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FISIOLOGIA PULMONAR
Rosa Estela Romero AguilarCirugía GeneralResidente de Primer Año
VENTILACIÓN PULMONAR
• La respiración proporciona oxígeno a los tejidos y retira el CO2
Funciones del aparato respiratorio
Ventilación pulmonar• Entrada y
salida de aire
Difusión de O2 y CO2 entre los
alveolos y la sangre
Transporte de O2 y CO2 en la sangres y liq corporales• Hacia y
desde las células
Regulación de la ventilación
Concepto de respiración
• Respiración celular:Interacción intracelular del O2 con moléculas para producir CO2, H2O y energía
• Respiración externa: Movimiento de gases entre el ambiente y las células del organismo.Se lleva a cabo por los sistemas respiratorio y circulatorio.Es a la que nos referiremos a partir de ahora
Etapas de la respiración
Intercambio de aire entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares: VENTILACIÓN
Intercambio de O2 y CO2 entre el aire del alveolo y la sangre
Transporte de gases en la sangre (circulación pulmonar y sistémica)
Intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y las células
Etapas de la respiración
Respiración celular
Intercambio de O2 y CO2 entre la sangre y los tejidos
4
Transporte de O2 y CO2 entre los pulmones y los tejidos
3
Intercambio de O2 y CO2 entre el aire del alveolo y la sangre
2
Ventilación: intercambio de aire, entre la atmósfera y los alvéolos pulmonares
1
Alvéolos pulmonares
Atmósfera
O2 CO2
O2 CO2
Corazón
O2 CO2
O2 CO2
O2 + glucosa CO2 + H2O + ATPCélula
Circulación sistémica
Circulación pulmonar
Mecánica ventilatoria
• La ventilación pulmonar es el movimiento de aire que mueven los pulmones
• La ventilación pulmonar depende de:• 1. Volumen de aire que entra en cada inspiración• 2. Frecuencia respiratoria
Diafragma contraídoel volumen torácico aumenta
Inspiración: Entra aire
Diafragma relajadoel volumen torácico disminuye
Espiración: Sale aire
La inspiración siempre es un movimiento activo
La espiración en general es un movimiento pasivo
Existen dos movimientos respiratorios: inspiración y espiración
Músculos que causan expansión y contracción pulmonar
• Respiración tranquila
Movimiento del diafragma
• Respiración Forzada
Músculos abdominales
Músculos inspiratorios
• Intercostales externos• Mas importantes
• Esternocleidomastoideos• Elevan el esternón
• Serratos anteriores• Elevan muchas costillas
• Escalenos • Elevan las 2 primeras costillas
Músculos espiratorios
• Rectos del abdomen• Empujan hacia abajo las costillas y comprimen e contenido abdominal
• Intercostales internos
Anatomía del sistema respiratorioZona de conducción: Función de calentar, limpiar, humedecer
Zona respiratoria:Función de intercambio de gases
Epitelio ciliado de la tráquea
Cilios
CélulasSecretorasde moco
Vías respiratoriasZ
on
a d
e c
on
du
cció
nZ
.Resp
Alveolos
Saco alveolar
Bronquiolorespiratorio
Capilares
Célula tipo II
Célula tipo I
Capilares Fibras elásticas
Macrófago
La unidad alveolo-capilar es el lugar donde se efectúa el intercambio de gases: Membrana respiratoria
eritrocito
CapilarAlvéolo
Macrófago
Célula alveolar tipo II
Célula alveolar tipo I
Membrana respiratoria
0.5 m
TimoGlándulatiroides
Tráquea
Cavidad torácica y pleuras
Pulmón derecho
Pulmón izquierdo
Mediastino
Cada pulmón está encerrado dentro de un saco pleural independiente.
La pleura es una membrana de doble pared que rodea cada pulmón
Pleura visceral
Pleura parietal
Presiones que originan la entrada y salida de aire
• Presión Pleural• Presión del líquido entre las pleuras• Normalmente hay una presión ligeramente negativa
P pleural al inicio de la
inspiración: -5cmH2O
Inspiración normal: -
7.5cmH2O
Durante la espiración se produce una inversión de
presiones Aum
ento
pulm
onar
de 0
.5 L
• Presión Alveolar• Presión del aire en el interior de los alveolos
Glotis abierta= No flujo de
aire = 0cmH2O
Inspiración: -1cmH2O
Arrastra 0.5L en 2s
Espiración: +1cmH2O
Saca 0.5L de aire en
2-3s
• Presión transpulmonar• Diferencia entre la
presión alveolar y la presión pleural => entre los alveolos y las superficies externas de los pulmones
• Medida de las fuerzas elásticas que tienden a colapsar los pulmones en todo momento de la respiración => presión de retroceso
¿Por qué entra y sale el aire de los pulmones?
