UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

Cátedra de BiofísicaGRUPO #4

Biofísica del Sistema Respiratorio:- Importancia del volumen residual.

- Formas químicas en que se transporta el CO2.- Unidad respiratoria. Membrana respiratoria. Regulación de la respiración.

- Regulación de la actividad del centro respiratorio y Vitalometria

Catedrático: Dr. Pedro Banchón Rivera

Expositores:- Roger Aguirre- Steven Pardo

Importancia del Volumen Residual

Es el volumen de aire que permanece en las vías respiratorias y pulmones después de la espiración máxima, de 1200ml

No puede ser eliminado ni siquiera con la espiración forzada al extremo

Si no se conserva un cierto volumen de aire residual, los alveolos se vaciarían en su totalidad y posteriormente terminan colapsados por el aumento de la presión de succión

Transporte de Oxígeno Prácticamente todo el oxígeno

transportado en la sangre arterial lo hace unido a la hemoglobina

En un adulto normal, la sangre contiene unos 150 gr de hemoglobina por litro. Cada gramo de hemoglobina puede combinarse con 1.34 ml. de O.

La unión del oxígeno a la hemoglobina depende de la presión parcial de oxígeno existente en ese momento

Curva de disociación de la hemoglobina

La relación entre la presión parcial de O2, la saturación de la Hb por oxígeno o cantidad de oxígeno transportado, se representa gráficamente mediante la curva de disociación. La forma sigmoidea de la curva se debe a que la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno no es lineal o uniforme, sino que varía en función de cuál sea la presión parcial de oxígeno.

El grado de cortocircuito intrapulmonar.

Sin tener en cuenta lo que sucede en algunas patologías, normalmente, existe un pequeño grado de cortocircuito intra pulmonar, referente a aquellos alvéolos bien ventilados y no perfundidos, por autorregulación o aquellos bien perfundidos pero no muy bien ventilados, a más del cortocircuito anatómico, que varía con la edad, y que justifica por qué nunca la saturación de la sangre arterial puede ser del 100%.

Formas químicas en que se transporta el CO2

La mayor parte del CO2 transportado en sangre proviene del metabolismo celular, que en condiciones basales o de reposo forma 200 ml/minuto.

Existen varias formas de transporte para el CO2:

En forma disuelta al igual que el O2. Se solubiliza siguiendo la ley de Henry encontrándose 2,9 ml de CO2/100 ml de sangre. Al ser un gas mucho más soluble que el O2 las cantidades son comparativamente mayores que en éste.

En forma combinada: aproximadamente un 10% del CO2 es transportado en forma de compuestos carbamínicos al combinarse con los grupos amino-terminales de las proteínas, al ser la hemoglobina la proteína mayoritaria

La mayor parte del CO2 difunde hacia el interior del hematíe. En el interior del mismo se combina con agua para producir ácido carbónico, que se disociará a continuación en hidrogeniones e ión bicarbonato.

En la formación de bicarbonato participa el enzima anhidrasa carbónica, enzima que se encuentra tanto en el plasma como en el eritrocito, sólo que en éste último la concentración es mucho mayor y cataliza la reacción a una velocidad elevada, 0,1 segundos

Unidad respiratoriaLa unidad respiratoria está compuesta por

bronquiolos respiratorios, conductos alveolares, los atrios y los alvéolos.

Las paredes alveolares son extremadamente delgadas, y en su interior existe una red casi sólida de capilares interconectados.

Por tanto, es obvio que los gases alveolares están muy próximos a la sangre de los capilares; el intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar, se produce a través de las membranas de todas las porciones terminales de los pulmones.

Cumple cuatro funciones que se dan por etapas:

• Primera Etapa: ventilación pulmonar que consiste en el movimiento de entrada y salida de aire entre la atmósfera y los alveolos pulmonares • Segunda Etapa: Difusión del O2 y CO2 a la sangre • Tercera Etapa: Transporte de los gases por la sangre y difusión a los tejidos. • Cuarta Etapa: La regulación de la ventilación

Membrana respiratoriaEstá constituida por las siguientes capas:

· Una capa de líquido que reviste el alvéolo y que contiene el agente tensioactivo que disminuye la tensión superficial del líquido alveolar.

