Fisiología del Aparato Respiratorio PDF

FISIOLOGIABYVALEN FISIOLOGIA DEL APARATO RESPIRATORIO La respiración es la serie de procesos involucrados en el trasporte de O2 desde la atmosfera hasta el alveolo (inspiración) y de CO2 en sentido contrario (espiración) En este me...

FISIOLOGIABYVALEN FISIOLOGIA DEL APARATO RESPIRATORIO La respiración es la serie de procesos involucrados en el trasporte de O2 desde la atmosfera hasta el alveolo (inspiración) y de CO2 en sentido contrario (espiración) En este mecanismo participa el sistema circulatorio que trasporta los gases y el sistema respiratorio para la hematosis y la conducción de gases Funciones NO respiratorias de la via aérea: - Procesamiento del aire inspirado: calentamiento, humidificación y filtrado - Fonación - Aumentar niveles de Angiotensina 2 ANATOMIA VIA AÉREA Superior Inferior  Cavidad nasal  Tráquea  Rinofaringe  Bronquiolos  Laringe  Alvéolos Irrigación pulmonar (es un órgano de doble irrigación)  Circulación funcional dada por las ramas de la arteria pulmonar (lleva CO2) la cual proviene del VD. Se divide en izquierda y derecha (una para cada pulmón) y seguirá la bifurcación bronquial hasta capilarizarse a nivel alveolar. Luego, el O2 vuelve al corazón por las venas pulmonares (AI)  Circulación nutricia dada por las ramas de las arterias bronquiales que le lleva O2 para irrigar el parénquima Recordar que estas circulaciones se juntan, ya que las arterias bronquiales se unen a las venas pulmonares (cortocircuito) HISTOLOGIA DE LA VIA AÉREA El parénquima pulmonar está formado por 1. CÉLULAS (dos tipos de células principales):  NEUMOCITOS TIPO 1: células epiteliales que tapizan la pared alveolar formando parte de la barrera hematogaseosa  NEUMOCITOS TIPO 2: células epiteliales especializadas que sintetizan el surfactante Además hay otras células como los macrófagos 2. FIBRAS colágenas y elásticas que otorgan al pulmón la capacidad de ser elástico y distensible Fisiología by Valen Lorente 1  1. Física de los gases fuerza Presión de los gases: presión que ejerce un gas sobre el recipiente que lo contiene. Unidad: atm o mmHg fuerza Presión atmosférica: presión que el peso del aire de la atmósfera sobre los objetos que se encuentran en la superficie de la tierra. A nivel del mar esa presión es 760 mmHg Ese valor surge de la suma de las presiones parciales de los gases que lo componen (Nitrógeno, Oxígeno y Dióxido de carbono) P total o barométrica = PN2 + PO2 + PCO2 760 = 600.6 + 159.1 + 0.3 LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES DE DALTON Para calcular la presión parcial de cada gas, necesitamos el % de gas en mezcla:  O2 = 20,93% Valores que debemos dividir por 100 para que nos de la fracción  CO2 = 0.04% molar de cada gas  N2 = 79.03% Presión parcial (Pp) = Presión barométrica x Fracción del gas Pp02 = 760 x 0.2093 = 159.1 mmHg PpCO2 = 760 x 0.0004 = 0.3 mmHg PpN2 = 760 x 0.7903 = 600.6 mmHg Las vias respiratorias están cubiertas de agua que a una determinada temperatura pasan a estado gaseoso y generan vapor de agua, un gas que estará presente en la via aérea A 37°C esa presión de vapor de agua es de 47 mmHg y generará una “dilución” de las Pp de los gases de la atmosfera, lo que nos lleva a calcular la presión inspirada de los gases Ahora… estos valores de presión inspirada van variando a lo largo de la - PO2 alveolar: 100 mmHg via aérea y la via circulatoria ya que los gases van difundiendo a - PO2 capilar: 100 mmHg distintos sitios - PO2 venas: 40 mmHg - PO2 arteriolar: 100 mmHg Fisiología by Valen Lorente 2 Hay que recalcar que estos valores son los que tenemos en la atmosfera al nivel del mar, y si yo me muevo del nivel del mar (ya sea por encima o por debajo) los valores van a cambiar POR ENCIMA DEL NIVEL DEL MAR Las presiones atmosféricas DISMINUYEN, por lo tanto la cantidad de gas que respiramos también. A esta hipoxia (↓ Presión oxígeno inspirada) nuestro organismo se puede ADAPTAR ya que a nivel renal hay quimiorreceptores que captan esa disminución del oxígeno en sangre y liberan la eritropoyetina células intercalares que están en el intersticio del riñón ERITROPOYETINA Es una hormona que tiene receptores en la médula ósea que aumenta la síntesis de glóbulos rojos generando una POLICITEMIA fisiológica que busca aumentar el transporte de O2 ¿Cómo estaría la ERS de una persona que vive en Bolivia comparada con una persona que vive en Argentina? POR DEBAJO DEL NIVEL DEL MAR Las presiones atmosféricas AUMENTAN, esto puede generar la enfermedad de los buzos o por descompresión: donde el nitrógeno disuelto en la sangre y los tejidos debido a la alta presión, forma burbujas y cuando subimos rápido hacia la superficie nuevamente va a la sangre y tejidos fuerza que ejerce el co2 sobre la superficie del alveolo fuerza que ejerce oxigeno sobre la superficie del alveolo Inversamente Fisiología by Valen Lorente 3  2. Ciclo respiratorio Conjunto de procesos que se ponen en marcha para permitir la inspiración y espiración del aire atmosférico. Comienza cuando las presiones atmosféricas e intraalveolares están en equilibrio Al igual que como vimos con la sangre, el flujo de aire va a estar determinado por una diferencia de presiones:  INSPIRACIÓN: La presión intraalveolar disminuye, generando un gradiente de presión a favor del alvéolo (el aire entra)  ESPIRACIÓN: La presión intraalveolar aumenta, generando un gradiente de presión a favor de la atmósfera (el aire sale) Ahora… ¿Qué hace que la presión del alveolo aumente o disminuya para generar este gradiente de presión? LEY DE BOYLE Establece que a una temperatura constante la presión que ejerce un gas es inversamente proporcional al volumen donde está contenida  Durante la INSPIRACIÓN la contracción del diafragma genera que aumente el volumen de la caja torácica (ya que el diafragma desciende) por lo tanto la presión intraalveolar disminuye  Durante la ESPIRACIÓN el diafragma se relaja y disminuye el volumen de la caja torácica (ya que el diafragma asciende) por lo tanto la presión intraalveolar aumenta Si bien hay músculos espiratorios (M. intercostales internos, músculos abdominales), la inspiración es un proceso activo porque depende de la contracción del diafragma y la espiración es un proceso pasivo porque depende de la relajación del diafragma Fisiología by Valen Lorente 4  volumen corriente (VC), también conocido como volumen tidal, es la cantidad de aire que se inhala o exhala durante una respiración normal y tranquila. VENTILACIÓN PULMONAR VENTILACIÓN ALVEOLAR Definido como el volumen de aire que entra y Definido como el volumen que entra o sale de sale de los pulmones en 1 minuto, a fin de los pulmones en 1 minuto y que efectivamente renovar el gas alveolar participa en el intercambio gaseoso Se calcula haciendo: Se calcula haciendo: 6000 ml o 6L /min 4500 ml o 4,5 L /min El espacio muerto es definido como ese aire que ingresó a la via aérea pero no participa del intercambio gaseoso ESPACIO MUERTO FISIOLÓGICO = ESPACIO MUERTO ANATÓMICO + ESPACIO MUERTO ALVEOLAR Aire contenido en VAS, no participan Aire contenido en alveolos del ápice del intercambio gaseoso por que no pulmonar, no tiene adecuado V/Q está histológicamente preparada para realizar hematosis 3. Difusión de los gases Definimos a la difusión como el flujo de moléculas de una sustancia en una dirección determinada siguiendo un gradiente de presión Hay muchas variables que influyen sobre qué tan rápido o lento puede difundir un gas:  PESO MOLECULAR LEY DE GRAHAM Si comparamos el O2 y el CO2 ¿Cuál tiene más peso molecular? el CO2 tiene más peso molecular  SOLUBILIDAD LEY DE HENRY La interpretación de esta fórmula nos lleva a decir que para aquellos gases que tengan baja la Ks (como el O2 por ejemplo, a diferencia del CO2 que tiene una Ks mayor) va a necesitar más presiones  CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA ALVEOLO – CAPILAR LEY DE FICK Fisiología by Valen Lorente 5 ∆P (diferencia de presión) Esa diferencia de presión es entre la presión del alveolo – presión del lado vascular venoso ¿Por qué el O2 necesita de  Para el O2 la ∆P es de 60 mmHg (100 mmHg – 40 mmHg) más ∆P que el CO2?  