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FISIOLOGÍA RESPIRATORIA Dr. Jorge Luis Molinas Cátedra de Fisiología Universidad Nacional de Rosario 2022 Pulmón como bomba de baja presión Volúmenes – Capacidades – Espirometría Dr. Jorge Luis Molinas Cátedra de Fisiología Universidad Nacional de Rosario 2022 El sistema respiratorio: • Intercambia gases que intervienen en el metabolismo con gases del aire atmosférico. Estos gases son el O2 y el CO2. El primero es empleado en los procesos metabólicos y debe ser tomado de la atmósfera mientras que el segundo es un deshecho del metabolismo y debe ser eliminado. •Cumple funciones en Inmunidad como mecanismo de defensa. •Participa en la producción e inactivación de hormonas. INTRODUCCIÓN Musculos: Inspiratorios: Diafragma, intercostales externos y accesorios (esternocleidomastoideo, escalenos y pectorales menores). Espiratorios: Intercostales internos y abdominales. En maniobras forzadas. P. Atmosférica o peritorácica P. pleural P. alveolar PTP=Palv-Ppl PTT=Ppl-Ppt PTTP=Palv-Ppt Ppt=0 cmH2O VT (Volumen Corriente): Volumen de aire que ingresa o egresa en un ciclo respiratorio VRI (Volumen de Reserva Inspiratorio): Volumen de aire que puede ingresar al pulmón luego de haber inspirado el volumen corriente. VRE (Volumen de Reserva Espiratorio): Volumen de aire que puede egresar del pulmón luego de terminar de espirar el volumen corriente. VR (Volumen Residual): Volumen de aire que no puede ser expulsado del pulmón luego de una espiración forzada. CV (Capacidad Vital): Total de aire que puede ser espirado luego de una inspiración máxima. FR (Frecuencia Respiratoria): Cantidad de respiraciones por minuto. Pruebas funcionales respiratorias Son técnicas de evaluación de la función respiratoria. La más utilizada es la Espirometría, encargada de medir volúmenes, capacidades y flujos pulmonares. Se realiza con un aparato denominado espirómetro, el cual registra cambios de volumen en función del tiempo mediante un transductor que detecta volumen, presión o movimiento para transformarlo en energía eléctrica capaz de ser procesada por una computadora. No solamente es capaz de medir los distintos volúmenes pulmonares y la velocidad con que se mueven sino que además realiza una curva Flujo Volumen de la maniobra realizada. ESPIRÓMETROS DE AGUA O DE CAMPANA: Fueron los primeros aparatos que se utilizaron, y aún se emplean en laboratorios de función pulmonar. Se trata básicamente de un circuito de aire que empuja una campana móvil, que transmite su movimiento a una guía que registra el mismo en un papel continuo. La campana va sellada en un depósito de agua. Es poco utilizado en atención primaria por su tamaño y poca practicidad. a) Boquilla. b) Tubo del espirómetro. c) Campana. d) Cilindro de doble pared. e) Agua para sellar la campana. ESPIRÓMETROS SECOS Neumotacómetros: Se trata de aparatos que incorporan en la boquilla una resistencia que hace que la presión antes y después de la misma sea diferente. Esta diferencia de presiones es analizada por un microprocesador, que a partir de ella genera una curva de flujo – volumen y/o de volumen – tiempo. ESPIRÓMETROS SECOS Espirómetros de turbina: Incorporan en la boquilla del aparato una pequeña hélice, cuyo movimiento es detectado por un sensor de infrarrojos Variables más utilizadas en espirometría: CVF (Capacidad Vital Forzada): Total de aire que puede ser espirado luego de una inspiración máxima a través de una