· El epitelio alveolar compuesto de células epiteliales finas.

· Una membrana basal epitelial.

· Un espacio intersticial fino entre el epitelio alveolar y la membrana capilar.

· Una membrana basal del capilar que en muchos lugares se fusiona con la membrana basal epitelial.

· La membrana endotelial capilar.

Difusión de gases a través de la membrana  

El CO2 en la sangre capilar pulmonar tiene una pCO2 de 45mmHg, producto del metabolismo celular periférico y en el aire alveolar es solo de 40mmHg, por tanto el CO2 sale desde el capilar hacia el alveolo con una diferencia de presión de 5mmHg; debemos recordar que la capacidad de difusión de CO2 es 20 veces mayor que el O2.

Este proceso se llama hematosis, se realiza en un tiempo muy corto, menos de 1 segundo, pero basta para que la Hb de los glóbulos rojos se sature al 100%, que es el valor con que la sangre se dirige por las 4 venas pulmonares a la aurícula izquierda.

Perfusión de gases a través de la membrana

Consiste en el flujo de sangre venosa a través de la circulación pulmonar hasta los capilares y el retorno de sangre oxigenada al corazón izquierdo.

(Oxido de carbono CO2): cuando el glóbulo rojo entra en el capilar, el óxido de carbono atraviesa con rapidez la finísima barrera hematogaseosa desde el gas alveolar al glóbulo rojo, de modo que el contenido de óxido de carbono en este aumenta.

(Óxido nitroso N2O): cuando este gas atraviesa la pared alveolar y llega a la sangre, no se combina con la hemoglobina, en consecuencia la presión parcial de la sangre asciende con rapidez, igualando así apenas en una cuarta parte de su recorrido la presión generada por el óxido de carbono

(O2): Su transferencia en función del tiempo está en un término medio entre la del óxido de carbono y el óxido nitroso

Integridad de la membrana alvéolo-capilar

Anatómicamente los alvéolos y los capilares están dispuestos de forma tal, que cada alvéolo es perfundido por más de un capilar y que cada capilar, perfunda a más de un alvéolo, de esta manera, con el objetivo de disminuir la interfase entre la sangre y el gas alveolar, la membrana basal de los capilares se une a la membrana basal del epitelio alveolar, siendo una sola membrana y no dos, las que tenga que atravesar o difundir los gases, del alvéolo a la sangre y viceversa y con ello afectar lo menos posible la difusión.

Regulación de la Respiración

Los elementos que intervienen en el control de la respiración son de 3 tipos:

1. Sensores o receptores

2. Controladores

3. Efectores

SensoresSe encargan de recibir la información y enviarla a los controladoresSensores en el sistema nervioso central 1. Quimiorreceptores centrales2. Receptores hipotalámicos (temperatura) 3. Centros en el prosencéfalo (funciones voluntarias) Sensores fuera del SNC 1. Quimiorreceptores arteriales periféricos (fundamentalmente cuerpos carotídeos)2. Receptores de las vías aéreas superiores: nasales, faríngeos, laríngeos  Receptores pulmonares 1. Receptores de estiramiento2. Receptores de sustancias irritantes 3. Fibras C y receptores yuxtacapilares (receptores J) Receptores de las articulaciones costovertebrales Los sensores detectan cambios en disímiles parámetros, tales como: 1. Presiones parciales de oxígeno (PO2)2. Presiones parciales de dióxido de carbono (PCO2) 3. Concentración de iones H+ 4. Grado de distensión pulmonar

ControladoresGeneran el ritmo respiratorio basal, procesan la información de los sensores y modifican, en consecuencia, su nivel de actividad. Los controladores o centros respiratorios tienen las siguientes funciones: 1. Establecer el ritmo de la respiración y actuar como generadores centrales del patrón respiratorio.

2. Transmitir ese ritmo central a las motoneuronas que inervan los músculos respiratorios.

3. Ajustar el ritmo respiratorio y de la respuesta motora a las necesidades metabólicas (funciones homeostáticas), así como para cubrir las funciones conductuales y voluntarias (funciones no homeostáticas).

