fisiologÍa respiratoria
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Universidad Privada Antenor OrregoFACULTAD DE MEDICINA HUMANA
Fisiología RespiratoriaDr. Edgar Yan Quiroz
Médico CirujanoDocente del Curso de Morfofisiología II
Trujillo – Perú2007
Dr. Edgar Yan Quiroz
Fisiología de la respiración
Intercambio I:De la atmósferaal pulmón
Intercambio II:Del pulmón a la sangre
Transporte de gases en la sangre
Intercambio III:De la sangre a las células
Células
O2
O2
CO2
CO2
O2
O2CO2
CO2
Víaaérea
Alvéolo de Los pulmones
Circulación pulmonar
Circulaciónsistémica
O2CO2
NutrientesATP
Respiración célular
Corazón
La respiración consiste en el intercambio de gases (O2, CO2) entre las células y la atmósfera.
Puede dividirse en:• Externa: Intercambio de
gases (O2/CO2) a nivel pulmonar
• Interna: Respiración celular
Dr. Edgar Yan Quiroz
La respiración y sus órganos participan además en otras funciones:
• Regulación del equilibrio ácido/base• Regulación de la temperatura corporal• Excreción de compuestos (por
ejemplo, cuerpos cetónicos, metano, alcohol, etc)
• Actividad hormonal: angiotensina.
Dr. Edgar Yan Quiroz
Valores en reposo
• Frecuencia respiratoria: 12-15 respiraciones minuto
• Volumen: 500 cc aire inspirado/espirado en cada ciclo
• 6-8 L/min = 250 mL 02 y 200 mL CO2
Dr. Edgar Yan Quiroz
Propiedades de los gases
• Aire es una mezcla de gases, cada uno difunde independientemente
• Composición del aire seco:• Oxígeno 28.98%• CO2 0.04%• N 78.06%• Otros 0.92%
• Gases son compresibles y expandibles, flujo cuando resistencia
• Gases difunden por diferencia de presiones
Dr. Edgar Yan Quiroz
• Solubilidad de un gas depende:• Presión parcial del gas:
Producto de la presión total x fracción del gas, (0.21 x 760mmHg = 160mmHg)
• Temperatura• Solubilidad en un solvente particular
• Agua: solvente universal• O2 en agua: 0.1 m moles/L (pobre)• CO2 en agua: 3.0 m moles/L (buena) 30 veces mayor.
Propiedades de los gases
Dr. Edgar Yan Quiroz
Aparato Respiratorio: Anatomía
El Aparato Respiratorio
Estructura de los pulmones y cavidad torácica
Dr. Edgar Yan Quiroz
Las vías aéreas: Conducción del aire desde el exterior al alveolo
• Filtrar, calentar & humedecer el aire• Nariz, (boca), traquea, bronquios & bronquiolos• Incremento del área de sección transversal
Dr. Edgar Yan Quiroz
• Paredes de bronquios y bronquiolos inervados por SNA.
• Receptores adrenergicos B2 y receptores muscarínicos
• Inervación no colinérgica – no adrenérgica, VIP
Bronquios y su inervación
Fotomicrografía de un bronquiolo (X117). Obsérvese la presencia de músculo liso y la ausencia de cartílago en su pared.
Dr. Edgar Yan Quiroz
Dinámica De La Ventilación
• La finalidad de los movimientos respiratorios es incrementar el flujo aéreo en los pulmones.
• El principal músculo inspiratorio es el diafragma, siguiendo los intercostales externos, pectorales y ECM. Los músculos espiratorios son: intercostales internos y rectos abdominales
• La espiración normal es resultado de la elasticidad pulmonar
Dr. Edgar Yan Quiroz
AUMENTO DE LA CAVIDAD TORACICA
Intercostales externos Diafragma
DISMINUCION DE LA CAVIDAD
TORACICA
Intercostales internos
Dinámica De La Ventilación
Dr. Edgar Yan Quiroz
Volúmenes y capacidades pulmonares
• El espacio en la vías de conducción ocupado por el gas que no participa en el intercambio se denomina: Espacio muerto (aprox. es = al peso corporal en libras)
Dr. Edgar Yan Quiroz
ESPIROMETRIA: volúmenes de aire que se movilizan en la respiración
VRE (VT)
VRI(CV)
(CPT)VRCRF
CI
Dr. Edgar Yan Quiroz
Dr. Edgar Yan Quiroz
Volúmenes y capacidades pulmonares
Campana
Aire
Agua
Inspiración Espiración
Tiempo
Volumen(L)
Cuando el sujeto inhala, el aire se moviliza hacia el interior de los pulmones.El volumen de la campana disminuye y el bolígrafo sube en el trazado.