maniobra forzada. CVpred (Capacidad Vital Predictiva): Capacidad Vital esperada según edad, sexo y talla. Se basa en promedios realizados a la población general sana. %CVpred (Porcentaje de la capacidad vital predictiva): Relación entre la Capacidad Vital del individuo y el valor predictivo esperable para su edad, sexo y talla: %Cvpred = (CVF/ CVFpred)x100. Permite realizar comparaciones entre individuos sin que las variables edad, sexo y talla interfieran en las diferencias encontradas. Es esperable un valor mayor al 80%. Variables más utilizadas en espirometría: VEF1 (Volumen espiratorio forzado al primer segundo): Volumen de aire espirado en el primer segundo de una espiración forzada. Es una medida de flujo, su disminución indica una resistencia aumentada en la vía aérea. VEF1pred (Volumen espiratorio forzado al primer segundo predictivo): Volumen espiratorio forzado al primer segundo esperado según edad, sexo y talla. Se basa en promedios realizados a la población general sana. % VEF1pred (Porcentaje del VEF1 predictivo): Relación entre el VEF1 del paciente y el VEF1pred esperable para su edad, sexo y talla: %VEF1pred = (VEF1 / VEF1pred)x100. Permite realizar comparaciones entre individuos sin que las variables edad, sexo y talla interfieran en las diferencias encontradas. Es esperable un valor mayor al 80%. Gráficas más utilizadas en espirometría: 1 CVF = 3,7 litros VEF1 = 2,9 litros Variables más utilizadas en espirometría: TIFF (Indice de Tiffenau): Es la relación entre el VEF1 y la CVF: (VEF1/CVF)x100. Indica que porcentaje de la CVF fue espirado en el primer segundo. Normalmente debe ser mayor al 75% y valores menores indican un incremento importante de la resistencia de la vía aérea (obstrucción bronquial). Variables más utilizadas en espirometría: 1 CVF = 3,7 litros VEF1 = 2,9 litros TIFF: ( 2,9 litros / 3,7 litros ) x 100 = 78,4% Gráficas más utilizadas en espirometría: 1 CURVA FLUJO VOLUMEN Gráficas más utilizadas en espirometría: CURVA FLUJO VOLUMEN (Pico flujo - PEF) Pico Flujo Espiratorio (PEF - FEM) El flujo espiratorio máximo (FEM) o pico flujo espiratorio (PEF), es el mayor flujo que se alcanza durante una maniobra de espiración forzada. Se llega a él habiendo espirado el 75-80% de la capacidad pulmonar total (dentro de los primeros 100 ms de espiración forzada). Se mide en litros/minuto y correlaciona con VEF1 estimando el estado de las vías aéreas de gran calibre. Depende de la edad, sexo y talla. Valores normales de Pico Flujo Espiratorio DISTRIBUCIÓN DEL VOLUMEN CORRIENTE Y VENTILACIÓN VA (Volumen Alveolar): Volumen de aire que llega a intercambiar gases con la sangre. VD (Volumen del espacio muerto): Volumen de aire que no llega a intercambiar gases con la sangre. La suma de estos dos últimos parámetros es el Volumen Corriente: VT=VA + VD. V (Ventilación): Flujo de aire. Es el producto de un volumen pulmonar y la frecuencia respiratoria. Existen varios tipos de ventilación según el volumen empleado, por ejemplo: Ventilación Alveolar = VA x FR • Cambio volumétrico por unidad de presión (∆V/∆P). (Elastancia es 1/d) • El pulmón es más rígido cuando más expandido está. • Ej. Para llenar VT se necesitan 2 cmH20 → Promedio: 200ml/cmH2O Distensibilidad (compliance) • DISTENSIBILIDAD PULMONAR • DISTENSIBILIDAD TORÁCICA Distensibilidad (compliance) El comportamiento elástico del pulmón se debe a: •Componente elástico de los tejidos (elastina, colágeno) •Tensión superficial: Distensibilidad pulmonar Tensión Superficial: Cintas que rodean un barril y generan presión. Laplace: P=2T/r → menor r → mayor P (pequeños colapsan) Esto se evita con DIPALMITOIL FOSFATIDIL COLINA (surfactante). Son detergentes que ↓T a medida que ↓r → P cte a distinto diámetro. Distensibilidad pulmonar • DISTENSIBILIDAD PULMONAR • DISTENSIBILIDAD TORÁCICA Distensibilidad (compliance) • “Presenta elasticidad pero hacia el lado contrario...” • “Es más fácil abrirlo que cerrarlo...” • MAYOR DISTENSIBILIDAD. Distensibilidad torácica Mayor fuerza de tracción Ppl más negativa que en base Alvéolos del vértice experimentan mayor fuerza de distensión Al ser sometidos al mismo cambio de Ppl durante el ciclo, la variación de volumen en el vértice es menor, es decir, recibe menos aire. Pulmón ideal •La composición de la sangrevenosa o del aire inspirado es igual en todas las unidades. •No hay limitación en la difusión de gases. PC = PA RELACIÓN V/Q 0,8 – 1,2 V/Q promedio normal = 0,8 a 1,2 El oxígeno es suministrado al alvéolo por la ventilación y sustraido por la circulación Gas alveolar se parece al de la sangre venosa mixta (CORTOCIRCUITO) Gas alveolar se parece al de la sangre venosa mixta (ESPACIO MUERTO) Efecto del volumen corriente en la circulación pulmonar Al incrementarse el volumen pulmonar desde la CRF hasta la CPT se observa al principio disminución de la resistencia y luego aumento La arteria pulmonar penetra a la mitad de la altura pulmonar 30 cm PA Influencia gravitatoria en la distribución del flujo sanguíneo pulmonar Influencia gravitatoria en la distribución del flujo sanguíneo pulmonar Vasoconstricción hipóxica (VH) Fenómeno de vasoconstricción gradual de la circulación pulmonar que comienza en el rango de 100 y 150 mmHg de PA de O2 y se incrementa hasta que la presión alveolar de O2 cae por debajo de 30 o 20 mmHg PIO2 - PAO2 = VO2 . (PB – PH2O) VA HIPERVENTILACIÓN PAO2 HIPOVENTILACIÓN PAO2 INTERCAMBIO DE O2 Es la relación entre el O2 aportado por ventilación y el O2 removido por la sangre Ecuación del gas alveolar La forma de estudiarla depende del flujo: • Lento: Laminar dirigido por R=8ηl/π r4 (solo en bronquiolos terminales). velocidad en el centro duplica la velocidad media y es 0 en la zona de contacto. • De transición: c/remolinos en zonas de división (en casi todos lados). • Turbulento: Muy rápido. (en traquea o durante ejercicio). Sobre todo si el gas tiene alta densidad. Resistencia de la vía aérea La principal zona de resistencia de la vía aérea es la fosa nasal y del pulmón los bronquios de mediano tamaño. RVA=(PPT-Palv)/flujo Factores que determinan resistencia de la vía aérea: • Volumen pulmonar: si expande los bronquios dilatan. • Tono del músculo liso. • Densidad del gas inhalado. • Largo de la vía aérea. Resistencia de la vía aérea DIFUSIÓN ALVEOLO CAPILAR Dr. Jorge Luis Molinas Cátedra de Fisiología Universidad Nacional de Rosario 2022 • Barrera hematogaseosa: 100 m2 • Grosor: 0,3 micrones • BARRERA IDEAL DIFUSION • La Difusión a través de los tejidos está expresada en la Ley de Fick. DIFUSION • Constante de difusión: • Directamente proporcional a la solubilidad del gas. • Inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular. DIFUSION • Peso molecular de oxigeno y dióxido de carbono son similares. • Solubilidad de dióxido de carbono es 20 veces mayor. DIFUSION La difusión de dióxido de carbono es 20 veces mayor que la del oxígeno DLgas= cantidad de aire que pasa por