmonar sistólica se sitúa normalmente en promedio en unos 25 mmHg en el ser humano, la presión arterial pulmonar diastólica es de aproximadamente 8 mmHg y la presión arterial pulmonar media es de 15 mmHg. Durante la sístole la presión en la arteria pulmonar es esencialmente igual a la Las curvas del pulso de presión del ventrículo presión que hay en el ventrículo derecho, como también se muestra en la figura derecho y de la arteria pulmonar se muestran en la 38-1. parte inferior de la figura. Estas curvas se comparan Sin embargo, después del cierre de la válvula pulmonar al final de la sístole, la con la curva de presión aórtica, que es mucho más presión ventricular cae súbitamente, mientras que la presión arterial pulmonar elevada, y que se muestra en la porción superior de disminuye más lentamente a medida que la sangre fluye a través de los capilares la figura. de los pulmones.  PRESIONES EN EL SISTEMA PULMONAR AURICULA IZQUIERDA Y VENA PULMONAR: Es en promedio de aproximadamente 2 mmHg en decúbito, y varía desde un valor tan bajo como 1 mmHg hasta uno tan elevado como 5 mmHg. Se puede estimar la presión auricular izquierda con una exactitud moderada midiendo la denominada presión de enclavamiento pulmonar. Presión capilar pulmonar. La presión capilar pulmonar media, que se representa en la figura 38-2, es de aproximadamente 7 mmHg. El volumen de la sangre de los pulmones es de aproximadamente 450 ml, aproximadamente el 9% del volumen de sangre total de todo el aparato circulatorio. Aproximadamente 70 ml de este volumen de sangre pulmonar están en los capilares pulmonares, y el resto se divide aproximadamente por igual entre las arterias y las venas pulmonares. En varias situaciones fisiológicas y patológicas la cantidad de sangre de los pulmones puede variar desde tan poco como la mitad del valor normal hasta el doble de lo normal respectivamente. Cuando una persona sopla aire con tanta intensidad que se genera una presión elevada en los pulmones (como cuando se toca una trompeta), se pueden expulsar hasta 250 ml de sangre desde el aparato circulatorio pulmonar hacia la circulación sistémica. Para que se produzca una aireación adecuada de la sangre, esta debe distribuirse a los segmentos de los pulmones en los que los alvéolos estén mejor oxigenados. Cuando la concentración de O2 en el aire de los alvéolos disminuye por debajo de lo normal (73 mmHg) los vasos sanguíneos aumentan su resistencia vascular. Algunos estudios sugieren que la hipoxia puede inducir directamente vasoconstricción por inhibición de los canales iónicos de potasio sensibles al oxígeno en las membranas celulares del músculo liso vascular pulmonar. Esta constricción hace que la sangre fluya a través de otras zonas de los pulmones que están mejor aireadas.  EFECTO DE LOS GRADIENTES DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA DE LOS PULMONES SOBRE EL FLUJO SANGUÍNEO PULMONAR REGIONAL La presión arterial pulmonar en la porción más elevada del pulmón de una persona que está de pie es aproximadamente 15 mmHg menos que la presión arterial pulmonar a nivel del corazón, y la presión en la porción más inferior de los pulmones es aproximadamente 8 mmHg mayor. Los capilares de las paredes alveolares están distendidos por la presión de la sangre que hay en su interior, pero simultáneamente están comprimidos por la presión del aire alveolar que está en su exterior. Zona 1: Ausencia de flujo durante todas las porciones del ciclo cardíaco porque la presión capilar alveolar local en esa zona del pulmón nunca aumenta por encima de la presión del aire alveolar en ninguna fase del ciclo cardíaco. Zona 2: Flujo sanguíneo intermitente, sólo durante los picos de presión arterial pulmonar, porque la presión sistòlica en ese momento es mayor que la presión del aire alveolar, pero la presión diastólica es menor que la presión del aire alveolar. Zona 3: Flujo de sangre continuo, porque la presión capilar alveolar es mayor que la presión del aire alveolar durante todo el ciclo cardíaco.  