4. Utilizar el mismo gasto de energía para llevar a cabo varias funciones.

Los experimentos de transección a distintos niveles del SNC permitieron concluir que los centros encargados del control automático del ritmo respiratorio se localizaban en el tronco encefálico; en función estos resultados se hablaba de:

1. Centro neumotáxico, parte rostral de la protuberancia

2. Centro apnéustico, en la parte ventral

3. Serie de centros bulbares (principales responsables del ritmo respiratorio)

 EfectoresFinalmente, los controladores trasmiten a

los efectores (músculos respiratorios) las órdenes adecuadas para que la respiración ejerza su acción homeostática (por ejemplo: para el control de la temperatura corporal) o conductual.

La contracción de los músculos respiratorios se debe a impulsos nerviosos originados en las motoneuronas correspondientes de la médula espinal.

Control químico de la respiración

Los mecanismos químicos reguladores operan para ajustar la ventilación de manera que la PCO2 alveolar se mantenga constante, que los efectos del exceso de H+ en la sangre sean combatidos y que la PO2 se eleve cuando disminuya a un nivel potencialmente peligroso.

Sensores químicos: centrales y periféricos

Quimiorreceptores centrales Los quimiorreceptores son sensores que responden a cambios en la composición química de la sangre o del medio que los rodea.

Quimiorreceptores arteriales periféricos Se dividen en dos grupos: carotídeos y aórticos. Los primeros se localizan en los cuerpos carotídeos; los segundos, en los aórticos.Ambos se estimulan cuando desciende la PO2 en sangre y de forma menos marcada por aumento de la PCO2.

Regulación de la ventilación pulmonar

La ventilación es controlada por el sistema nervioso, que ajusta la frecuencia y la amplitud de la inspiración y espiración de acuerdo con las demandas del organismo. Lo hace de tal manera que las presiones de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre arterial casi no se alteran.

En el centro respiratorio bulbar hay dos grupos de núcleos: el grupo respiratorio dorsal y el grupo respiratorio ventral. Ambos se conectan con las neuronas motoras de la médula espinal que controlan la musculatura respiratoria (diafragma y músculos intercostales).

Regulación de la actividad del centro respiratorio

El centro respiratorio (CR) se encuentra en el bulbo raquídeo, que es la parte más baja del tronco del encéfalo. El CR recibe señales de control de sustancias químicas, neuronales y hormonales y controla la velocidad y la profundidad de los movimientos respiratorios del diafragma y otros músculos respiratorios.

La lesión a este centro puede llevar a una insuficiencia respiratoria central, que requiere ventilación mecánica, pero por lo general el pronóstico es grave.

Centro respiratorio

Compuesto por varios diversos grupos de neuronas (tres conjuntos principales) localizados de manera bilateral en el bulbo raquídeo y la protuberancia anular.

1. GRUPO RESPIRATORIO DORSAL: Produce la inspiración. Desempeñando la función fundamental en la regulación respiratoria.

2. GRUPO RESPIRATORIO VENTRAL: Puede producir inspiración o espiración según las neuronas que se estimulen.

3. CENTRO NEUMOTÁXICO: Ayuda a regular tanto la frecuencia como el patrón de la respiración

Área quimiosensible del centro respiratorio

Se cree que ninguna de las zonas del centro respiratorio resulta directamente afectada por las variaciones e la concentración sanguínea de dióxido de carbono o de hidrogeniones. Por el contrario, existe una zona quimiosensible, situada por debajo de la superficie ventral del bulbo extremadamente sensible a variaciones de Pco2 ó de hidrogeniones sanguíneos, y a su vez excita las otras porciones del centro respiratorio.

Efecto de la estimulación de la zona quimiosensible por el dióxido de carbono sanguíneo

Sistema de control de la actividad respiratoria por los quimiorreceptores periféricos

Existen unos receptores químicos nerviosos especiales, que son particularmente importantes para detectar variaciones en el oxígeno sanguíneo y de las concentraciones de dióxido de carbono e hidrogeniones.

