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Master en Medicina Respiratoria
FUNDAMENTOS DE ANATOMÍA, FISIOLOGÍA Y FISIOPATOLOGÍA RESPIRATORIA Dr Esther Barreiro,
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Intercambio de gases: relaciones V/Q, Gradiente alveolo-arterial O2,
Area Temática II: Situaciones fisiopatológicas como substrato de enfermedades respiratorias de alta prevalencia TEMA IX Intercambio de gases: relaciones V/Q, Gradiente alveolo-arterial O2, Transporte gases en sangre
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ANATOMÍA, FISIOLOGÍA, FISIOPATOLOGÍA
GUIÓN GENERAL: Presentación asignatura: Materia perteneciente al módulo de Nivelación (30 ECTS) del Master interuniversitario (UB-UPF) en Medicina Respiratoria. Consta de 5 ECTs [125 horas totales, con 20 horas presenciales (16%)] Metodología: 20 Clases Presenciales, 10 de ellas prácticas, 4 Seminarios Temas específicos, 2 Seminarios tipo “Journal Club”, 1 Seminario tipo Poster, 1 Seminario Práctico Profesorado: Dr José Antonio Pereira, Dr Joaquim Gea, Dr. Esther Barreiro, Dr Felipe Solsona, IMIM-Hospital del Mar, UPF, Barcelona Evaluación del aprendizaje: Cómputo parcial de cada ítem sobre el total de la nota final : - Prueba de elección múltiple (PEM): 20 puntos, 20% nota - Asistencia y participación en los Seminarios específicos: 30 puntos, 30% nota - Presentación de trabajos en forma de Poster: 20 puntos, 20% nota - Asistencia y presentación seminario “Journal Club”: 20 puntos, 20% nota - Asistencia y preparación Seminario práctico: 10 puntos, 10% nota BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA: Revistas Libros de consulta
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TRANSFERENCIA DE GASES
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TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Conceptos : Función primordial Pulmón: Garantizar un intercambio adecuado de gases para las necesidades del organismo: O2 → demandas metabólicas tejidos, CO2 → eliminación de los tejidos Estos dos gases junto con el N2 son los gases fisiológicos, movilizados por el pulmón Movimiento de forma pasiva de los gases respiratorios a través de la interfase alveolo-capilar, de grosor muy reducido (0.5 m), superficie > 140 m2 Presión parcial de un gas en una mezcla: Presión ejercida si ocupara todo el espacio: Presión total x [gas] El paso de moléculas gaseosas a través de la membrana: depende de la presión parcial del gas en la zona de partida Factores contribuyentes en la difusión de un gas: Ley de Graham, la tasa de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad ↑ Temperatura: > difusión Resistencia difusión: relación directa con la longitud e inversa con el área interfase
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TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Difusión de Oxígeno: Durante el tiempo de tránsito capilar pulmonar normal: Equilibrio en la difusión O2 Captación O2 por el capilar determinada sólo por flujo sanguíneo pulmonar En condiciones de ejercicio: la capacidad de difusión puede limitar captación O2 Factores y Estructuras: . Espacio gaseoso en alveolo: 200 m, mezcla gases instantánea . Capa de fluido alveolar: capa fina fluido rico en surfactante . Barrera tisular: alveolo delimitado por epitelio, con su membrana basal grosor 0.2 m . Capilares pulmonares: diámetro medio 7 m . Difusión hematíe: diámetro similar a los capilares . Captación O2 por Hemoglobina: O2 captado en pulmones combinado químicamente con Hemoglobina
