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Fisiología Humana Dr. Abner A. Fonseca L.
Universidad Nacional Hermilio Valdizan Facultad de Enfermería
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NIVEL ORGÁNICO
FISIOLOGÍA RESPIRATORIA
El proceso fisiológico comprende el intercambio gaseoso entre el aire respirado y las
células de los capilares sanguíneos pulmonares (hematosis) se lleva a cabo en cuatro etapas.
I. VENTILACIÓN PULMONAR
1) Árbol traqueo bronquial:
a. Zona conductora
b. Zona respiratoria
2) Fuerza motriz.
a. Inspiración (entrada de aire)
b. Espiración (salida del aire)
II. INTERCAMBIO GASEOSO:
1) Gradiente de presión de oxígeno
2) Superficie funcional de la membrana alveolocapilar
3) Volumen respiratorio por minuto
4) Ventilación alveolar.
III. TRANSPORTE DE GASES
1) Oxígeno unido a la hemoglobina (97%)
2) Oxígeno libre
3) Anhídrido Carbónico disuelto en el plasma
IV. REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN.
1) Bulbo raquídeo
2) Receptores periféricos alveolares
I. VENTILACIÓN PULMONAR
1. ÁRBOL TRAQUEOBRONQUIAL Los diferentes niveles del árbol traqueobronquial usualmente se describen como
generaciones, la tráquea sería la primera generación, los bronquios principales, la segunda,
y así hacia abajo hasta 23 generaciones, siendo los sacos alveolares la última. Sin embargo
se hará referencia a la nariz, nasofaringe, laringe como órganos complementarios al árbol
traqueobronquial.
a) Zona conductora, son: nariz, nasofaringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos
hasta la generación 15. La función es llevar aire hacia dentro y fuera de la zona
respiratoria, para intercambiar gases, calentar, humedecer y filtrar el aire antes de que
alcance la región exacta del lugar en la que se intercambiarán los gases.
Nariz, nasofaringe, laringe
Vías respiratorias altas, por ellos ingresa y sale aire desde y hacia el medio
ambiente externo. Su función es filtrar grandes partículas inhaladas durante la
respiración.
La tráquea
Estructura tubular se extiende a nivel de la sexta vértebra cervical hasta la quinta
vértebra torácica y se bifurca en la carina. Tiene unos 10 cm de longitud, la mitad se
encuentra en el interior del tórax. Su diámetro es de 1,5 a 2,5 cm, es más estrecha
en las mujeres. Tiene forma una herradura, el lado abierto corresponde a la cara
posterior, compuesta de músculo liso y tejido conjuntivo, la porción curva
constituye la cara anterior y laterales, con anillos cartilaginosos en forma U.
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Presenta revestimiento mucoso seudoestratificado de epitelio cilíndrico, con
cilios y células caliciformes para realizar las funciones determinadas. Los cilios
siguen la dirección de la corriente del moco hacia arriba dirigido a la faringe. El
moco y el cilio eliminan pequeñas partículas inhaladas. La tráquea humana tiene
una capacidad de 30 ml, que constituyen el 20% del espacio muerto
anatómico.
El calibre puede modificarse pasivamente por compresión externa o bien
activamente por contracción de su músculo liso que esta inervado por los nervios
simpático y parasimpático.
a) Las neuronas simpáticas adrenérgicas activan receptores β2 en el músculo
liso bronquial y produce relajación y dilatación de vías respiratorias. Los
agonistas que producen estos efectos son: adrenalina, isoproterenol y
albuterol, estos relajan las vías respiratorias en el tratamiento del asma.
b) Las neuronas colinérgicas parasimpáticos activan receptores muscarínicos
y causan contracción y contracción de las vías respiratorias.
Estos cambios modifican la resistencia y flujo de aire.
Los bronquios (generaciones de la 1 a la 11)
La bifurcación de la tráquea en la carina no es simétrica; el bronquio derecho es más
amplio y más alineado con la tráquea. De este modo, los cuerpos extraños, los tubos
endotraqueales, o los catéteres de succión es más probable que vayan al interior del
lado derecho que del izquierdo.
El epitelio bronquial es seudoestratificado ciliado, con células de diversos
tipos, dispuestas en varias capas en la tráquea y sólo en una al alcanzar el
bronquiolo terminal. Las células basales asientan en la membrana basal; son
pequeñas y piramidales. Intercaladas entre las basales, las células K
(emparentadas con las de Kulchitsky del intestino delgado) poseen funciones
endocrinas.
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Carina
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Las células intermedias, alargadas, descansan sobre las basales y supuestamente
evolucionan hacia las columnares. Las ciliadas se observan desde la tráquea hasta el
bronquiolo terminal y son responsables del transporte mucociliar, que arrastra las
secreciones y detritos hacia la orofaringe. En su polo superior poseen unos 200 cilios,
de 6 mm de longitud y 0,3 mm de diámetro, que baten rítmica y metacrónicamente
desde la profundidad del pulmón al exterior. Los cilios coexisten en la superficie
celular con las microvellosidades, pequeños túbulos que se supone regulan el espesor
de la capa mucociliar.
