DIOXIDO DE CARBONO ESTADO ACIDO - BASE Para usar esta clase

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1 DIOXIDO DE CARBONO ESTADO ACIDO - BASE Para usar esta clase
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2 OBJETIVOS En las clases de Electrolitos :Disociación y de Distribución se han desarrollado las características principales de los elementos con cargas eléctricas Hay un capítulo especial que se refiere al hidrogenión (H+) que a pesar de ser un electrolito se desarrolla como un capítulo aparte por su importancia en lo que se conoce como Estado Acido-base. . clic Hay dos vías fundamentales de alteración de la concentración de H+ Aumento o disminución del ácido carbónico a través del sistema ventilatorio (patología respiratoria) Aumento o disminución de otros ácidos relacionados con la actividad metabólica celular (patología metabólica) El gas dióxido de carbono es el que genera el ácido carbónico al hidratarse. Debe conocerse su capacidad de movilización a través del principio de Fick que es válido para todos los sistemas donde se analiza concentración y masa de una sustancia y el volumen de fluido (gas o líquido) en que se incorpora. clic Las alteraciones ácido-base sufren compensaciones que deben comprenderse a cabalidad con la ecuación de Henderson-Hasselbach y que se amplían en la clase Diagrama de Davenport Ver las clases Variables Acido-base, Diagrama de Davenport

3 SISTEMA CARDIOPULMONAR
DIÓXIDO DE CARBONO ( CO2 ) ESTADO ACIDO-BASE Menú general

4 SISTEMA CARDIOPULMONAR La forma tal vez mas simple y mas comúnmente usada para explicar el sistema cardiopulmonar o la relación funcional entre el sistema ventilatorio y el sistema cardiovascular, es a través del principio de Fick. Se usa en fisiología para diferentes órganos o sistemas. Este principio permite analizar y cuantificar la relación entre M masa ( M, gr o l ) volumen ( V, l ) V concentración (c, gr/l,l / l ) c clic M = c * V V = M / c c = M / V De estas ecuaciones se puede concluir que conociendo dos de las variables se puede calcular la tercera, en una relación funcional múltiple ya que el resultado es diferente según cual sea la variable independiente del fenómeno que se analiza. Ello es así por las interrelaciones que ocurren en los fenómenos biológicos. MENU 1 de 9

5 . . . V = c * M Q = (CaO2 – CvO2) * VO2 . c = M / V
El modelo monoalveolar se usa para explicar la interrelación entre el volumen de gas (V) y de sangre (Q) en el pulmón. Mas adelante se desarrollará el modelo multialveolar. En el caso del sistema ventilatorio, éste produce el ingreso del oxígeno en una cantidad que se puede medir en la unidad de tiempo y se conoce como consumo de oxígeno ( VO2, cc/min ) . Es la masa ( M ) de sustancia incorporada al sistema. . SISTEMA CARDIOPULMONAR clic VO2 . La concentración (c) estará dada por el contenido de oxígeno en arteria al que se le debe restar el contenido de la sangre venosa. La sangre ( Q ) ingresa con una concentración de O2 a la arteria pulmonar y se debe restar de la arterial para conocer la cantidad incorporada en el pulmón. Q . Cv Ca Q . clic clic clic clic clic Conocidas estas dos variables se conocerá el volumen (V) de líquido en el que se incorporó la sustancia, en este caso el O2; el cálculo permitirá conocer el valor del volumen minuto cardíaco ( Q ) Q . V = c * M Q = (CaO2 – CvO2) * VO2 . c = M / V ( CaO2 – CvO2 ) = VO2 / Q . V = c * M Q = (CaO2 – CvO2) * VO2 . M = c * V VO2 = (CaO2 – CvO2) * Q . c = M / V (CaO2 – CvO2) = VO2 / Q . . ( Ver Concentración y Masa en la clase Electrolitos) MENU 2 de 5

