FISIOLOGÍA DE LA RESPIRACIÓN

Capitulo 16 

Introducción 

Capitulo 0 

Capitulo 1 

Capitulo 2 

Capitulo 3

Capitulo 4 

Capitulo 5

Capitulo 6 

Capitulo 7

Capitulo 8

Capitulo 9

 Capitulo 10

Capitulo 11

Capitulo 12 

Capitulo 13

Capitulo 14 

Capitulo 15 

Capitulo 16

Capitulo 17 

Capitulo 18 

Capitulo 19 

Capitulo 20 

Capitulo 21

Capitulo 22

Capitulo 23 

Capitulo 24 

Capitulo 25 

Capitulo 26 

Capitulo Ecologia y Energia 

Capitulo Ecologia y Humano

Capitulo Ecología Población y Comunidad  

Capitulo Ecología Hormonas Vegetales 

Capitulo Evolución 

Capitulo Evolución de los Primates

 

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TRANSPORTE DE GASES RESPIRATORIOS

Al inicio de este capítulo, se señaló que el siste­ma de transporte era una condición estrictamente necesaria para que el proceso respiratorio se llevara a cabo normalmente. A continuación revisarás los mecanismos de transporte de oxígeno y dióxido de carbono.

1.    TRANSPORTE DEL OXÍGENO

 

Una pequeña parte del oxígeno que ingresa a la sangre, a través de la membrana alvéolo-capilar, se disuelve en el plasma sanguíneo (3%). Según este porcentaje y con un volumen total de sangre de 5 litros existirían 15 ml de oxígeno. La demanda de una persona en reposo es de 250 ml, por lo cual este mecanismo de transporte resulta insuficiente. El resto, es de­cir, la mayor cantidad de oxígeno (97%), se combina con la hemoglobina en el interior de los glóbulos rojos, formando así un compuesto intermedio, la oxi­hemoglobina (HbO2).así como cuando pierde el oxígeno se  llama desoxihemoglobina Para que esta unión se efec­túe el oxígeno debe difundir desde el plasma hacia los glóbulos rojos, donde se establece la asociación entre el O2 y el grupo hem de la hemoglobina:

La captación de O2 por la hemoglobina se ve fa­vorecida por el aumento de la presión parcial de este gas en el plasma.

La hemoglobina es una proteína globular que consta de cuatro subunidades. La hemoglobina del adulto (A) se  denomina a2b2. Las subunidades poseen dos cadenas a y dos b. Cada subunidad puede unir una molécula de oxígeno para un total de cuatro moléculas de oxígeno por molécula de hemoglobina. Para que la hemoglobina una oxígeno el hierro debe estar en estado ferroso (Fe+2). 

Hay diversos tipos de hemoglobina:

  Metahemoglobina, alteración donde el  hierro se encuentra en estado férrico (Fe+3), que no une oxígeno.

  Hemoglobina fetal (F), las dos cadenas b son sustituidas por cadenas g. La consecuencia fisiológica es que presenta mayor afinidad por el oxígeno que la hemoglobina del adulto, lo cual facilita el movimiento de oxígeno de la madre al feto. Durante el primer año de vida se reemplaza por hemoglobina A.

 

El análisis de la curva indica que la hemoglobina está saturada por una presión de oxígeno de 100 mm Hg.

Cuando la presión del oxígeno cae por debajo de 60 mm Hg. la saturación de la hemoglobina por el oxígeno decrece significativamente.

Esto produce que la hemoglobina libere al O2. Mientras más cerca de las células, la presión de O2 es más baja lo que se traduce en mayor liberación de O2 hacia las células. Por otra parte el CO2 está más concentrado  en los tejidos, lo cual  facilita la entrega de O2 a las células, por el denominado efecto Bohr.

La curva de saturación normal se ha establecido manteniendo 3 parámetros constantes, éstos son:  

  • presión de CO2 = 40 mmHg. 
  • pH   = 7.4

  •  
    Temperatura  = 38°C    

Si estos valores se alteran, la curva cambia de forma (se desplaza). De esta manera, una disminución de la temperatura, un aumento del pH (básico) y/o una disminución de la presión de CO2, desplazan a la curva hacia la izquierda. Esto quiere decir que Hb se hace más afín por el O2 y lo puede retener con mayor facilidad. Esto es lo que ocurre en los alvéolos pulmonares, donde

la presión de oxígeno es menor, y de esta forma la hemoglobina capta con mayor facilidad el oxígeno.

El efecto contrario, es decir, el desplazamiento de la curva hacia la derecha se produce cuando las variables son inversas, o sea aumenta la presión de CO2, disminuye el pH y aumenta la temperatura. En este caso, la Hb es menos afín por el O2 y lo retiene menos de manera que lo entrega más fácilmente a los tejidos. Esto se conoce como efecto Bohr.

TRANSPORTE DEL DIÓXIDO DE CARBONO

El dióxido de carbono tiene tres mecanismos de transporte en la sangre: 

-          Un 60% se transporta como ion bicarbonato (HCO3)

-          Un 30% se transporta unido a la parte pro­teica de la hemoglobina (Carbamino-hemo­globina).

-          El restante 10% lo hace disuelto en el plasma.

  •      Principalmente  el CO2 se combina con el H2O del plasma para formar un compuesto inestable,  el ácido carbó­nico (H2 CO3). Este de inmediato se disocia en ion bicarbonato más hidrógeno (H+): 

Las reacciones son catalizadas por una en­zima, la anhidrasa carbónica.

Cuando la sangre llega a las proximidades de los alvéolos la reacción se hace inversa, vale decir, el ion bicarbonato se une al H+ para formar ácido carbó­nico, el que se disocia en el agua más CO2 y este último difunde a los alvéolos.

Cabe señalar que a través del manejo del CO2  el sistema respiratorio puede regular el pH sanguí­neo.

Un aumento del CO2 sanguíneo de­ter­mina un incremento en la concentración de H+, pro­du­ciéndose una disminución del pH. Este  fenómeno se co­no­ce como acidosis respiratoria (porque se debe al aumento de un gas respiratorio el CO2). Frente a esto, el su­jeto responde aumentando la frecuencia respira­to­ria y con ello la ventilación pulmonar. 

Elimi­na así una mayor cantidad de CO2 , con lo cual se produ­ce un desplazamiento de la reacción en el sentido inverso:

Si esta condición es muy prolongada (por ejemplo durante una hiperventilación), se produce el fenómeno inverso, es decir, la cantidad de CO2 disminuye por lo que la cantidad de protones también disminuye y el pH aumenta; produciendo la alcalosis respiratoria

La difusión y transporte del oxígeno y dióxido de carbono están esquematizados a continuación.

 

a.    Monóxido de Carbono. 

El monóxido de carbono reduce la capacidad de unión de oxígeno y también provoca desplazamiento a la izquierda de la curva. Tiene una afinidad 250 veces mayor por la hemoglobina que el oxígeno. Forma el compuesto carboxihemoglobina, que es muy difícil de separar. 

Existen en algunas oportunidades personas que han quedado en la nieve por una hora sin látido cardiaco, ni respiración y una temperatura corporal muy baja. El milagro aparente de la resucitación sin ningún daño cerebral es consecuencia de la baja temperatura, que desciende en forma drástica la demanda de oxígeno por parte del cerebro y otros tejidos. Cuando no se disponía de maquinarias para oxigenar artificialmente la sangre, los cirujanos empleaban la hipotermia generalizada para reducir el consumo de oxígeno, de tal forma que podían parar el corazón durante varios minutos y proceder rápidamente a la reparación quirúrgica de las lesiones cardíaca congénitas.

VOLUMENES TORACICOS

La capacidad ventilatoria se cuantifica por la medición de los volúmenes pulmonares y la espirometría.

Capacidad pulmonar total (Total lung capacity; TLC). Es el volúmen de gas en el pulmón al final de una inspiración máxima. Es la suma de la capacidad vital y del volumen residual. Es una medida del tamaño pulmonar.

La capacidad vital espiratoria es el volumen de gas exhalado después de una inspiración máxima y la inspiratoria es el volumen que puede ser inspirado después de una espiración máxima. La capacidad vital es la suma de la capacidad inspiratoria y del volumen de reserva espiratoria.

El volúmen circulante (Tidal volume; TV) es el volumen de gas que se moviliza durante un ciclo respiratorio normal.

El volumen de reserva inspiratoria (Inspiratory reserve volumen) es el volumen de gas que puede ser inspirado después de una inspiración normal.

El volumen de reserva espiratoria es el volumen de gas que puede ser espirado después de una espiración normal.

La capacidad inspiratoria es el volumen que puede ser inspirado después de una espiración normal, es decir desde capacidad residual funcional (Functional residual capacity; FRC).

La capacidad residual funcional es el volumen de gas que queda en el pulmón después de una espiración normal

El volumen residual es el volumen de gas que queda después de una espiración máxima.

La Capacidad de cierre (Closing capacity; CC) es el volumen pulmonar por debajo del cual aparece el fenomeno de cierre de la vía aérea  durante la maniobra de una espiración máxima lenta.

El Volumen de cierre (Closing volume; CV) es la capacidad de cierre menos la capacidad residual funcional.

La maniobra de espiración forzada cuantifica los volúmenes pulmonares por encima de la capacidad residual funcional. Además permite cuantificar algunos índices dinámicos. El más empleado en clínica es el volumen espiratorio forzado en un segundo (Forced expiratory volume 1 sec; FEV1). Es el volumen de gas espirado durante el primer segundo de una maniobra forzada desde una inspiración máxima.

Durante el inicio de la espiración forzada las vías aéreas empiezan a ser comprimidas y  el flujo alcanza su máximo (Flujo espiratorio máximo; Peak expiratory flow rate; PEF). Es una fase dependiente de la fuerza espiratoria. Cuando se ha espirado entre un 20 a 30% de la capacidad vital (FEV1/VC o índice de Tyffenau), las vías aéreas mayores están comprimidas y por tanto hay una limitación al flujo. Esta fase es sólo ligeramente dependiente de la fuerza y refleja la resistencia intratorácica al flujo especialmente de las vías aéreas pequeñas no comprimidas y es dependiente de las características elásticas del pulmón y de la magnitud de la capacidad vital. La relación entre el volumen espiratorio en el primer segundo y la capacidad vital refleja el grado de obstrucción pero si la capacidad vital está reducida este índice puede subestimar la limitación al flujo.

El volumen inspiratorio forzado en un segundo (Forced inspiratory volume; FIV1) es el volumen de gas inspirado en el primer segundo de una inspiración forzada después de una espiración máxima. Durante esta maniobra la presión intratorácica es subatmosférica y por tanto las vías aéreas se distienden. El FIV1 es dependiente de la fuerza. En el estrechamiento de las vías aéreas extratorácicas el flujo inspiratorio está limitado ya que debido a la presión subatmosférica por detrás de la obstrucción las vías aéreas se colapsan. La relación FIV1/VC es un índice de obstrucción inspiratoria.

La ventilación voluntaria máxima (Maximal breathing capacity; MBC) es el volumen de gas máximo que puede ser espirado durante un minuto a una frecuencia de

30 x' durante 20 s.

Los volúmenes gaseosos de la caja torácica se clasifican desde un punto de vista funcional

Volúmen de gas torácico: es el volumen de gas pulmonar + el volumen de gas extrapulmonar intratorácico.

Volúmen de gas pulmonar:

1. Volumen alveolar funcional (VA). Es el volumen de gas que llega al espacio alveolar y que participa en el intercambio gaseoso.

2. Volumen alveolar de espacio muerto. Es el volumen de gas que llega al espacio alveolar pero que no participa en el intercambio gaseoso (espacio muerto funcional).

3. Volumen de gas de las vías aéreas. Es el volumen de gas que compone el espacio muerto anatómico.

El procedimiento clínico de cuantificar el espacio muerto (VD) es por el método de Bohr. Se basa en el hecho de que todo el CO2 espirado proviene de zonas alveolares que participan en el intercambio gaseoso. El espacio muerto se cuantifica como la fracción del volumen circulante que va o proviene de zonas que no participan en el intercambio de gases, es decir la fracción VD/VT. La ecuación de Bohr es como sigue:

VD/VT = F A CO2 – F E CO2 / F A CO2

Donde F A CO2 es la fracción de CO 2 en el espacio alveolar y F E CO2 la del aire espirado. A efectos prácticos F A CO2 puede igualarse a la Pa CO2.

Resumen

Volúmenes y capacidades pulmonares. En una respiración tranquila y normal, se produce un volumen de ventilación pulmonar en torno a los 500 ml. A continuación si la persona realiza una inspiración forzada, el volumen se va a elevar y este volumen va a recibir el nombre de reserva inspiratoria que va a ser aproximadamente seis veces el volumen de ventilación pulmonar (3000mililitros). Después, si se produce una espiración forzada, nos da el volumen de reserva espiratoria, el V.R.E, el cual está en torno a los 1100ml, tras una espiración forzada, hay una cantidad de aire que siempre permanece en los pulmones, recibiendo el nombre de volumen residual, y esta en torno a los 1200ml. Teniendo en cuenta estos parámetros, hablamos de volumen respiratorio por minuto. VR/min. Será las veces que entre el volumen de ventilación pulmonar por las veces que respiramos, que es la frecuencia respiratoria (Fr):
Volumen Resp/min= Vvp ×Fr =500×12=6000ml/min
Frecuencia respiratoria: 12-13 veces/min. , en condiciones normales.


Capacidades pulmonares.
Son sumatorio de ciertos volúmenes.
-Capacidad inspiratoria pulmonar, se suma el volumen de reserva, más todo lo que se puede inspirar.
VVP + VRI = 3500ml.
- Capacidad espiratoria pulmonar: aquella que se puede eliminar.
VVP + VRE = 1600ml.
- Capacidad Vital pulmonar: que recoge toda la capacidad inspiratoria y espiratoria.
CVP = VRI + VVP + VRE = 4600ml.
- Capacidad pulmonar total: CVP + Volumen Residual
CPT = CVP + VRE = 5800ml.
- Capacidad funcional residual: es el sumatorio de volúmenes de reserva espiratorio más el volumen residual = 3300ml.
Del volumen ventilatorio pulmonar (500ml), van a llegar al alveolo 300ml, 150ml de aire queda atrapado en el árbol bronquial, esta cantidad recibe el nombre de aire del espacio muerto.