H E M A T O S I SH E M A T O S I SPara usar esta clase

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Es común estudiar en fisiología el sistema ventilatorio separado del sistema cardiovascular, pero al analizar la función integrada que conduce al intercambio gaseoso o hematosis, en estas clases hemos usado el término sistema cardiopulmonar.

La función respiratoria de la sangre o hematosis se refiere a los mecanismos de regulación del transporte y utilización del O2 y el CO2, los que permiten asegurar la normalidad de los procesos de óxido-reducción celular y del estado ácido-base.La ley general de los gases o de Boyle Mariotte permite describir y cuantificar las relaciones de presión y volumen a temperatura variable o constante y es fundamental en la comprensión de las variaciones de la ventilación y del intercambio de gases.

Como aspecto físico fundamental se completa con la ley de Dalton (solución gas-gas) y la ley de Henry (solución gas – líquido)

La presión parcial ejercida por los gases en una mezcla, se describe como

cualquier presión en mmHg

una función proporcional al volumen ( concentración fraccional )

una función proporcional al número de moléculas presente (fracción molar ).

clic

.

clic.

OBJETIVOS

MENU

GENERAL

SISTEMA CARDIOPULMONAR

HEMATOSIS

GASES

SISTEMA CARDIOPULMONAR

HEMATOSIS

GASES

De estas ecuaciones se puede concluir que conociendo dos de las variables se puede calcular la tercera, en una relación funcional múltiple ya que el resultado es diferente según cual sea la variable independiente del fenómeno que se analiza.

Ello es así por las complejas interrelaciones que ocurren en los fenómenos biológicos.

La forma tal vez mas simple y mas comúnmente usada para explicar el sistema cardiopulmonar o la relación funcional entre el sistema ventilatorio y el sistema cardiovascular, es el principio de Fick. Se usa en fisiología para diferentes órganos o sistemas.

Este principio permite analizar y cuantificar la relación entre

masa ( M, gr o l )

M = c * V

SISTEMA

CARDIOPULMONAR

M

concentración ( c, gr / l, l / l )

volumen ( V, l )

V

c

c = M / V V = M / c

1 de 5 MENU

clic

ConstrictoresDilatadoresCv Ca

2 de 5

SISTEMA

CARDIOPULMONAR

MENU

VO2

.

Q.

M = c * V

VO2 = (CaO2 – CvO2) * Q..

V = c * M

Q = (CaO2 – CvO2) * VO2

. .c = M / V

(CaO2 – CvO2) = VO2 / Q. .

V = c * M

Q = (CaO2 – CvO2) * VO2

. .c = M / V

( CaO2 – CvO2 ) = VO2 / Q. .

El modelo monoalveolar se usa para explicar la interrelación entre el volumen de gas (V) y de sangre (Q) en el pulmón. Mas adelante se desarrollará el modelo multialveolar.

En el caso del sistema ventilatorio, éste produce el ingreso del oxígeno en una cantidad que se puede medir en la unidad de tiempo y se conoce como consumo de oxígeno ( VO2, cc/min ) .

Es la masa ( M ) de sustancia incorporada al sistema.

..

Conocidas estas dos variables se conocerá el volumen (V) de líquido en el que se incorporó la sustancia, en este caso el O2; el cálculo permitirá conocer el valor del volumen minuto cardíaco ( Q )Q

..

La concentración (c) estará dada por el contenido de oxígeno en arteria al que se le debe restar el contenido de la sangre venosa. La sangre ( Q ) ingresa con una concentración de O2 a la arteria pulmonar y se debe restar de la arterial para conocer la cantidad incorporada en el pulmón.

Q..

clic

clicclicclicclicclic

( Ver Concentración y Masa en la clase Electrolitos)

3 de 5

SISTEMA

CARDIOPULMONAR

ConstrictoresDilatadores

VO2

Cv

Q

Se puede representar el comportamiento del sistema de una manera mas simplificada pero sumamente útil y también de uso común. Es mas simple si la concentración ( c ) igual a CaO2 – CvO2

se llama diferencia arterio venosa ( DavO2 ).

