Post on 11-Dec-2014
SISTEMA RESPIRATORIO
S. XVIII
- Un gas (CO2) puede ser el producto de una reacción química
- Lavoisier demuestra que la fermentación produce CO2
- Fermentación consume O2
- Spellanzani: O2 es consumido y CO2 es producido en tejidos
Respiración: 3 niveles
1) Nivel Bioquímico – Molecular
C6H12O6 + 6 O2 -------------- 6 H2O + 6 CO2 + E (ATP)
2) Nivel Celular
Captación y utilización de O2 y producción y liberación de CO2 por parte de las células
3) Nivel Organismo (sólo en pluricelulares)
Respiración externa: captación y transporte interno de O2, y transporte y liberación de CO2 del organismo como un todo. Se debe transportar a los gases entre el ambiente con células en tejidos.
J = P . ΔC/ΔxAca el ΔX es muy grande
J = P . ΔC/ΔxΔX se achica por mezcla de O2 por agitacion
Gradiente mayor
J es proporcional a gradiente
Organismos menores a 1 mm con baja actividad metabólica
Mayor tamaño y/o mayor metabolismo Paramecio, esponja
La conjunción de convección externa e interna aumenta más todavía el gradiente en la membrana de intercambio con el medio externo (ej. branquias de pez o invertebrado).Además membrana de intercambio entre medio interno y células. Sist conv interno ademas transporta gases hasta y desde tejidos
Sist. convector int.(Sist circulatorio)
En vertebrados terrestres; se debe tomar O2 desde ambiente seco pulmones (sist. convectivo externo). Ademas sistema conv. interno (sistema circulatorio).En corazón de cuatro cámaras (mamíferos, reptiles) tenemos un doble circuito circulatorio que aumenta gradientes estremedio externo e interno, y entre medio interno y tejidos.
convección externa(ventilación alveolar)
convección interna(sistema circulatorio)
difusión a nivel alveolar
difusión tisular
INTERCAMBIO GASEOSO
cavidad nasalcavidad oral
tráquealaringe
bronquio primario
diafragma
saco alveolar
alveolo
vías aéreas superiores
tracto respiratorio
SISTEMA RESPIRATORIO HOMBRE: sistema convectivo externo
faringe
VÍAS AÉREAS + MEMBRANA DE INTERCAMBIO + MÚSCULOS
20-25
35-45
12-16
10-12
8-10
1-8
0.5-1
< 0.5
< 0.5
0.3
+++
+++
+++
+++
+++
+++
++
++
+
+++
+++
+++
+++
++
+
0
+
++
++
++
++
+++
+++
+
0
laringe
tráquea
bronquio primario
bronquio secundariobronquio terciario
bronquiolo
sacos alveolares
+++
+++
++
++
++
+
+
diametromm cilia cartilago músculo
lisoc.
gobletTRACTO RESPIRATORIO
(cm2)
> 100 m2
- A medida que avanzamos en tracto aumenta área total y disminuye el flujo (J: masa/[s.t]) de aire.-Difusión aumenta directamente con área de intercambio e inversamente con grosor de membrana.- En alvéolos el grosor se reduce a un simple epitelio muy delgado y el área total es enorme.
SISTEMA RESPIRATORIO
vías aéreas superiores
•Humidificacin del aire•Llevar el aire a la temperatura corporal•Filtrar, limpiar el aire de partículas
SISTEMA RESPIRATORIO
TráqueaSISTEMA RESPIRATORIO
Tráquea
lum
en
SISTEMA RESPIRATORIO
Alveolos: el intercambio gaseoso se produce en los alveolos
Células tipo II surfactantes
>300 x 106 alveolossuperficie aprox. 100 m2
5-6 litros de aire
Células tipo I
Membrana respiratoria (0.2 μm)
Poro alveolar
SISTEMA RESPIRATORIOAlveolos
Cavidad Toráxica
diafragma
músculos intercostales
saco pleural
pleura visceral
pleura parietal
espacio intrapleural
Protege a pulmones + actividad de bomba
Tendencia de caja toráxica a expandirse en reposo y fuerza de retracción elástica de los pulmones (2 componentes) determina existencia de presión subatmosférica en cavidad pleural
(1)la elasticidad propia del tejido pulmonar; (2) la tensión superficial en la interface aire alveolar-alvéolo que tiende a colapsar las cavidades alveolares.
