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HOMEOSTASIS DE GASES RESPIRATORIOS 3º HC CEALA Biología Común Profesora Belkis Wandersleben W.

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1 HOMEOSTASIS DE GASES RESPIRATORIOS 3º HC CEALA Biología Común Profesora Belkis Wandersleben W.

2 OBJETIVOS Entender el mecanismo de la respiración. Conocer los distintos componentes elementales que participan en la respiración. Entender las funciones del sistema respiratorio. Caracterizar las etapas del proceso respiratorio. Explicar los distintos mecanismos de adaptación del cuerpo a bajos niveles de oxígeno. Explicar las consecuencias de la exposición a grandes presiones de aire.

3 El sistema respiratorio es el encargado, en el organismo humano, de la respiración. Ahora bien, ¿qué se entiende por respiración? La podemos definir como el conjunto de mecanismos por los cuales las células toman oxígeno (O 2 ) y eliminan el dióxido de carbono (CO 2 ) que producen.

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5 Movimientos respiratorios

6 Funciones del sistema respiratorio Para mantener niveles normales de O 2 y CO 2 en las variadas condiciones de demanda metabólica, la ventilación alveolar es regulada por una red de centros y vías neuronales que genera los estímulos que activan rítmicamente, no sólo los músculos respiratorios, sino también los músculos faríngeos que mantienen abierta la vía aérea superior.

7 Aparte de esta función específica, el control de la ventilación opera tam- bién en otras actividades de naturaleza muy diferente, como son la fonación, la risa, el llanto, la tos, los estornudos, la regulación del pH, etc.

8 ASPECTOS ESTRUCTURALES Teniendo en cuenta que estamos hablando desde un punto de vista sistémico, para lograr una mejor comprensión del tema, vamos a encontrar distintos elementos formando dos subsistemas básicos: 1. el subsistema pulmonar 2. subsistema circulatorio

9 Sector de intercambio de gases Vías Aéreas: es el conjunto de conductos por donde va a circular el aire desde el medio ambiente hasta los pulmones. Se van a clasificar de acuerdo a su ubicación en vías aéreas superiores, desde las narinas hasta los bronquios; y vías aéreas inferiores desde los bronquios hasta los bronquiolos terminales.

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11 Alvéolos: constituyen el lugar donde se realiza el intercambio aéreo, es decir el punto final donde llega el O 2 antes de pasar a la sangre. Comienzan a aparecer en la vía aérea después de los bronquiolos terminales, constituyendo en primer término los bronquiolos respiratorios, luego los sacos alveolares y finalmente los alvéolos propiamente dichos.

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13 La bomba respiratoria Consta de tres constituyentes elementales: Esqueleto del Tórax: la caja torácica, dada por la columna vertebral (parte del segmento cervical y el segmento dorsal en su totalidad), las clavículas, las costillas y el esternón. Actúa como un elemento de sostén para el pulmón y trabaja sincrónicamente con el segundo elemento accesorio del sistema respiratorio.

14 Músculos Respiratorios: se dividen en inspiratorios (diafragma, escalenos, trape- cio, esternocleidomastoideo, músculos del ala de la nariz, intercostales externos y músculos paraesternales), y espiratorios (músculos de la pared abdominal, triangular del esternón e intercostales internos). Sistema Nervioso: está representado por los centros nerviosos respiratorios, las vías aferentes y las vías eferentes.

15 Sistema circulatorio Vasos de la Circulación Pulmonar: Se inician como capilares arteriales y capilares venosos: los primeros provienen de la arteria pulmonar, la cual viene del ventrículo derecho trayendo sangre de alto contenido en CO 2 proveniente de todos los tejidos del organismo.

16 Los capilares venosos, por su parte, son continuación de los capilares arteriales y conducen sangre con alto contenido en O 2 que ya pasó por los alvéolos. Se van a continuar con las venas pulmonares que se dirigen a la aurícula izquierda para llegar a la circulación sistémica. Participan también de la circulación gaseosa: el corazón y los vasos de la circulación mayor o sistémica.