La ecuación a usar se simplifica

Dav

clic

clic

Ca

La ventilación puede ser aumentada mas de 15 veces sobre su valor de reposo, por lo que no se considera un factor limitante durante la realización de esfuerzo en el individuo normal. No es este el caso en presencia de patología.

MENU

Durante la realización de diferentes actividades, la.. demanda de O2 aumenta y el VO2 puede incrementarse por aumento de la ventilación o de la circulación.

En condiciones normales es un efecto combinado de ambos sistemas. En patología uno de ellos puede ser el limitante principal y no es fácil determinarlo con certeza en diferentes pruebas que se realizan.

.

VO2 = DavO2 * Q..clic

El valor de Q no puede ser aumentado mas de 4 o 5 veces sobre su valor en reposo.

.

Los gases en sangre son factores moduladores del sistema cardiovascular fundamentalmente a través de los quimiorreceptores periféricos y de la acción directa sobre los diferentes vasos sanguíneos.

Como el organismo mantiene la homeostasis por la modificación de diferentes variables, es fundamental el análisis de la ecuación descrita y sus variables, para explicar algunas de las modificaciones que se producen en la realización de esfuerzo o aumento de demandas metabólicas.

Si se analiza el fenómeno hipoxemiante que se genera por el ingreso al pulmón normal de sangre venosa con muy bajos contenidos de O2 se estará frente a hipoxemias de origen cardiovascular y no específicamente generadas por un problema ventilatorio.

4 de 5

SISTEMA

CARDIOPULMONAR

ConstrictoresDilatadores

MENU

Para analizar este sistema, indispensable para entender la fisiopatología del intercambio gaseoso, es necesario conocer los aspectos conceptuales a diferentes niveles

Medio ambiente y alvéolo Esta forma de análisis cardiovascular debe ser completado con las modificaciones de O2, CO2 y pH producidos en cada espacio descrito. A su vez debe conocerse la interacción entre las variables ácido-base.

Lo mas importante es poder unir estos conocimientos con los datos obtenidos en diferentes pruebas diagnósticas

El fenómeno total es lo que se conoce como hematosis.

Alveolo y capilar venoso pulmonar

Capilar tisular arterial y venoso

Capilar arterial pulmonar y alvéolo

O2

CO2

O2

CO2

O2

CO2

O2

CO2

O2

CO2

O2

CO2 5 de 5

SISTEMA

CARDIOPULMONAR

Ver la clase Circulación Pulmonar

MENU

La función respiratoria de la sangre o hematosis se refiere a los mecanismos de regulación del transporte y utilización del O2 y el CO2, los que permiten asegurar la normalidad de los procesos de óxido-reducción celular y del estado ácido-base.Para transportar estos dos gases: En la sangre de los capilares pulmonares, se fijan grandes cantidades

de O2 a través de reacciones químicas con un transportador ( hemoglobina ) y pequeñas cantidades en disolución física

simple. Se libera este O2 en el capilar tisular transportándose por difusión, dada la reversibilidad de su unión con el transportador sanguíneo ( hemoglobina ) y celular ( mioglobina ). La sangre capta CO2 y ácido carbónico en el tejido y lo libera hacia el

exterior a través del pulmón, por reacciones químicas aceleradas por acciones enzimáticas. Ocurre un transporte acoplado de ambos gases, los que interactúan modificando los procesos de fijación y liberación ( fenómenos Böhr y Haldane ).La circulación debe aportar por minuto un mínimo de 1 litro de oxígeno en reposo y un máximo de 5 litros en esfuerzo, de los que el organismo consume entre el 20 y 80% según el tipo de actividad. Una cantidad semejante de CO2 es producida por la variación de la actividad metabólica.

H

E

M

A

T

O

S

I

S

1 de 1 MENU

MENUGENERAL

GASESGASES

CONCEPTOS FISICOSCONCEPTOS FISICOS

VENTILACIONVENTILACION

CONCEPTOS FISICOS

Ley General de los gases

PRESIÓN PARCIAL

SISTEMA RESPIRATORIO

CONCEPTOS FISICOS

Ley General de los gases

PRESIÓN PARCIAL

SISTEMA RESPIRATORIO

MENUGENERAL

La ley general de los gases o de Boyle Mariotte establece que ......................... la presión ( P ) y el volumen ( V ) de una mezcla gaseosa tiene una relación directa con el numero de moles ( n ) que contiene y la temperatura ( T ) en que se encuentra con una proporcionalidad fijada por la constante general de los gases ( R ).

PV = n RT

La forma mas común de uso de esta ecuación es cuando se considera constante el número de moles ( n ) contenidos por la mezcla gaseosa. Al considerar dos mezclas con diferente temperatura

P1V1= K T1

P2V2 = K T2

T P2

V2 P1V1 / T1 = P2V2 / T2

T P

V1

T P1

V1

1 de 3

clic

MENU

clic

T P2

V2

Ambos recipientes tienen igual temperatura y el mismo número de moles del gas contenido ( n ) y se representan por las relaciones antes descritas.

T P

V1

T P1

V1

2 de 3

clic

clic

A temperatura constante

P1V1 = P2V2

Ello establece que PV = constante

P1V1 / T1 = P2V2 / T2

Al aumentar la presión disminuye el volumen, mientras el producto de estas dos variables mantiene el mismo valor

MENU

|

T > P1

V>

T P

V1

T P1

V1

Si una mezcla de gas sufre variaciones de temperatura se modificarán los valores de volumen a presión constante.

T P

V1

T < P1

V <

De esta manera se puede concluir que para conocer el volumen real de una mezcla de gas o para poder compararla con volúmenes de otra mezcla, es necesario conocer P y T, o normalizar por cálculo a P y T seleccionadas, como se muestra a continuación.

(abreviaturas en inglés por acuerdo internacional)

3 de 3

Volumen ATPD

AT temperatura ambiente

PD presión en gas seco (Dry)

Volumen ATPS

AT temperatura ambiente

PS presión en gas húmedo (Saturado con vapor de agua)

Volumen STPD

ST temperatura estándar (0oC)

PD presión (760 ) en gas seco

Volumen BTPS

BT temperatura corporal (Body)

PS presión en gas húmedo ....(Saturado con vapor de agua)

clic

MENU

PRESIÓN PARCIAL

SOLUCIÓN GAS - GAS Ley de Dalton

SOLUCION GAS - LIQUIDOLey de Henry

PRESIÓN PARCIAL

SOLUCIÓN GAS - GAS Ley de Dalton

SOLUCION GAS - LIQUIDOLey de Henry

MENUGENERAL

SOLUCIÓN

GAS–GAS

MENU

Es necesario conocer las propiedades de los gases en mezclas. gaseosas secas y húmedas y también, en algunos casos calcular el número de partículas que contiene.

La tensión de vapor del agua ( Pva ) se ha descrito con un valor de 47 mmHg a 37oC y es un factor que disminuye la presión total ejercida por la mezcla y sus componentes.

La presión parcial ejercida por los gases en una mezcla, es proporcional al volumen ( concentración fraccional ) o al número de moléculas presente ( fracción molar ).

El gas inspirado y el gas alveolar tienen diferentes Pva por estar a diferentes temperaturas.

Pero la Pva es solo proporcional a la temperatura y el número de moléculas actuantes es un equilibrio entre el estado líquido y el estado gaseoso. 1 de 4

clic

clic

Por la ley de Dalton, la presión total de una mezcla gaseosa es igual a la suma de la presión ejercida por cada fracción de gas que la constituye, manteniendo las propiedades como si ocupara el volumen total.Esta ley es fundamental para la comprensión del concepto de presión parcial y para realizar los cálculos correspondientes.

La presión barométrica (Pb) es la fuerza ejercida por las capas de aire sobre los objetos y por ello varía con la altura. A nivel del mar es de 760 mmHg y a nivel de Caracas, 1000 metros sobre el nivel del mar, es de 690 mmHg .

La presión total o Pb , al analizar una mezcla como el aire, es ejercida parcialmente por cada componente, dependiendo de la cantidad de cada uno presente en la mezcla.

Pb = PO2 + PN2 + Potros

Conociendo la composición de la mezcla y la Pb se pueden calcular las presiones parciales de cada gas.

PN2

PO2

clic

2 de 4

Presión

Total

Pb

SOLUCIÓN

GAS–GAS

MENUVer la clase Presión

Conociendo la composición de la mezcla y la Pb se pueden calcular las presiones parciales de cada gas.

O2 con 21% N2 con 78% otros con 1%

PresiónTotal(Pb)

PN2

0.78

PO2 0.21

clicFi 0.21 Fi 0.78 Fi 0.01

Se ha difundido el uso de concentración fraccional en relación a la unidad ( ley de Avogadro ) , desplazando la habitual relación porcentual o en relación a 100 (%)

La presión parcial ( Pp) de un gas depende de

3 de 4

SOLUCIÓN

GAS–GAS

clic

la presión barométrica ( Pb )

la composición de la mezcla ( Fi )

el grado de humectación del gas.

MENU

La presión parcial ( Pp ) de un gas depende de la presión barométrica ( Pb ) , de la composición de la mezcla ( Fi ) y del grado de humectación del gas.

El aire seco inspirado está constituido por Oxígeno, Nitrógeno .y otros gases dentro de los que normalmente no existe CO2.

Pb = PO2+ PN2 + Potros

El aire ambiente saturado con vapor de agua está constituido por Oxígeno, Nitrógeno, otros gases y vapor de agua (va)

Pb = PO2 + PN2 + Potros + Pva

Pva = 47 mmHg a 37 oC

4 de 4

Pva

clic

Pp gas seco = Pb * Fi

Pp gas húmedo = (Pb - Pva ) * Fi

PN2

PO2

SOLUCIÓN

GAS–GAS

MENU

SOLUCIÓN

GAS–

LIQUIDO

1 de 3

El gas alveolar es una mezcla del gas inspirado y del contenido en el pulmón y se mide experimentalmente en fin de espiración.

Existe una distribución no homogénea, a pesar de lo cual la referencia de uso habitual es un valor único de Pp en alveolo ( PA ); esta característica se desarrolla de manera mas específica cuando se realiza un análisis de la desigualdad de la ventilación y de la perfusión alveolar.

La Pp se ejerce en todo el espacio gaseoso y las moléculas de gas difunden en función de sus diferencias de Pp.

El paso del gas por difusión molecular también depende del coeficiente de solubilidad de los componentes de la mezcla, del tamaño molecular, de la temperatura.

clic

MENU

La ley de Henry establece que el gas disuelto en un líquido es igual al producto de la presión parcial ( Pp ) por el coeficiente de solubilidad ( a ).El coeficiente de solubilidad es una propiedad del gas, del líquido en que se disuelve, de la temperatura. Para líquidos biológicos como el plasma es un valor obtenido experimentalmente.El coeficiente de solubilidad del O2 en plasma a 37 grados centígrado es de 0.003 cc de O2 por cada 100 cc de plasma y por mmHg de presión parcial de O2. El coeficiente de solubilidad del CO2 en plasma a 37 grados centígrado es de 0.03 cc de CO2 por cada 100 cc de plasma y por mmHg de presión parcial de CO2.

LEY

DE

HENRY

a = cc / 100cc * mmHg a = cc%/mmHg a = vol%

La difusión de los gases es un importante mecanismo fisiológico, por lo que a pesar de que las cantidades son pequeñas, tienen una importancia funcional vital.