Las células caliciformes, mucho menos frecuentes en la mucosa sana, sintetizan
gotas de mucígeno, que se reúnen formando una gran vacuola en el polo superior que
se rompe periódicamente para verter la secreción mucosa hacia la superficie
bronquial. Las células clara son, en proporción, más abundantes en los bronquiolos,
y poseen un prominente aparato secretor al que se ha relacionado con la producción
de surfactante, que llevan a cabo las células alveolares tipo II.
Las glándulas bronquiales se encuentran en los bronquios de pared cartilaginosa y
producen la mayor parte de la secreción bronquial. Arracimadas en la submucosa, se
componen de células mucosas y serosas. En sus conductos colectores, que atraviesan
la mucosa hacia la luz bronquial, se encuentran también células mioepiteliales y
células ciliadas.
Están inervadas por las fibras parasimpáticas, procedentes del vago, y las
simpáticas, que surgen de los ganglios cervicales y dorsales superiores, forman
plexos en los hilios pulmonares para seguir el recorrido de los bronquios y vasos
hasta alcanzar los ácinos alveolares y la pleura.
El epitelio bronquial es ciliado columnar, semejante al epitelio traqueal. Sin
embargo, la altura de las células epiteliales disminuye a medida que se
aproximan a los bronquiolos periféricos hasta llegar a ser cuboidales en los
bronquiolos. Durante la espiración forzada, los bronquios mayores (generaciones de
1 a la 4) están expuestos al colapso cuando la presión intratorácica excede los 50 cm
H2O por encima de la presión intraluminal, limitando así la velocidad del flujo
espiratorio máximo.
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Los bronquiolos (generaciones de la 12 a la 15)
Un rasgo característico de los bronquiolos es la ausencia de cartílagos y las bien
desarrolladas bandas musculares helicoidales en las paredes. El diámetro del pasaje
aéreo es alrededor de 1 mm en ese nivel. Debido a la pérdida de la capa de cartílago,
están más propensos a ser comprimidos. Sin embargo, ello se evita por el hecho de
que se encuentran enclavados en el parénquima pulmonar, y no están muy afectados
por las presiónes intratorácicas como sucede en los grandes bronquios. Hasta la
generación 15ª de los pasajes aéreos, los bronquios son aprovisionados por el árbol
vascular sistémico por vía de la circulación bronquial. Más allá de este nivel los
pasajes respiratorios se nutren por la circulación pulmonar. Asimismo por encima de
este nivel, la función principal de los pasajes respiratorios es la conducción del aire y
su humidificación; más allá de este punto, puede presentarse intercambio de gas.
Espacio muerto (vD anat), constituido por el aire que ocupa la vía aérea y que no llega a
los alvéolos pulmonares; por consiguiente, no participa en la difusión o intercambio de
gases. Tiene en cambio la misión de mantener la temperatura, la humedad y la filtración
del gas respirado. Representa aproximadamente 150 ml, o sea una tercera parte del
volumen corriente.
b) Zona respiratoria, lugar donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso. Son estructuras
revestidas de alvéolos
Los bronquiolos respiratorios (generaciones de la 16 a la 19) Los bronquios respiratorios son la zona transicional entre los bronquiolos y los
conductos alveolares. El epitelio de las primeras generaciones es cuboidal, posee
cilios y músculo liso, llega a ser más plano, y eventualmente es similar al epitelio
alveolar en los conductos alveolares. Por lo tanto, hay un intercambio mínimo en
estos primeros niveles, ya que puede contener algunos alvéolos, el cual aumenta hacia
abajo en toda la línea.
Un rasgo característico de los bronquiolos es la ausencia de cartílagos y las bien
desarrolladas bandas musculares helicoidales en las paredes.
Lóbulos primarios o unidades funcionales
Esta es el área de los pulmones aprovisionada por los bronquiolos respiratorios de
primer orden. Cada unidad tiene un diámetro de 3.5 mm y contiene alrededor de 2
000 alvéolos. Estas son probablemente las áreas del pulmón que chasquean cuando
un pulmón colapsado se infla durante la toracotomía.
Los conductos alveolares (generación 20 a la 22) y sacos alveolares (generación
23) No existe diferencia funcional entre los conductos alveolares y los sacos alveolares.
Ambos se encuentran cubiertos por el epitelio alveolar. A lo largo de los conductos
alveolares hay una serie de anillos hechos por el septum alveolar. Estos septum
contienen células de músculo liso y se pueden contraer, provocando disminución de
la luz del conducto. La única diferencia entre los sacos y los conductos alveolares
es que los primeros no tienen salida. La mitad de los alvéolos emerge de los
conductos y la otra mitad de los sacos.
Alvéolos
Evaginaciones en forma de bolsa presente en bronquios respiratorios, en conductos y
sacos alveolares. En el hombre, los alvéolos tienen alrededor de 0.2 mm de diámetro.
