Neonatología

Fisiología Respiratoria II

Relación Ventilación - PerfusiónRelación Ventilación - Perfusión

Es la relación existente entre la ventilación y el flujo sanguíneo dentro de los pulmones.

Valor promedio = 0.8

La [O2] o la PO2 en cualquier unidad pulmonar está determinada por la relación entre la ventilación y el flujo sanguíneo. Asimismo para el CO2 y el N2.

Para un adecuado intercambio de gases en los pulmones se requiere de una adecuada ventilación alveolar y perfusión pulmonar.

Además debe existir una adecuada relación (acople) entre la ventilación y la perfusión (flujo sanguíneo pulmonar).

El desacople afecta el intercambio de gases y los gases arteriales.

Relación V/Q se puede definir para un alveolo, para un grupo de alveolos o para el pulmón.

Importancia de adecuado acople ventilación perfusión

La base pulmonar está menor ventilada y mejor perfundida que el ápex.

En la base predomina la perfusión sobre la ventilación.

En el ápex predomina la ventilación sobre la perfusión.

La relación ventilación perfusión es pequeña en la base y grande en el ápex

Acople ventilación perfusión

VA

Q

Si no es adecuada, se dan cambios en : PAO2 y PACO2 y en PaO2 y PaCO2.

Consecuencias del desacople:

Aparece hipoxemia arterial (PaO2< 80 mmHg)

e hipercapnia (>PaCO2), acidosis respiratoria.

VA

Q

4.2 l/min

5 l/min

= 0.84 para todo el pulmón

Si la relación VA/Q es alta o baja quiere decir que hay desacople.

Apex:

VA/Q = 3.6

PaO2= alta

PaCO2= baja

Base:

VA/Q= 0.62

PaO2= baja

PaCO2= alta

Relación O2- CO2

Cortocircuitos (SHUNTS)Cortocircuitos (SHUNTS)

• Cuando la sangre NO ha pasado a través de áreas ventiladas de los pulmones y entra en las arterias sistémicas.

• El Shunt ocurre en pulmones normales• Esta sangre disminuye la PO2 arterial

sistémica.• Esta disminución de la PO2 llega sólo a 5

mmHg en personas normales.

Þ Anatómico: Paso directo de la sangre del corazón derecho al izquierdo o a través de las venas tebesianas.

Þ Alveolar: No ocurre intercambio gaseoso en los alveolos (edema, atelectasis, etc)

Þ Verdadero: Anatómico + Alveolar.

Þ Fisiológico: Por alteración de Ve/Q.

Cortocircuitos (SHUNTS)Cortocircuitos (SHUNTS)

Mezcla venosa:

sangre que no ha sufrido intercambio (venosa) se mezcla con sangre arterial

Espacio muerto fisiológico:

aire que no sufre intercambio

150

100

50

0Atmósfera ---------------------------------------Mitocondrias

Tejidos

ArtCap

Gas

Aire

Difusión

Shunt

Esquema del transporte de O2 desde el aire hasta los tejidos que muestra la depresión de la PO2 arterial causada

por difusión y Shunt.

PO2mmHg

0 Normal I

Creciente

VA/Q

O2 =100

CO2 = 40

O2 =150

CO2 = 0

O2 =40

CO2 = 45

O2 =150 mmHg

CO2 = 0

Decreciente

VA/Q

Efecto de las alteraciones ventilación-perfusión sobre la PO2 y la PCO2 en una unidad

pulmonar

AB C

O2= 40 m H

CO2= 40 mH

COEFICIENTE Ve/Q REGIONAL

Zona 1: PA > Pa PA y Qp Efecto espacio muerto

Zona 2: Pa > PA > Pv. Recibe el 90% del O2 por ser la más ventilada y perfundida.

Zona 3: Pa > Pv > PA PA, Pa Qp = Efecto“Shunt”.

Efecto de la relación ventilación/perfusión sobre la composición del aire alveolar y la sangre capilar

pulmonar

Efecto de la relación ventilación/perfusión sobre la composición del aire alveolar y la sangre capilar pulmonar

Intercambio entre los alvéolos y la sangre

El movimiento de O2 y CO2 entre los alvéolos y la sangre está determinado por las diferencias de presión parcial

El CO2 difunde con una rapidez que es unas 20 veces mayor que la del oxígeno, por lo que le bastan diferencias de presión parcial pequeñas.

El camino a recorrer entre el aire alveolar y la sangre es muy corto; y en las partes más finas está formado por tres componentes: epitelio alveolar, membrana basal y endotelio del capilar.

El O2 y CO2 difunden en direcciones opuestas, tanto en los pulmones como en los capilares sistémicos.

Intercambio entre la sangre y los tejidos

Al igual que en los pulmones, la difusión depende de la diferencia de presión parcial.

El principal responsable del transporte de O2 es la hemoglobina.

