TRANSPORTE DE OXIGENO

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2. clic El transporte de oxígeno es un proceso complicado y vital, que depende tanto del sistema ventilatorio (respiración externa) como del cardiovascular (respiración interna) La incorporación de oxígeno se analiza con el principio de Fick, que también es válido para numerosos fenómenos y sistemas donde influyen la masa, la concentración y el volumen. A veces no se identifica como una descripción común porque el análisis de diferentes sistemas utiliza distintas definiciones y terminología. Si se comprende a cabalidad el principio de Fick se podrá aplicar también en el sistema cardiovascular y en el sistema renal El concepto de presión parcial en los gases y en el plasma es fundamental para entender los fenómenos de difusión y utilización de los gases. La presión parcial de O2 en el alveolo (PAO2) es la que está en contacto con la sangre y establece en gran medida la presión parcial de O2 en sangre arterial (PaO2). Está relacionada con el oxígeno disuelto. . Existe una representación gráfica de la relación entre el O2 y la hemoglobina llamada Curva de Disociación que permite comprender la incorporación de O2 en los capilares pulmonares y su posterior liberación en los capilares tisulares. Describe el comportamiento del O2 combinado.

3. SISTEMA CARDIOPULMONAR Hematosis Oxígeno disuelto Oxígeno combinado MENU GENERAL

4. clic SISTEMA CARDIOPULMONAR 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 • volumen (V,l) V • concentración (c, gr/l, l/l) c M = c * V V = M / c c = M / V De estas ecuaciones se puede concluir que conociendo dos de las variables se puede calcular la tercera, aunque 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. MENU 1 de 5

5. 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 elingreso 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. . . 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 ( ) ingresa con una concentración de O2 a la arteria pulmonar y se debe restar de la arteria para conocer la cantidad incorporada en el pulmón. c = M / V (CaO2 – CvO2) = VO2 /Q VO2 . . . . Q Q clic clic clic clic clic V = c * M Q = (CaO2 – CvO2) * VO2 . . . Q c = M / V (CaO2 – CvO2) = VO2 /Q 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 ( ) . . M = c * V VO2 = (CaO2 – CvO2) * Q . . V = c * M Q = (CaO2 – CvO2) * VO2 . . SISTEMA CARDIOPULMONAR Cv Ca . MENU 2 de 5

6. clic clic 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. SISTEMA CARDIOPULMONAR 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 VO2 Cv Dav Ca Q VO2 = DavO2 * Q El valor de Q no puede ser aumentado mas de 4 o 5 veces sobre su valor en reposo. 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 3 de 5

7. clic SISTEMA CARDIOPULMONAR 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. 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 a través de diversoss mecanismos mantiene la homeostasis o regulación de las variables fundamentales dentro de rangos adecuados, es fundamental el análisis de la ecuación descrita y sus variables, para explicar algunas de las modificaciones que se producen en reposo , en la realización de esfuerzo, en el aumento de demandas metabólicas. MENU 4 de 5

8. clic • 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 SISTEMA CARDIOPULMONAR . 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 O2 CO2 O2 CO2 • Capilar tisular arterial y venoso O2 CO2 O2 CO2 • Capilar arterial pulmonar y alvéolo O2 CO2 O2 CO2 MENU 5 de 5

9. clic clic Lafunción respiratoria de la sangre o hematosisse refiere a los mecanismos de regulación del transporte y utilización del O2 y del CO2, los que permiten asegurar la normalidad de los procesos de óxido-reducción celular y del estado ácido-base. H E M A T O S I S • 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 un poco menor de CO2 es producida por la variación de la actividad metabólica. MENU 1 de 1

10. clic clic 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. H E M A T O S I S 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. Se miden los cambios producidos en los gases intercambiados. Los fenómenos de “respiración interna” se refieren a los intercambios entre la sangre y los tejidos en el sistema capilar sistémico o periférico. Se usan los valores en sangre para estudiar sus modificaciones Sólo en estado estacionario ambas variaciones son iguales. MENU 1 de 2

