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

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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 INSP ALV ART CAP VEN-M Gradiente de presión de O 2 del ambiente hasta los tejidos. PO 2 (mm Hg) 40 mmHg

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 En el pulmón: CONVECCIóN : MO 2 = Vaire (CiO 2 – CeO 2 ) En la membrana alveolo-capilar: DIFUSIóN : MO 2 = DL (PAO 2 – PaO 2 ) En la sangre: CONVECCIóN : MO 2 = Vsang (CaO 2 – CvO 2 ) En los tejidos: DIFUSIóN : MO 2 = DT (PcO 2 – PtO 2 ) Variables del intercambio gaseoso

5 CONVECCIóN: MO 2 = Vaire (CiO 2 – CeO 2 ) MO 2 = masa de O 2 ; Vaire = volumen de aire; CiO 2 = concentración de O 2 en aire inspirado; CeO 2 = concentración de O 2 en aire espirado. Afectado por: resp/min, volumen corriente, espacio muerto. DIFUSIóN: MO 2 = DL (PAO 2 – PaO 2 ) DL = capacidad de difusión del pulmón; PAO 2 = presión de O 2 en aire alveolar; PaO 2 = presión de O 2 en sangre arterial. Afectado por: área de superficie, volumen capilar, espesor de la pared alveolar, concentración de Hb.

6 Variables del intercambio gaseoso CONVECCIóN: MO 2 = Vsang (CaO 2 – CvO 2 ) Vsang = volumen de sangre; CaO 2 = concentración de O 2 en sangre arterial; CvO 2 = concent. de O 2 en sangre venosa. Afectado por: latidos/min, volumen min, CDHb, 2,3-DPG, [Hb], distribución de flujo sanguíneo. DIFUSIóN: MO 2 = DT (PcO 2 – PtO 2 ) DT = capacidad de difusión de los tejidos; PcO 2 = presión de O 2 en sangre capilar; PtO 2 = presión de O 2 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: V g =. Dg x A (P alv - P cp ) d D L donde: A = área de superficie total Dg = coef. de difusión del gas d = distancia recorrida D L = 25 ml/min/mm Hg

8

9 MEDIDA DE LA D L CO 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

10 CAPACIDAD DE DIFUSIóN (D L) DEPENDE DE: - El componente de membrana - área de intercambio - distancia de difusión - presión parcial - El componente sanguíneo - tiempo de reacción Hb-O 2 (flujo sang.) - concentración de Hb

11 Limitado por Perfusión TRANSFERENCIA DE GASES

12 Difusión de O 2 en Normoxia

13 TRANSFERENCIA DE GASES Limitado por Difusión Limitado por Perfusión (en tejidos) P A Pa En pulmón Pa refleja anormalidad 40 Inicio (long. Capilar) FinInicio (long. Capilar Fin

14 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 –N 2, CO 2, O 2 : 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.

15 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: P A >P CAP 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: P A = P CAP

16 Diferencia A-a P A O 2 - P a O 2 Valores 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% O 2.

17 Transporte e Intercambio de Gases Membrana alveolo-capilar: epitelio alveolar, endotelio capilar, espacio intersticial y sustancia surfactante alveolar. Difusión (por diferencia de presiones) de O 2 y CO 2 en direcciones opuestas entre alveolos. La presión es directamente proporcional a la concentración de las moléculas del gas. Presión de un gas en solución --> Ley de Henry

18 LEY DE HENRY [O 2 ] =. PO 2 PO 2 = [O 2 ] / = ml O 2 /100 ml. 1 mm Hg Si PO 2 = 100 mm Hg [O 2 ] = x 100 = 0.3 ml/100 ml = 0.3 vol%

19 Grupo HEM Fe ++

20 Transporte de O 2 en la Hb 4O 2 + Hb 4 Hb 4 (O 2 ) 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

21 Oxígeno en la Hb (mM) Hb + 4 O 2 (mM) 1 mmol Hb = 64.5 g Hb 1 mmol O 2 = 22.4 ml. 4 x 22.4 ml/mmol O 2 / 64.5 g Hb = 1.39 ml O 2 /g Hb 15 g de Hb se combinan con 1.34 ml O 2 (VN) Capacidad de Hb = 15 x 1.34= 20.1 ml O 2 /100 ml O 2 disuelto [O 2 ] = 0.3 ml O 2 /100 ml

22 O 2 disuelto O 2 combinado con Hb O 2 total Po 2 mmHg Sat (%) Hb C de O 2 ml/ 100 ml

23 Saturación de la Hb por el O 2 El porcentaje de saturación es el % o grado de ocupación de grupos Hem unidos a O 2 Sat = Contenido de O 2 en la Hb x 100 Capacidad de O 2 Sat. arterial = % PaO 2 = 100mmHg Sat. venosa = 75% Pv0 2 = 40mmHg

24 CONTENIDO DE O 2 Cont. O 2 Hb = Sat O 2 x Hb x 1.34 = 0.98 x 15 x 1.34 = 19.7 ml O 2 /l00 ml Cont. O 2 Total = Cont. O 2 Hb + Cont. O 2 disuelto (Cont O 2 dis. = PAO 2 x = 100 x 0.003) = = 20 ml O 2 /l00 ml sangre

25 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.

