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Organización del sistema respiratorio Unidad III Sistema respiratorio Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada.

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1 Organización del sistema respiratorio Unidad III Sistema respiratorio Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

2 2 Temas de la clase Guía de estudio: objetivos, Boron, Lab, ATPs Importancia del tema Principales funciones del sistema respiratorio Algunas leyes de los gases Composición del aire: atmosférico, seco, húmedo, inspirado, alveolar, espirado. Componentes del sistema respiratorio Unidad alveolo capilar Otras funciones del sistema respiratorio

3 3 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Guía de estudio Objetivo terminal: 1.Describir e interpretar las principales funciones fisiológicas del sistema respiratorio y correlacionarlas con la estructura anatómica del mismo. Capítulo 26 del Boron. Laboratorio de respirometría ATPs

4 4 La vida inicia y termina con la respiración Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Componentes del sistema respiratorio: 1.Un controlador respiratorio 2.Una bomba respiratoria 3.Un intercambiador de gases

5 5 Respiración externa: 1.Transporte de O 2 de la atmósfera a la mitocondria. 2.Transporte de CO 2 de la mitocondria a la atmósfera. Relacionado con homeostasis ácido base. Respiración interna: ( respiración celular en la mitocondria, fosforilación oxidativa) Principal función del sistema respiratorio es el intercambio de gases

6 6 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Flujo P x Area/R Un sistema de convección externo (ventilación alveolar) y otro interno (circulación sanguínea) asegura mejores gradientes de concentración de los gases entre el alveolo y la sangre capilar pulmonar y entre la sangre capilar y las mitocondrias de las células de los tejidos.

7 7 Ley de Henry La concentración de un gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial en la fase gaseosa. [O 2 ] dis = s x P O2 S: constante de solubilidad para el oxígeno: mM/mmHg a 37°C (0.003 mL O 2 /dL sangre/mmHg). La solubilidad del CO 2 es 23 veces mayor: mM/mmHg a 37°C (0.07 mL/dL sangre/ mmHg). Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Boron, 2da ed.

8 8 Gradiente químico = Delta C ( C) = = 0.08 mM Gradiente de presión = Delta P ( P) = = 60 mmHg Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

9 9 Consumo de O 2 /min = 250 ml/min. Vent alveolar 4000mL/min:250 mL/min, 16:1

10 10 En una mezcla de gases, cada gas ejerce una presión que depende de su propia concentración independientemente de los demás gases presentes en la mezcla P total = P A +P B +P C P x = P total * F x P x : Presión del gas x P total : Presión total de una mezcla de gases F x : concentración fraccional del gas en la mezcla Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Ley de Dalton

11 11 P I O 2 = FO 2 x (P B - P H2O ) = 149mmHg = 21% ( ) = 21%(713) Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

12 12 Composición del aire Concentración fraccional de los gases es la misma en la atmósfera: O 2 : 21%, N 2 : 79%, CO 2 : 0.03% Las presiones parciales de los gases son un poco mayor en el aire seco que en el aire saturado con vapor de agua. Las presiones parciales de los gases en el aire saturado con vapor de agua determinan la concentración de los gases en el plasma. Calcular las presiones parciales de los gases en diferentes altitudes: P BO2 = 760 mmHg 0.21= 159 mmHg Al inspirar el aire se calienta y se satura con vapor de agua. A 37° C P H2O : 47 mmHg

13 13 Presión parcial de oxígeno atmosférico, inspirado y alveolar a nivel del mar Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

14 14 Componentes claves del sistema respiratorio: 1.Bomba de aire: ventilación pulmonar, ventilación alveolar 2.Mecanismos de transporte de gases en la sangre: eritrocitos, hemoglobina (O 2 y CO 2 ). 3.Superficie de intercambio: membrana alvéolo capilar 4.Sistema circulatorio: sistema de convección interno. 5.Mecanismos locales que regulan la ventilación y la perfusión pulmonar. 6.Mecanismo central de regulación de la ventilación.