La hemoglobina se combina reversiblemente con el oxígeno, y de esta manera se transporta más del 98 % del oxígeno que existe en la sangre; el resto del O2 se encuentra disuelto en la sangre.

Cuando la Po2 es alta, como en los capilares pulmonares, la reacción está desplazada hacia la derecha y el O2 se liga a la hemoglobina; cuando la Po2 es baja, como en los capilares tisulares, la reacción se desplaza hacia la izquierda y el oxígeno se libera de su unión.

La unión química entre la Hb y el O2 tiene varias características:

• Es una combinación reversible; la forma unida al oxígeno se denomina oxihemoglobina (HbO2).

• La reacción del O2 con la Hb es muy rápida

Transporte de O2 por la sangre

La relación entre PO2 y el porcentaje de saturación de la Hb se denomina curva de disociación de la hemoglobina

En los tejidos existe una relación entre el transporte de O2 y el de CO2, de tal manera que se libera más O2 cuanto más aumenta la concentración de CO2; a este fenómeno se le denomina Efecto Bohr

CO2 aumenta la concentración de H+: H+ + HbO2- = > HHb + O2

Al unirse H+ la Hb se reduce la afinidad de la Hb por el O2 La captación de CO2 favorece la liberación de O2

Transporte de O2 por la sangre

El CO2 difunde desde los tejidos a la sangre y, en ella existen varios mecanismos para su transporte:

Cerca del 10 % del CO2 viaja en solución.

Como carbaminohemoglobina: la Hb tiene radicales amino (NH2). Hb.NH-COOH que se disocia rápidamente a Hb.NH-COO-+ H+

Como bicarbonato: es la forma principal de transporte de CO2 en la sangre. Se produce la siguiente reacción:

Esta reacción es mucho más rápida en el interior de los eritrocitos que en el plasma.

En los dos últimos mecanismos se forman iones H+; en el interior de los eritrocitos la Hb funciona como tampón, eliminando estos H+:

Transporte de CO2 por la sangre

La ventilación es la renovación del aire alveolar.

El aire entra y sale de los pulmones como resultado de los cambios de presión en el interior de la cavidad torácica; los cambios de volumen de los pulmones son pasivos.

La energía para estos cambios proviene de las contracciones de:

Diafragma, en la base de la cavidad torácica.

Músculos de la pared del tórax, principalmente los intercostales externos e internos, y también los escalenos y el esternocleidomastoideo.

Los pulmones, por el contrario, tienen tendencia a colapsarse.

Mecánica de la ventilación pulmonar

Mecánica de la ventilación pulmonar

Mecánica de la ventilación pulmonar

Tiempo de la respiración

La respiración es un evento cinético.

La duración de cada respiración (Ttot) depende de la frecuencia respiratoria.

La fuerza de contracción del músculo inspiratorio y la duración de la inspiración (TI) controlan el volumen tidal (VT).

La espiración normalmente es pasiva durante el tiempo disponible (TE).

En cada inspiración

Se produce la contracción del diafragma e intercostales externos; debido a la forma en que las costillas están articuladas, se origina un aumento en la anchura y en la distancia antero-posterior de la caja torácica.

Al final de la inspiración cesa la actividad nerviosa que activa los músculos y el tamaño de la caja torácica disminuye, debido a la elasticidad de los pulmones, que los impulsa a colapsarse; se produce así la espiración, que en condiciones normales es un proceso pasivo.

Durante la respiración vigorosa se produce también una espiración activa, en la que están implicados diversos músculos torácicos y abdominales

Mecánica de la ventilación pulmonar

En la mecánica respiratoria hay que tener en cuenta varias presiones:

Presión intrapleural. Las pleuras visceral y parietal cubren las superficies de los pulmones y de la cavidad torácica respectivamente, y forman entre ellas el espacio pleural. Estas capas están separadas por una fina película de líquido pleural.

Presión intrapulmonar, que es la presión en el interior de un conducto aéreo. Existe un gradiente de presión entre la boca y los alvéolos, siendo la presión alveolar la más negativa durante la inspiración.

Presión atmosférica, que es el nivel de referencia con el que se comparan las demás.

El efecto del esfuerzo inspiratorio es reducir la presión intrapleural, lo que produce una reducción de la presión alveolar e induce el flujo de gas.

El aire circula a través de los conductos aéreos debido a que hay una diferencia de presión entre los alvéolos y la atmósfera.

Mecánica de la ventilación pulmonar

Espacio muerto respiratorio

No todo el aire inspirado llega hasta los alvéolos

Estos conductos de paso constituyen el espacio muerto anatómico del sistema respiratorio.

Normalmente es de unos 150 ml

Espacio muerto total o fisiológico

Ventilación alveolar

El volumen de aire que entra a los alvéolos por minuto y que produce una ventilación efectiva es, por lo tanto:

ventilación alveolar = FR x (volumen basal - espacio muerto fisiológico)

varía desde unos 4 litros/min en reposo hasta 100 litros/min en el ejercicio intenso.