Dr. Edgar Yan Quiroz
• Volumen minuto: F x V, “Normal” = 12 x 0,5L = 6 L
• Ejercicio = 35-45 x 2L = 70-90L• Diferencia 15 veces. (valores máximos
registrados : 200 L /min)• Tiempo inspiratorio (Ti): duración en
segundos desde el inicio al final del volumen inspiratorio.
• Tiempo espiratorio (Te): duración en segundos desde el final del flujo inspiratorio hasta el inicio del ciclo siguiente.
Ventilación pulmonar
Dr. Edgar Yan Quiroz
• La ventilación pulmonar (V) y la cantidad de sangre que recibe el pulmón (perfusión, Q) guardan una correlación, que se rompe en un punto: UMBRAL VENTILATORIO
• Reposo: • Q = 5L/min bases > vértices• V= 4,2L/min vértices > bases• V/Q=0,8
Relación ventilación - perfusión
Dr. Edgar Yan Quiroz
Cuando el agua forma una superficie con el aire, las moléculas de la superficie del agua tienen una atracción suplementaria entre sí La superficie del agua siempre trata de contraerse (ejemplo: gotas de lluvia)
Tensión Superficial
Dr. Edgar Yan Quiroz
• Tiende a reducir la tensión superficial, se forma en las células epiteliales tipo II y uno de sus componentes importantes es la dipalmitoil fosfatidilcolina (DPPC).
• Baja la tensión superficial en los alvéolos, haciendo que el pulmón sea más distensible. Favorece la estabilidad de los alvéolos. Contribuye a mantener secos los alvéolos.
• La pérdida de surfactante ocasionaría pulmones rígidos, áreas de atelectasia y alvéolos ocupados con trasúdado.
Tensión Superficial: Surfactante pulmonar
Dr. Edgar Yan Quiroz
Red capilar sobre la superficie del alvéolo
Arteriolapulmonar
Flujosanguíneo
Flujosanguíneo
Vénulapulmonar
Arteriapulmonar
Venapulmonar
Bronquiolo
Sacoalveolar
ConductoalveolarAlvéolo
Intercambio gaseoso en los pulmones
Dr. Edgar Yan Quiroz
Intercambio gaseoso en los pulmones
Dr. Edgar Yan Quiroz
Espacio alveolar
0.1 – 1.5 um
Lumen capilarPlasma
Núcleo de Célula endotelial
Membranas basales fusionadasEpitelio alveolar
Surfactantepulmonar
ERITROCITO
O2
O2
Intercambio gaseoso en los pulmones
Dr. Edgar Yan Quiroz
Ley de Fick: “La celeridad del traslado de un gas a través de una membrana de tejido es directamente proporcional a la superficie del tejido y a la diferencia de presión parcial del gas entre los dos lados, e inversamente proporcional al espesor de la membrana”.Fig. Difusión a través de una lámina de tejido.
A: área superficial,D: constate de difusiónT: espesorM.W. : peso molecular.