11. clic clvic The CIBA collection. HEART. F.A.Netter. 1974 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. H E M A T O S I S 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). • El intercambio se puede medir • en respiración interna ( Rsangre ) • en respiración externa ( Rgas) .. 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. En fisiología se llama estado estacionario, pues se mantiene estable pero está. alejado del equilibrio físico químico. MENU 2 de 2

12. OXIGENO DISUELTO Ley de Henry Presión parcial inspiratoria alveolar Gradientes de O2 Gradientes de CO2 MENU GENERAL

13. O2 DISUELTO clic clic PO2 Laley de Henryestablece 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 del O2 en plasma a 37 grados centígrados es de 0.003 cc de O2 por cada 100 cc de plasma y por cada mmHg de presión parcial de O2. O2 disuelto = PO2* a O2 disuelto = 100 mmHg * 0.003 cc / 100cc * mmHg . = 0.3 cc/100cc = 0.3 cc% = 0.3 vol% El oxígeno total trasportado por la sangre está constituido porla fraccióndisueltay por lafracción combinada con la Hemoglobina. La importancia funcional del O2 disuelto es que su característica de gas en solución hace posible su incorporación directa a las cadenas metabólicas celulares. El O2 combinado es una forma de depósito que debe liberarse como gas molecular o disuelto para ser usado por la célula. MENU 1 de 1

14. 159.6 mmHg 149 .7 mmHg clic clic clic Para calcular la PO2 a nivel del mar Pp gas seco = 760 mmHg * 0.21= Pp gas húmedo = (760 - 47) * 0.21 = P R E S I O N P A R C I A L Para calcular la PO2 en Caracas, 1000 metros sobre el nivel del mar Pp gas seco = 690 mmHg * 0.21= Pp gas húmedo = (690 - 47) * 0.21 = 144.9 mmHg 135 mmHg Para conocer la PO2 en un pueblo de montaña de Pb 500 mmHg Pp gas seco = 500 mmHg * 0.21= Pp gas húmedo = (500 - 47) * 0.21 = 105 mmHg 95 mmHg Es entonces un concepto fácil de entender que respirando gases con igual composición la disminución de la Pb es causa de disminución de la PO2. La composición del gas ( Fi ) es también un factor determinante de la PO2. MENU 1 de1

15. PiO2 VO2 PAO2 clic El gas inspirado tiene una tensión de vapor del agua que depende de la temperatura y su valor aumenta con ella, hasta llegar a la temperatura de ebullición, donde toda el agua pasa a la fase vapor. Aunque en fisiología es habitual analizar su valor en común con las presiones parciales de los diferentes gases, desde el punto de vista físico es un fenómeno diferente Cuando ingresa el gas en las vías aéreas superiores se humecta y a nivel de vías menores está saturado con vapor de agua a la temperatura corporal del individuo. Por esta razón los volúmenes medidos se corrigen como se mostró en la pantalla anterior y la presión parcial inspiratoria de O2 (PiO2) tiene diferentes valores según la Pb y la FiO2 La presión parcial alveolar ( PAO2 ) no se conoce con exactitud pues la compleja estructura del pulmón lo impide. Existen aproximaciones experimentales, como medir la fracción de O2 al final de una espiración (end tidal en inglés) ; es la técnica mas difundida. MENU 1 de1

16. PiO2 VO2 PAO2 clic Existen ecuaciones para obtener un valor aproximado de la PAO2, conociendo la FiO2, la presión parcial de CO2 y el cociente respiratorio ( R = VCO2/VO2 ) . El gradiente inspiratorio alveolar se calcula como una diferencia entre presiones parciales Pi-AO2 = PiO2 – PAO2 . Puede ser un índice de hipoventilación si su valor está disminuidoo de hiperventilación si está aumentado. Es más difundido el uso con este fin de los valores dióxidi de carbono: los valores aumentados indican PACO2 y de PaCO2: indicanhipoventilación y los disminuidos hiperventilación MENU 1 de 3