minuto por unidad de diferencia de presión. • La resistencia a la difusión está dada por: • BARRERA • TRANSPORTE DEL GAS HACIA EL ERITROCITO. DLgas= capacidad de difusión a través de la membrana + capacidad de difusión por velocidad de combinación con HB Capacidad de difusión de un gas ¿Como aumenta la presión parcial de CO en sangre capilar pulmonar? DIFUSION DE CO MUY POCO 240 veces más afín por Hb que O2 • Se calcula readecuando la Ley de Fick y utilizando un gas como el monóxido de carbono que no es influido por el flujo. • Vgas = A/T . D . (P1-P2) • Vgas = DL . (PAco – PCAPco ) • DL = Vco / PAco CAPACIDAD DE DIFUSIÓN (DLco) • DL = Vco / PAco • Valor normal: 25 ml/min/mmHg • Calculada con respiración única con CO y luego midiendo en 10 segundos la desaparición del monóxido alveolar. CAPACIDAD DE DIFUSIÓN (DLco) Limitado por la difusión Limitado por la perfusión Limitado por la perfusión. La PO2 alcanza un valor igual al alveolar cuando el G.R. recorrió 1/3 del capilar. En condiciones de engrosamiento de la barrera el oxígeno se ve limitado en parte por la difusión. Esto también pudiera ocurrir si la PAO2 fuese muy baja y además el flujo estuviera aumentado. (Ejercicio en altura) • En el ejercicio la velocidad con que pasa la sangre por un capilar se triplica. • Si la presión de oxígeno a nivel alveolar disminuye, cae la difusión, pero se nota solo si hay aumento de grosor de la barrera o si lo combinamos con ejercicio severo. DIFUSION DE OXIGENO EN EJERCICIO DIFUSION DE CO2 TRANSPORTE DE GASES Y HEMOGLOBINA Dr. Jorge Luis Molinas Cátedra de Fisiología Universidad Nacional de Rosario 2022 Oxígeno en el aire ….160 mmHg Oxígeno traquea…… 149 mmHg Oxígeno alveolar….....~120 mmHg Oxígeno en sangre… ~100 mmHg Oxígeno en el tejido~ 4 - 20 mmHg FISIOLOGÍA RESPIRATORIA CASCADA DEL OXÍGENO ¿Cuál es el motivo de tal caida del oxígeno? PIO2 - PAO2 = VO2 . (PB – PH2O) VA HIPERVENTILACIÓN PAO2 HIPOVENTILACIÓN PAO2 INTERCAMBIO DE O2 Es la relación entre el O2 aportado por ventilación y el O2 removido por la sangre Ecuación del gas alveolar Via aerea flujo CO2 O2 Ningún intercambio de gases La cantidad de O2 disuelto es una función lineal de la Po2. 0,003 ml/100 ml sangre/mmHg de Po2. 0,3 ml O2/dl sangre Si el individuo no tuviera HB: • 3 ml O2/litro x 5 litros/min = 15 ml O2/min VO2=300 ml O2/min Molécula proteica globular constituida por cuatro subunidades. Incrementa 70 veces el transporte. Peso molecular 64.484 4 Subunidades: HEM + polipéptido (porción globina) 1 mol de HB (64.484g) se combina con 4 moles de O2 (22,4 l de O2 por mol) 1g Hb se combina con 1,39 mlO2 Valor real con metahemoglobina en sangre es 1,34 (con iones férricos en lugar de ferroso). CARACTERISTICAS QUÍMICAS En el adulto hay 2 tipos de polipéptidos (cadena alfa y beta) Hemoglobina A (alfa2-beta2) Un 2,5% es Hb A2 (alfa2-delta2) HEM: porfirina + 1 ión ferroso (puede unirse un oxígeno a cada ión, “oxigenación”). 15 gramos de hemoglobina por cada 100 ml de sangre. CARACTERISTICAS QUÍMICAS La estructura cuaternaria determina la afinidad por el oxígeno. Estado R (relajado): favorece la captación de O2. Estado T (tenso): disminuye el enlace con O2. La captación de O2 hace que las dos cadenas beta se acercan, esto favorece el estado R. Efecto alostérico. CARACTERISTICAS FUNCIONALES Sangre al final del capilar pulmonar: 97,5% Sangre arterial: 97,5% 0,003 ml/100 ml de sangre por mmHg Po2 Sangre venosa en reposo: 75% En circuntancias normales