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FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN (Difusión, Transporte de Gases)

FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN (Difusión, Transporte de Gases). Fabiola León-Velarde Dpto. de Ciencias Biológicas y Fisiológicas Laboratorio de Transporte de Oxígeno. Gradiente de presión de O 2 del ambiente hasta los tejidos. INSP ALV ART CAP VEN-M. 140.

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FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN (Difusión, Transporte de Gases)

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  1. FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN(Difusión, Transporte de Gases) Fabiola León-Velarde Dpto. de Ciencias Biológicas y Fisiológicas Laboratorio de Transporte de Oxígeno

  2. Gradiente de presión de O2 del ambiente hasta los tejidos. INSP ALV ART CAP VEN-M 140 100 PO2 (mm Hg) 60 40 mmHg 20

  3. PROCESOS FISICOS RESPONSABLES DE LA RESPIRACIÓN • DIFUSIÓN: Es el movimiento de moléculas de un gas de una alta concentración a una baja concentración de acuerdo a sus presiones parciales individuales. • CONVECCIÓN: Es el movimiento de un gas de una alta concentración a una baja concentración en función del movimiento del medio en que se encuentra dicho gas.

  4. Variables del intercambio gaseoso En el pulmón: CONVECCIóN : MO2 = Vaire (CiO2 – CeO2) En la membrana alveolo-capilar: DIFUSIóN : MO2 = DL (PAO2 – PaO2) En la sangre: CONVECCIóN : MO2 = Vsang (CaO2 – CvO2) En los tejidos: DIFUSIóN : MO2 = DT (PcO2 – PtO2)

  5. Variables del intercambio gaseoso CONVECCIóN: MO2 = Vaire (CiO2 – CeO2) MO2 = masa de O2; Vaire = volumen de aire; CiO2 = concentración de O2 en aire inspirado; CeO2 = concentración de O2 en aire espirado. Afectado por: resp/min, volumen corriente, espacio muerto. DIFUSIóN: MO2 = DL (PAO2 – PaO2) DL = capacidad de difusión del pulmón; PAO2 = presión de O2 en aire alveolar; PaO2 = presión de O2 en sangre arterial. Afectado por: área de superficie, volumen capilar, espesor de la pared alveolar, concentración de Hb.

  6. Variables del intercambio gaseoso CONVECCIóN: MO2 = Vsang (CaO2 – CvO2) Vsang = volumen de sangre; CaO2 = concentración de O2 en sangre arterial; CvO2 = concent. de O2 en sangre venosa. Afectado por: latidos/min, volumen min, CDHb, 2,3-DPG, [Hb], distribución de flujo sanguíneo. DIFUSIóN: MO2 = DT (PcO2 – PtO2) DT = capacidad de difusión de los tejidos; PcO2 = presión de O2 en sangre capilar; PtO2 = presión de O2 en los tejidos. Afectado por: área de superficie de las células, densidad mitocondrial, volumen y densidad capilar, concentración de las enzimas respiratorias.

  7. DIFUSIóN • Ley de Fick: Vg =. Dg x A(Palv - Pcp) d DL donde: A = área de superficie total Dg = coef. de difusión del gas d = distancia recorrida DL = 25 ml/min/mm Hg

  8. MEDIDA DE LA DLCO • Inspiración única de una mezcla diluída de CO • Mantener la respiración por 10 segundos. • Medida de transferencia de CO, y comparación de las concentraciones en el aire inspirado y espirado. • Valor normal: 25 ml/min/mmHg

  9. CAPACIDAD DE DIFUSIóN (DL) DEPENDE DE: - El componente de membrana - área de intercambio - distancia de difusión - presión parcial - El componente sanguíneo - tiempo de reacción Hb-O2 (flujo sang.) - concentración de Hb

  10. TRANSFERENCIA DE GASES • Limitado por Perfusión

  11. Difusión de O2 en Normoxia

  12. TRANSFERENCIA DE GASES • Limitado por DifusiónLimitado por Perfusión (en tejidos) PAPA Pa En pulmón Pa reflejaanormalidad 40 Inicio (long. Capilar) Fin Inicio (long. Capilar Fin 100 100 40

  13. TRANFERENCIA DE GASES • Limitado por Difusión • CO:Se mantiene el gradiente y la transferencia de gas puede continuar.Sólo las características de la membrana alveolo capilar limitan este intercambio. • Limitado por Perfusión • N2, CO2, O2:El gradiente se pierde rapidamente (PA=Pa). La transferencia del gas es función del flujo. • Para que continúe el proceso de transferencia del gas DEBE fluir sangre adicional.