17. clic clic clic clic La tabla que se presenta es un elemento fundamental para conocer la PiO2 y la PAO2 La FiO2 respirando aire ( 0.2093 ) permite calcular la PiO2 (134.6 mmHg) para una Pb de 690 mmHg (Caracas). Para un cociente respiratorio normal (0.8) se presentan tres posibles PAO2, por la presencia de diferentes PACO2. A PCO2 de 20 mmHg (hiperventilación ) la PAO2 es de 113 mmHg. A PCO2 de 40 mmHg ( ventilación normal ) la PAO2 es de 87 mmHg. A PCO2 de 60 mmHg (hipoventilación ) la PAO2 es de 63 mmHg. La PAO2 es la que determina en gran medida los valores en sangre arterial, por lo que es indispensable conocer su valor para diferenciar normalidad de patología. MENU 2 de 3

18. clic clic clic Puede apreciarse por lo presentado. antes que es absolutamente indispensable conocer la PCO2 y R para calcular la PAO2. Para el primer caso el Pi-AO2 es de 134.6 – 113 = 21.6 mmHg y ya se señaló que se trata de una hiperventilación. Esta se puede identificar tanto por la PACO2 como por la PAO2. En el segundo caso el Pi-AO2 es de 134.6 – 87 = 47.6 mmHg condición normal. Como un criterio aproximado de normalidad ventilatoria se acepta un gradiente de 50 mmHg entre el O2 inspirado y el alveolar. Para el tercer caso el Pi-AO2 es de.... 134.6 – 63 = 81.6 mmHg y ya se señaló que se trata de una hipoventilación, que se identifica por PACO2 alta o PAO2 baja. Se hace evidente la necesidad de un cálculo correcto y de una interpretación adecuada de los datos hallados. MENU 3 de 3

19. PiO2 PAO2 PcO2 clic Se ha desarrollado antes en esta clase el cálculo de las presiones parciales y su relación con los gases disueltos. El gradiente inspiratorio-alveolar de oxígeno ( Pi-AO2 ) permite analizar el nivel de ventilación alcanzado o de ingreso de gas inspirado Suelen encontrarse en los libros de fisiología valores normales aproximados a nivel del mar de PiO2 de 150 mmHg y de PAO2 de 100 mmHg, aunque se ha insistido anteriormente en la necesidad de un cálculo exacto. Pi-AO2 = PiO2 – PAO2 Pi-AO2 = 150 – 100 = 50 mmHg Valores mayores de 50 mmHg indican hiperventilación y valores menores hipoventilación. El siguiente proceso que se produce es la difusión desde el alveolo hacia la sangre del capilar pulmonar. El paso del oxígeno depende del gradiente alveolo-capilar pulmonar ( PA-cO2 ) cuyo valor es de aproximadamente 60 mmHg (alveolo 100 mmHg y capilar pulmonar 40 mmHg). MENU 1 de 2

20. PiO2 PAO2 PcO2 clic PaO2 El paso del oxígeno depende .del gradiente alveolo-capilar pulmonar ( PA-cO2 ) cuyo valor es de aproximadamente 60 mmHg . Pp alveolar 100 mmHg Pp capilar arterial pulmonar 40 mmHg El proceso de difusión molecular es muy rápido en distancias pequeñas. Se acepta que la sangre hace un contacto de 0,75 segundos con el gas alveolar, produciéndose una difusión casi total del gas en 0,25 segundos. Si todos los alvéolos produjeran de forma homogénea una sangre de igual PO2 todos los capilares tendrían un valor muy semejante al alveolar. Pero cuando en un pulmón real se reúne la sangre de todos los capilares, con distintas PO2 por la desigualdad V/Q existente normalmente, hay un gradiente de 10mmHg. PA-a O2 = 10 mmHg Este gradiente aumenta cuando hay problemas de difusión del O2 ycortocircuito o sangre que no se equilibra con el gas alveolar; suelen agravarse las diferencias en las pruebas de esfuerzo .............................................. y aparece hipoxia. MENU 2 de 3