6 Durante la realización de diferentes actividades, la demanda de O2 aumenta y el VO2 puede incrementarse por aumento de la ventilación o de la circulación. En condiciones normales es un efecto combinado de ambos sistemas. En patología uno de ellos puede ser el limitante principal y no es fácil determinarlo con certeza en diferentes pruebas que se realizan. . SISTEMA CARDIOPULMONAR VO2 . Se puede representar el comportamiento del sistema de una manera mas simplificada pero sumamente útil y también de uso común. Es mas simple si la concentración ( c ) igual a CaO2 – CvO2 se llama diferencia arterio venosa ( DavO2 ). La ecuación a usar se simplifica Cv Ca Dav Q . clic clic VO2 = DavO2 * Q . clic El valor de Q no puede ser aumentado mas de 4 o 5 veces sobre su valor en reposo. . La ventilación puede ser aumentada mas de 15 veces sobre su valor de reposo, por lo que no se considera un factor limitante durante la realización de esfuerzo en el individuo normal. No es este el caso en presencia de patología. MENU 3 de 5

7 SISTEMA CARDIOPULMONAR Cada patología tiene un patrón diferente de compensación, tanto de la ventilación como de la circulación ante la imposición de un esfuerzo o cualquier aumento de la demanda metabólica. Cuando se desean analizar las modificaciones cardiovasculares ( por ejemplo, disminución del volumen minuto cardiaco), se puede modificar la ecuación anterior, colocando a Q como variable independiente. . clic Q = VO2 / DavO2 . Si se considera que Q disminuye, pero se mantiene constante el VO2 se producirá un aumento de la DavO2, por disminución del CvO2. . VO2 . La variable que fundamentalmente se regula es el VO2 y se modifica por dos parámetros ventilatorios: la ventilación alveolar ( VA ) y la fracción alveolar de O2 ( FAO2 ). . Dav Dav Q . Q . clic Entonces la ecuación mas apropiada es VO2 = DavO2 * Q El VO2 sufre modificaciones a través del sistema cardiovascular, por variación de Q y de la DavO2 . . clic MENU 4 de 9

8 SISTEMA CARDIOPULMONAR Si se analiza el fenómeno hipoxemiante que se genera por el ingreso al pulmón normal de sangre venosa con muy bajos contenidos de O2 se estará frente a hipoxemias de origen cardiovascular y no específicamente generadas por un problema ventilatorio. (ver la clase Oxígeno y afinidad: hipoxia) Los gases en sangre son factores moduladores del sistema cardiovascular fundamentalmente a través de los quimiorreceptores periféricos y de la acción directa sobre los diferentes vasos sanguíneos. Como el organismo a través de diversos mecanismos mantiene la homeostasis por la modificación de diferentes variables, es fundamental el análisis de la ecuación descrita y sus variables, para explicar algunas de las modificaciones que se producen en la realización de esfuerzo o aumento de demandas metabólicas. MENU 5 de 9

9 SISTEMA CARDIOPULMONAR En el caso del sistema ventilatorio el ingreso del oxígeno es una cantidad que se puede medir en la unidad de tiempo y se conoce como consumo de oxígeno ( VO2, cc/min ). (ver la clase Transporte de Oxígeno ). Suele calcularse el consumo de O2 ( VO2 ) para cuantificar el comportamiento del sistema cardiopulmonar. . clic Habitualmente el principio de Fick se analiza para el intercambio de O2, pero su análisis es también válido para el dióxido de carbono ( CO2 ). M = c * V V = M / c c = M / V clic VO2 . VCO2 . Como factor fundamental de control de la ventilación se puede analizar la cantidad de sustancia eliminada del sistema, la que es la masa ( M ) de dióxido de carbono expresada en términos fisiológicos como eliminación de CO2 ( VCO2 ). . Cv Ca Q . MENU 6 de 9