Normalmente los pulmones solo tienen flujo sanguíneo en las zonas 2 y 3, la zona 2 (flujo intermitente) en los vértices y la zona 3 (flujo continuo) en todas las zonas inferiores. El flujo sanguíneo de zona 2 comienza en los pulmones normales aproximadamente 10 cm por encima del nivel medio del corazón y se extiende desde ahí hasta la parte superior de los pulmones.  ZONAS DE WEST 1 Cuando la presión alveolar es mayor que la presión de la arteria pulmonar en las partes superiores del pulmón, no se produce el flujo de sangre en esa región, y la región se conoce como ZONA 1. Es el espacio muerto alveolar.  ZONAS DE WEST 2 En la zona , la presión arterial pulmonar es mayor que la presión alveolar, y así es como el flujo de sangre se produce. Sin embargo, debido a la presión alveolar es mayor que la presión de la vena pulmonar, la presión de conducción efectiva para el flujo de sangre es la presión arterial pulmonar alveolar menos la presión en la zona 2.  ZONAS DE WEST 3 En la región, la presión de la arterial pulmonar y de la vena pulmonar son ambos mayores que la presión alveolar. La presión de conducción se mantiene constante a medida que uno se mueve mas abajo en el pulmón en la zona 3 debido a que los efectos de la presión hidrostática son los mismos para ambas, arterias y venas.  Presión hidrostática capilar < Presión aérea alveolar. Zona I No hay flujo sanguíneo por compresión de los capilares. Ventilación / Perfusión > 1 Presión hidrostática capilar durante la sístole > Presión aérea ZONAS DE alveolar > Presión hidrostática capilar durante la diástole. Zona II WEST Hay flujo de sangre pulsátil solo en la sístole. Ventilación / Perfusión = 1 Presión hidrostática capilar > Presión aérea del alveolo. Zona III Hay flujo constantE Ventilación / Perfusión < 1  VENTILACIÓN Y PERFUSIÓN PULMONAR Son procesos discontinuos. Ventilación (V): depende de la intermitencia de los movimientos respiratorios. Perfusión (Q): depende de las variaciones entre sístole y diástole. Relación V/Q: ventilación alveolar total dividida por el gasto cardiaco. Las relaciones locales V/Q son las que realmente determinan las presiones alveolares y sanguíneas de O2 y CO2.  PaP (presión en a. Pulmonar) = 25-8 = 15 mmHg La presión normal de la arteria pulmonar es de 8-20 mmHg en reposo. Si la presión en la arteria pulmonar es superior a 25 mmHg en reposo o 30 mmHg durante una actividad física, es anormalmente alta y se denomina hipertensión pulmonar.  RELACION VENTILACION/PERFUSION A nivel del pulmón, se define como la ventilación alveolar total dividida por el gasto cardíaco. En los individuos sanos, la ventilación alveolar normal es de unos 4 l/min, y el flujo de sangre pulmonar, de unos 5 l/min. En el pulmón normal el cociente ventilación-perfusión global es 0,8, aunque los valores del cociente V˙ /Q˙ varían mucho según las unidades pulmonares. Cuando la ventilación supera a la perfusión, el cociente ventilación/perfusión tendrá un valor superior a 1 (V˙/Q˙ > 1), mientras que cuando la perfusión es mayor que la ventilación este cociente valdrá menos de 1 (V˙/Q˙ < 1). EL COCIENTE VENTILACIÓN-PERFUSIÓN ES DISTINTO EN DIFERENTES REGIONES DEL PULMÓN. EN LOS SUJETOS EN BIPEDESTACIÓN, LA VENTILACIÓN AUMENTA MÁS LENTAMENTE QUE EL FLUJO DESDE EL VÉRTICE DEL PULMÓN HACIA LA BASE. POR ELLO, EL COCIENTE V˙ /Q˙ EN EL VÉRTICE DEL PULMÓN ES MUY SUPERIOR A 1, MIENTRAS QUE EN LA BASE ES MUCHO MENOR DE 1. Los valores de CO2 arterial y alveolar son iguales, algo que no sucede en el caso del O2. El O2 alveolar es ligeramente superior al arterial. La diferencia entre el O2 alveolar (Pao2) y la Po2 arterial (PAo2) se denomina diferencia alvéolo-arterial de Po2 (AaDo2). Esta pequeña diferencia no se debe a que un pequeño número de venas que no atraviesan el pulmón y se vacían de forma directa en la circulación arterial. En los individuos sanos que respiran aire ambiental, la AaDo2 es inferior a 15 mmHg. Los valores medios aumentan aproximadamente 3 mmHg por cada década de la vida. EFECTO GRAVITACIONAL Los trabajos de West, realizados con isotopos radioactivos de xenón, mostraron que la ventilación y la perfusión aumentan en sentido cefálico – caudal, diferencias que se explicaron por: - Los cambios en la presión pleural (debido al peso del pulmón) para la ventilación. - El efecto de la fuerza de gravedad para la perfusión.  