17 Límites del sistema pulmonar agujero torácico superior, hacia arriba; diafragma, hacia abajo; el esternón por delante; columna vertebral por detrás; costillas y músculos intercostales a los lados.

18 Etapas de la respiración A. Ventilación pulmonar: Proceso por el cual ingresa a los pulmones aire rico en oxígeno y sale otro rico en dióxido de carbono. Durante este proceso los pulmones se dilatan y contraen en forma alternada para el intercambio gaseoso a nivel pulmonar.

19 Durante este proceso participan dos tipos de movimientos musculares principales: 1. Ascenso y descenso del diafragma: Contracción y descenso durante la inspiración, permitiendo entrada de aire. Relajación y ascenso durante la espiración, comprimiendo los pulmones y provocando la salida de aire de ellos.

20 2. Elevación y depresión de las costillas por contracción y relajación de los músculos intercostales. Cuando estos músculos se contraen, las costillas se levantan aumen- tando el volumen de la caja torácica permi- tiendo el ingreso de aire hacia los pulmones; por el contrario, cuando los músculos intercostales se relajan, las costillas bajan aumentado la presión en el interior del tórax, comprimiendo los pulmones, permitiendo la expulsión del aire.

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22 2. Intercambio gaseoso en los alvéolos: también llamado hematosis, se debe a la diferencia de presión de los gases respiratorios que existe entre los alvéolos pulmonares y los capilares. Este intercambio ocurre por simple difusión. Después que los alvéolos se han llenado de aire fresco, ocurre el intercambio de oxígeno desde estos hacia la sangre pulmonar y el paso de CO 2 desde los capilares sanguíneos hacia los alvéolos.

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24 3. Transporte de gases respiratorios: Una vez que los gases han difundido por la sangre, deben ser transportados hasta el lugar donde serán utilizados. Los transportes de oxígeno y dióxido de carbono son distintos e involucran otras moléculas.

25 Transporte de oxígeno: El 97% se transporta unido a la hemoglobina. El 3% restante viaja disuelto en el plasma. La unión entre el O 2 y la hemoglobina es reversible y depende de la presión parcial de oxígeno.

26 Transporte de CO 2 : El transporte de este gas está directamente relacionado con el equilibrio ácido base. Cerca del 7% se transporta disuelto en el plasma. Otra fracción del gas se une al agua de los glóbulos rojos formando ácido carbónico que se disocian en H + y HCO 3 -, el primero viaja unido a la hemoglobina y el segundo lo hace a través del plasma. Un 30% de CO 2 viaja unido a la Hemoglobina.

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28 4. Difusión de gases desde la sangre hacia las células.

29 5. Respiración Celular

30 Regulación Nerviosa El centro respiratorio ubicado en el tronco encefálico controla de manera precisa el ritmo de la ventilación pulmonar. El centro respiratorio se divide en tres conjuntos bien específicas que son: 1. Grupo respiratorio dorsal: controla la inspiración. 2. Grupo respiratorio ventral: regula la espiración. 3. Centro neumotáxico: se encarga de la frecuencia respiratoria.

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32 Centro nervioso quimiosensible Estudios recientes muestran que bajo los grupos de neuronas del centro respiratorio existe este centro quimiosensible, capaz de captar los cambios de concentración de los iones H + y de CO 2 para luego estimular a todos los grupos neuronales de los centros respiratorios. El oxígeno estimula receptores periféricos ubicados en las carótidas y aorta, los cuales envían información al centro respiratorio.

33 Adaptaciones del sistema respiratorio Cuando el organismo es sometido a condiciones ambientales extremas debe mantener constante el suministro de oxígeno a todas las células del cuerpo, especialmente a las neuronas. Para este fin es necesario disponer de mecanismos de adaptación que se ponen de manifiesto cuando el organismo se encuentra a grandes aturas o es sumergido a grandes profundidades.

34 Adaptación a las alturas El hombre asciende a las alturas en alpinismo, aviación y viajes espaciales. A medida que la altura aumenta la P atmosfé- rica disminuye y con ello la de oxígeno. A nivel del mar la P es 760 mm de Hg y la de O mm de Hg. A m de altura la P atmosférica es 226 mm de Hg y la de O 2 es 47 mm de Hg. Esto obliga a efectuar ajustes en el cuerpo para que siga funcionando normalmente.

