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

Guía de estudio: objetivos, Boron, Lab, ATPs Importancia del tema 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

Objetivo terminal: Guía de estudio 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 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

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

Transporte de O2 de la atmósfera a la mitocondria. Principal función del sistema respiratorio es el intercambio de gases Respiración externa: Transporte de O2 de la atmósfera a la mitocondria. Transporte de CO2 de la mitocondria a la atmósfera. Relacionado con homeostasis ácido base. Respiración interna: ( respiración celular en la mitocondria, fosforilación oxidativa)

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. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Ley de Henry La concentración de un gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial en la fase gaseosa. [O2]dis= s x PO2 S: constante de solubilidad para el oxígeno: 0.0013 mM/mmHg a 37°C (0.003 mL O2/dL sangre/mmHg). La solubilidad del CO2 es 23 veces mayor: 0.0299 mM/mmHg a 37°C (0.07 mL/dL sangre/ mmHg). Boron, 2da ed. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Gradiente químico = Delta C (∆ C) = 0.13- 0.05 = 0.08 mM Gradiente de presión = Delta P (∆ P) = 100-40= 60 mmHg Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Consumo de O2/min = 250 ml/min Consumo de O2/min = 250 ml/min. Vent alveolar 4000mL/min:250 mL/min, 16:1 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Ley de Dalton 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 Ptotal= PA+PB+PC Px = P total * Fx Px: Presión del gas x P total: Presión total de una mezcla de gases Fx: concentración fraccional del gas en la mezcla Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

PIO2= FO2 x (PB - PH2O) = 149mmHg = 21% (760 - 47) = 21%(713) = 21% (760 - 47) = 21%(713) Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Composición del aire Concentración fraccional de los gases es la misma en la atmósfera: O2: 21%, N2: 79%, CO2: 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: PBO2= 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

Presión parcial de oxígeno atmosférico, inspirado y alveolar a nivel del mar PBO2 Presión de oxígeno atmosférico: PB x FO2: 760 mmHg x 0.21= 160 mmHg. PIO2 Presión de oxígeno en el aire inspirado: (PB-PH2O) x FO2 = (760 mmHg – 47 mmHg) x 0.21= 150 mmHg PAO2 Presión de oxígeno en el aire alveolar: (PB-PH2O) x FO2 (760 mmHg- 47 mmHg) x 0.14 = 100 mm Hg Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Componentes claves del sistema respiratorio: Bomba de aire: ventilación pulmonar, ventilación alveolar Mecanismos de transporte de gases en la sangre: eritrocitos, hemoglobina (O2 y CO2). Superficie de intercambio: membrana alvéolo capilar Sistema circulatorio: sistema de convección interno. Mecanismos locales que regulan la ventilación y la perfusión pulmonar. Mecanismo central de regulación de la ventilación.

Generaciones de las vías aéreas Vías aéreas de conducción: espacio muerto anatómico VD: 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.

Tráquea: área de sección transversal 2.5 cm2 Bronquiolos terminales: área de sección transversal 180 cm2 1. Convección: movimiento en masa. dP = PB-PA 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.

Células alveolares (neumocitos tipo I y II) 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

Células alveolares tipo I: cubren 90- 95% de superficie alveolar. Células alveolares tipo II: cubren del 2 - 5 % 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). 18

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). 19

Ley de Fick de la difusión simple Vgas= A D (P1-P2) T Vgas: volumen de gas que difunde por unidad tiempo A: área de la membrana (70m2) T: grosor de la membrana (0.15-0.5um) P1-P2: 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

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 m2 . Grosor: 0.2-0.5 um. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada 21

Gradiente de difusión para el O2 Gradiente de difusión para el CO2 En la unidad alvéolo capilar, el oxígeno difunde hacia la sangre y el CO2 sale al alvéolo Gradiente de difusión para el O2 PAO2-PvO2= 100-40= 60 mmHg 100 mmHg Gradiente de difusión para el CO2 PACO2-PvCO2= 40 – 46= 6 mmHg Si el sistema de convección externo falla (ventilación alveolar), la PAO2 y la PACO2 tenderán a parecerse a los valores venosos y el intercambio de gases será muy malo. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Irrigación sanguínea de los pulmones: Arterias pulmonares 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 m2 superficie corporal. 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. Venas pulmonares: tienen gran capacidad de contener sangre. Tienen músculo liso y regulan su diámetro.

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; CO2 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 Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

Sistema de limpieza mucociliar Formado por: 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+) Moco (fase gel): Encima de liq periciliar. Abund glicoproteínas. Se produce 100 mL/día. Células caliciformes y glándulas submucosas Cilios: puntas contactan con el moco. 250/célula. Se mueven a 1000 golpes/min. Mov anterógrado (elevador ciliar).

Células caliciformes (desaparecen 12 div) Células Clara en bronquiolos: Regeneración del epitelio. Existen donde hay cartílago Con células mucosas y serosas 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. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada 27

Metabolismo de sustancias vasoactivas No se afectan En gran parte removidos PGA1, PGA2, PGI2 PGE1, PGE2, PGF2alfa, leucotrienos Histamina, epinefrina, dopamina, isoproterenol Serotonina. bradicinina Angiotensina II, arginina vasopresina, gastrina, oxcitocina Angiotensina I (convertida a angiotensina II) Boron, 2da ed. Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada

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: P1V1/T1 = P2V2/T2 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, 101.3 kPa, 760 mmHg, en seco (Standard Temperature and Pressure Dry) Dra. Adriana Suárez Urhan MSc. Profesora Asociada