RELACION VENTILACION – PERFUSION (V/Q) Es el cociente de la ventilación alveolar (V) sobre el flujo sanguíneo pulmonar (Q). La concordancia de la perfusión (flujo sanguíneo) y la ventilación es importante para conseguir el intercambio ideal de O2 y CO2. Si la frecuencia respiratoria, el volumen corriente y el gasto cardiaco son normales, la relación V/Q es de alrededor de 0.8. Esta relación V/Q se traduce en una PO2 arterial de 100 mm Hg y una PCO2 arterial de 40 mm Hg. - Si aumento la V con respecto a la Q, aumentara la PO2 y disminuirá la PCO2 arteriales. - Si disminuye la V con respecto a la Q, disminuirá la PO2 y aumentara la PCO2 arteriales. - La ventilación se incrementa progresivamente desde los vértices hacia las bases y se incrementa el flujo sanguíneo aun en mayor proporción (efecto de la gravedad) Relación V/Q en diferentes partes del pulmón Tanto la ventilación como el flujo sanguíneo (perfusión) están distribuidos de modo irregular en el pulmón vertical sano. 1. E flujo sanguíneo o perfusión es mínimo en el vértice y máximo en la base debido a los efectos de la gravedad en la presión arterial. 2. La ventilación es más baja en el vértice y más alta en la base debido a los efectos gravitacionales en el corazón vertical. Sin embargo, también es importante mencionar que las diferencias regionales de la ventilación no son tan grandes como las de la perfusión. 3. Por lo tanto, la relación V/Q es mas alta en el vértice pulmonar y mas baja en la base pulmonar. Relación V/Q en En el vértice (mayor V/Q), la PO2 es máxima y la PCO2 es mínima porque el intercambio gaseoso es más eficiente. diferentes partes del En la base (menor V/Q), la PO2 es mínima y la PCO2 es pulmón máxima porque el intercambio gaseoso es menos eficiente. Cambios en la relación V/Q 1. Relación V/Q en la obstrucción de las vías respiratorias: - Si las vías respiratorias están completamente bloqueadas (obstrucción de vías aéreas), entonces la ventilación = 0. si el flujo sanguíneo es normal, entonces V/Q = 0. lo que se denomina cortocircuito. - No hay intercambio gaseoso en un pulmón que esta perfundido pero no esta ventilado. La PO2 y la PCO2 de la sangre capilar pulmonar (y de la sangre arterial de la circulación general), tenderán a sus valores en la sangre venosa mixta. 2. Relación V/Q en la embolia pulmonar: - Si el flujo sanguíneo a un pulmón esta bloqueado por completo (embolia arterial), entonces el flujo sanguíneo a ese pulmón es cero. Si la ventilación es normal, entonces V/Q = infinita. lo que se denomina espacio muerto. - No hay intercambio gaseoso en un pulmón que esta ventilado pero no esta perfundido. La PO2 y la PCO2 del gas alveolar tenderán a sus valores el aire inspirado. PERFUSIÓN Relaciones cardiopulmonares VENTILACIÓN - PERFUSIÓN VENTILACIÓN – PERFUSIÓN: FISIOLOGIA RESPIRATORIA VENTILACIÓN – PERFUSIÓN: FISIOPATOLOGÍA RESPIRATORIA DIFUSIÓN DIFUSION DIFUSION = SOLUBILIDAD DENSIDAD Densidad del O2 < CO2: difunde 1.17 veces más Solubilidad del CO2 > O2: difunde 24 veces más. UNIDADES PULMONARES SANAS BUENA VENTILACIÓN – MALA PERFUSIÓN MALA VENTILACIÓN – BUENA PERFUSIÓN CORTOCIRCUITO - SHUNT 1. Cortocircuitos de derecha a izquierda - Normalmente se producen en pequeña medida, porque 2% del gasto cardiaco no pasa por los pulmones. Pueden llegar a ser hasta 50% del GC en ciertas anomalías congénitas. - Se observan en la tetralogía de Fallot. - Siempre se traducen en disminución de la PO2 arterial debido a la mezcla de la sangre venosa con la sangre arterial. - La magnitud de un cortocircuito de derecha a izquierda puede estimarse haciendo que el paciente respire O2 al 100% y midiendo el grado de dilución de la sangre arterial oxigenada por la sangre (venosa) no oxigenada desviada.  