10 SISTEMA CARDIOPULMONAR La concentración (c) estará dada por el contenido de dióxido de carbono en la sangre venosa que ingresa por la arteria pulmonar ( CvCO2), al que se le debe restar el contenido de la sangre arterial que egresa del pulmón con cierta concentración de CO2 ( CaCO2 ). Conocidas estas dos variables, masa y concentración, se conocerá el volumen ( V ) de líquido del que el CO2 fue eliminado o excretado; en este caso corresponderá también al volumen minuto cardíaco (Q). . Producto de la actividad metabólica normal, hay una cantidad de CO2 que es eliminada alcanzando un estado estacionario que mantiene los valores normales de las presiones parciales de CO2 intracelular ( PicCO2 ) y arterial ( PaCO2 ) . M = c * V VCO2 = (CvCO2 – CaCO2 ) * Q . clic VCO2 . CvCO2 CaCO2 Esta regulación se cumple en toda actividad que no llega a producir metabolismo anaerobio. Se altera también por la producción aumentada de diferentes ácidos. ( ver mas adelante ). Q . MENU 7 de 9

11 SISTEMA CARDIOPULMONAR Cuando se desean analizar las modificaciones cardiovasculares se puede colocar Q como variable independiente, tal como se analizó para el O2. . VCO2 = DvaCO2 * Q Q = VCO2 / DvaCO2 . Si Q disminuye y se mantienen constantes la ventilación y el VO2 se producirá un aumento de la diferencia entre el CvCO2 y el CaCO2, llamada diferencia veno-arterial de CO2 ( DvaCO2 ). . El comportamiento normal es un ajuste de la ventilación ante cambios del volumen minuto cartdiaco. . La naturaleza exacta de este mecanismo de regulación no está totalmente definida. clic VCO2 . DvaCO2 DvaCO2 CvCO2 CaCO2 Se ha postulado la existencia de quimiorreceptores a nivel de sangre venosa mixta (arteria pulmonar) que no han sido identificados. Q . Q . Este fenómeno se ha explorado, sin llegar a conclusiones precisas modificando el ingreso pulmonar de CO2 por el gas alveolar ( ventilación ) por la sangre venosa mixta ( circulación ) MENU 8 de 9

12 Los mecanismos de compensación cuando la demanda energética es constante, aseguran que también es constante la eliminación del CO2 producido por la interacción de los sistemas respiratorio y cardiovascular por medio de complejas interrelaciones. SISTEMA CARDIOPULMONAR VCO2 . Si los contenidos venosos de O2 y de CO2 se alteran por diferentes acciones, existen numerosos receptores cardiopulmonares que modifican la ventilación por las señales de variación de pH, PCO2 y PO2 . DvaCO2 CvCO2 CaCO2 CvCO2 CaCO2 Q . También existen regulaciones de la ventilación producidas por hormonas y otras sustancias químicas específicas que han sido modificadas por el sistema cardiovascular. MENU 9 de 9

13 DIOXIDO DE CARBONO DISUELTO COMBINADO ESTADO ACIDO BASE Menú general

14 Normalmente el gas inspirado no contiene CO2
Normalmente el gas inspirado no contiene CO2. salvo durante la realización de pruebas como la reinhalación para estudiar la respuesta del centro respiratorio el agregado de CO2 en pruebas de peritaje para producir la ventilación máxima involuntaria del paciente la administración por alcalosis respiratoria extrema y contractura muscular masiva DISUELTO CO2 El CO2 aparece en alveolo en su tránsito normal de tejido (PvCO2) a pulmón, pasando por el capilar pulmonar (PcCO2) para su eliminación al exterior. PvCO2 PaCO2 La PCO2 alveolar ( PACO2 ) es tan difícil de determinar con exactitud como la PAO2 , debido a la estructura no homogénea del pulmón. 1 de 5 MENU

15 Se reconoce un equivalente a la PACO2 cuando se mide la composición del gas eliminado en la fracción de fin de espiración ( end tidal en inglés ). También suele ser aceptada la PACO2 como un valor igual al hallado en sangre arterial ( PaCO2 ) debido a la gran difusibilidad y al bajo gradiente arterio-alveolar para este gas en condiciones normales. En patología esto no es válido. DISUELTO CO2 clic El CO2 disuelto depende del coeficiente de solubilidad y de la PCO2. PCO2 El coeficiente de solubilidad del CO2 en plasma ( a ) a 37 grados centígrados es de 0.03 cc de CO2 por cada 100 cc de plasma y por mmHg de presión parcial de CO2. CO2 disuelto = PCO2 * a CO2 disuelto = 40 mmHg * 0.03cc / 100cc * mmHg CO2 disuelto = 1.2 cc / 100cc 2 de 5 MENU