15 15 Generaciones de las vías aéreas Vías aéreas de conducción: espacio muerto anatómico V D : 1 ml/lb peso corporal Zona respiratoria: 5 a 6 litros. Cilios,células caliciformes, glándulas submucosas y cartílago disminuyen al avanzar en las generaciones en la vía aérea.

16 16 1. Convección: movimiento en masa. dP = P B -P A Así se mueve el aire hasta llegar hasta los bronquiolos terminales. 2. Difusión: Mecanismo por el cual el aire se mueve desde los bronquiolos terminales hasta los sacos alveolares. Bronquiolos terminales: área de sección transversal 180 cm 2 Tráquea: área de sección transversal 2.5 cm 2

17 17 Componentes de la Membrana de intercambio respiratorio (intercambiador de gases): Líquido alveolar Células alveolares (neumocitos tipo I y II) Membrana basal del epitelio alveolar Membrana basal del endotelio capilar Células endoteliales Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

18 18 Células alveolares tipo I: cubren % de superficie alveolar. Células alveolares tipo II: cubren del % de la superficie alveolar, son cuboides. Producen el factor surfactante. Sirven como células de regeneración y reparación (se diferencian en células tipo I) Poros de Kohn: comunican alveolos adyacentes, previenen el colapso alveolar (atelectasias).

19 19 El intersticio pulmonar tiene: tejido conjuntivo, músculo liso, capilares, linfáticos, fibroblastos: colágeno (limita distensibilidad) y elastina (contribuye con retracción elástica pulmonar), cartílago. Puede expandirse por entrada de células inflamatorias y líquido (edema).

20 20 Ley de Fick de la difusión simple V gas = A D (P 1 -P 2 ) T V gas : volumen de gas que difunde por unidad tiempo A: área de la membrana (70m 2 ) T: grosor de la membrana ( um) P 1 -P 2 : gradiente de presión D: solubilidad/ PM Capacidad de reserva para la difusión: difusión ha llegado al equilibrio cuando el glóbulo rojo ha viajado 25-33% de distancia del capilar pulmonar. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

21 21 Red alveolo capilar (interfase aire-sangre) 480 millones de alvéolos (su número aumenta hasta los 8 años). Diámetro: 75 a 300 m 500 a 1000 capilares (diámetro: 8 um) por alvéolo. Área total de intercambio: 50 a 100 m 2. Grosor: um. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

22 22 Gradiente de difusión para el CO 2 P A CO 2 -P v CO 2 = 40 – 46= 6 mmHg Si el sistema de convección externo falla (ventilación alveolar), la P A O 2 y la P A CO 2 tenderán a parecerse a los valores venosos y el intercambio de gases será muy malo. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada 100 mmHg En la unidad alvéolo capilar, el oxígeno difunde hacia la sangre y el CO 2 sale al alvéolo Gradiente de difusión para el O 2 P A O 2 -P v O 2 = = 60 mmHg

23 23 Capilares pulmonares: Diámetro interno: 8 um Largo 10 um Volumen sang.: 70 mL (reposo), 200mL (ejercicio: reclutamiento y distensión). En reposo, un eritrocito dura 0.75 s atravezando el territorio de los capilares pulmonares. Irrigación sanguínea de los pulmones: 1.Arterias pulmonares 2.Arterias bronquiales (1-2% del GC): llegan hasta bronquiolos terminales, irrigan vasos y nervios, ganglios linfáticos y pleura visceral. 250 a 300 mL de sangre x m 2 superficie corporal. Venas pulmonares: tienen gran capacidad de contener sangre. Tienen músculo liso y regulan su diámetro.

