TEMA 4- INTERCAMBIO GASEOSO

MODULO FISIOLOGIA RESPIRATORIADra. Veronica Fernandez Talavera

Residente IPostgrado de Anestesiologia

Ciudad Hospitalaria Dr Enrique Tejera

Concepto:

Consiste en la incorporación de oxígeno desde el exterior hacia el capilar pulmonar y la eliminación del dióxido de carbono de la sangre venosa hacia el exterior, llevado a

cabo por el pulmón, tanto en condiciones fisiológicas como patológicas

INTERCAMBIO GASEOSO

DIFUSIONWEST,

movimiento aleatorio de moleculas que

entrecruzan en su camino ambos sentidos de la

membrana respiratoria

INTERCAMBIO GASEOSO

Para que la difusion ocurra debe haber:

ALVEOLO DIFUSION

• Fuente de energia proporcionada por las moleculas

• Todas las moleculas tienen cierto tipo de movimiento

• Choque de unas moleculas con otras

GUYTON. Fisiologia

====================

INTERCAMBIO GASEOSODifusion neta de un gas en una direccion: Gradiente de Concentracion

Camara de gas o solucion

• Presion de un gas que actua sobre la superficie de las vias

respiratorias y alveolos

• Presion del gas

GUYTON. Fisiologia

Presiones gaseosas en una mezcla de gases Presion parcial individual de gases

Fuerza de impacto de todas las moleculas que chocan

Conc. de moleculas del gas

INTERCAMBIO GASEOSO

Presion del gas

GUYTON. Fisiologia

Presiones gaseosas en una mezcla de gases Presion parcial de una mezcla de gases

Velocidad de difusion del gas

79% N21% O2

Presion total de la mezcla760 mmHg

79% N = 600mg Hg 21% O2 = 160 mm Hg

760 mmHg x 0.79 N = 600 mg Hg 760 mmHg x 0.21 O2 = 159.6 =160 mm Hg

La presion parcial de O2 es 160 mm Hg y de N es 600mmHg

INTERCAMBIO GASEOSO

GUYTON. Fisiologia

Presiones gaseosas en una mezcla de gases Presion parcial de una mezcla de gases

PB = Presion barometricaFiO2 = fraccion de O2 inspirado

La presion parcial en mmHg es aprox % x 7

Pi O2 = PB x Fi O2

La presion parcial en Kilopascales es aprox el

%

760 mmHg x 0.79 N = 600 mg Hg 760 mmHg x 0.21 O2 = 159.6 =160 mm Hg

La presion parcial de O2 es 160 mm Hg y de N es 600mmHg

La presion parcial de vapor de agua a 37 o C es 47 mm Hg

Absorcion constante de O2

alveolar

INTERCAMBIO GASEOSO

El aire alveolar tiene diferente composicion que el aire atmosferico

El aire alveolar es sustituido por aire

atmosferico en cada respiracion

solo en parte

Difusion constante de CO2 de la

sangre pulmonar a los alveolos

El aire atmosferico seco que entra al

alveolo se humedece

previamente

GUYTON. Fisiologia

La cantidad de aire atmosferico es sustituido en cada respiracion por una

7ma parte del total

INTERCAMBIO GASEOSO

Si CRF = 2300

GUYTON. Fisiologia

Si 350 cc aire nuevo

1. Cambios bruscos de Concentracion de gases en sangre y tejidos

2. Cambios de pH

3. Hipoxia al interrumpir bruscamente la respiracion

Importacia Clinica

INTERCAMBIO GASEOSO

PO2 alveolar (PAO2)

GUYTON. Fisiologia

Concentracion de PO2 alveolar

Rapidez de absorcion de O2 hacia la sangreRapidez de penetracion de O2 hacia los pulmones