Gases: Difusión
Dr. Edgar Yan Quiroz
Circulación pulmonar
Circulación sistémica
O2
O2
PO2 = 104 mm Hg
Alvéolo
PO2 = 40 mm Hg
Sangre venosa
PO2 = 104 mmHg
Sangre arterial
Aire seco = 760 mmHg PO2 = 160 mmHg
Transporte CO2
HCO3- = 70%
Hb-CO2 = 23%CO2 disuelto = 7%
Transporte O2
Hb-O2 = > 98%O2 disuelto = < 2%
PO2 = 40 mm Hg
Intercambio gaseoso en los pulmones y sistémico: O2
PO2 = 40 mm HgSangre venosa
Tejidos
ARTERIA PULMONAR
PO2 = 95 mmHg
Sangre arterial
VENA PULMONAR
Dr. Edgar Yan Quiroz
Circulación pulmonar
Circulación sistémica
CO2
CO2
PCO2 = 40 mm Hg
Alvéolo
PCO2 = 45 mm Hg
Sangre venosa
PCO2 = 40 mmHg
Sangre arterial
Aire seco = 760 mmHg PCO2 = 0.3 mmHg
Transporte CO2
HCO3- = 70%
Hb-CO2 = 23%CO2 disuelto = 7%
Transporte O2
Hb-O2 = > 98%O2 disuelto = < 2%
PCO2 > 45 mm Hg
Intercambio gaseoso en los pulmones y sistémico: CO2
Aire espiradoPO2 = 116.0 mmHg
PCO2 = 32.0 mmHg
PCO2 = 45 mm HgSangre venosa
Tejidos
ARTERIA PULMONAR
PCO2 = 40 mmHg
Sangre arterial
VENA PULMONAR
CO2
Dr. Edgar Yan Quiroz
Circulación pulmonar
Circulación sistémica
CO2 O2
CO2O2
PO2 = 104 mm HgPCO2 = 40 mm Hg
Alvéolo
PO2 = 40 mm HgPCO2 = 45 mm Hg
Sangre venosa
PO2 = 104 mmHgPCO2 = 40 mmHg
Sangre arterial
Aire seco = 760 mmHg PO2 = 160 mmHg
PCO2 = 0.3 mmHg
Transporte CO2
HCO3- = 70%
Hb-CO2 = 23%CO2 disuelto = 7%
Transporte O2
Hb-O2 = > 98%O2 disuelto = < 2%
PO2 = 40 mm HgPCO2 > 45 mm Hg
Intercambio gaseoso en los pulmones y sistémico
Aire espiradoPO2 = 116.0 mmHg
PCO2 = 32.0 mmHg
PO2 = 40 mm HgPCO2 = 45 mm Hg
Sangre venosa
Tejidos
ARTERIA PULMONAR
PO2 = 95 mmHgPCO2 = 40 mmHg
Sangre arterial
VENA PULMONAR
Dr. Edgar Yan Quiroz
Intercambio gaseoso en los pulmones
Dr. Edgar Yan Quiroz
Intercambio gaseoso en los pulmones
Dr. Edgar Yan Quiroz
Transporte de gases en la sangre
Sangre arterial
ERITROCITO
Transporte alas células
Célula
Usada en la respiración
celular
disuelto en plasma
disuelto en plasma
Alveólo
Dr. Edgar Yan Quiroz
Transporte de gases en la sangre
Sangre venosa
Respiracióncelular
en tejidosperiféricos
CO2
disuelto(7%)
HCO3-
en plasma(70%)
AC
Alveolo
HCO3-
en plasma
CO2
disuelto
CO2
disueltoCO2
AC
Transporte alos pulmones
ERITROCITO
Dr. Edgar Yan Quiroz
Factores que modifican el transporte de O2 por la Hb
Dr. Edgar Yan Quiroz
Transporte de Oxígeno: Resumen
•¿Cuáles pueden modificarse?
Oxígeno disuelto enplasma (PO2 en plasma)
Ayuda a determinar
esta influenciado por
Frecuencia yprofundidad
de la respiración
Resistencia a la
vía aérea
Área de superficie
Distancia de
difusión
Compliancepulmonar
Espesor de la membrana
Ventilaciónalveolar
Adecuadaperfusión del
alvéolo
Difusión de oxígeno entre el alvéolo
y la sangre
Composición del aire inspirado
Cantidad deLíquido intersticial
Oxígeno ligado a la Hb
% de Saturación de Hb
Número de eritrocitosTemperatura
afectado por
CONTENIDO TOTAL DE O2 ARTERIAL
Contenido de Hb
por eritrocito
Número total de sitios ligados
Dr. Edgar Yan Quiroz
Pulmón normal
PO2 normal
PO2 normal
PO2 normal o bajo
PO2 bajo
PO2 normal o bajo
PO2 bajo
Superficie de intercambio normal
PO2 bajo
PO2 bajo
PO2 bajo
PO2 normalIncremento de la distancia de difusión
Bronquiolos constreñidos
Enfisema: Destrucción de alvéolos disminuye el área para el intercambio gaseoso
Edema pulmonar: Fluído en el espacio intersticial incrementa la distancia deDifusión. PCO2 arterial podría ser normal debido a la alta solubilidad del CO2
Asma: Incremento de la resistencia de la vía aérea por lo que decrece la ventilación de la vía aérea
Enfermedad pulmonar fibrótica: Membrana alveolar gruesa retarda el Intercambio gaseoso. La pérdida de compliance pulmonar podría disminuirla ventilación alveolar
Patologías pulmonares que afectan el intercambio gaseoso
Dr. Edgar Yan Quiroz
• Respiración espontánea se produce por descargas rítmicas de las neuronas motoras que inervan los músculos respiratorios
• Reguladas por modificaciones de PO2, PCO2 y [H+]
• Control Nervioso• Control Químico
Regulación de la respiración
Dr. Edgar Yan Quiroz
Controlador central
Sensores Efectores
Entrada Salida
Protuberancia, bulbo,otras partes del encéfalo
Quimiorreceptores, receptorespulmonares y otros receptores
Músculos respiratorios
Elementos esenciales del sistema de control respiratorio
Dr. Edgar Yan Quiroz
TRONCO ENCEFÁLICOPeriodicidad de la inspiración y la espiración es regida por neuronas que se encuentran en la protuberancia y el bulbo.a) Centro respiratorio bulbarQue se halla en la formación reticular del bulbo raquídeo, por debajo del piso de IV ventrículo.
•Grupo respiratorio dorsal: responsables del ritmo básico de la ventilación.•Grupo respiratorio ventral: inactiva durante la respiración tranquila.
Regulación de la respiración: Control central
Dr. Edgar Yan Quiroz
TRONCO ENCEFÁLICO
b) Centro apnéustico• Protuberancia inferior.
c) Centro neumotáxico• Protuberancia superior.• Parece “cortar” o inhibir la inspiración, regulando así el
volumen inspiratorio y, en forma secundaria, la frecuencia respiratoria.
Regulación de la respiración: Control central
Dr. Edgar Yan Quiroz
CORTEZA• La respiración se encuentra bajo control voluntario en
una medida considerable y la corteza puede pasar por alto la función del tronco encefálico.
OTRAS PARTES DEL ENCEFALO• Sístema límbico y el hipotálamo.
Regulación de la respiración: Control central
Dr. Edgar Yan Quiroz
QUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS• Quimiorreceptor es un órgano receptor que responde
a algún cambio que experimente la composición química de la sangre o de otro líquido que lo rodea.
• Se hallan localizados en los cuerpos carotídeos, situados en las bifurcaciones de ambas arterias carótidas primitivas, y en los cuerpos aórticos, por encima y por debajo del cayado de la aorta.
Regulación de la respiración: Sensores
Dr. Edgar Yan Quiroz
Regulación de la respiración: SensoresQUIMIORRECEPTORES PERIFÉRICOS• Responden a las reducciones de la PCO2 y el pH
arteriales, y a los aumentos de la PCO2 arterial• Son responsables de todo aumento de la ventilación que
ocurre en el ser humano como respuesta a la hipoxemia arterial.