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TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Capacidad Difusión O2 : Capacidad difusión O2 = Captación O2 /PaO2 alveolar – PaO2 pulmonar capilar Factores determinantes: . Tiempo tránsito capilar: 0.75 ‘’ tarda el hematíe en atravesar capilar pulmonar en contacto con alveolo, PaO2 capilar varía según recorrido sangre por capilar pulmonar . PaO2: - 40 mmHg PaO2 capilar - 100 mmHg PaO2 alveolar - PaO2 eritrocito pasa en 1/3 su recorrido a PaO2 alveolar en pulmón normal - Ejercicio intenso (↑ flujo sanguíneo pulmonar): en condiciones normales No PaO2 alveolar final capilar - Engrosamiento barrera hemato-gaseosa: < difusión O2 PaO2 capilar . Curva disociación hemoglobina: Relación entre el O2 – Hb . Carboxihemoglobina: CO, combustión incompleta materia orgánica, ↑ afinidad por Hb dificulta transporte O2 hipoxia tisular; CO-Hb desplaza curva disociación Hb hacia izquierda, [CO-Hb] < 1.6 % individuos sanos no fumadores . Medición PaO2 arterial: O2 disuelto en plasma en forma de moléculas libres y sus cargas eléctricas medidas por electrodo. Movilidad moléculas proporcional a presión parcial O2 Presión parcial arterial O2 = PaO2
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TRANSFERENCIA OXÍGENO Y CO2
Capacidad Difusión CO2: Solubilidad en agua mayor que O2 Sangre venosa: H2O + CO2 HCO3-, CO2 disuelto, fijado a Hb Transporte a capilares pulmonares → gas alveolar, gradientes se anulan rápidamente Si PaCO2 > eliminación CO2 (incrementa gradiente) → compensación unidades malfuncionantes Contraste con el transporte de O2, principalmente transportado por Hb, saturación. Unidades malfuncionantes no son compensadas por unidades saturadas Fallo respiratorio: Hipoxia como indicador precoz Difusión de CO: La difusión pulmonar se evalúa mediante la transferencia de CO - CO atraviesa la barrera alveolo-capilar similar al O2, pero ↑ afinidad Hb Pparcial sangre constante Paso del hematíe a través del capilar: Pparcial CO en sangre no se modifica Cantidad de CO en sangre limitada por las propiedades de difusión de la membrana alveolo-capilar y no por flujo sangre → Transferencia CO limitada por difusión Gradiente difusión: medición presión CO alveolar Capacidad difusión por CO = CO transferido / PCO alveolar - Se utiliza como medida capacidad difusión en la evaluación función pulmonar
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. . . . TRANSFERENCIA GASES Causas de Hipoxemia
Hipoventilación alveolar (AaPO2 normal) Desequilibrios VA/Q Cortocircuito intrapulmonar (shunt, VA/Q = 0) Alteraciones difusión . . . . AaPO2: gradiente alveolo-arterial de O2= 150 – (PaCO2/0.8)
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RELACIONES V/Q . . . SHUNT VA / Q = 0 PaO2 ↑ AaPO2 Normo/hipocapnia
Edema pulmonar Hemorragia pulmonar Neumonía Cáncer Secreciones
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RELACIONES V/Q SHUNT VA / Q = 0 . . NO MEJORA CON 100 % O2 O2
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RELACIONES V/Q . . Desequilibrios VA / Q . PaO2 VA/Q = ↑ AaPO2
Puede haber hipercapnia
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RELACIONES V/Q . . DESEQUILIBRIOS VA / Q sí MEJORA CON 100 % O2 O2
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TRANSPORTE GASES
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Transporte CO2 PO2 aire, mm Hg PO2 via aérea, mm Hg PAO2, mm Hg PaO2, mm Hg PO2 mitocondria, mm Hg