Son más grandes en las partes superiores de los pulmones que en las partes
inferiores debido al efecto de la gravedad. La pared alveolar de los alvéolos está
hecha de dos capas de células epiteliales alveolares, denominados neumocitos tipo I
y II o células alveolares. El tipo II sintetiza la sustancia tensoactiva del pulmón,
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necesaria para reducir la tensión superficial de los alvéolos, y tienen capacidad para
regenerar ambos tipos de neumocitos; cada una sobre una membrana basal distinta
rodeando la red vascular capilar. Estos capilares se encuentran enclavados entre las
fibras elásticas y colágenas y entre los músculos lisos y los nervios.
Los alvéolos contienen células fagocitarias llamados macrófagos alveolares, los que
conserven libre de polvo y desperdicio, ya que no tienen cilios para ejecutar esa
función. Los macrófagos llenos de desperdicio emigran hacia los bronquiolos de
donde el movimiento de los cilios lleva hacia las vías respiratorias altas y desde allí
pueden ser expectorados o deglutidos.
La molécula de gas que pasa del interior del alvéolo a la sangre tiene que cruzar las
siguientes capas:
1. Una capa única de células epiteliales alveolares con su membrana basal.
2. Un espacio que contiene tejidos conectivos colágeno y elástico.
3. Las membranas basales y las células endoteliales de los capilares. Espacio alveolar. Es el volumen de aire que ventila los alvéolos pulmonares y es el
responsable de la difusión o intercambio de gases. Representa aproximadamente 350 ml.
Esto quiere decir que en cada inspiración hay 350 ml de aire que hacen contacto con la
membrana alveolar; como el adulto respira unas 12 veces por minuto, hay una ventilación
alveolar (VA) de 4 200 ml por minuto. Si respira con una frecuencia de 15, la VA será de
5 250 ml por minuto.
La circulación bronquial, es la encargada de nutrir el parénquima pulmonar y los
bronquios y bronquiolos. Hay dos arterias bronquiales para el pulmón izquierdo y una para
el derecho. Se originan de la aorta torácica. A veces la arteria bronquial derecha se origina
de la subclavia derecha o de la arteria torácica interna. La circulación venosa corre a
cargo de venas bronquiales que drenan a la vena ácigos. A veces, las venas bronquiales
izquierdas drenan a la vena hemiácigos.
La circulación pulmonar, es la encargada de llegar a los espacios capilares alveolares
para participar en la hematosis. Su endotelio responde de manera inversa que la circulación
sistémica a los mismos estímulos (por ejemplo, con el CO2 vasoconstriñe, la circulación
sistémica vasodilata), no posee sistema valvular, las vénulas poscapilares son
estructuralmente idénticas a las arteriolas precapilares. Esta circulación termina en el atrio
izquierdo con sangre arterial que va a la circulación sistémica.
Inervación: Nervios vagos y tronco simpático (T1-8).
2. FUERZA MOTRIZ Los pulmones se expanden y se contraen.
a) Inspiración (entrada de aire)
Es un proceso activo y en ella participan los principales músculos inspiratorios:
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1. Diafragma (es un músculo voluntario, que para funcionar adecuadamente requiere
que el nervio frénico se encuentre intacto, el cual surge del cuarto nervio cervical, y
recibe además ramas de los nervios tercero y quinto cervicales). Durante la
inspiración, el diafragma se contrae moviendo de 10 a 12 cm verticalmente, se
encarga de más de 75% del cambio en el volumen intratorácico e empuja el
contenido abdominal hacia abajo y tira de las superficies inferiores de los pulmones
hacia abajo. Además hace que las costillas se levante arriba y afuera. Esto permite
el incremento del volumen toráxico, la que va llevar consigo una disminución de
presión intratoráxica y el aumento de flujo o ingreso de aire a los pulmones.
2. Los músculos intercostales externos (son once de cada lado, aumentan el diámetro
anteroposterior de la pared del tórax) y los músculos accesorios
(esternocleidomastoideo tira hacia arriba al esternón, serratos anteriores levantan
las costillas y los escalenos elevan las dos primeras costilas) generalmente
participan ayudando la respiración, pero sobre todo en respiraciónes vigorosas.
Estos amplían el volumen de la caja torácica, la presión alveolar se hace inferior a
la atmosférica (negativa) y aparece el flujo inspiratorio. Mientras que los trapecios,
y los músculos dorsales estabilizan a la pared del tórax.
Composición de aire inspirado
Nitrógeno (N2) 78.08 Argón (Ar) 0.93
Oxígeno (O2) 20.93 Bióxido de carbono (CO2) 0.03
Gases raros 0.02 b) Espiración (salida de aire)
La espiración es un proceso pasivo, donde el diafragma y los intercostales externos se
relajan, permitiendo que las propiedades elásticas del parénquima pulmonar provocan el
retorno pasivo a la posición inicial y el flujo espiratorio.
Además, en este proceso participan los músculos rectos abdominales y los intercostales
internos, que realizan trabajo contrario a los músculos inspiratorios.