  14. INTERCAMBIO GASEOSO LIMITADO POR DIFUSIóN Y POR PERFUSIóN • Equilibrio ventilación/perfusión se alcanza normalmente a los 0.25 seg. • Limitada por difusión a nivel tisular: PA>PCAP porque hay poca afinidad por el gas o porque ha sido captado por la hemoglobina, como en el caso de CO. • Limitada por perfusión a nivel pulmonar: PA = PCAP

  15. Diferencia A-a • PAO2 - PaO2Valores normales 5-20 mmHg • CAUSA: • El “shunt” anatómico normal • Ventilación/Perfusión alterada. • La diferencia A-a aumenta con las enfermedades pulmonares. • NOTA: Los valores normales varían en 100% O2.

  16. Transporte e Intercambio de Gases • Membrana alveolo-capilar: epitelio alveolar, endotelio capilar, espacio intersticial y sustancia surfactante alveolar. • Difusión (por diferencia de presiones) de O2 y CO2 en direcciones opuestas entre alveolos. • Lapresión es directamente proporcional a la concentración de las moléculas del gas. • Presión de un gas en solución --> Ley de Henry

  17. LEY DE HENRY • [O2] =  . PO2PO2 = [O2] /  = 0.003 ml O2 /100 ml . 1 mm Hg Si PO2 = 100 mm Hg [O2] = 0.003 x 100 = 0.3 ml/100 ml = 0.3 vol%

  18. b a Grupo HEM Fe++ b a

  19. Transporte de O2en la Hb • 4O2 + Hb4 Hb4 (O2) 4 reacción reversible • Hb se combina con 4 moléculas de oxígeno • 2 formas: Oxihemoglobina (forma R) y Desoxihemoglobina (forma T) • Forma de transporte muy eficiente

  20. Oxígeno en la Hb • (mM) Hb + 4 O2 (mM) 1 mmol Hb = 64.5 g Hb 1 mmol O2 = 22.4 ml. 4 x 22.4 ml/mmol O2 / 64.5 g Hb = 1.39 ml O2/g Hb • 15 g de Hb se combinan con 1.34 ml O2 (VN) • Capacidad de Hb = 15 x 1.34= 20.1ml O2 /100 ml • O2 disuelto [O2] = 0.3 ml O2/100 ml

  21. 22 18 14 10 6 2 O2 total 100 80 60 40 20 0 C de O2 ml/100ml Sat (%) Hb O2 combinado con Hb O2 disuelto 0 20 40 60 80 100 600 Po2 mmHg

  22. Saturación de la Hb por el O2 • El porcentaje de saturación es el % o grado de ocupación de grupos Hem unidos a O2 Sat = Contenido deO2 en la Hb x 100 Capacidad de O2 • Sat. arterial = 99 - 97% PaO2 = 100mmHg • Sat. venosa = 75% Pv02 = 40mmHg

  23. CONTENIDO DE O2 • Cont. O2 Hb= Sat O2 x Hb x 1.34 = 0.98 x 15 x 1.34 = 19.7 ml O2 /l00 ml • Cont. O2 Total = Cont. O2 Hb+ Cont. O2 disuelto (Cont O2 dis. = PAO2 x 0.003 = 100 x 0.003) = 0.3 + 19.7 = 20 ml O2 /l00 ml sangre

  24. Hb: proteína alostérica • Tiene más de un sitio (4) de unión al ligando. • Alosterismo cooperativo: la unión del 4° ligando es más fácil que la del 1°, gracias a un cambio conformacional en la molécula.

  25. Hb: proteína alostérica • La unión con el O2 ocurre debido a pequeños cambios en la estructura terciaria de los segmentos cerca del HEM y un gran cambio en la estructura cuaternaria. • Cambio de la forma T (desoxiHb, tensa) a R (HbO2, relajada).

  26. V Critical PO2 Significado fisiológico de la forma sigmoide de la curva

  27. N de Hill = 3 (O2 liberado 80%) Log (SatO2/1-Sat02) n log P50 logPO2 mm Hg

  28. P50 Log (SatO2) = log K + n log PO2 (1-SatO2) A SatO2 = 50% log 0.5 = 0 1- 0.5 0 = logK + n log P50 Log K = - n log P50 A < n ; < cooperatividad

  29. Factores que modifican la afinidad de la Hb oxigenada • La concentración de iones hidrógeno, [H+] • La presión parcial de gas carbónico, PCO2 • La Temperatura • [2,3-DPG]Caso especial: CO

  30. Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O2 • La curva se desplaza a la derecha cuando:  T°,  PCO2,  [H+] y  2-3-DPG • La Hb disminuye su afinidad por el O2 y lo libera. • Ocurre en los tejidos. • En los pulmones ocurre lo contrario.