26 Hb: proteína alostérica La unión con el O 2 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 (HbO 2, relajada).

27 Significado fisiológico de la forma sigmoide de la curva Critical PO 2 V

28 N de Hill = 3 (O 2 liberado 80%) logPO 2 mm Hg Log (SatO 2 /1-Sat0 2 ) n log P50

29 Log (SatO 2 ) = log K + n log PO 2 (1-SatO 2 ) A SatO 2 = 50% log 0.5 = = logK + n log P50 Log K = - n log P50 A < n ; < cooperatividad P50

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

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

32 Efectores de la Curva de Disociación de la Hb O 2 PCO 2, [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 y, pero pueden competir por un mismo sitio. T°, debilita la unión entre la Hb y el O 2. Reacción exotérmica ( H=-11 kcal/mol).

33 Efecto Bohr El incremento de ácidos o C O 2 disminuye el pH del plasma y mueve la curva de disociación de la Hb hacia la derecha. un aumento de C O 2 promueve una mayor entrega de O 2 a los tejidos a igual P O 2. Efecto Bohr = log P50/ pH

34 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 +++ )

35 Pregunta de examen ( ) La hemoglobina se satura al 50% con oxígeno a un PO 2 de aproximadamente 27 mm Hg. ( ) La hemoglobina de la sangre arterial está aproximadamente 97% saturada a un PO 2 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 O 2.

36 ( V ) La hemoglobina se satura al 50% con oxígeno a un PO 2 de aproximadamente 27 mm Hg. ( V ) La hemoglobina de la sangre arterial está aproximadamente 97% saturada a un PO 2 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 O 2.

37 Aporte de Oxígeno ApO 2 = Q T. (C art O 2 x 10) = 5L x (20 vol% x 10 = 1000 ml O 2 /min Donde Q T es el gasto cardíaco o flujo total de sangre, C art O 2 es el contenido de O 2 en sangre arterial (GC = Vol.lat x lat/min) ApO 2 disminuye si se reduce: La oxigenación de la sangre La concentración de hemoglobina El gasto cardiaco

38 Diferencia a-v en contenido de O 2 CaO 2 - CvO 2 CaO 2 = 20 vol%; CvO 2 = 15 vol% CaO 2 - CvO 2 = 5 vol% –50 ml O 2 / L –50 ml de O 2 son extraídos de 1L de sangre para el metabolismo tisular.

39 Consumo de Oxígeno VO 2 = Q T. (C art O 2 - C ven O 2 ) x 10 = 5L x (5 vol% x 10) = 250 ml O 2 /min Donde Q T es el gasto cardíaco o flujo sanguíneo, C art O 2 es el cont. de O 2 en sangre arterial y C ven O 2 es el cont. de O 2 en sangre venosa –250 ml de O 2 son extraídos de la sangre en 1 min.

40 Coeficiente de extracción de oxígeno Coef. E = (C ART O 2 - C VEN O 2 ) C ART O 2 = 5 vol% = vol% ApO 2 = 1000 ml O 2 /min En 1 min, con un ApO 2 = 1000 ml O 2 /min y un Coef. E de 0.25, 250 ml de O 2 son metabolizados por los tejidos y 750 ml de O 2 regresan a los pulmones.

41 Hipoxia Tisular La cantidad disponible de O 2 para el metabolismo celular es inadecuada. Existen 4 tipos de hipoxia: 1.Hipóxica (hipoxemia). 2.Anémica. 3.Circulatoria 4.Histotóxica.

42 Hipoxemia La Hipoxemia es causada por cuatro razones principales: 1.Hipoventilación (enf. Resp.), disminución de la P O 2, respirar menos de 21% de O 2. 2.Difusión alterada. 3.Cortocircuitos (shunts) 4.Relación Ventilación – Perfusión alterada.

43 Hipoxia Anémica La Pa O 2 es normal, pero disminuye la capacidad de la sangre para el O 2. Es causada por: 1.Concentración disminuída de Hb. 2.CO 3.Meta Hb.

44 Hipoxia Circulatoria La Pa O 2 y el Cont. O 2 son normales, pero disminuye la cantidad de sangre y por lo tanto de O 2. La Hipoxemia es causada por: 1.Disminución de flujo sanguíneo, insuficiencia vascular. 2.Cortocircuitos (shunts) arterio-venosos.

45 Hipoxia Histotóxica Es causada por: La incapacidad de los tejidos de utilizar el O 2. La Pa O 2 y el Cont. O 2 son normales, pero los tejidos están muy hipóxicos. La Pv O 2, el Cv O 2 y Sv O 2 pueden estar elevados, pues el O 2 no está siendo utilizado.


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