3. ESPIRACIONPalveolar mayor que Patmosférica
Palveolar igual que Patmosférica
1. REPOSO
Palveolar menor que Patmosférica
2. INSPIRACION
Distensibilidad pulmonar (“compliance”)
• Es la fuerza que debe aplicarse para sacar a un cuerpo elástico del reposo.
• Elasticidad es la fuerza que debe hacer para regresar al reposo.
• Al la presión intrapulmonar 1 cm H2O, los pulmones incrementan en 200 mL su volumen después de 10-20s = distensibilidad de los 2 pulmones normales.
• Depende de:• Fuerzas de elasticidad pulmonar
• fibras de elastina y colágeno• Tensión superficial en los alvéolos
• surfactante pulmonar
• Diagrama de distensibilidad pulmonar:• Relaciona los cambios del volumen pulmonar
con los cambios de presión transpulmonar• Las 2 curvas se denominan
• Curva de distensibilidad inspiratoria• Curva de distensibilidad espiratoria
El surfactante reduce la tensión superficial en los alveolos y reduce la posibilidad de que el alveolo se colapse durante
la espiración
Célula II. Productora de surfactante pulmonar
Surfactante pulmonar
• Funciones:• Fuerza que se forma en una interfase Agua-Aire. • Es una fuerza elástica, que mantiene abierto al
Alvéolo. • Valor normal: 5 a 30 dinas/cm. • de la Tensión superficial del Alvéolo.• Evita la formación de Edema Pulmonar.
Volúmenes y capacidades pulmonares
• La ventilación pulmonar puede estudiarse registrando el movimiento de volumen que entra y sale de los pulmones por medio de la espirometría
Agua
Aire Insp.Esp.Insp.Esp.
Volumen Corriente (VC)
•Volúmen de aire que se inspira o espira en cada respiración normal= 500 ml aprox.
Volumen de Reserva Inspiratoria (VRI)
•Volumen adicional que se puede inspirar en insp. Forzada= 3000ml
Volumen de Reserva Espiratoria (VRE)
•Vol adicional max que se puede espirar mediante espiración forzada= 1100ml
Volumen Residual (VR)
•Vol que queda en los pulmones despues de la espiración forzada= 1200ml
Volúmenes Pulmonares:
Capacidad Inspiratoria (CI)
•VC + VRI= 3500ml•Capacidad de aire que se puede inspirar
Capacidad residual funcional (CRF)
•VRI + VR= 2300ml•Cantidad de aire que queda en los pulmones al final de una espiración
Capacidad Vital (CV)
•VRI + VC + VRE = 4600ml•Cantidad max de aire que se puede expulsar con inspiración y espiración forzada
Capacidad pulmonar Total (CPT)
•CV + VR=5800ml•Vol max que se pueden expandir los pulmones con el max esfuerzo
Capacidades Pulmonares:
• Volúmen respiratorio minuto:• Cantidad total de aire nuevo que pasa havia las
vías respiratorias por minuto• VCxFR = 500x12= 6lts/min
• Mínimo 1.5lts/min Máximo >200lts/min. No se puede mantener por mas de 1 minuto.
5800
2800
2300
Volumen (ml)
1200
Volumen corriente (500 ml)
Final inspiración normal
Final espiración normal
Volumen residual (1200 ml)
Volumen de reserva espiratoria (1100 ml)
Volumen de reserva
inspiratoria (3000 ml)
Capacidad pulmonar total
Capacidad residual funcional
Capacidad vital 4600 ml
Capacidad inspiratoria
Tiempo
Ventilación alveolar
• Velocidad en la que llega el aire a los alvéolos, sacos alveolares, conductos alveolares y bronquiolos respiratorios.• La Ventilación Alveolar:
• [VC– VM] x FR= VA• [500 – 150 mL] x 12 = 350 x 12 = 4,200 mL/min
Espacio muerto: aire que nunca llega a las zonas de intercambio gaseosos, solo llena las vías aéreas. VM= Volumen del espacio muerto = 50ml en un varón joven adulto
Intercambio gaseoso
• Pasos:
• Difusión de los Gases.
• Transporte de los gases en Sangre.
• Intercambio de gases entre la
Sangre (GR) y las células.
Difusión de los Gases
• Características de los gases.
• Composición de los Gases.
• Estructura de la Membrana
• Conocer las Leyes de los Gases.
• Parámetros físicos que involucran:
• Presión ()
• Temperatura
• Volumen
• Humedad (Vapor de Agua)
• Permeabilidad de la membrana Alvéolo-Capilar.
Ley de Boyle-Mariotte.
A Temperatura constante:
P1V1 = P2V2
P es inversamente proporcional a V.