II. INTERCAMBIO GASEOSO 1) Gradiente de presión
Presiones que producen movimiento de aire dentro y fuera de los pulmones se expresan en
cm. de H2O, por lo que la presión atmosférica es 0 cm. de H20:
a) Presiones en las vías respiratorias
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Durante la inspiración, en las vías respiratorias la presión es de -1 cm. de H20, menor
que la presión atmosférica, lo que permite el ingreso de aire atmosférico. Durante la
espiración, la presión es de + 1 cm. de H20, mayor que el de la atmósfera y permite la
salida del aire.
b) Presiones en los alvéolos
Durante la inspiración, en los alvéolos la presión es de -3 cm. de H20, menor que el de
las de vías respiratorias lo que permite que el aire continúe ingresando. Durante la
espiración, la presión es de +3 cm. de H20, mayor que el de las vías respiratorias y
permite la salida del aire.
c) Presiones transmurales (Ptm)
La presión transmural de vías respiratorias: en la inspiración es de +7 cm. de H20 y
en la espiración es de +4 cm. de H20.
La presión transmural de los alvéolos: en la inspiración es de +5 cm. de H20 y en la
espiración es de +8 cm. de H20.
d) Presiones pleurales
Al igual que en las anteriores, en la pleura también varía las presiones, así durante la
inspiración la presión en el espacio pleural es de -8 cm. de H20 y durante la espiración
es de -5 cm. de H20.
Espiración forzada
Es la contracción forzada de los músculos espiratorios, por lo que la presión en las vías
respiratorias se altera significativamente a +25 cm. de H20 y el de los alvéolos a +35 cm. de
H20; así también el del espacio pleural a +20 cm. de H20. Esta cifras son altamente
peligrosas para enfermos con Neumonía Obstructiva Crónica (NOC) cuyos alvéolos
podrían colapsar, pero ¿porqué los alvéolos de personas sanas no colapsan? Por que la
diferencia de presión transmural es positiva.
Inspiración Espiración
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Se puede calcular la posibilidad de la permeabilidad o el colapso de los alvéolos mediante
la siguiente fórmula:
Espiración forzada en personas sanas:
Ptm = presión vías respiratorias – presión intrapleural
= +25 – (+20)
= +5 cm. de H20 (permite que las vías respiratorias estén abiertos)
Ptm = presión alveolar – presión intrapleural
= +35 – (+20)
= +15 cm. de H20 (permite que los alvéolos estén abiertos)
Espiración forzada en personas con neumonía obstructiva crónica:
Ptm = presión vías respiratorias – presión intrapleural
= +15 – (+20)
= -5 cm. de H20 (permite que las vías respiratorias se colapsen)
Se puede evitar enseñando al paciente a espirar lentamente con labios apretados.
Ptm = presión alveolar – presión intrapleural
= +25 – (+20)
= +5 cm. de H20 (permite que los alvéolos estén abiertos)
Según la ley de Boyle, durante la inspiración, la presión se negativisa en las vías
respiratorias y los alvéolos, es decir, el gradiente de presión es menor que la presión
atmosférica, esta permite el ingreso del flujo de aire hacia el interior de los pulmones, éste
se conoce como volumen de aire corriente (Vt) que aproximadamente es de 500 ml (0.5 L);
por lo que el volumen máximo de inspiración normal va a ser igual a la capacidad funcional
residual (CFR= 2.4 L aproximadamente) más Vt.
Presiones de gases en la inspiración:
Aire vías respiratorias:
PI02
PICO2
Presión parcial de 02 en aire inspirado seco.
Presión parcial de C02 en aire inspirado seco.
160 mmHg
0
Aire alveolar:
PA02
PAC02
Presión parcial de 02 en aire alveolar.
Presión parcial de C02 en aire alveolar.
100 mmHg
0
Espiración forzada en
personas sanas Espiración forzada en
personas con NOC
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En la espiración, la presión se positivisa y es mayor que el de la atmósfera, por lo que
facilita la salida de aire desde los alvéolos hacia la atmósfera, después de esto el volumen
pulmonar retorna a la CFR por lo siguiente:
Rechazo elástico sobre los pulmones esta disminuido.
Presión intrapleural retorna a su valor en reposo: -5 cm. de H20
2) Superficie funcional de la membrana a) Tensión superficial
Los alvéolos están revestidos por una capa de agua, cuando entra en contacto con el
aire, las moléculas de la superficie de agua experimentan una atracción entre sí muy
fuerte, por lo que dichas moléculas están siempre intentando contraerse para unirse.
Según la ley de Laplace:
Las fuerzas de atracción de las moléculas de líquidos adyacentes son mayores.
Las fuerzas de atracción de las moléculas de líquidos con gas son menores.
Ej. Las burbujas de la solución jabonosa al ser soplado. La tensión superficial crea una
presión que colapsa la esfera.
Entonces ¿los alvéolos están en riesgo de ser colapsados?
Es posible, de acuerdo al tamaño de los alvéolos, los grandes tienen presión colapsante
baja, pero los alvéolos pequeños tienen presión colapsante alta.
Pero este problema se resuelve mediante una sustancia tensoactiva.
b) Sustancia tensoactiva
Es un agente activo de superficie en el agua que reduce notablemente la tensión
superficial del agua y disminuye la presión colapsante en los alvéolos pequeños,
evitando la atelectasia.