Dr. Edgar Yan Quiroz
Regulación de la respiración
• Grupo respiratorio dorsal – Inspiración• Grupo respiratorio ventral – Respiración forzada
Dr. Edgar Yan Quiroz
Dr. Edgar Yan Quiroz
Regulación de la respiración: Quimioreceptor periférico
Dr. Edgar Yan Quiroz
Regulación de la respiración: Quimioreceptor periférico• Cuerpos
carotideos & aorticos: receptores; O2, CO2 & H+
• Receptor CO2 medular
Vaso sanguíneo
Canales de K+
Canales de Ca+
voltaje dependientesde tipo L
Ca+
Receptor de dopanima en el axon aferente
de la neurona sensorial(IX Par)
PO2
Vesículas dopaminérgicas
Célula tipo I(Glomosa)
K+
K+ K+
K+
Ca+ Ca+
Dr. Edgar Yan Quiroz
Regulación de la respiración: Quimioreceptor periférico
Receptor de dopamina en el axon aferente
de la neurona sensorial(IX Par)
Potencial de acción
7
Vaso sanguíneo
1 Canales de K+
2
3 Célula se despolariza
4
5
6
PO2
Vesículas dopaminérgicas
Ca+
Canales de Ca+
voltaje dependientesde tipo L
Ca+
Ca+ Ca+
Dr. Edgar Yan Quiroz
QUIMIORRECEPTORES CENTRALES
• Los receptores más importantes se encuentran situados en la proximidad de la superficie ventral del bulbo, cerca de la salida de los pares craneales IX y X.
• Responden a los cambios de la concentración de H + en el líquido extracelular del encéfalo.
Regulación de la respiración: Sensores
Dr. Edgar Yan Quiroz
Células
↑ CO2
Víaaérea
Alvéolo de Los pulmones
Circulación pulmonar
Circulaciónsistémica
CO2
ATP
Respiración célular
Corazón
Intercambio I:De la atmósferaal pulmón
Intercambio II:Del pulmón a la sangre
Transporte de gases en la sangre
Intercambio III:De la sangre a las células
Células
O2
O2CO2
O2
O2CO2
CO2
Víaaérea
Alvéolo de Los pulmones
Circulación pulmonar
Circulaciónsistémica
O2CO2
NutrientesATP
Respiración célular
Corazón
↑ CO2
↑ CO2
↑ CO2↑ CO2
Dr. Edgar Yan Quiroz
Área Quimiorreceptora
sensible
PCO2
CapilarcerebralBarrera
hematoencefálica
Grupo respiratorio
dorsal
Ventilación
Neuronas motoras
somáticas
Diafragma IntercostalesExternos
EsternocleidomastoideoEscalenos
AC
LíquidoCefalorraquídeo
BULBO RAQUÍDEO
Regulación de la respiración: Quimioreceptor central
Dr. Edgar Yan Quiroz
Regulación de la respiración: Centro pontino
Dr. Edgar Yan Quiroz
Resúmen de la Regulación respiratoria
Quimiorreceptorcentral
Quimiorreceptorperiférico
↑ PCO2 en LCR ↑ PCO2 Arterial
↑ CO2 en LCR ↑ H+ ↑ HCO3- ↑ CO2 ↑ H+ en plasma ↑ HCO3
-
↑ Plasma PO2
↑ Plasma PCO2
+ +
Retroalimentación negativa
-
-EstímuloReceptor
Respuesta sistémica
Dr. Edgar Yan Quiroz
Regulación de la respiración: Control nervioso y químico
Inspiración Espiración
Cortezacerebral
Sistemalímbico
CO2 O2 y pHEmociones y
Control voluntario
Centroscerebralessuperiores
Quimiorreceptoresmedulares
Quimiorreceptoresaórticos y carotídeos
Neuronas sensorialesaferentes
Centro Patrón Generador
Puente
Bulbo raquídeo
Grupo Respiratorio
Dorsal
Grupo Respiratorio
Ventral
Neuronas motoras
somáticas (Inspiración)
Neuronas motoras
somáticas (Espiración)
Escalenos y Esternocleiodmastoideos
Intercostalesexternos
Diafragma Intercostalesinternos
Músculosabdominales
Sistemalímbico
GrupoRespiratorio
Dorsal GrupoRespiratorio
Ventral
Diafragma
Dr. Edgar Yan Quiroz
…No todo lo que puede ser contado cuenta, y no todo lo que cuenta puede ser contado
Albert Einstein
Muchas Gracias
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