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Transporte O2 en sangre: En condiciones normales: PaO2 venosa mixta en pulmones, 40 mmHg; PaO2 salida capilar, 104 mmHg; PaO2 arterial media, 100 mmHg; PaO2 en tejidos periféricos, 40 mmHg (consumo O2 en tejidos, 250 O2 ml: 50ml/L sangre) Contenido O2 en plasma y sangre: Mayor parte transportado en la Hb, sólo 3 ml/L disuelto en plasma ( solubilidad gases en agua) O2 disuelto en plasma = Coeficiente solubilidad x PaO2 (atm) O2 disuelto = ml x = ml O2 /ml plasma = 3 ml O2 /L plasma Total O2 transportado en plasma: 3ml x 2.75 L plasma = 8.25 ml O2 totales Sin embargo, sabemos que la sangre transporta 200 ml O2/L Aporte de 50 ml/L O2 razonable porque disponemos de 200 ml/L Sangre venosa: 150 ml/L O2 - Transporte O2 en sangre: 1% disuelto en plasma + 99% hematíes (Hb)
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Hemoglobina transportadora de O2: Interior eritrocitos PaO2 : 120 mmHg alcanza contenido máximo O2; si PaO2 < 100 mmHg, contenido O2 linealmente Equilibrio entre O2 unido a Hb y PaO2 ambiental: . Si PaO2 ↑ → > fijación O2 . Si PaO2 → > liberación O2 En condiciones normales: Hb transporta 1.34 ml O2/gramo, Ojo Anemias!! Proteína constituida por: . 1 molécula protoporfirina III (4 grupos pirrólicos) . Protoporfirina unida a 1 átomo hierro con 6 valencias, 4 ocupadas por los grupos pirrólicos → Fe++ (ferroso) → Grupo HEM (protoporfirina III + Fe), 2 valencias . 4 grupos HEM (1 valencia) + Globina → Hemoglobina → Oxihemoglobina (1 valencia) Curva de disociación Hb: Forma sigmoidea, desplazamientos derecha ( < afinidad), izquierda (> afinidad) Curva disociación Hb
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Hemoglobina (Hb) 4 cadenas “hemo” (con un Fe, cada una unida a una cadena polipeptídica Cada molécula de Hb se puede unir a 4 moléculas de Oxígeno Fe Tetrámero de Hb Grup “HEMO” 4 “hemos” + globinas
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
O2 combinado con Hb SaO2 (%) Contenido O2 (ml / 100 ml sangre) Oxihemoglobina unido a Hb O2 O2 en disolución en plasma PaO2 (mm Hg) P50: PaO2 con un 50 % de la Hb saturada
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Efectos de la PaCO2 , pH y To Unido a Hb O2 Captación vs Liberación O2
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Contenido de O2 : Oxígeno total en sangre CaO2 = O2 transportado por Hb + O2 disuelto plasma Aporte de O2 : Oxígeno transportado y disponible en tejidos periféricos . OD (Oxygen Delivery) = QT x CaO2 O2
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Dióxido de carbono, CO2: Insuficiencia respiratoria: PaO2 < 60 mmHg o PaCO2 > 45 mmHg Insuficiencia respiratoria más cercana por acúmulo de CO2 En condiciones normales: PaCO2 = 40 mmHg; PvCO2 = 45 mmHg Difusión CO2 desde las células: sale por difusión simple a la sangre Transporte: disuelto en plasma; formación bicarbonato y compuestos carbamídicos en plasma o eritrocitos
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Transporte CO2 disuelto en plasma: Coeficiente solubilidad CO2 en agua: 0.57 ml/ ml H2O - Sangre arterial: 3.7 ml CO2/L plasma → 2.75 L plasma x 3.7 ml CO2 = 10.2 ml CO2 Producción CO2 de las células por difusión: 206 ml/min 5% transporte disuelto CO2 disuelto→ Mecanismo transporte insuficiente Transporte formando bicarbonatos en plasma: CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Desplazamientos de la ecuación hacia derecha (↑PaCO2 → libera H+), o hacia izquierda ( CO2 → libera CO2 ó H+); representa otro 5% transporte Reacción accelerada por la Anhidrasa carbónica (No existe en plasma!): desplaza reacción a la derecha