Esta sustancia es sintetizado a partir de los ácidos grasos en las células epiteliales
alveolares o conocidos como células de clara o neumocitos tipos II, constituyen el 10%
de la superficie alveolar. La composición exacta de la sustancia tensoactiva aún se
desconoce pero los más importantes son: dipalmitoil – fosfatifil – colina (DPPC), las
apoproteínas del agente tensoactivo y los iones calcio. La molécula DPPC tiene
naturaleza anfipática (hidrófoba e hidrófila), por lo que no se disuelve uniformemente
en el agua sino que se extiende por toda la superficie del agua alveolar gracias a su
naturaleza hidrofílica, mientras que la porción hidrófoba se orienta hacia el aire.
Presión colapsante
baja
Presión colapsante
alta
Alvéolo grande
Alvéolo pequeño
Alvéolo pequeño con
sustancia tensoactiva
Presión colapsante
baja
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Todos los líquidos tienen una tensión superficial, el agua pura 72 dinas/cm; el líquido
que revisten a los alvéolos, sin agente tensoactivo, 50 dinas/cm; el líquido normal con
agente tensoactivo que recubren a los alvéolos, entre 5 y 30 dinas/cm.
Durante la gestación, la síntesis de sustancia tensoactiva empieza a la 24 ss y
generalmente se encuentran desde las 35 ss. Los alvéolos pequeños tienden a colapsarse
(atelectasia). Los alvéolos grandes permanecen abiertos pero se reduce la superficie de
intercambio gaseoso, por lo que la respiración aumenta y disminuye la ventilación
alveolar generando un desequilibrio entre ventilación y riego sanguíneo e hipoxemia.
3) Volumen respiratorio por minuto Es el aire desplazado hacia dentro y fuera de los pulmones en un minuto, esto se calcula
mediante la siguiente fórmula:
Ventilación minuto (Vm) = Vt x frecuencia respiratoria\minuto (FR)
Vt = volumen de aire corriente (500 ml)
FR= 12 a 15 por minuto
Vm = 500 ml x 12 ó 15\minuto
Vm = 6000 ó 7500 ml.
4) Ventilación alveolar Es la ventilación minuto corregida por el espacio muerto fisiológico y se determina
mediante la siguiente fórmula:
A = (VT – VD) x FR/min
A = (500 – 150) x 12 ó 15
A = 4 200 ó 5 250 ml/min
Volumen del espacio muerto
fisiológico Es el volumen de los pulmones que
no participan en el intercambio de
gases, esto incluye espacio muerto
anatómico (vías respiratorias de
conducción: nariz hasta bronquiolos
que contienen 150 ml de 500 ml del
Vt) más el espacio muerto funcional
(volumen de los pulmones que no
participan en el intercambio
gaseoso), en personas sanas puede
ser 0, pero puede variar y se calcula mediante la siguiente ecuación:
En personas sanas:
VD = 500 x 40 – 40 VD = 0, no hay ventilación desperdiciada.
40
En personas sanas:
VD = 500 x 40 – 0 VD*= 500 ml, no hay intercambio gaseoso.
40
Donde:
A = ventilación alveolar (ml/min)
VT = volumen de aire corriente (500 ml)
VD = volumen del espacio muerto fisiológico
(0 hasta 150 ml) en personas sanas.
FR = 16 ó 17 en un minuto
Donde:
VD = espacio muerto fisiológico
VT = volumen de aire corriente (500 ml)
PaCO2 = presión parcial de CO2 arterial (40 mmHg)
PECO2 = presión parcial de CO2 de aire espirado:
Datos extremos:
En personas sanas = PaCO2 (40 mmHg)
En estados patológicos = estará por
debajo de lo normal hasta 0.
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Donde:
A = ventilación alveolar (4 200 ó 5250 ml/min)
CO2 = tasa de producción de CO2 (200 ml/min)
PAC02 = presión parcial de CO2 alveolar (mmHg) ¿?
K = constante (863 mmHg)
Donde:
PAO2 = presión parcial de O2 alveolar (¿? mmHg)
PI O2 = presión parcial de O2 inspirado (160 mmHg)
PACO2 = presión parcial de CO2 alveolar (41.1 ó 32.8
mmHg)
R = cociente de intercambio respiratorio (consumo
de CO2/producción de CO2 = 0.8)
* VD puede variar normalmente desde 0 hasta 150 ml, pero cuando la cifra esta por encima
de esa cantidad se considera patológica.
Ecuación de la ventilación alveolar Es la relación fundamental de la fisiología respiratoria y describe la relación inversa entre
ventilación alveolar y la presión parcial del CO2 alveolar (PACO2). Se calcula mediante la
siguiente fórmula:
o despejando,
PAC02 = 200 x 863/ 4 200 ó 5250 ml en un minuto
PAC02 = 41.1 ó 32.8 mmHg, son los niveles normales, si la producción del CO2 aumenta al
doble (400 ml/min), se mantendrá PAC02 en los mismos valores siempre y cuando
se aumente la A de 5 a 10 L, como se aprecia en el gráfico.