En inspiración el Alvéolo Vol., y sus
presiones , lo cual crea grandiente
para que entre el flujo de aire desde la
atmósfera.
Ley de CharlesA Presión constante:
El volumen es proporcional a la Temperatura
A volumen constante, P es proporcional a T.
2
1
2
1
T
T
V
V
Ley de Avogadro
El N° de moléculas es igual
cuando V es constante y T y
P son iguales.
La Ley de Henry
El volumen de un gas
disuelto en líquidos es
proporcional a su presión
parcial.
La Ley de los Gases Ideal
Combina la mayoría de los factores:
h= N° de molesR = Constante de los gases (62.4)
T = Temperatura AbsolutaV = Volumen.
V
RTP
La Ley de Dalton
Cada gas desarrolla una presión propia (Presión
Parcial), como si estuviese solo.
La Presión Total es Σ de todas.
Los gases tienden a ocupar todo el espacio.
La Presión Parcial de un gas.
PP = % x Presión Atmosférica Total.
Ejemplo del O2:
20.84 % x 760 mm Hg = 160 mm Hg
Difusión de los Gases a través de la membrana A-C
• El gas se expande para ocupar el
espacio alveolar.
• Movimiento de partículas da la Energía.
• 4 Factores de la Membrana A-C:
• Espesor de la Membrana
• Coeficiente de Difusión de los gases.
• Superficie de la Membrana
• Gradiente de Presión
El Espesor de la Membrana
Está en relación inversa con la Difusión
del Gas.
Estados anormales: Edema y Fibrosis.
El Coeficiente de Difusión de los Gases
La velocidad de difusión de un gas a través
de una membrana es proporcional a:1. Superficie de la membrana
2. P
3. Espesor (Inversamente)
4. Solubilidad del Gas.
5. Raíz cuadrada del Peso Molecular.
El caso del CO2: tiene menor gradiente que el O2 pero
difunde más rápido
Ley de Difusión de Fick:
La Superficie de la
Membrana.1. Las infecciones pulmonares.2. El Enfisema.3. La Fibrosis4. Extirpación de lóbulo.
El Gradiente de Presión
P entre entre los Alvéolos y
la Sangre.
Difusión de gases
bidireccional.
El Proceso Respiratorio.
El Transporte de los Gases
El Transporte de Gases en
Sangre. 1.- Transporte de O2 del Alvéolo a los
tejidos.
2.- Transporte del CO2 de los tejidos al
Alvéolo
Transporte de Oxígeno
Dos formas:
1. Combinación química con la Hb
de los GR (97%) HbO2
(oxiHb)
2. Libre, disuelto en el H2O. (3%)
Funciones de la Hb
1. Facilita el transporte de O2
2. Facilita el transporte de CO2
3. Función Buffer del pH en el EAB4. Transporte de NO en el GR.
Modificación de la Curva de Disociación
1. La Temperatura corporal
2. El pH de la sangre
3. La 2,3-DPG (difosfoglicerato)
4. La P50.
Modificación de la Afinidad del O2 por la Hb.
1. La Temperatura corporal: Se desvía
hacia la derecha cuando esta
aumenta, produciendo de la
afinidad.
Es favorable a nivel de los tejidos,
favorece descarga del CO2.
Modificación de la Afinidad del
O2 por la Hb.El pH de la Sangre. “Efecto Bohr”
Modificación de la Afinidad del O2 por la Hb.
La Concentración de 2,3-DPG
(difosfoglicerato) eritrocitario.
• Une las cadenas de HbO2.
• Factor importante en respiración celular.
• Su aumento desvía la curva a la derecha.
• Liberación de O2 de la Hb.
• En el ejercicio.
• En la Bronquitis crónica.
Modificación de la Afinidad del O2 por la Hb.
La P50.
Es la pO2 en la cual el 50% de la Hb está saturada.
Indicador útil
Valor normal de 26 a 28 mm Hg.
Su aumento desvía la curva a la derecha.
El Transporte de CO2.
• Desde los tejidos hacia el Pulmón
• Es 20 veces más soluble que el O2.
• Se transporta en 3 formas:
• Como HCO3. La + importante. = 60%
• Disuelto en plasma = 10%
• Compuestos Carbaminos = 30%
El CO2 como HCO3
Anhidrasa Carbónica
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3
“Efecto Haldane” La desoxigenacion de
la sangre favorece su capacidad de
transportar CO2
La Hb amortigua el H+.
El CO2 como HCO3
Destino del HCO3.
70% Al plasmaHCO3
30% se intercambia con Cl-
El “Desplazamiento del Cloruro”
Transporte de CO2 en Plasma.
Compuestos Carbaminos.
• 30% en esta forma.