21. PiO2 PAO2 PcO2 clic PaO2 El gradiente alveolo-arterial (PA-aO2 ) es de aproximadamente 10 mmHg en un individuo normal en reposo respirando aire y depende de • Difusión • Desigualdad V/Q • Cortocircuito Ya se discutió que la PO2 alveolar en Caracas es de aproximadamente 87 mmHg por lo que la presión parcial de O2 en arteria ( PaO2 ) estará alrededor de 77 mmHg. En cambio a nivel del mar la PAO2 es de alrededor de 100 mmHg por lo que la PaO2estará alrededor de 90 mmHg. Se hace evidente que no se puede interpretar el valor dePaO2sin conocer la PAO2 Es mas fácil aceptar esta relación cuando se respiran mezclas enriquecidas en oxígeno, pero es también válido respirando aire ambiente. Cuando el PA- a O2 está aumentado es necesario identificar la causa de la hipoxemia, a fin de diferenciarla de las producidas por hipoventilación. MENU 3 de 3

22. VCO2 PvCO2 PACO2 PtCO2 Pv CO2 clic - Se ha desarrollado anteriormente el cálculo de las presiones parciales y su relación con los gases disueltos. El proceso de difusión del dióxido de carbono tiene una dirección opuesta al oxígeno. La mayor presión parcial de CO2 está normalmente en el tejido, donde se produce a medida que el O2 se consume MENU 1 de 2

23. El uso del término gradiente para el CO2 es de uso menos común que en el caso del O2. Al circular desde el tejido ( Pt ) al capilar de la arteria pulmonar( Pv mixta = Pv ) se produce el gradiente Pt-vCO2. VCO2 - PvCO2 - PACO2 - El siguiente proceso que se produce es la difusión desde la sangre del capilar pulmonar ( Pv = Pc ) hacia el alveolo ( PA ) generándose el Pv-ACO2 - PtCO2 - Pv CO2 clic clic El paso del dióxido de carbono depende del gradiente venoso mixto -alveolar ( Pv-ACO2 ) cuyo valor es de aproximadamente 1 mmHg debido a la alta solubilidad de este gas. - En el aire inspirado no hay normalmente dióxido de carbono y el gradiente inspiratorio-alveolar está determinado por el CO2 que se elimina. Hay pruebas con administración de este gas a través de la mezcla inspírada ( reinhalación, ventilación máxima involuntaria por CO2) donde el gradiente tiene sentido opuesto. MENU 2 de 2

24. OXIGENO COMBINADO CURVA DE DISOCIACION Saturación de O2 afinidad normal MENU GENERAL

25. clic clic clic Existen electrodos cutáneos para medir PO2y PCO2en piel o saturómetros de piel. También se mide la PO2, la PCO2 y el pH en sangre extraída de arteria. Puede ser estudiado el transporte de O2 de forma cualitativa con la medición de la saturación de O2 solamente. Para hacer cuantitativa esa información hay que hacer el cálculo del contenido arterial de oxígeno incluyendo la concentración de hemoglobina. El oxígeno total transportado por la sangre está constituido porla fracción disuelta y por la fracción combinada con la Hemoglobina. (Ver Ley de Henry en la clase Hematosis) De manera experimental se ha determinado que cada gramo de hemoglobina adulta normal puede fijar 1.39 cc de oxígeno (hasta 1.2 en fumadores). Con el valor normal de hemoglobina de 15 gramos por 100 cc de sangre se puede cuantificar un volumen real de O2 o contenido de O2. Si todaslas moléculas de hemoglobina han fijado el O2, lacapacidado transporte máximo de O2 será de aproximadamente 20cc/100 cc o cc%. Obviamente es una cantidad superior al O2 disuelto en mas de 600 veces. Es muy importante discutir el problema de la combinación del oxígeno con la hemoglobina, ya que cada vez se usa más la medida de la saturación de oxígeno (SO2), con el uso de saturómetro de piel, por ser una técnica incruenta o no invasiva. La SO2 es una medida que tiene valor para comparar aumentos o disminuciones en forma cualitativa, pero no se puede conocer el valor absoluto o real de la cantidad de O2. MENU 1 de 1