Ecuación del gas alveolar
Esta ecuación permite describir la relación entre PACO2 y PAO2. Esta ecuación predice el
cambio de PAO2 que ocurre con un cambio determinado de PACO2. Cuando la A se
reduce a la mitad, la PAC02 se duplica y la PA02 es ligeramente mayor de la mitad. Ésta se
calcula mediante la siguiente fórmula:
PAO2 = 160- 41.1 ó 32.8/0.8
PAO2 = 160 - 51.4 ó 41
PAO2 = 108.6 ó 119 mmHg
La oxigenación es el mejor
índice o parámetro de la
función respiratoria. Una
PaO2 normal indica que la oxigenación de la sangre se realiza eficientemente. Pero la
determinación más útil y la de valor práctico es la PACO2, que refleja directamente la
eficacia de la ventilación alveolar.
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Valores de PAO2 por debajo de 60 mm Hg a grandes alturas, o de 70 mm Hg a nivel del
mar, indican una hipoxemia de significación, y cuando son inferiores a 50 mm Hg indican
hipoxemia severa que requiere administración continua de oxígeno.
Respirando oxígeno los valores superiores a 150 mm Hg son excesivos y pueden dar lugar a
toxicidad de oxígeno, sin ventaja especial, por cuanto la hemoglobina ya está casi
totalmente saturada por encima de PaO2 de 100 mm Hg.
Volúmenes y capacidades pulmonares a) Volúmenes pulmonares, el volumen se mide con un espirómetro, en la que el sujeto
permanece sentado y respira dentro del espirómetro desplazando una campana, y el
volumen desplazado se registra sobre un papel calibrado.
Volumen corriente (VT): es el volumen de aire inspirado-espirado durante cada ciclo
respiratorio, es de casi 500 ml., incluye volumen de aire en el interior de los alvéolos y
el volumen en vías respiratorias.
Volumen de reserva inspiratorio (IRV): es el máximo volumen de aire que se puede
inspirar por arriba del volumen corriente inspirado, es de 3 000 ml. aproximadamente
Volumen de reserva espiratorio (ERV): es el máximo volumen de aire que se puede
expulsar después que se permite el escape de volumen corriente, es de 1 200 ml.
aproximadamente.
Volumen residual (RV): éste es el volumen de aire que permanece en los pulmones al
final de un esfuerzo espiratorio máximo, es de 1 200 ml. aproximadamente.
b) Capacidades pulmonares, las capacidades incluyen dos o más volúmenes pulmonares.
Capacidad inspiratoria (IC): éste es el volumen que se puede inspirar, empezando a
nivel del final espiratorio. Representa la suma del volumen de reserva inspiratorio más
el volumen corriente, es decir 3 500 ml. aproximadamente.
Capacidad funcional residual (FRC): integrada por volumen de reserva espiratorio
(ERV) más el volumen residual (RV), de (1 200 + 1 200) 2 400 ml. aproximadamente.
Capacidad vital (VC): éste es el máximo volumen de aire que se puede expulsar de los
pulmones después de la más profunda inspiración posible. Representa la suma del
volumen corriente más el volumen de reserva inspiratorio más el volumen de reserva
espiratorio, es decir (500 + 3 000 + 1 200) 4 700 ml. aproximadamente. Es mayor en
varones, aumenta con la talla corporal y disminuye con la edad.
Capacidad pulmonar total (TPC): es la cantidad de aire presente en los pulmones
después de un esfuerzo inspiratorio máximo. Es la suma del volumen residual y de
la capacidad vital, es de 5 900 ml. (4 700 + 1 200) aproximadamente. Subdivisiones del volumen pulmonar. El término capacidad se aplica a una
subdivisión compuesta por dos o más volúmenes.
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VALORES NORMALES RELACIONADOS A LA FISIOLOGÍA RESPIRATORIA
SIGLA SIGNIFICADO VALOR
NORMAL
Sangre arterial:
Pa02
PaC02
Presión parcial de 02 en sangre arterial.
Presión parcial de CO2 en sangre arterial
100 mmHg
40 mmHg
Sangre venosa:
Pv02
PvC02
Presión parcial de 02 en sangre venosa.
Presión parcial de C02 en sangre venosa
40 mmHg
46 mmHg
Aire inspirado:
PI02
PICO2
Presión parcial de 02 en aire inspirado seco.
Presión parcial de C02 en aire inspirado seco.
160 mmHg
0
Aire alveolar:
PA02
PAC02
Presión parcial de 02 en aire alveolar.
Presión parcial de C02 en aire alveolar.
100 mmHg
0
Volúmenes y
capacidades:
TPC
FVC
VC
FRC
VT
VD
Capacidad total del pulmón
Capacidad vital forzada
Capacidad vital
Capacidad funcional residual
Volumen de aire corriente
Espacio muerto fisiológico
6.0 L
4.7 L
4.7 L
2.4 L
0.5 L
0.15 L
Constantes:
Patm
PvH20
STPD
BTPS
-
-
Presión atmosférica
Presión de vapor de agua
Temperatura estándar, presión estándar y gas seco
Temperatura corporal, presión ambiente y gas
saturado en vapor de agua.
Solubilidad de 02 en sangre
Solubilidad de C02 en sangre
760 mmHg
47 mmHg (370C)
273oC, 760 mmHg
310 oC, 760 mmHg,
47 mmHg.
0.003 ml 02/100 ml
de sangre/mmHg.
0.03 ml C02/100 ml
de sangre/mmHg.
Otros valores:
-
-
O2
CO2
R
FR
Concentración de hemoglobina
Capacidad de la hemoglobina para unirse a O2
Consumo de O2
Producción de CO2
Cociente de intercambio respiratorio (consumo de
CO2/producción de CO2)
Frecuencia respiratoria
15g/100 ml de sangre
1.34 ml de O2/g Hb
250 ml/min
200 ml/min
0.8
15 respiraciones/min
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III. TRANSPORTE DE GASES
1) Formas de oxígeno en la sangre El oxígeno se transporta en la sangre de dos formas: disuelto y unido a la
hemoglobina.
a. O2 disuelto en sangre
El oxigeno disuelto esta libre y es el 2% aproximado del contenido del total de
O2 en la sangre. Esta forma de O2 es la única que produce presión parcial y
estimula la difusión de O2.
Según la Ley de Henry, la concentración de O2 disuelto es proporcional a la
presión parcial de O2; la constante de proporcionalidad es la solubilidad O2 en
sangre, 0.003 ml/100 ml de sangre/mmHg. La concentración de O2 se calcula
mediante:
CnO2ds = constante de solubilidad x PaO2
Donde:
CnO2ds = Concentración de O2 disuelto en sangre (¿? mlO2/100 ml)
Constante de solubilidad = 0.003 ml/100 ml de sangre/mmHg
PaO2 = 100 mmHg (normal)
¿Cuál será la concentración de O2 disuelto en sangre para PaO2 normal de 100
mmHg?
CnO2ds = 0.003 ml O2/100 ml de sangre/mmHg x 100 mmHg
CnO2ds = 0.3 ml O2/100 ml de sangre/mmHg
La concentración de O2 disuelto en sangre es insuficiente para satisfacer las
necesidades del organismo, porque en una persona en reposo, el consumo es de
250 ml O2/min.
Para calcular el suministro de O2 en tejidos se usa la siguiente fórmula:
SmO2 = gasto cardiaco x CnO2ds
Donde:
SmO2 = Suministro de O2 ml/min
Gasto cardiaco = 5 litros (5000 ml)
CnO2ds = 0.3 ml O2/100 ml de sangre/mmHg
SmO2 = 5000 ml/min x 0.3 ml O2/100 ml de sangre
= 1500 ml O2 en un min/100 ml de sangre
SmO2 = 15 ml O2/min
Esta cifra (15 ml O2/min), cantidad de O2 disuelto en sangre, no es suficiente
para cubrir las necesidades del organismo en reposo que es de 250 ml O2/min.
Por lo que habría un déficit de 235 ml O2/min.
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b. O2 unido a la hemoglobina
El 98% del total de O2 en la sangre se encuentra unido a la hemoglobina de
los eritrocitos. La hemoglobina es una proteína que tiene cuatro subunidades.
La hemoglobina del adulto (Hb A) se denomina α2 β2; dos subunidades poseen
cadenas α y dos subunidades tienen cadenas β, y cada uno tiene una fracción
hem con lo que se une una molécula de O2, la hemoglobina se oxigena y se
llama oxihemoglobina; cuando se desoxigena, se conoce como
desoxihemoglobina. Es decir, cada molécula de hemoglobina esta unido con
cuatro moléculas de oxígeno. Para que la fracción hem se una a la molécula de
O2, debe encontrarse en estado ferroso (Fe2+) y no es estado férrico (Fe3+).
Hay ciertas variantes de la molécula de hemoglobina:
Metahemoglobina
La metahemoglobina se caracteriza por que la fraccion hem se encuentra
en estado férrico (Fe3+) y no en estado ferroso (Fe2+). El Fe3+ no se une con
O2. La metahemoglobinemia es una enfermedad congénita donde hay
déficit de la enzima reductasa, la que mantiene el hierro en su estado
disminuido.
Hemoglobina fetal (hemoglobina F, HbF)
En la hemoglobina F, las dos cadenas β están sustituidas por cadenas , por
la que se designa cadena α2 2. La HbF tiene mayor afinidad por O2 que la
HbA, que facilita el movimiento de O2 desde la madre al feto, pero en el
primer año es sustituida por la HbA.
Hemoglobina S
La HbS se caracteriza porque las unidades α son normales y las β
anormales; la nominación es αA2 β
S2. La afinidad de la HbS por el O2 es
menor que la HbA, porque es semejante a una hoz y altera la forma de los
eritrocitos que pueden ocluirse en vasos sanguíneos de pequeño calibre
que conduce a anemia falciforme. Esta es una variante anormal de la
hemoglobina que causa drepanocitemia.