Para el CO2 la ∆P es de 6 mmHg (40 mmHg – 46 mmHg) A (área por donde difunde el gas) Es altísima, ya que tenemos 300 millones de alveolos. En situaciones donde los alveolos están destruidos como el enfisema pulmonar de pacientes con EPOC disminuirá la difusión de gases por el alveolo D (constante de difusión) Tiene en cuenta tanto la ley de Henry como la ley de Graham. No se modifica por patologías ya que solo depende de las características fisicoquímicas del gas y el líquido E (espesor de la membrana) La membrana alveolo capilar es MUY fina (e/ 1 u 0.5 um). En situaciones de edemas o fibrosis se encontrará engrosada, disminuyendo la capacidad de difusión de los gases 4. Surfactante Definido como tensioactivo alveolar sintetizado por los neumocitos tipo 2 que disminuye la tensión superficial que causaría el colapso de los alvéolos Es una propiedad coligativa del agua que fundamenta como las moléculas de H2O se tienden a juntar ¿Cómo hace el surfactante para disminuir esta fuerza? Por su naturaleza química fosfolipídica, coloca la cabeza polar entre las moléculas de agua LEY DE LAPLACE mientras mas pequeño sea el alveolo mayor será la tensión superficial , por ende mayor presión de colapso ¿Qué efecto tiene el surfactante sobre la Ley de Laplace? LEY DE HOOKE Distensibilidad = Volumen intraalveolar 5. Distensibilidad pulmonar Dif. Presión intrapleural Se lo define como la capacidad del pulmón de expandirse (diferente de la elasticidad que es la capacidad del pulmón de retraerse) y se mide como cambio de volumen por unidad de diferencia de presión intrapleural (o sea que cada vez que se haga un cambio de volumen en el alveolo se va a hacer un cambio de presión intrapleural) La presión intrapleural, también conocida como presión pleural, es la presión dentro del espacio pleural, que es el área entre las dos membranas (pleura visceral y pleura parietal) Fisiología by Valen Lorente que recubren los pulmones y la cavidad torácica. Esta presión es crucial para el proceso de respiración y normalmente es negativa en relación con la presión atmosférica. 6  Cuando la distensibilidad está disminuida quiere decir que Cuando hablamos de “presión” nos se requerirá mayor presiones para meter volumen a ese referimos a la DIFERENCIA DE PRESIÓN alveolo INTRAPLEURAL la cual se calcula haciendo:  Cuando la distensibilidad esta aumentada quiere decir que PRESIÓN IP – PRESIÓN ATMOSFÉRICA la diferencia de presiones intrapleurales será menor y el mayor será el volumen que le puedo meter a ese alveolo ¿De qué depende que la distensibilidad aumente o disminuya? Del SURFACTANTE, cuanto más surfactante más distensibilidad ya que baja la tensión superficial de los alveolos En este dibujo vemos en el eje de las x el volumen alveolar y en el eje de las y la presión intrapleural, es decir, la distensibilidad ¿Por qué cambia la distensibilidad en la inspiración y en la espiración? Porque el surfactante se comporta distinto en los dos tiempos respiratorios (HISTÉRESIS) En la inspiración metemos el aire tan rápido que aumentamos la superficie alveolar más rápido de lo que el surfactante puede añadirse a la capa líquida entonces la tensión superficial es más alta, entonces la distensibilidad es más baja (voy a necesitar más presión para meter aire a ese alveolo) En la espiración la superficie alveolar disminuye más rápido y colabora a que el surfactante tenga mejor distribución con respecto a las moléculas de agua, por lo que la distensibilidad aumenta 6. Diferencia entre la perfusión y ventilación en los distintos segmentos del pulmón PERFUSIÓN La perfusión en la base es mayor, intermedia en la zona ½ y menor en la zona del ápice Esto se debe a que la sangre entra por la arteria pulmonar por el hilio del pulmón que se encuentra en la zona del medio con la presión que sale del VD (20 cmH20 aprox) y ahí se encuentra con una fuerza llamada presión hidrostática, la cual es generada por la columna de líquido que está por encima del corazón Esa presión hidrostática hará dos cosas: - Favorecerá la caída de sangre hacia la zona de la base - Se opone a la subida de sangre a la región del ápice VENTILACIÓN Los alveolos del ápice están llenos de aire y tienen mucha P. intraalveolar por lo tanto baja distensibilidad, aun que van a tener muy baja ventilación Los alveolos de la base tienen mucha distensibilidad y tienen menos P. intraalveolar por su alta distensibilidad, aun que van a tener alta ventilación Fisiología by Valen Lorente 7 ÍNDICE V/Q Es una herramienta matemática que nos habla de cómo es el intercambio gaseoso en el alveolo Para que el intercambio gaseoso sea bueno debe haber una adecuada ventilación y una adecuada perfusión, por lo que el índice v/q debería darnos igual a 1 (o sea, hay un equilibrio entre la cantidad de aire y sangre de ese alveolo)  En los alveolos de la base sabemos que están muy perfundidos y también muy ventilados, pero la cantidad de sangre supera al aire (V/Q < 1). Además, el flujo sanguíneo está tan aumentado que el intercambio gaseoso no llega a ser óptimo haciendo que la sangre no se llegue a oxigenar bien generando un cortocircuito o shunt  En los alvéolos del ápice están poco perfundidos y mal ventilados aunque llenos de aire (V/Q > 1). Gracias a que este aire no puede participar del intercambio, los alveolos del ápice formaran parte del espacio muerto alveolar que, como ya vimos, junto con el espacio muerto anatómico forman el espacio muerto fisiológico GRÁFICO RELACIÓN V/Q Flujo sanguíneo Como se ve en el gráfico hay más sangre en la base que en el vértice Ventilación Recordemos que NO es lo mismo que la perfusión. La ventilación depende de la distensibilidad, cuanto ↑ sea la distensibilidad entonces ↑ será la ventilación. Por eso en el gráfico vemos que en la base hay más aire, xq tiene mayor capacidad para distenderse en la inspiración V/Q Vemos que en la base es 1 Fisiología by Valen Lorente 8  7. Regulación de la respiración La actividad respiratoria puede ser controlada de dos formas  VOLUNTARIA  INVOLUNTARIA Con respecto a la regulación involuntaria vamos a recalcar lo siguiente de los centros respiratorios: ¿Cuáles son y dónde están? Están en el tronco del encéfalo y son 3 principales: Centro neumotáxico (protuberancia) Grupo respiratorio dorsal Grupo respiratorio ventral que se subdivide en 3 partes: - Rostral - Intermedio (donde está el núcleo prebotzinger) - Caudal ¿Qué hacen? El núcleo prebotzinger establece la frecuencia respiratoria de forma automática El resto de los centros mencionados ajustan la frecuencia respiratoria para adaptarse a las demandas metabólicas de cada momento ya que reciben aferencias de los quimiorreceptores ¿Cómo lo hacen? Son sustancias grises que contienen somas de neuronas cuyos axones inervaran a los músculos respiratorios para aumentar o disminuir la frecuencia respiratoria ¿De qué depende que ↑ o ↓ la frecuencia respiratoria? De la información que llegue a través de las AFERENCIAS, para eso debemos recordar que Todo arco reflejo se compone de: RECEPTOR  AFERENCIAS  CENTRO SUPERIOR  EFERENCIAS  EFECTOR Centros ya Músculos inspiratorios Hacemos referencia a los Simpáticas y mencionados del (sobre todo lo que es quimiorreceptores los cuales se parasimpáticas bulbo raquídeo eferencias del grupo clasifican según su localización en respiratorio dorsal) y - Centrales: localizados en el SNC, músculos espiratorios captan el cambio de [H+] del Nota  Además de los (sobre todo lo que es el líquido cefalo raquídeo quimiorreceptores el centro grupo respiratorio - Periféricos: se encuentra en respiratorio recibe eferencias de los ventral) vasos sanguíneos, captan el receptores de la via propioceptiva de cambio de PpO2 de la sangre los músculos y articulaciones Fisiología by Valen Lorente 9 Vamos a desarrollar un poco más cómo funcionan estos receptores y cuál sería la respuesta final del aparato respiratorio: EJEMPLOS Esa información captada El CO2 atraviesa la barrera por los quimiorreceptores hematoencefálica en el LCR está la ↑ PpCO2 centrales es enviada al enzima anhidrasa carbónica que a centro respiratorio, el cual partir de CO2 aumenta los niveles como respuesta aumentará de H+ la contracción de los músculos inspiratorios y espiratorios ↑ FR objetivo: bajar el CO2 Esa información es enviada al centro respiratorio, el cual Los quimiorreceptores periféricos como respuesta aumentará ↓ PpO2 localizados en los vasos sanguíneos la contracción de los captan esto en la SANGRE músculos inspiratorios y espiratorios ↑ FR Mencionamos como receptores que envían aferencias a los quimiorreceptores y a los mecanorreceptores de la via propioceptiva. Vamos a sumar a la lista a los mecanorreceptores de la via aérea. Participan en algo llamado “Reflejo de Hering – Breuer” que básicamente se da cuando hay un esfuerzo respiratorio muy grande, los bronquios y bronquiolos se estiran de forma tal que activa estos barorreceptores que INHIBIRAN al centro respiratorio inhibiendo la respiración por unos segundos Ejemplo en la clase APNEA Fisiología by Valen Lorente 10  8. Trasporte de gases en sangre OXÍGENO Se transporta por dos vias: ¿Por qué la saturación de hemoglobina de - Disuelto en el plasma (3%) un saturómetro nunca nos da 100%? presencia de metahemoglobina - Unido a la hemoglobina de los GR para formar el hierro en lugar de estar en estado oxihemoglobina (97%) ferroso está en estado férrico (no transporta oxigeno) Curva de saturación de la hemoglobina Este gráfico que contiene en el eje de las X la presión de O2 (mmHg) y en el eje de las Y la saturación de O2 (%) nos permite analizar varias cosas: 1. Tiene una forma sigmoidea debido a que la hemoglobina es una proteína alostérica, es decir, hay sustancias que cuando se unen a ella pueden aumentar o disminuir la afinidad de la Hb por el oxígeno  Modulador alostérico positivo: OXÍGENO (esto se evidencia en el gráfico ya que vemos como a medida que ↑ la PpO2 va aumentando la saturación de Hb, algo conocido como “efecto cooperativo”)  Modulador alostérico negativo: 2,3 BIFOSFOGLICERATO (sustancia derivada de la glucólisis) ↑ afinidad (desplazarán ↓ afinidad (desplazarán Otros factores que afectan la afinidad de la Hb curva a la izquierda) curva a la derecha) por el O2. Ejemplo en clase: P50: PpO2 necesaria para saturar el 50% de las Hb. ¿Qué relación tiene con la afinidad por la hemoglobina por el O2? “Efecto Bohr”: Efecto que tiene el ↑ CO2 sobre la afinidad de la Hb por el oxígeno (↓) que se da a nivel de los tejidos “Efecto Haldane”: Efecto que tiene el ↑ O2 sobre la afinidad de la Hb por el dióxido de carbono (↓) que se da a nivel alveolar 2. A los 100 mmHg de PpO2 (presión alveolar de oxígeno) vemos que la sangre va a estar saturada casi al 100%, en cambio, a unos 60 mmHg de PpO2 (presión O2 de tejidos) vemos que la saturación de la Hb es del 75% aprox  quiere decir que en los tejidos descarga el 25% de lo que lleva En condiciones fisiológicas, si yo mido la saturación de oxigeno con Fisiología by Valen Lorente un saturómetro cuando alguien hace ejercicio… ¿Se alteraría? 