  31. Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O2 •  PCO2,  [H+] y  2-3-DPG • Se unen a la desoxiHb y estabilisan la estructura T, disminuyendo la afinidad. • Todos los efectores se unen en diferentes lugares de las cadenas a y b, pero pueden competir por un mismo sitio. •  T°, debilita la unión entre la Hb y el O2. Reacción exotérmica (DH=-11 kcal/mol).

  32. Efecto Bohr • El incrementode ácidos o CO2 disminuye el pH del plasma y mueve la curva de disociación de la Hb hacia la derecha. •  un aumento de CO2 promueve una mayor entrega de O2 a los tejidos a igual PO2. Efecto Bohr = Dlog P50/DpH

  33. Factores que afectan la capacidad de la Hb • Cambios en la concentración de Hb • Presencia de CO • Formación de metaHb (el Fe++ se oxida a Fe+++)

  34. Pregunta de examen • ( ) La hemoglobina se satura al 50% con oxígeno a un PO2 de aproximadamente 27 mm Hg. • ( ) La hemoglobina de la sangre arterial está aproximadamente 97% saturada a un PO2 de 100 mm Hg. • ( ) La unión del oxígeno al HEM convierte el fierro ferroso a férrico. • ( ) El oxígeno disuelto en sangre es función lineal de la presión parcial de O2.

  35. ( V ) La hemoglobina se satura al 50% con oxígeno a un PO2 de aproximadamente 27 mm Hg. • ( V ) La hemoglobina de la sangre arterial está aproximadamente 97% saturada a un PO2 de 100 mm Hg. • ( F ) La unión del oxígeno al HEM convierte el fierro ferroso a férrico. • ( V ) El oxígeno disuelto en sangre es función lineal de la presión parcial de O2.

  36. Aporte de Oxígeno • ApO2 = QT . (Cart O2 x 10) = 5L x (20 vol% x 10 = 1000 ml O2 /min • Donde QT es el gasto cardíaco o flujo total de sangre, Cart O2 es el contenido de O2 en sangre arterial (GC = Vol.lat x lat/min) • ApO2disminuye si se reduce: • La oxigenación de la sangre • La concentración de hemoglobina • El gasto cardiaco

  37. Diferencia a-v en contenido de O2 • CaO2 - CvO2 • CaO2 = 20 vol%;CvO2 = 15 vol% • CaO2 - CvO2 = 5 vol% • 50 ml O2 / L • 50 ml de O2 son extraídos de 1L de sangre para el metabolismo tisular.

  38. Consumo de Oxígeno • VO2 = QT . (Cart O2 - Cven O2) x 10 = 5L x (5 vol% x 10) = 250 ml O2 /min • Donde QT es el gasto cardíaco o flujo sanguíneo, Cart O2 es el cont. de O2 en sangre arterial y Cven O2 es el cont. de O2 en sangre venosa • 250 ml de O2 son extraídos de la sangre en 1 min.

  39. Coeficiente de extracción de oxígeno • Coef. E = (CART O2 - CVEN O2) CART O2 = 5 vol% = 0.25 20 vol% • ApO2= 1000 ml O2 /min En 1 min, con un ApO2= 1000 ml O2 /min y un Coef. E de 0.25, 250 ml de O2 son metabolizados por los tejidos y 750 ml de O2 regresan a los pulmones.

  40. Hipoxia Tisular • La cantidad disponible de O2para el metabolismo celular es inadecuada. Existen 4 tipos de hipoxia: • Hipóxica (hipoxemia). • Anémica. • Circulatoria • Histotóxica.

  41. Hipoxemia • La Hipoxemia es causada por cuatro razones principales: • Hipoventilación (enf. Resp.), disminución de la PO2, respirar menos de 21% de O2. • Difusión alterada. • Cortocircuitos (“shunts”) • Relación Ventilación – Perfusión alterada.

  42. Hipoxia Anémica La PaO2 es normal, pero disminuye la capacidad de la sangre para el O2. Es causada por: • Concentración disminuída de Hb. • CO • Meta Hb.

  43. Hipoxia Circulatoria La PaO2 y el Cont. O2 son normales, pero disminuye la cantidad de sangre y por lo tanto de O2. • La Hipoxemia es causada por: • Disminución de flujo sanguíneo, insuficiencia vascular. • Cortocircuitos (“shunts”) arterio-venosos.

  44. Hipoxia Histotóxica • Es causada por: La incapacidad de los tejidos de utilizar el O2. La PaO2 y el Cont. O2 son normales, pero los tejidos están muy hipóxicos. La PvO2, el CvO2 y SvO2 pueden estar elevados, pues el O2 no está siendo utilizado.

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