35 Los principales ajustes de adaptación son: 1. Aumento de la ventilación pulmonar: La Baja de O 2 estimula el centro respiratorio para aumentar la ventilación pulmonar y eliminar mayor cantidad de CO 2 y volver el pH a su normalidad. El ciclo respiratorio es más corto y la respiración más agitada para permitir un Mayor ingreso de oxígeno. Así se puede aumentar la ventilación pulmonar hasta en un 65%.

36 2. Aumento en el número de glóbulos rojos. La baja en el oxígeno ambiental es un estí- mulo para la producción de eritropoyetina. En condiciones de adaptación la cantidad de eritrocitos puede aumentar hasta , con el fin de disponer de una mayor cantidad de O 2.

37 3. Aumento de la capacidad de difusión de Oxígeno. El oxígeno difunde a una velocidad constante a través de la membrana alveolar, pero cuando aumenta el ejercicio físico, aumenta permitiendo que el oxígeno pase al torrente sanguíneo sin dificultad. Lo mismo ocurre durante la exposición a bajas cantidades de oxígeno.

38 4. Aumento de la vascularización. La exposición a la altura ocasiona un gasto cardíaco de hasta un 30%. La cantidad de glóbulos rojos aumenta, así como la cantidad y tamaño de los capilares que irrigan los tejidos. Este efecto es especialmente evidente en animales y personas nacidas en altura.

39 5. Aumento de la utilización de O 2. Estudios realizados en animales que habi- tan entre y m de altura han demos- trado que tienen considerablemente aumenta- dos los sistemas mitocondriales para permitir una optimización en la utilización del oxígeno disponible en los procesos oxidativos para la producción de energía.

40 Adaptación a las profundidades 1. De los pingüinos emperadores al buceo profundo. Estas aves están sometidas a otras exigentes condiciones durante sus inmersiones a gran profundidad, momento en el que experimentan presiones de hasta cuarenta veces la existente a nivel de superficie, lo que causaría un barotraumatismo a la mayoría de animales terrestres. Sus huesos son particularmente sólidos y no tienen aire en su interior, lo que limita los riesgos de traumatismo físico. barotraumatismo

41 Cuando se sumerge, su consumo de O 2 disminuye drásticamente, su ritmo cardía- co se reduce a tan sólo quince o veinte la- tidos por minuto y dirige el flujo sanguíneo hacia los órganos vitales, lo que facilita inmersiones prolongadas. Su hemoglobina tiene una excepcional capaci- dad aglutinante y aprovecha todo el oxígeno contenido en sus sacos aéreos para transpor- tarlo hasta los órganos vitales incluso cuando su concentración es muy débil, y así evitar dañar los tejidos, permitiéndole permanecer consciente con tasas muy bajas de oxígeno.sacos aéreos

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43 2. El ser humano fue creado para vivir en ambiente terrestre por lo que su adaptación a profundidades subterráneas o en el mar son limitadas. Cuando una persona desciende bajo el nivel del mar, la presión aumenta alterando el intercambio gaseoso a nivel pulmonar. La cantidad de oxígeno alveolar aumenta como la cantidad de oxígeno que llega a los tejidos.

44 Así las cantidades de O 2 libre aumenta por sobre las cantidades que el cuerpo puede controlar, ocasionando cuadros tóxicos que incluso pueden llevar a la muerte. A nivel del mar una persona tiene un litro de N 2 En los líquidos corporales y tejido adiposo, pero al someterse a altas presiones esta cantidad aumenta considerablemente y se requiere de muchas horas para equilibrar la cantidad de N 2 de los tejidos y los alvéolos ya que la sangre no circula con suficiente velocidad para eliminarlo.

45 Si un buzo asciende rápidamente a la superficie, el nitrógeno se convertirá en burbujas dentro y fuera de la célula, estas comenzarán a liberarse ocasionando daños de diversa complejidad dependiendo del lugar del cuerpo donde se produzca la liberación.


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