2) Capacidad de unión y contenido de O2 a) Capacidad de unión de O2 (CuO2)
Es la máxima cantidad de O2 que se puede unir a la Hb por volumen de sangre,
asumiendo que la Hb esta 100% saturada (los cuatro grupos hem de la Hb esta unido a
O2). La capacidad de unión de O2 se calcula mediante la fórmula:
CuO2 = cantidad O2 que une 1 g de HbA x concentración HbA en sangre
Donde:
CuO2 = Capacidad de unión de O2 (ml O2/100 ml sangre)
Cantidad O2 que une 1 g de HbA = 1.34 ml O2
Concentración normal de HbA en sangre = 15 g/ml
CuO2 = 1.34 ml O2 x 15 g/100 ml
CuO2 = 20.1 ml O2/100 ml sangre
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b) Contenido de O2
Es la verdadera cantidad de O2 por volumen de sangre, esto se calcula mediante la
fórmula:
Contenido de O2= (Cu O2 x % de saturación) + O2 disuelto
Donde:
Contenido de O2 = cantidad real de O2 en sangre (ml O2/100 ml sangre)
CuO2 = 20.1 ml O2/100 ml sangre
% de saturación = % de grupos hem unidos a O2 (100, 98, 75, 50, 25)
O2 disuelto = 0.3 ml O2/100 ml de sangre
Contenido de O2= (20.1 ml O2 x 98%) + 0.3 ml O2/100 ml de sangre
Contenido de O2= (20.1 ml O2 x 0.98) + 0.3 ml O2/100 ml de sangre
Contenido de O2= 19.9 ml O2/100 ml sangre
3) Curva de disociación O2 –Hb Cada molécula de Hb esta unido a cuatro moléculas de O2, en esta condición la saturación
es de 100%. Si a la Hb se une solo tres, la saturación es de 75%; si se une dos a la Hb, la
saturación es de 50%; y si solo se une una molécula de O2 a la Hb, la saturación es de 25%.
La saturación de Hb es función de la PO2 en sangre según la curva de disociación O2-Hb,
cuya forma es sigmoide. Es decir, el porcentaje de saturación de los sitios hem no aumenta
de manera lineal a medida que se incrementa la PO2. La saturación aumenta rápido
conforme la PO2 se incrementa de 0 a casi 40 mmHg y se hace lenta entre 50 y 100 mmHg.
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4) Transporte de dióxido de carbono en la sangre
El CO2 se transporta en la sangre de tres formas:
a) CO2 disuelto
La concentración de CO2 en sangre, según la Ley de Henry, es la presión parcial
de CO2 x la solución de CO2. La solubilidad es 0.03 ml CO2/100 ml
sangre/mmHg. Entonces la concentración de CO2 es 1.2 ml CO2/100 ml sangre
(40 mmHg x 0.03 ml CO2/100 ml sangre/mmHg), aproximadamente el 5% del
contenido total de CO2 en la sangre.
b) CO2 unido a hemoglobina (carbaminohemoglobina)
El CO2 se une a grupos amino terminales como la Hb y proteínas plasmáticas
como la albúmina, esto es casi el 3% del CO2 total.
c) CO2 modificado en forma de bicarbonato (HCO-3), es la más importante.
La cantidad restante del CO2 se traslada en la sangre en forma químicamente
modificada, HCO-3, que aproximadamente es más 90% del CO2 total.
Las reacciones que producen HCO-3 a partir de CO2 indican la combinación de
CO2 y H2O para formar H2CO3. Esta reacción es reversible y catalizada por la
enzima anhidrasa carbónica de la célula, por que el H2CO3 se disocia en H+
HCO-3. La misma enzima permite la hidrogenación y la deshidrogenación de
H2CO3.
CO2 + H20 H2CO3 H+ + HCO-3
Anhidrasa carbónica
Los tejidos, luego del metabolismo aerobio, añaden a la sangre capilar HCO-3
para ser transportada a los pulmones donde se convierte en CO2 y el espirado.
Esto ocurre mediante los siguientes pasos:
1. El CO2 se produce en tejidos por metabolismo aerobio, luego se difunde por
difusión simple a través de la membrana celular hacia el interior de
eritrocitos.
2. La anhidrasa carbónica se encuentra en concentraciones elevadas en
eritrocitos y permite la hidrogenación del CO2 + H20 H2CO3.
3. En los eritrocitos, el H2CO3 se disocia en H+ + HCO-3. el H+ permanece en
los eritrocitos donde es amortiguado.
4. El H+ es amortiguado por la desoxihemoglobina y transportado a la sangre
venosa en esa forma. Existe una útil relación entre la amortiguación del H+ y
el efecto de Bohr. Este efecto indica que la concentración de H+ desplaza a
la derecha la curva de disociación O2 – hemoglobina, lo que facilita la
descarga de O2 de la hemoglobina hacia los tejidos.
5. El HCO-3 producido se intercambia por Cl- a través de la membrana del
eritrocito gracias a la proteína de banda tres (llamado así por su prominencia
en un perfil electroforético de sangre) y es transportado a los pulmones
disuelto en plasma de sangre venosa.
En el pulmón todas las reacciones ocurren de manera inversa.