ESTA PRESION INTRAPLEURAL ES SIEMPRE MENOR QUE LA INTRAPULMONAR,HACIENDO QUE LOS PULMONES SE MANTENGAN SIEMPRE DISTENDIDOS (CASOPATOLOGICO: PNEUMOTÓRAX)
REPOSO
INSPIRACION
ESPIRACION
Cambios de volúmen en la caja torácica duranteuna respiración tranquila
contracción de los músculos intercostales externos y diafragma
relajación de los músculos intercostales externos y diafragma
0
1
2
El aire se mueve por diferencias de presión entre la atmósfera y los alvéolosPatm > Palv : inspiraciónPatm < Palv : espiración
activa
pasiva
Cambios de volúmen en la caja torácica
Espiración Inspiración
ΔV
Ciclo respiratorio
Pres
ión
intra
alve
olar
(mm
Hg)
volu
men
de
aire
(l)
inspiracion espiracion
volúmenrespiratorio
Palv relativa a la Patm
tiempo
tiempo
Boyle: P.V = cte → P = cte/V
J = (Patm – Palv) / R
Ec Gral de Estado: P.V = n.R.T
- El aire se moverá según la diferencia entre Palv y Patm (por ley de flujo). La Pi.alv y Pi.pleu se expresan como diferencia Patm-Palv. - Expansión del tórax provoca caída de Palv por ↑ Vol (Boyle)- Entrada o salida de aire provoca cambios de Palv x Ec Gral Estado (cambia n)
3 Presiones: atmosférica (constante: 760 mmHg), intrapleural e intraalveolar
reposo
Ciclo Respiración Tranquila
En respiración forzada la espiración es activa e intervienen músculos adcionales
-Las vías aéreas ofrecen baja resistencia al paso del aire(gran sección total). Por lo tanto una baja ΔP alcanza
- La R a nivel de los bronquiolos puede ser modificada por contracción del musculo liso.
- control extrínseco por sistema nervioso autónomo y médula adrenal.
- intrínseco por mediadores químicos locales.
- Broncodilatación y broncoconstricción
Compliance pulmonar = ΔVΔ (Palv. – Pi.pl.)
Palv – Pi.p. : presión transpulmonar
> c.p. → < W muscular para introducir un Vol. aire en pulmones
c.p. depende en forma inversa de la presencia de fibras elásticasde tejido conectivo en los pulmones y de la tensión superficialdel líquido que recubre los alvéolos
La tensión superficial se reduce gracias a la presencia de un surfactante liberado los las células tipo II del epitelio pulmonar.
El surfactante aumenta la complacencia pulmonar y reduce el trabajo que deben realizar los músculos en la inspiración.
SISTEMA RESPIRATORIO
Alveolos. Surfactante
Los surfactantes interfieren en los puentes de H entre moleculas de agua, disminuyendo la tensión superficial
Es un fosfolípido: la dipalmitoilfosfatidilcolina
La tensión superficial es la fuerza tangencial que ejercen las moléculas de agua en la superficie para mantenerse unidas. Es una medida del W requerido para aumentar la superficie el líquido.
La Tsup tiende a “cerrar” la burbuja
d
F
T = F/d
Definicion de Tensión(membrana elástica)
Respirómetro
Inspiración profunda
Espiración profunda
ESPIROGRAMA
TV: volumen tidal (corriente) ~0.5 lERV: volumen de reserva espiratorio ~2.5 lIRV: volumen de reserva inspiratorio ~1.5 lRV: volumen residual (no se mide con espirómetro (si con He))IC: capacidad inspiratoriaVC: capacidad vital (VT+IRV+ERV) ~4.5 lVolumen muerto: 150 ml
La Capacidad Vital es la máxima capacidad de aire que pueden intercambiar los pulmones. Es uníndice clínico de la función pulmonar
VRM = 0.5 l x 12 min-1 = 6 l/ min
VAM = (0.5-0.15 l) x 12 min-1 = = 0.35 x 12 min-1 = 4200 l/min
VRM : volumen respiratorio por minuto
Para una respiración tranquila
VAM : ventilación alveolar por minutoVolumen muerto: 0.15 l
Regulacion Central de la Ventilación
El ritmo respiratorio está controladopor el sistema nervioso central tronco
cerebralcentro neumotáxico
centro de la actividad ritmica
respiratoria grupo respiratorio dorsal
grupo respiratorio ventral
Ritmo respiratorio
Protuberancia
Bulbo
Neuronas somáticas motoras
- nervio frénico: diafragma-nervios intercostales: músculos intercostales (estimulan a músculos respiratorios en forma cíclica)
respiración tranquila respiración con espiración activa
Se para actividad de diafragma e intercostales, pero no de músculos accesorios (mantienen el ritmo): los nervios que controlan estos músculos salen directemante del bulbo. Además centro del patrón rítmico está arriba.