SHUNT PULMONAR Existe cuando hay una perfusión normal al alveolo, pero la ventilación no es capaz de suplir las demandas de la región. Es una cantidad de sangre que normalmente no realiza hematosis e ingresa en el circuito arterial como sangre venosa.  CORTOCIRCUITO DERECHA – IZQUIERDA O SHUNT PULMONAR - Cardiopatías congénitas - Fistulas arteriovenosas P (A – a) O2 aumenta - Desequilibrio V/Q con falta total de ventilación SHUNT PULMONAR VENTILACIÓN En condiciones normales de reposo, la ventilación es de: 4 litros por minuto y la perfusión es de 5 litros por minuto. Ventilación / Perfusión = V/Q = 4/5 = 0.8  PRESIÓN ATMOSFÉRICA O PRESIÓN BAROMÉTRICA Está constituido por el movimiento de las moléculas de los gases que chocan entre sí. La suma de estas colisiones determina una fuerza que es la presión del gas. El aire que es una mescla de gases, determina una fuerza que es la presión barométrica. O2 …….. 152 mmHg + N2 ………. 608 mmHg = 760 mmHg La presión barométrica a nivel del mar es de: 760 mmHg = 1 atmósfera (1013 bar) Ejm: a 1000 m de altura, la PB = 674 mmHg (898 bar) a 5000 metros de altura (msnm) , la PB = 405 mmHg (540 bar) a 18,000 pies de altura (5,486.4 m), la PB = 380 mmHg a 63,000 pies de altura (18,200.4 m), la PB = 47 mmHg  Presión intrapulmonar debe ser menor a INSPIRACIÓN presión atmosférica (760 mmHg): - Descenso del diafragma - Aumento del volumen pulmonar. Músculos de la inspiración: - Diafragma - Intercostales externos: elevan costillas - Intercostales paraesternales: Elevan costillas. Músculos accesorios: inspiración forzada - escalenos, EEC, dorsal ancho, pectoral mayor, pectoral menor, serrato y trapecio. ESPIRACIÓN Presión intrapulmonar debe ser mayor a presión atmosférica (760 mmHg): - Ascenso del diafragma - Disminución del volumen pulmonar. Músculos de la espiración: - Proceso pasivo, por lo cual no requiere la contracción de ningún músculo, sólo su relajación. - Favorecido por la ELASTICIDAD. Músculos accesorios: espiración forzada - Rectos abdominales - Oblicuos mayor, menor y transverso - Intercostales internos El aparato respiratorio se compone de: Una zona conductora. Una zona intercambiadora: donde se produce el intercambio de gases: -Alvéolos ¿QUE ES LA MEMBRANA ALVEOLO CAPILAR? Y ¿CUALES SON SUS COMPONENTES? Membrana alveolo capilar INTERCAMBIO GASEOSO Todo intercambio gaseoso en la función respiratoria se realiza por difusión, es decir pasaje de moléculas de un gas desde un medio donde están a mayor concentración y por tanto a mayor presión, hasta un medio donde este gas se halla a menor presión y menor concentración. El intercambio gaseoso en los pulmones se realiza a nivel de la membrana alveolar o membrana alveolo capilar. La membrana alveolo capilar está constituido: O2 1. Epitelio alveolar 2. Membrana basal alveolar 3. Tejido conectivo 4. Membrana basal capilar 5. Endotelio del capilar CO2 Membrana Respiratoria La unidad alveolo-capilar es el lugar donde se efectúa el intercambio de gases: Membrana Respiratoria. INTERCAMBIO GASEOSO, MEMBRANA ALVEOLO- CAPILAR PRESION DE LOS GASES ARTERIAL Y VENOSO La sangre venosa tiene una presión de: Po2 = 40 mmHg Pco2 = 45 mmHg El alveolo tiene una presión de: Po2 = 100 mmHg Pco2 = 40 mmHg La sangre arterial tiene una presión de: Po2 = 95 mmHg Pco2 = 40 mmHg TRANSPORTE DE LOS GASES  La concentración de O2 en los alvéolos, y también su presión parcial, está controlada por: 1) la velocidad de absorción de O2 hacia la sangre 2) la velocidad de entrada de O2 nuevo a los pulmones por el proceso ventilatorio. Un aumento extremo de la ventilación alveolar nunca puede elevar la Po2 por encima de 149 mmHg siempre que la persona esté respirando aire atmosférico normal a la presión del nivel del mar, porque esta es la Po2 máxima del aire humidificado a esta presión. Si la persona respira gases que contienen presiones parciales de O2 mayores de 149 mmHg, la Po2 alveolar se puede acercar a estas mayores presiones a elevadas velocidades de ventilación.  