16 + + CO2 DISUELTO CO2 + H20 H2CO3 H2CO3 CO2 + H20
Se hace evidente la relación entre la presión parcial del gas y la cantidad que se disuelve, dependiendo además de la temperatura. La importancia funcional del CO2 disuelto es su capacidad para ser eliminado directamente por el tejido o por el pulmón preservando el equilibrio ácido base en el organismo. clic DISUELTO CO2 La fracción hidratada de CO2, existente como ácido carbónico, participa en la regulación ventilatoria y se modifica con ella. CO H H2CO3 CO2 CO2 H2O H2O H2CO3 H2CO3 + + clic Se trata de una reacción reversible ya que es eliminado al exterior como gas dióxido de carbono. H2CO CO H20 (Lea Constante de disociación en la clase Electrolitos: disociación) 3 de 5 MENU

17 + + - CO2 DISUELTO H2CO3 HCO3- + H + H2CO3 HCO3- + H + - HCO3 + +
El H2CO3 es una molécula que se disocia liberando hidrogeniones y bicarbonato y modificando el pH. H2CO3 CO2 H2O + DISUELTO CO2 clic H + HCO3 - COMBIACIÓN DISOCIACIÓN El aumento de la PCO2 produce acidosis H2CO HCO H + clic La disminución de la PCO2 produce alcalosis. H2CO HCO H + HCO3 - + Cuando se disocia una molécula de ácido carbónico se produce 1 ión bicarbonato ión hidrógeno H + El aumento de bicarbonato se identifica como alcalosis y el aumento de hidrogenión como acidosis. Hay un aspecto cuantitativo muy importante que es necesario comprender y se desarrolla en la próxima pantalla 4 de 5 MENU

18 El HCO3- producto del aumento de la PCO2 y de la disociación del H2CO3 se incorpora a un pool de 24 mEq/l . 7 29% La modificación en el sentido alcalino es poco destacado con aumentos de 7 mEq/l ( 7/24 = 0.29 o 29 %) para incrementos de PCO2 de 40 a 80 mmHg 24 DISUELTO CO2 clic El hidrogenión que aparece como elemento de la disociación del ácido carbónico se incorpora a un pool de nM / l o 0,00004 mEq / l. 40 100% Pasa de 40 a 80 nM / l con el incremento de la PCO2 de 40 a 80 mmHg y el cambio producido es muy significativo (100% ) . El pH se reduce de 7.4 a 7.1 unidades 40 Por esta razón clic PCO2 PCO2 acidosis alcalosis 5 de 5 MENU

19 CO2 COMBINADO CO2 total = CO2 + H2CO3 + HCO3- + CO2Hb
El dióxido de carbono se transporta en los fluidos corporales como: gas disuelto (CO2 ) hidratado como ácido carbónico ( H2CO3 ) bicarbonato (HCO3-) de sodio y otros iones COMBINADO CO2 compuesto carbamino unido a la hemoglobina (CO2Hb ) y proteínas CO2 total = CO H2CO HCO CO2Hb clic clic CO2 disuelto CO2 total El CO2 total en su mayoría está compues to por bicarbo nato. a * PCO2 PCO2 PCO2 El CO2 disuelto tiene un crecimiento lineal tal como se deduce de la ecuación con que se calcula . La fracción unida a las proteínas ( CO2Hb ) es de baja concentración llegando a 10% del total. 1 de 2 MENU