• Amino terminal de las Proteínas.
• En el Eritrocito (La Globina)
• Se forma la Carbamino-Hb
La Relación Ventilación-Perfusión.
• En la zona respiratoria alveolar.
• Equilibrio entre la Ventilación Alveolar
=(4.0 L/min) y la Perfusión o GC
derecho = (5.0 L/min).
8.0min/0.5
.min/0.4
L
LNormal
El Cociente Respiratorio [R]
8.0250
200
2
2
O
CO
V
VR
El Proceso Respiratorio.
Intercambio
gaseoso celular.
Intercambio gaseoso celular
El Oxígeno: proceso complejo.
• Inverso al ocurrido en el Alvéolo.
• GR (Hb) Célula.
• Saturación de la Hb con O2: 97.5%.
• 2 Factores:• El contenido arterial de O2:
• Disuelto: 0.3 mL/100 mL de sangre
• + Hb (Férrico): 1.36 mL O2/g Hb.
• La Curva de disociación de la Hb.
Los 3 Sistemas que llevan O2 a
las células:
• El Sistema Cardiovascular
• El Sistema Respiratorio
• El Sistema Hematológico.
Intercambio gaseoso celular
El CO2
De la célula al GR: •Por gradiente•Por su solubilidad en la membrana
El Pulmón y la Regulación del EAB
Ecuación Fundamental del EAB
Anhidrasa Carbónica
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3
H2O + CO2
Ecuación
pH ~ HCO3
pCO2
Trastorno Básico
pH Arterial Formas Clínicas
Cambios Bioquímicos
Acidosis Disminuido
Metabólica HCO3
Respiratoria pCO2
Alcalosis Aumentado
Metabólica HCO3
Respiratoria pCO2
El E.A.BSistemas Buffer
Los Líquidos Corporales
El Pulmón
El Riñón.
El Sistema Buffer de los Líquidos Corporales.
Características.
Rápido e inmediato.
Poca potencia.
Fugaz (Corta duración).
El Sistema Buffer Pulmonar . Características.
Modificando la Ventilación Pulmonar
Permite expulsar o retener CO2 y así
modifica la pCO2.
Es intermedio en comienzo, potencia y
duración del efecto.
El Proceso Respiratorio.
La Regulación de la
Respiración.
Control de la Respiración
• Nervioso o Neural: Los Reflejos
• Químico
• Control de los músculos respiratorios.
El Control Nervioso o Neural. Mecanismos reflejos a través de
Receptores
Voluntario: Corteza, fascículos córtico-
espinales.
Involuntario: Protuberancia y Bulbo,
por el puente de Varolio. (Zona
respiratoria Central).
El Control Nervioso o Neural.Mecanismos Reflejos
• Estímulos:
• pH (Sangre y LCR)
• pCO2
• pO2
• Substancias irritantes.
El Control Nervioso o Neural.Mecanismos Reflejos
Receptores:
• Quimiorreceptores aórticos y carotídeos
• Quimiorreceptores de subst. Irritantes.
• Quimiorreceptores Centrales, en el Bulbo.
• Mecanorreceptores de las vías aéreas
(Reflejo de Hering-Brauer: se disminuyen
las descargas inspiratorias via vagal).
El Control Nervioso o Neural.Mecanismos Reflejos
Centros:
• Zona respiratoria Bulbar
• Protuberancial: Centro Apnéustico
Centro Neumotáxico
El Control Nervioso o Neural.Mecanismos Reflejos
Respuesta:
• Cambios en la Ventilación Pulmonar.
• Tos
• Estornudo
Circulación pulmonar
Circulación pulmonar
• En reposo en 1 minuto pasa aproximadamente toda la sangre por el pulmón
• La regulación del flujo sanguíneo pulmonar es local, no autonómica.
• La hipoxia e hipercapnia local producen vasoconstricción arteriolar para derivar la sangre a un área mejor ventilada.
• Relacionada con el sistema de intercambio gaseoso
• Circulación bronquial: • abastece de sangre arterial al pulmón
para las necesidades de sus células• Ambos sistemas producen uniones
(anastomosis), lo que hace que la sangre de la vena pulmonar, es decir la que se ha oxigenado, no esté oxigenada al 100%.
Circulación pulmonar
La resistencia de los vasos pulmonares disminuye cuando aumenta el CG:
El flujo sanguíneo depende de la presión y de la resistencia:
f= P/r ; r = P/ff = Gasto cardiaco (5 L/min)P = P media Arterial – P venosa (15-8)=
7r = 7/5= 1,4 mmHg/L/min
Para aumentar el flujo (ejercicio p.ej.) aumenta la PA ligeramente y disminuye la resistencia por vasodilatación.
Circulación pulmonar
Bibliografía: