2 SR 2 Respiratorio

Vista previa del material en texto

FiSIOLOGIA RESPIRATORIA
Relaciones Flujo, Presión y resistencia
Ciclo Respiratorio
Gases 
Hemoglobina
relaCiones del Flujo aéreo, la presión
y la resistenCia
En otras palabras, el flujo aéreo (Q) es directamente proporcional a la diferencia de presión (∆P) entre la boca o la nariz y los alvéolos, e inversamente proporcional a la resistencia de las vías aéreas (R)
Resistencia de la vía aérea 
El flujo es inversamente proporcional a la resistencia (Q=∆P/R), que está determinada por la ley de Poiseuille. 
Por tanto,
Hay que tener en cuenta la relación poderosa que existe entre la resistencia (R) y el radio (r) de las vías aéreas a causa de una dependencia de la cuarta potencia del radio. 
Por ejemplo, si el radio de una vía aérea disminuye según un factor 2, la resistencia no aumenta al doble, sino que aumenta multiplicada por 24 (16 veces). Cuando la resistencia aumenta 16 veces, el flujo aéreo disminuye 16 veces, un efecto muy importante.
Los cambios en el diámetro/ radio de la vía aérea suponen el principal mecanismo de alteración de la resistencia y del flujo aéreo. 
La activación de las fibras del SNA provoca constricción o dilatación del músculo liso bronquial, lo que disminuye o aumenta el diámetro de la vía aérea de la siguiente forma: 
- La estimulación parasimpática causa constricción del músculo liso bronquial, disminuyendo el diámetro de la vía aérea y aumentando la resistencia al flujo aéreo. (Receptores muscarinicos (M3) de acetilcolina) 
- La estimulación simpática provoca la relajación del músculo liso bronquial a través de la estimulación de los receptores b2 (adrenalina). La relajación del músculo liso bronquial da lugar a un aumento del diámetro de la vía aérea y a una disminución de la resistencia al flujo
aéreo.
Ciclo respiratorio
El ciclo respiratorio se divide en fases: reposo (el período entre las respiraciones), inspiración y espiración.
Tres parámetros para describir el ciclo respiratorio: el volumen de aire que se mueve hacia dentro y hacia fuera de los pulmones, la presión intrapleural y la presión alveolar.
Reposo 
En reposo, no se mueve el aire hacia dentro o hacia fuera de los pulmones. 
La presión alveolar es igual a la presión atmosférica, y las presiones del pulmón siempre se refieren a la presión atmosférica, por lo que se dice que la presión alveolar es 0. No hay flujo aéreo en reposo porque no hay diferencia de presión entre la atmósfera (la boca o la nariz) y los alvéolos.
En reposo, la presión intrapleural es negativa, o aproximadamente –5cm H2O.
Inspiración
Durante la inspiración, el diafragma se contrae, haciendo que el volumen del tórax aumente. 
Durante la inspiración, la presión alveolar disminuye por debajo de la presión atmosférica (−1cm H2O). 
La presión intrapleural se vuelve incluso más negativa (-8 cm H2O) que en reposo, porque:
- Cuando el volumen del pulmón aumenta, la recuperación elástica de los pulmones también aumenta y estira con mayor fuerza contra el espacio intrapleural, y 
- Las presiones en la vía aérea y alveolar se vuelven negativas.
Espiración
Normalmente, la espiración es un proceso pasivo. 
La presión alveolar se vuelve positiva (más alta que la presión atmosférica) porque las fuerzas elásticas de los pulmones comprimen el mayor volumen de aire en los alvéolos.
El volumen espirado es el volumen corriente. 
Al final de la espiración, todos los volúmenes y las presiones regresan a sus valores en reposo y el sistema está preparado para iniciar el siguiente ciclo respiratorio
		Inspiracion	Reposo 	Espiracion 
	Volumen	500 ml entra	--	500 ml sale 
	Presion intrapleural	- 8 cm H2O	- 4 cm H2O	- 5 cm H2O
	Presion alveolar	Menor a la PA (1 atm)	Igual a la PA	Mayor a 1 atm
Intercambio de gases
Se refiere a la difusión de O2 y de CO2 en los pulmones y en los tejidos periféricos. 
El O2 se transfiere desde el gas alveolar al interior de la sangre capilar pulmonar y, finalmente, se libera a los tejidos, donde se difunde a partir de la sangre capilar sistémica hasta el interior de las células. 
El CO2 se libera desde los tejidos a la sangre venosa, a la sangre capilar pulmonar y se transfiere al gas alveolar para ser espirado
Formas de los gases en soluCión
En el aire alveolar, existe una forma de gas, que se expresa como una presión parcial. Sin embargo, en las soluciones como la sangre, los gases se transportan de otras formas. 
En solución, el gas puede estar disuelto, unido a las proteínas o químicamente modificado. 
Gas unido: El O2, el CO2 y el monóxido de carbono (CO) están unidos a las proteínas en la sangre. El O2 y el CO se unen a la hemoglobina en el interior de los hematíes y así se transportan. El CO2 se une a la hemoglobina en los hematíes y a las proteínas plasmáticas.
Gas químicamente modificado: El ejemplo más importante de un gas químicamente modificado es la conversión de CO2 en bicarbonato (HCO3−) en los hematíes por la acción de la anhidrasa carbónica. De hecho, la mayor parte del CO2 es transportada en la sangre en forma de HCO3-, en lugar de en forma de CO2 disuelto o como CO2 unido.
Gas disuelto: En la solución, sólo las moléculas del gas disuelto contribuyen a la presión parcial. En otras palabras, el gas unido y el gas químicamente modificado no contribuyen a la presión parcial.
Visión global. transporte de gases
en los pulmones
Transporte de oxígeno en la sangre
FORMAS DE O2 EN LA SANGRE
El O2 es transportado en dos formas en la sangre: disuelto y unido a la hemoglobina. 
El O2 disuelto por sí solo es inadecuado para satisfacer las demandas metabólicas de los tejidos; por tanto, se necesita una segunda forma de O2 combinado con la hemoglobina.
O2 disuelto
El O2 disuelto está libre en solución y corresponde aproximadamente al 2% del contenido total de O2 de la sangre.
El O2 disuelto es la única forma de O2 que da lugar a una presión parcial, lo cual, a su vez, impulsa la difusión del O2.
Ley de Henry: la concentración del O2 disuelto es proporcional a la presión parcial de O2; la constante de proporcionalidad es simplemente la solubilidad del O2 en la sangre, 0,003ml O2 /100ml de sangre/mmHg. 
Para una PaO2 normal de 100mmHg, la concentración de O2 disuelto es 0,3ml O2/100ml (100mmHg×0,003ml O2 /100ml de sangre/mmHg)
En una persona en reposo, el consumo de O2 es de unos 250ml O2/min. 
Si la liberación de O2 en los tejidos se basara estrictamente en el componente disuelto, entonces se liberarían 15ml O2/min a los tejidos:
Liberación de O2
gasto cardíaco × concentración de disuelto
 5L/min × 0,3ml O2 /100ml: 15ml O2 /min
Esta cantidad es claramente insuficiente para satisfacer la demanda de 250ml O2/min. Se necesita un mecanismo adicional para transportar grandes cantidades de O2 en la sangre y éste es el O2 unido a la hemoglobina
O2 unido a la hemoglobina
El restante 98% del contenido total de O2 de la sangre está unido de forma reversible con la hemoglobina en el interior de los hematíes.
La hemoglobina es una proteína globular que consta de cuatro subunidades que contienen una mitad hemo (que es una porfirina unida al hierro) y una cadena polipeptídica designada a o b.
La hemoglobina adulta (hemoglobina A) se denomina α2 β2; dos de las subunidades tienen cadenas α y dos tienen cadenas β. 
Cada subunidad se puede unir a una molécula de O2, hasta un total de 4 moléculas de O2 por molécula de hemoglobina. 
Cuando la hemoglobina está oxigenada, se denomina oxihemoglobina y cuando está desoxigenada, desoxihemoglobina o carboxihemoglobina. 
Para que las subunidades se unan al O2, el hierro en la mitad hemo debe estar en estado ferroso (es decir, Fe2+).
Existen diversas variantes de la molécula de hemoglobina:
- Metahemoglobina (met-Hb)
Si el componente de hierro de las mitades hemo está en estado férrico o Fe3+ (en lugar del estado normal Fe 2+), se denomina metahemoglobina.
La metahemoglobina no se une al O2
La metahemoglobinemia tiene diversos orígenes, incluida la oxidación de Fe2+, aFe3+ por nitritos y sulfonamidas.
Existe también una variante congénita de la enfermedad en la que aparece una deficiencia de metahemoglobina reductasa, una enzima de los hematíes que normalmente mantiene el hierro en su estado reducido.
Hemoglobina fetal (hemoglobina F, HbF). 
En la hemoglobina fetal, las dos cadenas β están sustituidas por cadenas γ, que se denominan α2 γ2. 
La consecuencia fisiológica de esta modificación es que la hemoglobina F tiene una mayor afinidad por el O2 que la A, lo cual facilita el movimiento de O2 desde la madre hacia el feto. 
La hemoglobina F es una variante normal presente en el feto y que se sustituye por hemoglobina A durante el primer año de vida.
Hemoglobina S. 
La hemoglobina S es una variante anormal de hemoglobina que causa la enfermedad de células falciformes o drepanocitosis. 
En la hemoglobina S, las subunidades a son normales, pero las subunidades b son anormales y reciben la designación de αA2βS2
En su forma desoxigenada, la hemoglobina S forma bastones en forma de hoz en los hematíes, distorsionando su forma (es decir, forma falciforme). 
Esta deformación de los hematíes puede dar lugar a oclusión de los pequeños vasos sanguíneos. La afinidad del O2 por la hemoglobina es menor que la afinidad del O2 por la hemoglobina A
Hemoglobina: cambios conformacionales 
La hemoglobina puede adoptar dos conformaciones, denominadas T (tensa) y R (relajada). La desoxihemoglobina se encuentra en el estado T, y la unión del oxígeno provoca la transición al estado R. 
En el estado desoxigenado (T), el átomo de hierro no es coplanar con el resto del grupo hemo debido a su asociación con la cadena lateral de una histidina. 
La unión del oxígeno desplaza el átomo de hierro de modo que queda coplanar con el resto del grupo hemo, lo que a su vez arrastra la histidina, produciendo un cambio conformacional de mayor escala que afecta a toda la proteína
Los cambios conformacionales de la Hb conducen a cambios en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.
El 2,3-BPG estabiliza el estado T uniéndose a algunas cadenas laterales de las subunidades beta.
Afinidad y cooperatividad
La transición de T a R requiere que al menos dos de las cuatro subunidades de la hemoglobina tengan oxígeno unido. 
Dado que en el estado T la hemoglobina tiene una afinidad baja por el oxígeno, el cambio conformacional sólo puede darse bajo concentraciones relativamente altas de oxígeno (como las existentes en los capilares pulmonares).
En el estado R la hemoglobina une el oxígeno con afinidad muy superior, lo que hace que las subunidades que aún no lo habían hecho unan el oxígeno con rapidez. Este principio se ilustra en la animación central.
Transporte y cesión del oxígeno
Los glóbulos rojos cargados de oxígeno en los pulmones deben circular por todo el organismo para proporcionar ese oxígeno a los tejidos y que puedan desarrollarse los procesos metabólicos. La capacidad de la hemoglobina para ceder el oxígeno a los tejidos que lo demandan depende de varias moléculas:
Los protones son efectores alostéricos importantes para la hemoglobina. En un pH relativamente bajo (como el presente en el tejido muscular en respiración), la hemoglobina tiene menor afinidad por el oxígeno que a mayor pH (como el existente en el tejido pulmonar).