20 Desde el punto de vista de su control y de su regulación hay dos fracciones que componen el bicarbonato plasmático (HCO3-) El proveniente de la disociación del ácido carbónico y por lo tanto de las variaciones de PCO2 a través de la ventilación. COMBINADO CO2 clic El modificado por la excreción y reabsorción a través del riñón . Por supuesto hay posibilidades que se incorpore bicarbonato directamente al organismo a través de la ingesta o por administración endovenosa. También puede modificarse por diálisis renal o peritoneal. 2 de 2 MENU

21 ESTADO ACIDO BASE ECUACION DE HENDERSON- HASSELBACH ACIDOSIS ALCALOSIS
Menú general

22 La condición de normalidad se describe por los valores
Para comenzar un análisis muy simple de las patologías ácido-base conviene recordar algunos aspectos de la ecuación de Henderson – Hasselbach. 7.4 7.7 7.0 pH = pK + log HCO3- / a* PCO2 HCO3- PCO2 El valor de pK para plasma a 37 grados centígrados es de 6.1: es la constante que establece la proporcionalidad entre el pH y el logaritmo del cociente entre el bicarbonato y la presión parcial de CO2. clic Analizando la relación entre HCO3- y PCO2 pueden entenderse los cambios que se producen en el pH . Pero ello no es suficiente para entender los procesos clínicos ya que es necesario conocer la historia del paciente y la evolución de la patología . El análisis de las tres variables no es realmente un proceso complicado, pero sí lo es el poder hacer un diagnóstico diferencial de su relación. La condición de normalidad se describe por los valores clic 7.4 = log 24 / a * 40 Debe enfatizarse que en forma aislada ni un pH de 7.4, ni un HCO3- de 24 mEq/l, ni una PCO2 de 40 mmHg son indicadores de normalidad en el estado ácido-base. MENU 1 de 4

23 La condición de normalidad ácido-base necesita de la identificación de tres variables
7.4 7.7 7.0 HCO3- PCO2 7.4 = log 24 / a * 40 clic Un pH ácido puede originarse en dos cambios: HCO3 PCO2 7.4 7.7 7.0 Disminución del bicarbonato Acidosis metabólica clic Aumento de la PCO2 Acidosis respiratoria HCO3- PCO2 7.4 7.7 7.0 MENU 2 de 4

24 La condición de normalidad ácido-base necesita de la identificación de tres variables
7.4 7.7 7.0 HCO3- PCO2 7.4 = log 24 / a * 40 clic Un pH alcalino puede originarse en dos cambios: 7.4 7.7 7.0 HCO3- PCO2 Aumento del bicarbonato alcalosis metabólica clic 7.4 7.7 7.0 Disminución de la PCO2 alcalosis respiratoria HCO3- PCO2 MENU 3 de 4

25 Los cambios mencionados en las pantallas anteriores pueden ser :
Agudos o de escaso tiempo de evolución Crónicos o de largos períodos de evolución Primarios o causa originaria de la modificación ácido-base Compensatorios o que responden a mecanismos de regulación ácido-base normales RESUMEN MENU 4 de 4

26 CONCLUSIONES Se propone en estas clases considerar un sistema cardiopulmonar que se describe con el Principio de Fick. La relación entre masa y concentración de una sustancia que se incorpora a un cierto volumen de fluido es un concepto universal válido para todos los sistemas biológicos. A veces es difícil de identificar por la diferencia en terminología, que se halla en las presentación es fisiológicas y clínicas El gas dióxido de carbono ha sido presentado como el elemento fundamental en las alteraciones ácido-base, ya que al hidratarse forma el ácido carbónico y es el único gas que se elimina directamente al exterior, a través de los pulmones. El resto de los ácidos, llamados metabólicos, se eliminan a través del riñón. La ecuación de Henderson- Hasselbach establece la relación de tres variables, absolutamente necesarias para identificar alteraciones ácido-base La presión parcial de dióxido de carbono ( PCO2) La concentración de bicarbonato (HCO3 -) El pH o la concentración de hidrogeniones . clic Con esta ecuación se caracterizan patologías puras, mixtas, compensadas 7.4 = log 24 / a * 40 Lea las clases, Electrolitos:disociación, Variables Acido-base, Diagrama de Davenport FIN