Por cada respiracion

Humidificacion

En aire humedecido la PO2 a nivel del mar es 149.7mmHg

(760 - 47) x 0.21= 149.7

PiO2

37°C a 47 mmHg

PiO2 =( PB – PH2O) x Fi O2

INTERCAMBIO GASEOSO

Morgan. Anestesiologia. 535

Concentracion de PO2 alveolar

Mezcla de gas inspiradoGas alveolar residual

> 75 mmHg Hipoxia

Si hay alta conc. O2 Inspirado, no

PaCO2

PA O2 = Pi O2 – Pa CO2 CR

PA CO2 = presion arterial de CO2CR = cociente respiratorio

PA O2 = % Conc. O2 inspirado x 6

Ej. Fi O2 40%: PA O2 = 40 x 6 = 240 mm Hg

Union de O2 a Hb

INTERCAMBIO GASEOSO

Se considera identica a PA O2

Presiones de O2 pulmonar al final de los capilares

Velocidad de difusion del O2Tiempo de transito sanguineo capilar pulmonar

Pc*O2

Velocidad de transferencia del O2 del gas alveolar a la

sangreFlujo sanguineo pulmonar

DL O2 = Captacion de O2 PA O2 – PC^O2

Morgan. Anestesiologia. 536

No puede medirse con precision

DL O2 = Captacion de Monoxido de Carbono PA O2 – PC O2

INTERCAMBIO GASEOSO

Se mide en aire ambiental

Presion de O2 arterial

La causa mas comun es el aumento del gradiente A-a pulmonar

PA O2

HIPOXEMIA

Pa O2 = 102 - Edad 3

Morgan. Anestesiologia. 536

Limite de 60 – 100 mm Hg

Pa O2

Gradiente A -a

PA O2 = % Conc. O2 inspirado x 6

Menor a 15 mmHg

Cantidad de cortocircuito

Dcha-izquierda

Cantidad de dispersion V⁄Q

Presion de O2 venoso mixto

A mayor grado de cortocircuito, menor probabilidad de que un aumento de FiO2 prevenga la hipoxemia

MECANISMOSDE LA HIPOXEMIA

INTERCAMBIO GASEOSO

Baja presion de O2 alveolar

Cortocircuito derecha izquierda

Presion de O2 arterial

• Baja FiO2 inspirada• Concentracion baja de FiO2

• Altitud• Hipoventilacion alveolar

• Efecto 3er gas• Efecto gradiente A a

• Aumento de las areas con baja relacion VQ

• Baja tension de O2 venoso mezclado

• Disminucion del gasto cardiaco

• Aumento del consumo de O2• Disminucion de la

concentracion de hemoglobina

INTERCAMBIO GASEOSO

Representa el equilibrio entre el consumo de O2 y la entrega de O2

Presion de O2 venoso mixto PV O3

PVO2 40mm Hg

Morgan. Anestesiologia. 536

Vena cava superiorVena cava inferior

Corazon

ContenidoCateter

vena pulmonar

Disminucion de PVO2Aumento de consumo de O2

• Fiebre, escalofrios, ejercicios, hipertermia, tormenta tiroidea

Disminucion de liberacion de CO2• Hipoxia, Dism. GC, Dism de

Conc. Hb, Hemoglobina anormalc

Alteraciones Presion de O2 venoso mixto PV O3

Aumento de PVO2Cortocircuito derecha a izquierdaGC altoIncapacidad para captacion tisular:Envenenamiento con cianuroDisminucion del consumo de O2Mecanismos combinados: SepticemiaError en la toma de la muestra

INTERCAMBIO GASEOSO

TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES

Capacidad del Hb para transportar O2

1 gr de Hb transporta 1,39 ml de O2

Concentracion normal de Hb: 15 gr/100cc

1,39 x 15 = 20,85 ml de O2/100 ml.

INTERCAMBIO GASEOSO

Oxígeno::

combinado con Hb97% en union

reversible

disuelto en plasma0.3 cc en 100 cc de

sangre arterial

Transportado

Morgan, Anestesiologia clinica. 538

INTERCAMBIO GASEOSO

Proteína conjugada de 64.400 daltons.4 subunidades . porfirina que contiene hierro en estado ferroso (grupo hem) cadena

polipeptídica.La Hb A, 95% de la Hb normal2 cadenas α 2 cadenas ß

Hem, tiene atomos de FeSitios de union reversible para O2

FENOMENO DE COOPERATIVIDAD

HEMOGLOBINA

La Hb presenta 2 estructuras establesOxihemoglobina.Desoxihemoglobina.

En su conformación desoxihb o T (tensa) tiene muchos puentes salinos entre las subunidades y dentro de ellas. A medida que capta sucesivas moléculas de O2, estos puentes se rompen y alcanza una conformación oxigenada o R (relajada).

TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES

Porcentaje de HEM unido a O2

% de saturacion = O2 combinado con Hb x 100 capacidad de 02

PO2 normal en S Arterial = 95 mm HgSaturacion normal de Hb 97%Sangre venosa mixta: Po2 40 mmHg

INTERCAMBIO GASEOSO

Hemoglobina::

Morgan, Anestesiologia clinica. 538

Coeficiente de utilizacion de Hb

Fraccion de Hb que cede su O2 a los tejidos

Reposo: 25% Por cada 20 ml de O2, la Hb cede 5 ml de O2 por cc de sangre

Ejercicio intensoL 75% , aumenta hasta tres veces la oferta de CO2

CURVA DE SATURACION DE HB

Efe

cto

Bo

hr

INTERCAMBIO GASEOSO

Relación que existe entre PO2 (eje horizontal) % de saturación de la Hb (eje vertical).

A una PO2 normal en sangre arterial (95 mmHg) el % de saturación de la Hb es del 97%.

Cuando la PO2 aumenta por encima de 100 mmHg, la Hb no puede combinarse con mayor cantidad de O2

PO2 entre 100 y 70 mmHg se producen pocos cambios en la cantidad de O2 captado por la Hb. Esto se grafica como la zona plana de la curva.

Con una PO2 entre 40 y 10 mmHg la curva se vuelve descendente, favoreciendo así la liberación de O2 de la Hb en los tejidos.

TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES

Efe

cto

Bo

hr

INTERCAMBIO GASEOSO

Se desplaza hacia la derecha cuando (menor afinidad por el O2):

• Temperatura, • PCO2 • C. de Hidrogeniones

2,3 DPG

TRANSPORTE SANGUÍNEO DE LOS GASES •VENTAJAS FISIOLÓGICAS:

INTERCAMBIO GASEOSO

Parte superior plana protege de cualquier desaturación brusca de O2 por reducción de la PO2

Parte inferior muy pendiente,

permite desaturación

eficaz y aporte rápido a los

tejidos mientras la PO2 en plasma

esté reducida.

La afinidad de la curva de O2Hb = PO2 al 50% (indicador de estado)

P50 = 27mmHg

Cifras elevadas de P50 =

afinidad reducida

GUYTON, Fisiologia Medica, pg 505

GUYTON, Fisiologia Medica, pg 505

Cuando aumenta la tasa metabólica de los tejidos, su

producción de dióxido de carbono aumenta.

El dióxido de carbono forma bicarbonato

INTERCAMBIO GASEOSO EFECTO BOHR

Corresponde al anhídrido carbónico sobre la afinidad del O2 y Hb inducido por la reducción del pH por aumento del

PCO2 y por efectos del anhídrido carbónico sobre la Hb

• Aumenta la temperatura, PCO2 y concentración de hidrogeniones

• Reducción de 2,3 DPG

Facilita el transporte de oxígeno cuando la Hb se

une al O2 en los pulmones, pero luego lo libera en los tejidos que

más necesitan de oxígeno.

Se desplaza hacia la derecha cuando (menor afinidad por el O2):

.

Cuando aumenta la tasa metabólica de los tejidos, su producción de dióxido de carbono aumenta.

El dióxido de carbono forma bicarbonato

INTERCAMBIO GASEOSO EFECTO BOHR

Facilita el transporte de oxígeno cuando la

Hb se une al O2 en los pulmones

pero luego lo libera en los tejidos que más necesitan de

oxígeno

INTERCAMBIO GASEOSO

GUYTON. Fisiologia

CONTENIDO DE O2

Hb= Concentracion de Hb en gr Dl de sangreSO2 saturacion de Hb a una PO2 dada

Hb = 15 g / dLCalcule lel contenido normal de O2 para:

Sangre arterialSangre venosa mixta

Diferencia AV

Contenido de O2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x PO2 + (SO2 x Hb x 1.31 mL/dL de sangre)

Suma del O2 transportado en sangre mas el O2 en Hb

Nunca alcanza su nivel maximo teorico sino que esta mas cerca de 1.31 cc O2/dL de sangre/mm Hg

Se expresa asi:

Ejemplo

INTERCAMBIO GASEOSO

GUYTON. Fisiologia

CONTENIDO DE O2

Hb= Concentracion de Hb en gr Dl de sangreSO2 saturacion de Hb a una PO2 dada

Hb = 15 g / dLCalcule lel contenido normal de O2 para:

• Sangre arterial• Sangre venosa

mixta• Diferencia AV

Contenido de O2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x PO2 + (SO2 x Hb x 1.31 mL/dL de sangre)

CaO2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x 100 + (0.975 x 15 x 1.31 mL/dL de sangre)

= 19.5 mL/dL de sangre

CVO2 = ({0.003 cc O2 Ml de sangre/mmHg}) x 40 + (0.75 x 15 x 1.31 mL/dL de sangre)