No se detiene ritmo respiratorio: protuberancia no cumple papel fundamental, y además el centro que genera el patrón rítmico se encuentra debajo.
GENERADOR DEL PATRON CENTRAL DEL RITMO RESPIRATORIO GENERADOR DEL PATRON CENTRAL DEL RITMO RESPIRATORIO (CPG: central pattern generator)
Dos hipótesis:- H1: ciertas neuronas del CPG tienen actividad de marcapasos.- H2: Interacciones entre redes neuronales (neuronas con feedback (-) y atenuación).
-
-
INTERCAMBIO GASEOSO EN ALVEOLOS
Intercambio gaseoso
mercurio, Hg
presiónatmosférica
760 mm
Aire contiene (mm Hg) :
N2 79% 568.0O2 20.93% 160.0CO2 0.03% 0.3H2O variable
760 mm Hg = 1 atm
Intercambio gaseoso
Pero respiramos aire, que es una mezcla de gases …………
pa = xa . PTpb = xb . PTpc = xc . PT
Ley de Dalton
para una mezcla del gas a, b y c
Ptotal = Pa + Pb + Pc
Intercambio gaseoso
xi = ni / nT
Por ejemplo para O2: 760 mm Hg x 0.21 = 160 mm Hg
Pi = niRT / VEsto supone idealidad en cada gas y en la mezcla: Gases diluídos se aproximan
En reposo una persona adulta, en promedio:
- Inhala 6000 ml de aire/min
- 4200 ml/min alcanzan los alvéolos (luego de restado el espacio muerto)
- 882 ml/min del aire que llega a alvéolos es O2 (21%)
- 250 ml/min de O2 difunde a la sangre
- los restantes 632 ml son exhalados
250 ml/min => 360000 ml/día = 360 l/día O2Se necesita un sistema muy eficiente (gran superficie de intercambio)
El intercambio de O2 y CO2 se da entre una fase gaseosa y otra líquida
Intercambio gaseoso
AireAlveolar
Sangre capilar
Capa de aguaalveolar
O2 (g)
CO2 (g)
O2 (s)
CO2 (s)
O2 (s)
CO2 (s)
Ley de Henry: [a]liq = k pa
Ley de Henry: C = k pa
aire
plasma
PO2 =100 mm Hg
[O2] = 0.15 mM
PO2 =100 mm Hg
PCO2=100 mm Hg
[CO2] = 3 mM
PCO2=100 mm Hg
en equilibrio
Molar gas volume: 22.4 litros
3 ml O2 / l plasma 67 ml CO2 / l plasma
oxígeno dióxido de carbono
el CO2 es 20 veces más soluble en H2O que le O2
Algo de Sistema Circulatorio y Sangre
circulaciónpulmonar
circulaciónsistémica
arteria pulmonar vena pulmonar
vena cava
aorta
capilaressangre oxigenadasangre deoxigenada
SISTEMA CIRCULATORIO
Composición(8% del peso corporal, (4-7 litros))
Plasma55%
Células45%
eritrocitosleucocitos
H2O 90% K+, Na+, Cl+, Ca2
O2, CO2
proteínas (8%): pH= 7.4
SANGRE
médulaosea
Transporte de O2 & CO2
Forma facilita difusión de gases
Color x Hb
7.5 μm
Hematocrito humano:5 x 106/ml
Glóbulos rojosSANGRE
SANGRE
Distribución de: • Oxígeno desde pulmones • Nutrientes desde tracto digestivo• Residuos metabólicos desde las células• Hormonas desde glándulas
Regulación de: • Temperatura • pH
Protección: • Antibacteriana y antiviral
Funciones
Seguimos con Intercambio Gaseoso
Atmosfera160 / 0.3
alveolo100 / 40
vena pulmonar100 / 40
vena sistémica(sangre venosa mezclada)
(en reposo) 40 / 46
tejidos<40 / >46
arteria sistémica100 / 40
arteria pulmonar40 / 46
O2CO2 Presiones parciales en el sistema circulatorio
(en mm Hg)
Intercambio gaseoso
En promedio los tejidos del organismo humanoconsumen 250 ml O2/min y producen 200 ml de CO2 en reposo (estas cantidades exactamentedeben ser repuestas/eliminadas en pulmones)
SangreOxigenada
SangreDeoxigenada
Aire alv remanente en resp tranq > 3l, y vol tidal- vol muerto 0.35 l.