La Pco2 alveolar aumenta en proporción directa a la velocidad de excreción de CO2 , como representa la elevación de cuatro veces de la curva (cuando se excretan 800 ml de CO2 por minuto). La Pco2 alveolar disminuye en proporción inversa a la ventilación alveolar. DIFUSION DE GASES A TRAVES DE LA MEMBRANA RESPIRATORIA UNIDAD RESPIRATORIA (LOBULILLO RESPIRATORIO): Está formada por un bronquíolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios y los alvéolos. Las paredes alveolares son muy delgadas y entre los alvéolos hay una red casi sólida de capilares interconectados. 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 solo en los alvéolos.  Membrana Respiratoria El grosor global de la membrana respiratoria en algunas zonas es tan pequeño como 0,2 μm, y en promedio es de aproximadamente 0,6 μm. El área superficial total de la membrana respiratoria es de aproximadamente 70 m2 en el hombre adulto sano. La cantidad total de sangre en los capilares de los pulmones en cualquier instante dado es de 60 a 140 ml. El diámetro medio de los capilares pulmonares es de solo aproximadamente 5 μm, lo que significa que los eritrocitos se deben comprimir a través de ellos. La membrana del eritrocito habitualmente toca la pared capilar. Factores que influyen en la velocidad de difusión gaseosa a través de la membrana respiratoria 1) EL GROSOR DE LA MEMBRANA 2) EL ÁREA SUPERFICIAL DE LA MEMBRANA 3) EL COEFICIENTE DE DIFUSIÓN DEL GAS EN LA SUSTANCIA DE LA MEMBRANA (el CO2 difunde aproximadamente 20 veces más rápidamente que el O2) 4) LA DIFERENCIA DE PRESIÓN PARCIAL DEL GAS ENTRE LOS DOS LADOS DE LA MEMBRANA.  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 1 mmHg. En un hombre joven promedio, en condiciones de reposo es en promedio de 21 ml/min/mmHg. La diferencia media de presión de O2 a través de la membrana respiratoria durante la respiración tranquila normal es de aproximadamente 11 mmHg. Un total de aproximadamente 230 ml de oxígeno que difunden a través de la membrana respiratoria cada minuto, que es igual a la velocidad a la que el cuerpo en reposo utiliza el O2. Como el coeficiente de difusión del CO2 es algo mayor de 20 veces el del O2 , cabe esperar que la capacidad de difusión del CO2 en reposo sea de aproximadamente 400 a 450 ml/min/mmHg y durante el esfuerzo de aproximadamente 1.200 a 1.300 ml/min/mmHg.  TRANSPORTE DEL OXIGENO DE LOS PULMONES A LOS TEJIDOS DEL ORGANISMO Los gases se pueden mover desde un punto a otro mediante difusión, y la causa de este movimiento es la gradiente de presiones. La Po2 del O2 gaseoso del alvéolo es de 104 mmHg, mientras que la Po2 de la sangre venosa que entra en el capilar pulmonar en su extremo arterial es de solo 40 mmHg porque se extrajo una gran cantidad de O2 desde esta sangre cuando pasó por los tejidos periféricos.  TRANSPORTE DEL OXIGENO EN LA SANGRE ARTERIAL Aproximadamente el 98% de la sangre que entra en la aurícula izquierda desde los pulmones acaba de atravesar los capilares alveolares y se ha oxigenado hasta una Po2 de aproximadamente 104 mmHg. Otro 2% de la sangre ha pasado desde la aorta a través de la circulación bronquial, que vasculariza principalmente los tejidos profundos de los pulmones y no está expuesta al aire pulmonar. Si aumenta el flujo sanguíneo que atraviesa un tejido particular, se transportan cantidades mayores de O2 hacia el tejido y, por tanto, la Po2 tisular aumenta. LA PO2 TISULAR ESTÁ DETERMINADA POR UN EQUILIBRIO ENTRE: 1) la velocidad del transporte del O2 en la sangre hacia los tejidos 2) la velocidad a la que los tejidos utilizan el O2 LA PO2 INTRACELULAR DE LOS TEJIDOS PERIFÉRICOS SIEMPRE ES MÁS BAJA QUE LA PO2 DE LOS CAPILARES PERIFÉRICOS. La Po2 intracelular normal varía desde un valor tan bajo como 5 mmHg hasta un valor tan alto como 40 mmHg (promedio 23 mmHg). Normalmente solo son necesarios de 1 a 3 mmHg de presión de O2 para el soporte completo de los procesos químicos que utilizan oxígeno en la célula.  