= 14.8 mL/dL de sangre

CaO2 – CV)2 = 4.7 mL/ dL de sangre

INTERCAMBIO GASEOSO

MORGAN, Anestesiologia Clinica, 541

TRANSPORTE DE O2

Contenido de O2 arterial depende de:

PaO2Conc. Hb

DO2 = CaO2 x QTFuncion respiratoriaFuncion circulatoria

ECUACION DE FICK

Expresa la relacion entre el consumo de O2, contenido de O2 y gasto cardiaco

Ejemplo

Suministro de O2 = 20 mL O2/ dL sangre x 50 dL/min

= 1000 ml O2/ min

Consumo de O2= VO2 = Qt x (CaO2 – CVO2)Al despejarla obtenemos:

CaO2 = VO2 + CVO2QT

INTERCAMBIO GASEOSO

MORGAN, Anestesiologia Clinica, 541

TRANSPORTE DE O2

Cuando la demanda de O2 excede la

entrega la fraccion de extraccion de O2 aumenta por encima

del 25%

DO2 = CaO2 x QTLa diferencia arteriovenosa es una medida adecuada para reflejar la entrega de

O2 Ejemplo

Suministro de O2 = 20 mL O2/ dL sangre x 50 dL/min

= 1000 ml O2/ min

Consumo de O2= VO2 = Qt x (CaO2 – CVO2)Al despejarla obtenemos:

CaO2 = VO2 + CVO2QT

Curva de disociación de la O2Hb desviada a la derecha

INTERCAMBIO GASEOSO

Dióxido de carbono:

disuelto en forma de bicarbonato (principal)

combinado con carbamino

Producto del metabolismo aerobio mitocondrialTransportado

hidroxilación del CO2 y agua en el

interior de hematíe

anhidrasa carbónica intraeritrocitaria

Resultado de la mezcla de sangre de los tejidos con diversa actividad metabolica

Coef. Solubilidad

0.067 mL/dL/mmH

g a 37oC

• HCO3:

Cambio del cloruro de Hamburgerw

INTERCAMBIO GASEOSO

Plasma menos 1%

Intraeritrocitaria en el

lado venoso

Prod. De HCO3 que difunde al

plasma

Ion cloruro entra al eritrocito

Capilar pulmonar Cl sale y HCO3 entra al GR

Dióxido de

carbono:

•:

INTERCAMBIO GASEOSO

Compuestos carbamino

Ph fisiologicoMinimo Co2

CarbaminoHb

Desoxihemoglobina3.5 veces mas afin al CO2 que carboxiHb

EL CO2 reaccion a con grupos amino de acuerdo a la ecuacion

R=NH2 + CO2 RNH – CO2 + H

Las reservas de CO2 (120 L)

Se encuentran bajo la forma de CO2 disuelto y

bicarbonato

VARIANTES QUE REGULAN LA PO2 Y PCO2

Extrapulmonares:

• PO2 inspirada• Ventilación total• Gasto cardiaco • Consumo de oxígeno

INTERCAMBIO GASEOSO

Intrapulmonares:

• Desequilibrio de las relaciones ventilación-perfusión (VA/Q)

• Aumento del cortocircuito (shunt) intrapulmonar

• Limitación de la difusión de oxígeno

INTERCAMBIOGASEOSO

FISIOLÓGICO

“LA FALLA EN ALGUNO DE LOS 4 PRIMEROS PROVOCARÁ HIPOXEMIA”

INTERCAMBIO GASEOSO

Ventilación alveolar

Difusión alvéolo – capilar de oxígeno

Relación ventilación/perfusión

Cortocircuito intra

pulmonar

Transporte sistémico a los tejidos

VENTILACIÓN ALVEOLAR

Incorporación del oxígeno desde el exterior hacia el capilar pulmonar y eliminación de anhídrido

carbónico

INTERCAMBIO GASEOSO

• No es continua, al igual que la perfusión capilar pulmonar

• Capacidad residual funcional (3lts aprox), gran parte situada en los alvéolos

• Volumen circulante (VT) durante la inspiración provoca aumento del volumen de gas alveolar

,

INTERCAMBIO GASEOSO

VENTILACIÓN ALVEOLAR

VC x FR =vol min

VE7500

ml/min

5250 ml/min componente alveolar que participa en el IG

2250 ml/min Espacio muerto anatomico

• La relación entre PACO2 con la VA viene regulada por la ecuacion ideal del gas alveolar para el anhídrido carbónico:

VA = ventilación alveolarVCO2 = ventilación de CO2PACO2 = presión alveolar de CO2

De forma que para una determinada producción metabólica de anhídrido carbónico los cambios de VA son recíprocos con los de PACO2

Solo es válido en condiciones de estado estable

VA = VCO2 x K PACO

INTERCAMBIO GASEOSOVENTILACIÓN ALVEOLAR

VENTILACIÓN ALVEOLAR• Relacion PO2 y la PCO2 en un pulmón perfecto Ecuación ideal del gas alveolar para el O2

R = cociente de intercambio respiratorio ( VCO2/VO2), cuyo valor es 0,8Equivalente al cociente respiratorio metabólico

En condiciones fisiológicas siempre existe diferencia alveolo capilar de PO2 (A – aPO2) debido a diferencias Va/Q topográficas – gravitacionales y pequeño aporte de sangre venosa al compartimiento arterial.

Este puede modificarse por FIO2 aumenta, cambios en sangre venosa curva de O2Hb

INTERCAMBIO GASEOSO

PAO2 = PIO2 _ PACO2

R

A – aPO2 = 4 – 8 mmHg

DIFUSIÓN ALVEOLO – CAPILAR DE OXÍGENO

Permite el Tráfico de todos estos gases desde el capilar sanguíneo hacia el interior de las células y

viceversa

INTERCAMBIO GASEOSO

Mecanismo principal del transporte de oxígeno y de otros gases desde

las vías aéreas más periféricas hacia la interfase alveolo-capilar

DIFUSIÓN ALVEOLO – CAPILAR DE OXÍGENO

A = área utilD = coeficiente de difusiónP1 – P2 = diferencia de presiones parciales a cada lado de la interfaseT = espesor

D es directamente proporcional a la solubilidad del gas (sol) en la interfase e inversamente a la raíz cuadrada de su peso molecular (MW)

INTERCAMBIO GASEOSO

VG = A x D x (P1 – P2)

T

LEY DE DIFUSIÓN DE FICK “grado de difusión de un gas a través de una barrera líquida es

directamente proporcional al área útil para la difusión, coeficiente de difusión y diferencias de presiones parciales a cada lado de la

interfase e inversamente proporcional a su espesor”

DIFUSIÓN ALVEOLO – CAPILAR DE OXÍGENO

INTERCAMBIO GASEOSO

• O2 y CO2

difunden de forma pasiva desde un área de presión parcial más elevada hacia otra más reducida, sin gasto energético.

• CO2 difunde 20 veces más rápido que el O2.

• Tiempo de tránsito de la sangre por el capilar pulmonar: 0,75 seg, con reducción notable durante el ejercicio.

•En condiciones normales la transferencia de estos 2 gases esta limitada por la perfusión y tan solo en situacines anómales queda limitada por la difusión.

RELACIÓN VENTILACIÓN PERFUSIÓN

INTERCAMBIO GASEOSO

Desigualdad entre la ventilación alveolar y la perfusión del tejido pulmonar

”

RELACIÓN VENTILACIÓN PERFUSIÓN

• Ventilación y perfusión no son uniformes

• La relación VA/Q es mayor en el vértice pulmonar, disminuyendo hacia las bases

• 3 patrones:

Perfusión prevalece sobre ventilación (VA/Q = 0,63) BASES

Proporción ventilación – perfusión igual (VA/Q = 1) MEDIO Ventilación prevalece sobre perfusión (VA/Q = 3,3)

VÉRTICES

INTERCAMBIO GASEOSO

IMPORTANCIA CLINICA DEL PULMÓN COMO INTERCAMBIADOR DE GASES

• Hipoxemia arterial, con o sin hipercapnia

1.- Hipoventilación2.- Trastornos de la difusión3.- Desigualdad entre la perfusión y la difusión4.-Cortocircuito pulmonar (shunt)5.-Reducción de la PO2, inspirada, como ocurre a grandes alturas o al respirar una mezcla de gases con escasa concentración de O2.

• Insuficiencia respiratoria

• Trastornos del equilibrio ácido - base

Falla

INTERCAMBIO GASEOSO

Gracias!!!!!

INTERCAMBIO GASEOSO

CASCADA DE OXÍGENO

Consumo de moléculas de O2:

En reposo se consume 250 ml/min de O2

El anhídrido carbónico por el contrario produce 200ml/min

INTERCAMBIO GASEOSO

La actividad metabólica

adenosin – trifosfato ATP genera

energía

Gracias!!!!