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Transporte CO2 formando bicarbonatos en eritrocitos: ↑ Niveles Anhidrasa Carbónica: Formación HCO3- muy rápida Mecanismo mayoritario transporte CO2 Flujo neto HCO3- hacia exterior eritrocito: 70% salida + 30% permanece interior Transporte en forma compuestos carbamino en plasma : En mínima proporción, CO2 se une al radical amino proteínas plasma Transporte grupos carbamino interior eritrocito: - Formación grupos carbamino entre CO2 y radicales amino de Hb = CO2Hb DeoxiHB (sangre venosa) forma grupos carbamino más fácilmente que oxiHb (sangre arterial) Hb transporta más CO2 en sangre venosa que arterial, desplaza curva disociación de O2-Hb a derecha
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TRANSPORTE OXÍGENO Y CO2
Difusión CO2 a través membrana alveolo-capilar: Gradiente de presiones favorece el paso del CO2 desde sangre venosa al alveolo CO2 disuelto desplazamiento izquierda, grupos carbamino se disocian CO2 se libera PaCO2 de llegada por arteria pulmonar, 45 mmHg PaCO2 salida venas pulmonares, 40 mmHg
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FISIOPATOLOGÍA NEUMONÍAS
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NEUMONÍAS Fiebre (38º C), escalofríos, sudoración
Hombre, 50 años Fumador 20 cigarrillos / día Cuadros gripales en la infancia Fiebre (38º C), escalofríos, sudoración Tos, esputos purulentos Dolor torácico Ahogo Rx: Neumonía + pequeño Derrame Pleural Alteración ventilatoria restrictiva Hipoxemia
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NEUMONÍAS Área con Neumonía Esputo con Neumococos
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NEUMONÍAS
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NEUMONÍAS
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NEUMONÍAS Espirometría Forzada Volumen FVC FEV1 ALTERACIÓN 1 seg
FEV % ref FVC % ref FEV1 / FVC 84 % FVC FEV1 1 seg Volumen FEV1 > 80 % ref FVC > 80 % ref FEV1 / FVC 70 – 80 % ALTERACIÓN VENTILATORIA RESTRICTIVA tiempo
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NEUMONÍAS Gasometría Arterial PaO2 60 mm Hg Hipoxemia PaCO2 42,5 mm Hg
pH , 43 Hipoxemia Normocapnia Estado ácido-base en equilibrio PaO mm Hg PaCO mm Hg pH ,35 – 7,45 VALORES NORMALES
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NEUMONÍAS SHUNT . Pus Alveolo Capilar ( VA / Q = 0 ) “Agua” Sangre
PaO2 AaPO2 elevado Capilar
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NEUMONÍAS SHUNT NO MEJORA CON 100 % O2 O2 PaO mm Hg
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NEUMONÍAS . . DESEQUILIBRIOS VA / Q sí MEJORA CON 100 % O2 O2
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NEUMONÍAS: DERRAME PLEURAL
SHUNT por atelectasia O2 NO MEJORA CON 100 % O2 PaO mm Hg Parénquima Espacio Pleural VPH (fenómeno)
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PRÓXIMA SESIÓN, DIA 5-4-2008 PRÓXIMA SESIÓN, DIA 18-4-2008
Área Temática III: Desarrollo de habilidades práticas y críticas basadas en estudios con gran componente de fisiología y fisiopatología en las enfermedades respiratorias Seminario “Journal Club”: 1 hora Seminarios Temáticos: Asma, Enfermedades intersticiales y Fibrosis, Obesidad, Enfermedades pleurales PRÓXIMA SESIÓN, DIA Área Temática III: Desarrollo de habilidades práticas y críticas basadas en estudios con gran componente de fisiología y fisiopatología en las enfermedades respiratorias Posters: Impacto enfermedades cardiacas, Circulación pulmonar, TEP, Transplante Seminario Práctico: Modelos de enfermedades respiratorias en el estabulario PRBB - Seminario “Journal Club”: Basado en publicaciones sobre modelos animales
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