Estos receptores transmiten su señal al centro respiratorio del encéfalo para ayudar a regular la actividad respiratoria.

Se encuentran en los cuerpos carotídeos y en los cuerpos aórticos, por tanto, siempre están expuestos a sangre arterial y no venosa.

Vitalometria

Sirve para medir ciertos volúmenes y capacidades tales como:

Volúmenes de ventilación pulmonar.

Volúmenes de reserva inspiratoria.

Volúmenes de reserva espiratoria.

EspirometríaLa espirometría es una prueba funcional de

los pulmones. En una prueba de espirometría, usted respira dentro de una boquilla que está conectada a un instrumento llamado espirómetro, el cual registra la cantidad y frecuencia de aire inspirado y espirado durante un período de tiempo.

La espirometría mide el flujo de aire. Al medir qué tanto aire usted exhala y con qué rapidez lo hace, la espirometría puede evaluar un amplio rango de enfermedades pulmonares.

La espirometría puede ser simple o forzada.

La espirometría simple consiste en solicitar al paciente que, tras una inspiración máxima, expulse todo el aire de sus pulmones durante el tiempo que necesite para ello. Así se obtienen los siguientes volúmenes y capacidades:  Volumen normal: Vc. Corresponde al aire que se utiliza en cada

respiración (Aproximadamente 500cc) Volumen de reserva inspiratoria: VRI. Corresponde al máximo

volumen inspirado a partir del volumen corriente. (Aproximadamente 2.500cc)

Volumen de reserva espiratoria: VRE. Corresponde al máximo volumen espiratorio a partir del volumen corriente. (aproximadamente 1.500 cc)

Capacidad vital: CV. Es el volumen total que movilizan los pulmones, es decir, sería la suma de los tres volúmenes anteriores.

Volumen residual: VR. Es el volumen de aire que queda tras una espiración máxima. Para determinarlo, no se puede hacerlo con una espirometría, sino que habría que utilizar la técnica de dilución de gases o la plestimografia corporal. (Aproximadamente 1.500cc)

Capacidad pulmonar total: TLC. Es la suma de la capacidad vital y el volumen residual.

Espirometría forzadaLa espirometría forzada es aquella en que, tras una inspiración máxima, se le pide al paciente que realice una espiración de todo el aire, en el menor tiempo posible. Los valores de flujos y volúmenes que más nos interesan son:

Capacidad vital forzada (CVF) (se expresa en mililitros): Volumen total que expulsa el paciente desde la inspiración máxima hasta la espiración máxima.

Volumen máximo espirado en el primer segundo de una espiración forzada (VEF1) (se expresa en mililitros): Es el volumen que se expulsa en el primer segundo de una espiración forzada.

Relación VEF1/CVF: Indica el porcentaje del volumen total espirado que lo hace en el primer segundo. Su valor normal es mayor del 70-75%.

Flujo espiratorio máximo entre el 25 y el 75% (FEF25-75%): Expresa la relación entre el volumen espirado entre el 25 y el 75% de la CVF y el tiempo que se tarda en hacerlo.

Contraindicaciones Absolutas: Neumotórax. Angor inestable. Desprendimiento de retina.

Relativas: Traqueotomía. Parálisis facial. Problemas bucales. Náuseas provocadas por la boquilla. Deterioro físico o cognitivo. Falta de comprensión de las maniobras a realizar.

Valores normalesLos valores normales se basan en

la edad, la talla, la raza y el sexo. Los resultados se expresan como un porcentaje. Por lo general, un valor se considera anormal si es menos del 80% del valor esperado.

Los rangos de los valores normales pueden variar ligeramente entre diferentes laboratorios.

Clases de espirómetrosSe dispone de 2 tipos de espirómetros:  1. De agua o de campana: Fueron los

primeros utilizados y su uso está prácticamente limitado a los laboratorios de función pulmonar.

 2. Secos: de los que existen varios tipos: a. De fuelle. b. Neumotacómetros. c. De turbina.

¡MUCHAS GRACIAS!