2 de 3

Gas disuelto = a cc / 100cc * mmHg * Pp mmHg

= a * Pp cc/100cc Pp

Gas disueltoclicLas unidades usadas en fisiología son

MENU

Ver Oxígeno Combinado en la clase Transporte de O2

SOLUCIÓN

GAS–

LIQUIDO

El O2 disuelto depende del coeficiente de solubilidad gas –líquido y de la PO2.

PO2

El coeficiente de solubilidad del O2 en plasma ( a ) a 37 grados centígrados es de 0.003 cc de O2 por cada 100 cc de plasma y por mmHg de presión parcial de O2.

O2 disuelto = PO2 * a

O2 disuelto = 100 mmHg * 0.003cc / 100cc * mmHg

O2 disuelto = 0.3 cc / 100cc

3 de 3 MENU

Ver Oxígeno Combinado y Curva de disociación en la clase Transporte de O2

The CIBA collection. HEART. F.A.Netter. 1974

Cuando se habla del sistema ventilatorio generalmente se hace referencia solo al movimiento de volúmenes de gases, como fenómeno mecánico.

Cuando se habla del sistema respiratorio se hace referencia a la composición de los gases ventilados, como fenómeno metabólico o de control químico.

Los fenómenos de “respiración externa” se refieren a los intercambios entre el organismo y el medio ambiente en el sistema capilar pulmonar.

Los fenómenos de “respiración interna” se refieren a los intercambios entre la sangre y los tejidos en el sistema capilar sistémico o periférico.

1 de 2 MENUSólo en estado estacionario ambas variaciones son iguales.

clic

clic

Se miden los cambios producidos en los gases intercambiados.

Se usan los valores en sangre para estudiar sus modificaciones

SISTEMA

RESPIRATORIO

The CIBA collection. HEART. F.A.Netter. 1974

2 de 2

SISTEMA

RESPIRATORIO

Cada sistema o cada órgano tiene un volumen de sangre y una utilización de O2 y eliminación de CO2, no solo de acuerdo a sus características especiales sino además de distintas fases de su actividad.

Los sistemas de regulación cardiopulmonar son los que establecen un estado estacionario que se mantiene sin mayores variaciones, salvo que las diferentes actividades sean extremas.

El intercambio se puede medir

en respiración interna ( Rsangre ) en respiración externa ( Rgas )

clic

RESUMEN FINALMENU

.

El cálculo de la relación entre actividad metabólica e intercambio de gases de manera global se estudia con el Cociente Respiratorio. Se calcula como el cociente entre VO2 y VCO2 (VO2/ VCO2).

. . . .

La presión parcial ejercida por los gases en una mezcla gaseosa o líquida debe comprenderse como

cualquier presión en mmHg

una función proporcional al volumen ( concentración fraccional )

una función proporcional al número de moléculas ...................-------------------- presente (fracción molar ).

En estas clases hemos usado el concepto de sistema cardiopulmonar aunque es común estudiar en fisiología el sistema ventilatorio separado del sistema cardiovascular, pero así es mas útil para analizar la función integrada que conduce al intercambio gaseoso o hematosis,

La función respiratoria de la sangre o hematosis se refiere a los mecanismos de regulación del transporte y utilización del O2 y el CO2, los que permiten asegurar la normalidad de los procesos de óxido-reducción celular y del estado ácido-base.Con la ley general de los gases o de Boyle Mariotte se han descrito las relaciones de presión y volumen a temperatura variable o constante y es fundamental en la comprensión de las variaciones de la ventilación y del intercambio de gases.

la ley de Dalton (solución gas-gas) y la ley de Henry (solución gas – líquido) permiten realizar el cálculo para entender aspectos cuantitativos del transporte de gases en el organismo.

clic .

clic .

FIN

CONCLUSIONES