la sangre arterial la HB está casi totalmente saturada con O2 Un incremento de la Po2 por encima del valor normal aumentará la saturación solo en un 2-3% evitando la toxicidad. Ante una disminución de la Pao2 se producen cambios relativamente pequeños en la saturación HB es una importante reserva funcional!!!! Para mantener el contenido de O2 en la sangre arterial ante enfermedades pulmonares, altura, hipoventilación central... A valores reducidos de Po2 favorece la transferencia de O2 a los tejidos evitando las caidas bruscas de Po2. Contenido de oxígeno en sangre Co2 Co2= cantidad de O2 en HB + cantidad O2 disuelta Co2= 1,39 x [Hb] x Sat + 0,003 x PcO2 Contenido de oxígeno en sangre (Co2) La afinidad se encuentra disminuida en: Disminución de Ph (H+ se unen a HB) Aumento de Pco2 (combinación con HB y por) Aumento de temperatura Aumento de 2,3 DPG. La glucólisis del G.R. produce 2,3 DPG (anión de carga elevada que se une a las cadenas beta de Hb favoreciendo el estado tenso. El CO disminuye la saturación de O2 pero además desplaza la curva hacia la izquierda. AFINIDAD POR EL OXIGENO La disminución de pH produce disminución de glucólisis en G.R. con la consiguiente caída del 2,3 DPG. La hiperventilación en la altura produce aumento de pH y esto culmina con el aumento de 2,3 DPG. Ejercicios prolongados producen aumento de 2,3 DPG. La Hb fetal (F) es poco afín por el 2,3 DPG, esto hace que sea másafín por el O2, Esto facilita el movimiento de oxígeno de la madre al feto. La sangre de banco pierde capacidad de producir 2,3 DPG por lo tanto pierde capacidad de ceder O2 2,3 DPG El Co2 es 20 veces más soluble en sangre, esto implica 10 veces más contenido de CO2 disuelto. Puede reaccionar con otros compuestos, lo cual aumenta 17 veces el contenido de este gas en sangre Formas de transporte, en plasma y G.R.: * Disuelto (5%) * Formando bicarbonato (90%) * Unido a hemoglobina u (5%) otras proteinas (compues- tos carbamino). El O2 afecta la unión a CO2 (Haldane), por esto, en la sangre venosa mejora el transporte de CO2 por HB (sube a un 30%) TRANSPORTE DE Co2 La entrada de CO2 produce salida de HCO3 y entrada de Cl, esto aumenta el volumen del G.R. Por ello, en sangre venosa hay mayores Hctos y en pulmón G.R. pequeños Co2 Cco2 (ml/dl) Po2 o Pco2 (mmHg) 0 8060 100 40 20 40 50 0 30 20 10 El volumen de CO2 transportado por la sangre en condiciones normales es mayor que el de O2 Co2 Cco2 (ml/dl) Po2 o Pco2 (mmHg) 0 8060 100 40 20 40 50 0 30 20 10 Comparado con el O2 , los cambios de Pco2 se acompañan de cambios más grandes de volumen transportado (mayor capacitancia de la sangre para el CO2) Dif av=4 ml/dl Dif P=6 mmHg Dif av=5 ml/dl Dif P=60 mmHg Co2 Cco2 (ml/dl) Po2 o Pco2 (mmHg) 0 8060 100 40 20 40 50 0 30 20 10 En el rango fisiológico la curva de CO2 es prácticamente lineal y no lo es para el O2 Dif av=4 ml/dl Dif P=6 mmHg Dif av=5 ml/dl Dif P=60 mmHg El mismo cambio de presión parcial dará mayores cambios en el contenido de CO2 que en el de O2 ALTA V/Q (mucha ventilación): sube la Po2 y baja la Pco2 La curva de saturación de HB evita que suba mucho la Po2 en comparación con la casi recta relación existente en la curva de saturación de CO2 Ritmogénesis y control aferente de la ventilación • La ventilación depende de movimientos periódicos de los músculos respiratorios • No hay un marcapaso único que establezca el ritmo respiratorio. • El ritmo ventilatorio es el resultado de interacciones neuronales