24 24 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Otras funciones del sistema respiratorio Olfato Procesar aire antes de que llegue a alveólos: calentarlo (evita burbujas en tejidos), humedecerlo, filtrarlo: (nariz: partículas >10um se impactan en el moco; partículas entre 2 y 10um pueden sedimentarse en vías aéreas más pequeñas; partículas <0.5um llegan a alveólos: macrófagos alveolares, linfáticos) Mecanismos de defensa pulmonar: filtrar, tos, aparato mucociliar, macrófagos alveolares, enzimas, linfáticos, anticuerpos. Reservorio de sangre para el ventrículo izquierdo: pulmón contiene 500 mL de sangre (10% del volumen sanguíneo total). Filtro para la sangre: filtrar coágulos, grasa, gas, células metastásicas Equilibrio ácido base: manejo del ácido volátil; CO 2 Fonación: hablar como fenómeno espiratorio Intercambio de líquidos y absorción de medicamentos Pérdida de agua y calor: pérdidas insensibles de agua: 400 mL/día Bomba respiratoria: mejora el retorno venoso

25 25 Sistema de limpieza mucociliar Formado por: 1.Líquido periciliar (fase sol): permite mov de cilios. Es seroso no viscoso prod por células ciliadas de la vía aérea por transp activo de iones (Cl - y Na + ) 2.Moco (fase gel): Encima de liq periciliar. Abund glicoproteínas. Se produce 100 mL/día. Células caliciformes y glándulas submucosas 3.Cilios: puntas contactan con el moco. 250/célula. Se mueven a 1000 golpes/min. Mov anterógrado (elevador ciliar).

26 26 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Células caliciformes (desaparecen 12 div) Células Clara en bronquiolos: Regeneración del epitelio. Existen donde hay cartílago Con células mucosas y serosas

27 27 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Funciones metabólicas de los pulmones: Células endoteliales de capilares pulmonares tienen enzimas y receptores importantes en su función metabólica. Metabolizan: aminas vasoactivas, citocinas, mediadores lipídicos, proteínas. Angiotensina I: convertida a angiotensina II Serotonina: internalizada y metabolizada Células endoteliales sintetizan y secretan: prostaciclina, endotelina, factores de coagulación, NO, prostaglandinas, citoquinas. No sintetizan leucotrienos. Mastocitos pulmonares sintetizan y secretan: histamina, enzimas lisosómicas, prostaglandinas, leucotrienos, factor inhibidor de las plaquetas, factores quimiotácticos para neutrófilos y eosinófilos, serotonina. Células endoteliales tienen receptores para: bradicinina, TNF, comp del complemento, inmunoglobulinas, moléculas de adhesión.

28 28 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada No se afectanEn gran parte removidos PGA1, PGA2, PGI2PGE1, PGE2, PGF2alfa, leucotrienos Histamina, epinefrina, dopamina, isoproterenol Serotonina. bradicinina Angiotensina II, arginina vasopresina, gastrina, oxcitocina Angiotensina I (convertida a angiotensina II) Boron, 2da ed. Metabolismo de sustancias vasoactivas

29 29 Ley de los gases ideales PV= nRT P: presión V: volumen n: Número de moles de gas R: constante de los gases ideales (8.31 J K -1 mol -1 ) T: temperatura en grado K Un mol de un gas a STP ocupa 22.4 L Si hablamos del mismo número de moléculas de un gas, entonces n y R son constantes y podemos expresar la ley como: P 1 V 1 /T 1 = P 2 V 2 /T 2 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

30 30 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada Condiciones estándar con las que se corrigen las mediciones que involucran el volumen de los gases BTPS: Temperatura y presión corporales saturadas con vapor de agua (Body Temperature and Pressure Saturated). 310 K, 760 mmHg, 47 mmHg. ATPS: Temperatura y presión ambientales saturadas con vapor de agua (ambient temperature and pressure saturated). ATPD: Temperatura y presión ambientales en seco (ambient, temperature, pressure, dry). STPD: 273 K, 0 C, kPa, 760 mmHg, en seco (Standard Temperature and Pressure Dry)


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