TRANSPORTE DEL DIOXIDO DE CARBONO En todos los puntos de la cadena de transporte de gases el CO2 difunde en una dirección exactamente opuesta a la difusión del O2. Sin embargo, hay una diferencia importante entre la difusión del CO2 y la del O2 : el CO2 puede difundir aproximadamente 20 veces más rápidamente que el O2. La Pco2 de la sangre capilar pulmonar disminuye hasta ser casi exactamente igual a la Pco2 alveolar de 40 mmHg antes de que haya atravesado más de aproximadamente un tercio de la distancia de los capilares.  Los sistemas circulatorios y respiratorio funcionan juntos para transportar suficiente oxígeno de los pulmones a los tejidos para mantener la actividad celular normal y devolver el dióxido de carbono (CO2) desde los tejidos a los pulmones para su eliminación. El CO2 un producto del metabolismo celular activo, es transportado desde los tejidos a través de las venas sistémicas hacia los pulmones para su espiración. Para facilitar la captación y el transporte de estos gases entre los pulmones y los tejidos se han desarrollado mecanismos especializados (p.ej la unión del O2 y la hemoglobina y el transporte de CO2 con el HCO3- ) que permiten que la captación de O2 y la espiración de CO2 se produzcan de forma simultánea. Además , estos mecanismos especializados facilitan la captación del 02 y la espiración de C02  TRANSPORTE DE LOS GASES TRANSPORTE SANGUINEO DE OXIGENO El oxígeno es captado a nivel de los alveolos pulmonares, es transportado a través del torrente sanguíneo y liberado a nivel de los capilares tisulares. El transporte se realiza en dos formas: 1° Disuelto en plasma: en forma libre regido por la ley de la solubilidad de los gases en los líquidos (Ley de Henry). El O2 es poco soluble en agua. La cantidad que se trasporta es aproximadamente el 3 %. 2° Unido a la hemoglobina, como oxihemoglobina, de esta forma se transporta el 97 % de O2. Hb + O2 HbO2 Un gramo de Hb puede transportar 1.34 ml de O2. En condiciones normales solo transporta 1.31 ml de O2, por lo tanto, la saturación es de 97.4 %, no llegando a saturar 100 %.  TRANSPORTE DE CO2 El CO2 se forma continuamente el organismo, por lo que debe eliminarse continuamente por los pulmones. Se transporta en tres formas: 1° En forma de bicarbonato: lleva el 70 % de CO2. El CO2 de los tejidos pasa al plasma y de esta al hematíe, donde se combina con el agua, mediada por la anhidrasa carbónica, se transforma en ácido carbónico, elimina un H+ y se transforma en bicarbonato que sale al plasma y llega a los pulmones, donde se revierte la reacción química dejando libre el CO2 que se elimina al exterior. 2° En forma de carbamino: lleva el 23 % de CO2 CO2 + Hb HbCO3 3° Disuelto en plasma: lleva el 7 % de CO2.  TRANSPORTE DE CO2 En los pulmones el HCO3- (bicarbonato) entra al hematíe se combina con el H+ (hidrogenión) y se reconstruye en H2O y CO2, el agua ingresa al plasma y el CO2 al alveolo y de ésta al exterior. Los compuestos carbaminos son fácilmente disociables, el CO2 se libera por diferencia de presiones. Más o menos por cada 100 ml de sangre se transporta 4 ml de CO2 que se eliminan. 4. Actividades Para la siguiente semana: Realizar esquema de volúmenes y capacidades pulmonares. Realizar esquema de las Zonas de West. Realizar Cuadro Resumen del transporte de los gases. 93 5. Retroalimentación ¿Qué hemos aprendido? ¿Cómo podemos mejorar nuestro aprendizaje? ¿En qué ámbitos de nuestra vida diaria aplicamos lo aprendido? 94 ¡GRACIAS!