múltiples (sistemas de retroalimentación positiva y negativa ) en las que se encuentran involucrados todos los niveles del sistema nervioso. El bulbo raquídeo es necesario y suficiente para la determinación del ritmo respiratorio. Las redes neuronales básicas están agrupadas en estos núcleos • GRD grupo respiratorio dorsal ubicado en el núcleo del fascículo solitario, contiene predominantemente neuronas que están activas durante la inspiración. Reciben aferencias del IX par (N. glosofaríngeo) y del X (N. Vago) que allí termina. El ritmo respiratorio sería generado básicamente en estas redes de neuronas ya que aisladas aun de cualquier estímulo persisten emitiendo repetitivas descargas de potenciales de acción que generan respuestas inspiratorias. • GRV grupo respiratorio ventral ubicado en la región central del nucleo ambíguo y núcleo retroambíguo, contiene neurona implicadas tanto en la inspiración como en la espiración. Ambos grupos contienen células que proyectan a los grupos de neuronas motoras bulboespinales. GRUPO RESPIRATORIO PONTINO NEURONAS INTERRUPTORAS INSPIRATORIAS(.GRV) RECEPTORES DE ESTIRAMIENTO PULMONAR RECEPTORES PULMONARES DE SUSTANCIAS IRRITANTES NEURONAS INSPIRATORIAS PREMOTORAS GRD y GRV QUIMIORRECEPTORES INTEGRADOR DE LA ACTIVIDAD INSPIRATORIA CENTRAL excitación inhibición Modelo integrado del sistema de control respiratorio Quimiorreceptores Responden a cambios en la composición química del líquido que los rodea Centrales • Ubicados en la proximidad de la superficie ventral del bulbo, cerca de la salida de los pares craneales IX y X. • Responden a cambios en la concentración de H+ en líquido extracelular que a su vez es regida por el líquido cefalorraquídeo Quimiorreceptores periféricos • Localizados en los cuerpos carotídeos, situados en la bifurcación de ambas arterias carótidas primitivas, y en los cuerpos aórticos, por encima y por debajo del cayado de la aorta. • Responden a la siguientes modificaciones de la sangre arterial » Disminución de la PO2 » Disminución del pH » Aumento de la PCO2 Respuesta ventilatoria a las modificaciones de la PCO2 arterial • La reducción de la PCO2 arterial es muy eficaz para deprimir el estímulo ventilatorio. • A menudo el paciente anestesiado deja de respirar alrededor de un minuto si primero el anestesiólogo lo hiperventila. • La respuesta ventilatoria al CO2 disminuye por influencia del sueño, de la senectud y de factores genéticos, raciales y de la personalidad. • Los atletas y buzos entrenados tienden a tener una baja sensibilidad al CO2. • La morfina y los barbitúricos deprimen al centro respiratorio. • La respuesta ventilatoria al CO2 está disminuida si aumenta el trabajo respiratorio. La PCO2 es el principal estímulo de la ventilación • La falta de linealidad de las respuestas ventilatorias a la PO2 y al pH, y la relativamente baja sensibilidad dentro de los límites normales de estas variables hacen que los cambios ventilatorios sean evidentes solo cuando la PO2 y el pH se desvían significativamente de sus intervalos normales, sobre todo en dirección a la hipóxia y la acidemia. Por el contrario la ventilación es sensible a los cambios de la PCO2 dentro de sus límites normales, y el dióxido de carbono es en condiciones normales el principal regulador químico de la respiración actuando sobre quimiorreceptores centrales (60% de la respuesta) y periféricos (40% de la respuesta). FIN
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