Otro regulador alostérico de la transición entre T y R es el 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG). Como se muestra en la animación, esta molécula puede unirse al bolsillo central de la hemoglobina cuando esta está en el estado T. La unión del 2,3-BPG depende de una roseta de cadenas laterales de residuos aminoácidos de ambas subunidades beta. De este modo, el 2,3-BPG estabiliza el estado T y disminuye así la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. La elevación de la concentración de 2,3-BPG es un mecanismo regulador que permite aumentar el suministro de oxígeno a los tejidos cuando escasea el oxígeno.
capacidad de unión con el O2 
Es la cantidad máxima de O2 que se puede unir a la hemoglobina por volumen de sangre, suponiendo que la hemoglobina esté saturada al 100% (es decir, los 4 grupos hemo de cada molécula de hemoglobina están unidos a O2). 
Un gramo de hemoglobina A se puede unir con 1,34ml de O2 y que la concentración normal de hemoglobina A en sangre es 15g/100ml. 
La capacidad de unión del O2 en la sangre es por tanto 20,1ml O2 /100ml de sangre (15g/100ml×1,34ml O2 /g de hemoglobina=20,1ml de O2 /100ml de sangre). 
liberaCión de o2 a los tejidos
La cantidad de O2 liberado a los tejidos está determinada por el flujo sanguíneo y por el contenido en O2 de la sangre.
En términos de todo el organismo, se considera que el flujo sanguíneo es el gasto cardíaco. 
CurVa de disoCiaCión de o2-hemoglobina
Cambios en la CurVa de disoCiaCión de
o2-hemoglobina
La curva de asociación de O2-hemoglobina puede desplazarse a la derecha o a la izquierda. Estos desplazamientos reflejan cambios en la afinidad de la
hemoglobina por el O2 y originan cambios en la P50.
Desviaciones hacia la derecha 
Cuando la afinidad de la Hb por el O2 disminuye 
La P50 aumenta y se facilita la descarga de O2 en los tejidos 
- aumento de la PCO2 o disminución del pH (efecto Bohr) 
- aumento de la temperatura (ej. Ejercicio) 
- aumento de 2,3 – DPG (Ácido 2,3-bisfosfoglicérico): mediante la unión a las cadenas beta de la deoxihb. 
Desviaciones hacia la izquierda 
Cuando la afinidad de la Hb por el O2 aumenta
La P50 disminuye, la descarga de O2 de la sangre arterial a los tejidos es mas difícil 
- disminución de PCO2 
- aumento del pH 
- descenso de temperatura y 
- disminución de 2,3 – DPG
- Hemoglobina Fetal 
- intoxicación por monóxido de carbono 
Hipoxemia e hipoxia 
Hipoxemia: disminución de la PO2 arterial 
Hipoxia: disminución de suministro de O2 a los tejidos. 
 - suministro de O2: gasto cardiaco x contenido de O2 en sangre 
eritropoyetina
Es un factor de crecimiento sintetizado por los riñones en respuesta a hipoxia 
Transporte de co2 
El CO2 se produce en los tejidos y se transporta a los pulmones en la sangre venosa en tres formas: 
- CO2 disuelto 
- carbaminohemoglobina 
- HCO 3- procedente de la hidratación del CO2 en los eritrocitos (90%)
Circulación pulmonar
Distribucion del flujo sanguíneo pulmonar 
En una persona en bipedestación; el flujo se distribuye de forma irregular por la gravedad. 
 zona 1: flujo sanguíneo minimo 
Zona 2: flujo sanguíneo medio 
Zona 3: flujo sanguíneo alto
En los pulmones la hipoxia genera vasoconstricción