11  DIÓXIDO DE CARBONO Puede ir en el plasma (11%) o en el eritrocito (89%) - Disuelto (6%) - Disuelto (4%) - En forma de HCO3- (5%) - En forma de HCO3 (64%) - Unido a proteínas del plasma (1%) - Unido a Hb (21%) ¿Cómo se llama la enzima que permite que el CO2 se transforme en HCO3-? 9. Determinantes del flujo de la via aérea La resistencia al aire en la via aérea depende de: 1. El tipo de flujo: si es laminar, turbulento o transicional 2. Radio de la via aérea Va a ser regulado por el sistema nervioso autónomo que inerva al músculo liso de la via aérea: SIMPÁTICO PARASIMPÁTICO La noradrenalina tiene receptores La acetilcolina tiene receptores de tipo B2 (acoplado a Gs) por lo de tipo M3 (acoplado a Gq) por que promueve la broncodilatación lo que promueve la broncoconstricción En los pacientes con asma donde hay una broncoconstricción de la via aérea se utilizan dos medicamentos principales: agonista SALBUTAMOL  ___________________ los receptores de noradrenalina antagonista BROMURO DE IPRATROPIO  ____________________ los receptores de acetilcolina 10. Espirometría Definición  Es un estudio del volumen y ritmo del flujo de aire en los pulmones, y sirve para evaluar la función pulmonar Va a permitir calcular volúmenes y si sumamos estos volúmenes calcular capacidades, para después realizar gráficos que nos reflejen el estado del pulmón del paciente Fisiología by Valen Lorente 12 Volumen de reserva inspiratoria Volumen corriente – máximo volumen que puedo inspirar forzadamente Volumen de reserva espiratoria Volumen corriente – máximo Volumen volumen que puedo espirar corriente forzadamente Capacidad residual funcional Volumen residual + volumen de reserva espiratoria Capacidad inspiratoria Volumen corriente + volumen de reserva espiratoria Capacidad vital forzada Volumen corriente + volumen reserva espiratoria + volumen de reserva inspiratoria Volumen residual (NO se calcula con la espirometría) ¿Qué puedo calcular con estos resultados que me da la espirometría? 1. La relación VEF1/CVF x 100 (volumen de espiración forzada en el primer segundo dividido por capacidad vital forzada multiplicada por 100) Lo normal es que sea > 80% En enfermedades pulmonares obstructivas (ejemplo: EPOC, ASMA) hay un aumento de la resistencia al flujo aéreo por consecuencia de una obstrucción por lo que a esas personas les cuesta SACAR el aire y no tanto INSPIRAR (ya que el parénquima pulmonar ancla la via respiratoria, y cuando se inspira la via aérea se abre aumenta el radio de las vias, pero durante la espiración el calibre del bronquio disminuye y como encima tiene una leve obstrucción cuesta sacar el aire) por lo que VEF1/CVF es < 80% ya que tarda más de un segundo en sacar el aire que metió En enfermedades pulmonares restrictivas (ejemplo: NEUMOCONIOSIS) hay una enfermedad en el intersticio del pulmón haciendo que no sea dificultoso tanto sacar como meter el aire. Esto hará que VEF1/CVF sea > 80 %, es decir, normal aunque sabemos que los valores estarán disminuidos Fisiología by Valen Lorente 13 2. Curva o asa flujo – volumen En la enfermedad obstructiva vemos como la inspiración es morfológicamente igual pero que la espiración es costosa En la enfermedad restrictiva vemos que la morfología del gráfico es igual pero más pequeña 3. Gráfico volumen – tiempo En la enfermedad obstructiva evaluamos como el En la enfermedad restrictiva vemos que la curva es paciente tarda más tiempo en sacar el aire morfológicamente igual pero como el paciente inspira menos aire es una curva más pequeña Fisiología by Valen Lorente 14