Mecánica de la ventilación pulmonar

CONTROL DE VENTILACIÓN

CONTROL CENTRAL input output

SENSORES EFECTORESQuimioreceptores M.

Respiratorios:Recep. Pulmonares - diafragma

-intercostales -

abdominales PO2 y PCO2 constantes.

TRONCO ENCEFALICO

VOLUNTARIO

Existen dos mecanismos nerviosos

Voluntariocuyas neuronas están localizadas en la corteza cerebral. Se emplea en actividades tales como hablar

Automático o involuntario (CENTRO RESPIRATORIO)cuyas neuronas están localizadas en la formación reticular del tronco encefálico (puente y bulbo)

Estas neuronas tienen una actividad rítmica intrínseca, que puede ser modificada por influencias externas, de modo que se ajusta la respiración a las necesidades metabólicas del organismo.

Las señales nerviosas en dirección a la médula viajan por el tracto retículo-espinal.

CONTROL DE VENTILACIÓN

CONTROLADORES DEL TRONCO ENCEFALICO

Þ Centro Medular (área rítmica):- Grupo Dorsal inspiración - Grupo Ventral inspiración y espiración

(ejercicio)Þ Centro Neumotáxico:

- Inhibe la inspiración

Þ Centro Apnéustico: - Estimula la inspiraciónAmbos modifican la actividad del área rítmica.

CENTROS RESPIRATORIOS

GV

CI

CE- R. de estiramiento pulmonar

- Propioceptores de la pared toráxica

Controlador del Tronco Encefálico

GD

CI

NEUMOT

APNE

P

B

M

(-)

(-)

(-)

(+)

- músculos accesorios de

la resp.

- Quimioreceptores

- Diafragma

- Músculos intercostales

La actividad del centro respiratorio puede modificarse por dos tipos de estímulos:

Químicos: los gases respiratorios (O2 y CO2) y los iones H+Estos efectos están mediados por quimiorreceptores centrales y periféricos que responden a cambios en la [H+], Po2 y Pco2.

Quimiorreceptores periféricos están localizados en los cuerpos aórticos

y cuerpos carotídeos.

Quimiorreceptores centrales están situados en el bulbo.

.

CONTROL DE VENTILACIÓN

No químicos

Centros superiores: existe un control voluntario, por ejemplo al hablar o al tocar instrumentos de viento.

Propioceptores: principalmente receptores de distensión situados en el músculo liso de los conductos aéreos.

Irritación de los conductos aéreos: Se produce tos y estornudo, con el fin de eliminar la sustancia irritante.

Reflejos digestivos: por ejemplo durante la deglución o el vómito,

cerrándose la glotis y evitando que el material que pasa a lo largo del esófago entre en los pulmones.

CONTROL DE VENTILACIÓN

CONTROL DE VENTILACIÓN

Controla el ritmo básico de la respiración.Existen neuronas espiratorias e inspiratorias.Impulsos inspiratorios (2seg) alcanzan al diafragma por medio de los nervios frénicos y los intercostales externos.Los impulsos espiratorios (3seg) provocan la contracción de los músculos intercostales internos y de los abdominales, disminuyendo la cavidad torácica, y dando lugar a una espiración forzada.

Área Rítmica

Área Neumotáxica

Se ubica en la parte superior de la protuberancia.Su función es limitar la inspiración, transmitiendo impulsos inhibidores continuos al área inspiratoria.Desconecta el área inspiratoria antes que entre demasiado aire en los pulmones.Cuando el área neumotáxica es más activa, la velocidad respiratoria es mayor.

CONTROL DE VENTILACIÓN

Área Apnéusica

Ubicada en la parte inferior de la protuberancia.Coordina la transición entre inspiración y espiración.Su función es inhibir la espiración y estimular la inspiración.Prolonga la inspiración y por lo tanto la FR.

SANGRE CAPILAR

Representación esquemática delSistema de control de la ventilación

CORTEZA CEREBRALControl voluntario

TRONCO ENCEFALICOControl automático

MEDULA ESPINAL

PULMONES YVIA AEREA SUPERIOR

MUSCULOSRESPIRATORIOS

Receptores Pulmonares

QuimioreceptoresPeriféricos y Centrales

Propioceptores

SE

NS

OR

ES

EF

EC

TO

RE

SC

ON

TR

OL

CE

NT

RA

L

Sistema de Control de la Ventilación

Esquema del Control Químico de la Ventilación

AR

TE

RIA

H+

pCO2

BARRERA HEMATOENCEFALICA

QUIMIO RECEPTORCENTRAL

NEURONASINSPIRATORIAS

BULBARES

VENTILACIONPULMONAR

METABOLISMOCELULAR

VO2 - VCO2

pO2

pCO2

CO2 + H2O H+

QUIMIORECEPTOR

PERIFERICO

pO2H+

pCO2

Sistema de Control de la Ventilación

Gracias !