26. 100 clic clic 80 60 SATURACION DE OXIGENO (%) 40 20 P O2 mm Hg 20 40 60 80 100 120 140 Cuando se desea analizar la incidencia de la PO2 en el número de moléculas de Hb que podrán unirse con moléculas de O2( oxígeno combinado ) seutiliza en fisiologíala curva de disociación de la oxihemoglobina ( O2Hb ) . CURVA D E DISOCIACION Enordenadasse coloca el porcentaje de moléculas de oxihemoglobina ( O2Hb ) en relación al total de moléculas de hemoglobina ( Hb ) presente en la sangre; es un valor porcentual llamadosaturación ( SO2 ). Enabcisasse grafica lapresión parcial de oxígeno ( PO2 )que puede corresponder a • vena ( PvO2 ) • capilar pulmonar (PcO2 ) • arteria ( PaO2 ) • alvéolo ( PAO2 ) Es una graficación que se puede utilizar para diferentes análisis. MENU Ver Ley de Henry en la clase Hematosis 1 de 2

27. 100 clic 80 60 SATURACION DE OXIGENO (%) 40 20 P O2 mm Hg 20 40 60 80 100 120 140 La relación descrita en la curva de disociación no eslineal, lo que en cierta medida dificulta un análisis simple de las relaciones entre la presión parcial ( PO2 ) y la saturación de la hemoglobina ( SO2 ). Debe tenerse en cuenta que un cambio de PO2 de 20 mmHg ( de 100 a 120 mmHg) marcado en el eje de las abcisas produce un aumento de SO2 pequeño. Es el nivel de PO2 que se encuentra en los capilares pulmonares. CURVA D E DISOCIACION Cuando se produce igual gradiente de PO2 de 20 mmHg pero en un rango entre 20 a 40 mmHg hay una importante modificación de la SO2. Es el nivel de PO2 que se encuentra enlos capilares tisulares. MENU 2 de 2

28. 100 Saturación de O2 80 clic 60 40 20 PO2 mm Hg 20 40 60 80 100 120 140 Es indispensable entender que la relación descrita entre PO2 y SO2 define la afinidad entre el O2 y la Hb, relación que está determinada por diferentes características de la sangre y que cambia con ellas; no es una relación constante o única. SATURACION DE OXIGENO AFINIDAD NORMAL La curva que se presenta y los valores de saturación correspondientes a cada PO2, son en este caso representativos de condiciones normales. • un pH de 7.4 • una PCO2 de 40 mmHg • una temperatura de 37 grados • una concentración normal del metabolito 2-3 bifosfoglicerato (23-BFG) pH 7.4 37 75 91 96 97.3 98.1 98.7 SO2 % MENU 1 de 2

29. 100 Saturación de O2 80 clic 60 40 20 PO2 mm Hg 20 40 60 80 100 120 140 RESUMEN FINAL SATURACION DE OXIGENO El O2 se incorpora a la sangre en loscapilares pulmonares( PO2 100 mmHg, SO2 97.3% ) y se libera a nivel de loscapilares tisulares( PO2 40 mmHg, SO2 75% ). AFINIDAD NORMAL De esta manera la sangre entrega al tejido el 22.3 %................. .....( 97.3 – 75 ) del O2 transportado. pH 7.4 37 75 91 96 97.3 98.1 98.7 SO2 % Ver clase O2, afinidad, Hipoxia MENU 2 de 2

30. clic clic Ha sido tradicional analizar por separado el sistema ventilatorio del cardiovascular, cuando la realidad funcional indica por lo menos la necesidad de considerar un sistema cardiopulmonar integrado. El principio de Fick permite entender lo básico de esta interrelación . El oxígeno ingresa al organismo a través del sistema ventilatorio (respiración externa) y es transportado hacia los tejidos por el sistema cardiovascular (respiración interna) Es necesario diferenciar el oxígeno disuelto que es el que difunde y asegura su utilización en la célula, del oxígeno combinado, fundamentalmente con la hemoglobina, que constituye un reservorio de donde se libera para su utilización . . Con la curva de disociación de la oxihemoglobina se grafica la relación entre la presión parcial de O2 ( PO2 ) y la saturación de oxígeno (SO2). La SO2es un valor porcentual calculado con la cantidad de moléculas de hemoglobina combinadas con el O2 del total de moléculas contenidas por litro de sangre. Es una relación variable en función de la PCO2, la temperatura corporal, el pH de la sangre, la presencia de metabolitos, que se llama afinidad Lea las clases Hipoxia, Hematosis, Saturación y contenido, Cosumo de O2 FIN