J = D [O2]alv – [O2]sangreΔx
Como el espesor de la pared Δx y D son constantes, y por ley de Henry podemos expresar [O2] en presion parcial:
J = K . (PO2 alv – PO2 sangre)
(es K (permeabilidad) se combinan D, Δx y k de L.Henry)
Lo mismo podemos aplicar para el CO2:
J = K . (PCO2 sangre – PCO2 alv)
J se expresa por unidad de superficie. La gran superficie de intercambio aumenta marcadamente el flujo
LAS 3 VARIABLES QUE DETERMINAN EL FLUJO SON EL GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN, LA PERMEABILIDAD DE LA PARED ALVEOLO CAPILAR Y LA SUPERFICIE DE INTERCAMBIO
250 ml /min O2
vena pulmonar100 mm Hg
Atmósfera160 mm Hg
5000 ml sangre/min15 ml O2 / min
3 ml O2 /litro sangre
Intercambio gaseoso
HEMOGLOBINA
Intercambio gaseoso
PO2 =100 mm Hg
[O2]sol = 0.15 mM
Hb Hb.O2
O2 (sol)
Intercambio gaseosoHemoglobina
Plasma Hb Sangre total
mm Hg 100 -------- -------
mM 0.15 9.85 10
ml 3 197 200
O2 en sangre oxigenada arterial
Hb.O2 no contribuye a PO2 (determinante de J)pero PO2 es una función de Hb.O2
Hb: deoxihemoglobinaHb.O2: oxihemoglobina
PO2 = O2 libre en solución
Contenido de O2 = O2 disuelto + Hb.O2
Transporte de oxígeno alvéolo-capilar
O2
O2 Hb
Hb.O2
alveolopulmonar
Intercambio gaseoso
Hb + O2 Hb.O2(por ley de acción de masas)
aumenta PO2 en eritrocito (por difusión)
Hb.O2Hb
O2
O2
capilares sistémicos
Transporte de oxígeno capilar-tejidosIntercambio gaseoso
Hb + O2 Hb.O2
disminuye PO2 (por difusión)
(por ley de acción de masas)
O2
satu
ratio
n
PO2 saturation mmHg
Reacción hemoglobina - oxígeno.
Hb Hb.O2 Hb.(O2)2 Hb.(O2)3 Hb.(O2)4
O2 O2 O2O2
Este proceso es reversible (toma O2 en pulmones y cede O2 en tejidos
Hb 100%saturada
descarga en reposo
venas sist. arterias sist
Queda como reserva para mayores demandas
- Hb 100% saturada: 1 gr de Hb lleva 1.34 ml O2
- En sangre 150 gr Hb/l => 200 ml O2/l. sangre
- A normal PO2 arterial (100 mm Hg) => Hb está 98% saturada (196 ml O2/l sangre)
- Vol/min cardíaco: 5 l/min = sangre transporta 980 ml O2/min
- Tejidos en reposo consumen: 250 ml O2/min
- Por lo tanto sólo el 25% del O2 pasa a tejidos y el resto queda como reserva
- El 75% de los sitios de Hb están ocupados cuando la sangre deja los tejidos
- Este 75% de Hb ocupada está en equilibrio con una P parcial de O2 de 40 mm Hg(sangre venosa mezclada)
Hay factores que producen Cambios de Afinidad de Hb para O2
Corrimiento a derecha => Hb cede + O2 a tejidos(para una dada PO2 disminuirá el % de saturación)
Corrimiento a la izq. => se cargará mejor Hb en pulmones(dada una PO2 => aumentará el el % de saturación)
4 factores fisiológicos
-Temp
- pH
- PCO2
- 2.3 DPG
promueven en cond.norm. descarga de O2en tejidos y captación de O2 x Hb en pulmones
Promueve entrega de O2 en tejidos en situaciones de bajos niveles de O2 en sangre
La temperatura afecta la interacción Hb-O2
Intercambio gaseoso
Tejidos: a > Tasa metabolica → > T local → < afinidad
Pulmones: en venas sistemicas → < T → > afinidad → > captura de O2
El pH afecta la interacción Hb-O2Efecto Bohr
Intercambio gaseoso
En tej con alta tasa metabólica → ↑CO2
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+
Esto implica ↓pH
Hb + O2 ↔ Hb.O2 + nH+
X ley de acción de masas a > [H+] => ↓ Hb.O2
El aumento de CO2 también favorece cesión de O2 por Hb.O2 en forma independiente a pH
PCO2 afecta la interacción Hb-O2Efecto Carbamino
Hb + CO2 ↔ Hb . CO2 (carbaminohemoglobina)
Hb . CO2 posee menor afinidad por O2 que Hb
Es un efecto fisiológico, pero a altas concentraciones CO2 es tóxico
CO: veneno
⇑ tasa metabólica
⇑ Temp - ⇑ CO2 - ⇓ pH
hemoglobina⇓ Afinidad O2-Hb
⇑ liberación O2 a tejido
El 2,3-difosfoglicerato afecta la interacción Hb-O2
Intercambio gaseoso
-2.3 DPG es un derivado de la glucólisis
- condiciones normales: si Hb.O2es alto se inhibe formación de 2.3 DPG.
- Bajos niveles de O2 (anemia, altura) favorecen aumento de DPG
- DPG baja afinidad de Hb por O2
- es un proceso compensatorio de situaciones con baja oferta de O2para tejidos
capilares sistémicos
Transporte de dióxido de carbonoIntercambio gaseoso
PCO2 DE PLASMA SE MANTIENE RELATIVAMENTE BAJA, FAVORECIENDO QUE SIGA DIFUNDIENDO CO2DE TEJIDOS A LA SANGRE.
EL TRANSPORTE DE HCO3- A PLASMA FAVORECE
QUE CO2 + H2O CO3H2 NO LLEGUE NUNCA AL EQUILIBRIO
CO2 + H2O H2CO3
anhydrasacarbónica
HCO3- + H+
Hb Hb.CO2
CO2
Distribucióndel contenidode CO2
HCO3-
(87-90%)
Hb-CO2(5-7%)
CO2(5-6%)
carbaminohemoglobina
Transporte de dióxido de carbonoIntercambio gaseoso
En tejidos se desplaza en este sentido
Transporte de dióxido de carbonoIntercambio gaseoso
CO2 + H2O H2CO3
anhydrasacarbónica
HCO3- + H+
En pulmones se desplaza en este sentido
Efecto HaldaneAl igual que CO2 disminuye la afinidad de Hb x O2 (efecto carbamino).EL O2 DISMINUYE LA AFINIDAD DE Hb POR CO2, FAVORECIENDO CESIÓN DE CO2 A ALVEOLOS
Quimiorreceptores: señalización para los centros del control respiratorio
REFLEJO QUIMIORRECEPTOR
Arteria carótida
cuerpo carotideo
glomus
REFLEJO QUIMIORRECEPTOR
catecolaminas
REFLEJO QUIMIORRECEPTORLas células glomus son sensibles a los niveles de O2 y pH (funcion de CO2)
corriente de K+ sensible a O2
REFLEJO QUIMIORRECEPTOR
REFLEJO QUIMIORRECEPTOR
⇓ O2 y/o ⇓ pH en cuerpo carotideo
⇑ frecuencia disparo del nervio del seno carotideo
Neuronas del grupo respiratorio dorsal
⇑ Ritmo respiratorio